LE DOMAINE SOPRANE

Le domaine géographique SOPRANE (en bleu sur la carte) correspond au sous-bassin Nord-Est de l'océan Atlantique. Il donne accès à une description de la dynamique océanique hauturière depuis la surface jusqu'au fond avec une résolution horizontale du 1/10^ème de degré (8 km environ à nos latitudes).

La résolution du modèle permet de décrire correctement la circulation de moyenne échelle. A ces structures (tourbillons, fronts ou méandres de courants principaux), sont associées des variations importantes du milieu; elles se traduisent par des variations notables des courants et des caractéristiques hydrologiques de la région.

En octobre 93, la première maquette du système a tourné sur une zone réduite (SOAP 93 en vert sur la figure). Les résultats de ce système ont été comparés avec succès aux mesures à la mer effectuées simultanément sur la zone par plusieurs bâtiments océanographiques au cours de la campagne SEMAPHORE. Le succès de cette première expérience a encouragé le développement d'un véritable système opérationnel.

LES DONNEES

Pour le système SOPRANE, la donnée essentielle en entrée est l'altimétrie. Elle renseigne sur la topographie de surface de la mer dont on déduit la dynamique interne de l'océan (champs de densité et de courant par exemple). SOPRANE utilise en routine les données altimétriques temps réel des satellites TOPEX/POSEIDON (CNES/NASA) et ERS-2 (ESA).

TOPEX/POSEIDON est un satellite franco-américain lancé en août 1992 par le CNES et la NASA pour une mission dédiée à l'étude de l'océan. Il délivre une mesure de haute précision avec une très bonne résolution temporelle (ce qui permet de détecter les structures se déplaçant rapidement). Les données TOPEX/POSEIDON sont collectées, pré-traitées et mises à disposition du système SOPRANE par le service Utilisateur Altimétrie (Aviso) du CNES à Toulouse. Les mesures satellites proviennent de l'US Navy (coll. technique NASA/JPL) lorsque l'altimètre américain TOPEX est en fonction, et du CNES lorsque la mesure est assurée par l'altimètre français POSEIDON. Dans les deux cas, ces données sont disponibles dans un délai nominal de 3 jours, et bénéficient de l'orbite précise calculée par le Centre d'Orbitographie du CNES sur la base du système DORIS.

ERS-2 est un satellite multi-capteurs d'Observation de la Terre de l'Agence Spatiale Européenne lancé en avril 1995 dans la continuité du satellite ERS-1. Utilisé en complémentarité avec TOPEX/POSEIDON pour l'altimétrie, il permet une bonne résolution spatiale horizontale (pour détecter les " petites " structures). Le traitement, l'expertise et la validation systématique des données altimétriques avant leur assimilation dans le modèle SOPRANE sont réalisés par le Département d'Océanographie Spatiale de la société CLS (Toulouse). Outre l'altimétrie, le système SOPRANE acquiert en entrée les champs de forçage atmosphérique issus du modèle ARPEGE de Météo-France, et des mesures in situ (profils bathythermiques) utilisés à des fins de validation.

MODELISATION DE L'ETAT TRIDIMENSIONNEL DE L'OCEAN

Le système SOPRANE repose sur l'assimilation de données altimétriques dans un modèle numérique d'océan. L'altimétrie fournit le long des traces une mesure temps réel de la topographie de l'océan en surface. Par assimilation de cette donnée dans le champ statistique, on obtient un champ tridimensionnel observé qui permet d'initialiser le modèle. Le modèle fournit ensuite un champ analysé qu'il extrapole dans le temps en mode prévision pour obtenir le champ prévu. Enfin, le modèle réalise le calcul des paramètres hydrologiques (température, salinité, célérité) pour le champ analysé et les champs prévus.

EXPLOITATION DE ROUTINE

Le prototype SOPRANE est exploité à la CELENV à Toulouse depuis avril 1998. Il délivre à un rythme hebdomadaire des analyses de la situation océanique et des prévisions jusqu'à 2 semaines.
L'exploitation de routine du système a été confiée à l'équipe de prévisionnistes de spécialité météo-océanographe de la CELENV à Toulouse. Cette équipe assure selon des procédures définies l'acquisition et l'archivage des données, la préparation et la supervision des cycles d'assimilation du modèle, et, surtout, l'expertise et la validation des situations analysées et prévues et l'élaboration des bulletins.

Un nouveau bulletin est élaboré chaque mercredi. Il délivre une information sur la base d'une description :

du champ de courant de surface analysé et prévu (description des branches de courant les plus significatives),
du champ de structures océaniques pertinentes (tourbillons cycloniques ou anticycloniques, fronts océaniques) et de ses évolutions prévues,
du champ thermodynamique (température, célérité du son).

Exemple : Bulletin analyse SOPRANE du 02/12/98

Zone Açores/Canaries :
Le courant des Açores (BC1) circule entre 32 et 36°N avec des vitesses allant jusqu'à 0.4m/s. Sa trajectoire générale reste plein Est mais il effectue des méandres autour des tourbillons C1, C2, F1 et C3. le courant des Canaries (BC2) est beaucoup moins marqué. Ses vitesses restent inférieures à 0.3 m/s. Il se dirige vers le Sud en effectuant des méandres autour des îles Canaries. Au Sud des îles Canaries, le courant circule entre deux tourbillons l'un anticyclonique C5 et l'autre cyclonique F2.

PERSPECTIVES

Lors de sa première année d'exploitation et au cours des expériences de validation qui ont précédé sa mise en service, le système SOPRANE a montré son aptitude à décrire de façon réaliste la circulation océanique de moyenne échelle dans l'Atlantique Nord-Est. Même s'il ne s'agit que d'un premier prototype qui n'utilise en particulier qu'un modèle océanique de formulation simplifiée, il préfigure dans sa conception les futurs systèmes de prévision.
Disposer d'une analyse temps réel et de prévisions à quelques semaines de la situation de l'océan méso-échelle peut répondre à plusieurs besoins. D'une manière générale, toutes les activités de pleine mer (opérations sur des navires, des plates-formes fixes, ou par des objets autonomes) pourront tirer bénéfice d'une océanographie opérationnelle, dont SOPRANE est l'un des premiers prototypes.
Parmi les applications les mieux identifiées aujourd'hui, on peut citer les applications militaires (discrétion acoustique) et le soutien aux campagnes scientifiques de mesure en mer. D'autres applications sont également envisageables comme l'aide à la pêche, le routage des bâtiments de la marine marchande ou des navigateurs, ou encore l'assistance aux opérations à la mer (plates-formes pétrolières par exemple). Naturellement, De nouvelles applications naîtront sans aucun doute dans les prochaines années.


Pour répondre à cette future demande, différents projets d'océanographie opérationnelle se sont structurés ces dernières années : le projet SOAP, le projet MERCATOR sur le plan national et le projet GODAE à l'échelle internationale. Ces projets, et avec eux la disponibilité dans les prochaines années de satellites opérationnels d'observation de l'océan (Jason, Envisat,...), de moyens de mesures à la mer performants et autonomes et de moyens de calculs performants, permettront assurément d'enrichir considérablement ce nouveau " service " d'analyse et de prévision de l'environnement océanique.