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Enjeux

Les études réalisées (notamment au CMO) depuis quelques années mettent en évidence que, malgré le développement de modèles thermodynamiques performants, la prévision de la couche de mélange océanique (entre la surface et la thermocline saisonnière) n'était pas très fiable vu les erreurs grossières d'estimation de flux océan-atmosphère. Ces erreurs sont dues à une mauvaise estimation de la couverture nuageuse et de la nébulosité dans l'atmosphère, la seconde cause d'erreur étant l'absence de prise en compte du contenu de l'océan en particules inertes ou vivantes pour estimer l'absorption et la rétrodiffusion des flux solaires.

Un des risques majeurs de détection de sous-marins en navigation dans les détroits ou sur le plateau continental est la détection " à vue " par des aéronefs. Dans ces zones, la bathymétrie peut être très mal connue, ce qui impose de naviguer à proximité de la surface. Il est donc important de prévoir l'immersion de non-détection par des radiomètres dans le visible ou dans l'infra-rouge.

Les besoins complémentaires ont trait aux opérations spéciales et à la guerre des mines :

- visibilité pour les nageurs de combat et les plongeurs,
- visibilité pour les senseurs d'UUV futurs.

L'enjeu principal de ce programme est de déterminer les propriétés optiques des eaux en environnement côtier, pour pouvoir ensuite exploiter les prévisions dans les modèles METOC (prévisions météorologiques et océanographiques) ou dans les systèmes d'aide à la décision (prévisions de progression des plongeurs, espacement entre les lignes de recherche, immersion de sous-marin …).

Projet

Le programme s'articule autour d'une coopération avec l'IFREMER sur la mise au point d'un modèle d'écologie du Golfe de Gascogne (un programme stratégique d'IFREMER). Le choix du modèle d'océanographie physique s'impose donc, il s'agit de MARS 3D, mis au point par l'IFREMER (Pascal Lazure) et dont le CMO dispose d'une version pour ses propres simulations.


La modélisation (2003 - 2006)

Le développement d'algorithmes " turbidité " dans le modèle côtier Mars 3D est réalisé au CMO en coopération avec l'Université de Bordeaux (Sophie Loyer) afin de comprendre la nature et l'importance de chacun des processus qui compose la turbidité de l'eau de mer :

• les apports par les fleuves en matières organiques et non organiques,
• la production de matière biogénique,
• et la remise en suspension des particules par les phénomènes de courants de marée et houle.

A partir de ce modèle dit MARS-T-3D, le projet prévoit la réalisation d'un démonstrateur sur la zone du plateau continental atlantique français (PCAF). Cela nécessite notamment la définition des produits opérationnels et des paramètres pertinents qui vont caractériser la turbidité à partir des sorties du modèle Mars-T-3D.

Application à d'autres zones que le PCAF (2004 - 2007)

Le projet prévoit l'adaptation et la validation du modèle Mars-T 3D sur des zones de la Méditerranée et de l'Océan Indien. Un guide d'utilisation du modèle est élaboré à des fins de prévisions de la turbidité et d'interprétation des résultats pour des opérationnels.

Mesures spatiales (2004 - 2005)

Des algorithmes ont été développés par l'IFREMER (Francis Gohin) et l'Université de Bordeaux (Jean-Marie Froidefond) pour quantifier la concentration en chlorophylle à partir des images fournies par les cameras américaine de SeaWiFS (OC5) et la concentration en particules lithogéniques des zones côtières Il est donc possible de séparer le signal biologique de celui de la turbidité lithogénique. Après le lancement en 2002 du satellite européen Envisat avec la camera " couleur de l'eau " MERIS, le projet prévoit de transcrire la chaîne d'acquisition SeaWiFS aux normes MERIS et la réalisation d'une climatologie du Golfe de Gascogne.

Mesures optiques in situ (2004 - 2007)

Des développements de nouveaux capteurs sont à prévoir pour des drônes ou des AUV, qui nécessitent une miniaturisation des équipements et un accroissement de la résolution : - camera couplée avec une bathysonde pour mesurer simultanément la " turbidité " et la visibilité, - système intégré de transmissiomètres, quantamètres et néphélomètres, - utilisation de luminancemètres et pyranomètres immergeables et hyperfréquences, utilisation d'un radiomètre aéroporté (un capteur ainsi utilisé depuis la côte ou un porte-avions acquiert des images en quelques heures d'une grande surface marine et les retransmet pour étude ou assimilation du modèle).
Les mesures optiques sont faites en coopération avec l'Université de Bordeaux (Jean-Marie Froidefond). En outre, une coopération avec l'Université de Paris VI (Villefranche) est à l'étude.

Mesures acoustiques (2003 - 2006)

Il existe une corrélation entre la charge en particules dans l'eau de mer (responsable de la diminution de la visibilité) et l'énergie retrodiffusé par ces particules après émission d'un faisceau acoustique (profileur Doppler). Sur la base du système Sediview, commercialisé par la société anglaise DRL, et en collaboration avec l'IFREMER (Pierre Le Hir), cette mesure acoustique de la turbidité est évaluée.
L'objectif final est de rechercher une procédure d'estimation du profil de turbidité à bord d'un navire disposant un ADCP de coque et moyennant des mesures complémentaires de calibration. Ces données pourront non seulement être utilisées directement pour les besoins en LASM, guerre des mines voire ceux des opérations spéciales mais aussi comme des données de validation voire d'assimilation pour des modèles de turbidité des zones côtières.

Impact sur la détection optique (2004 - 2006)

Cette partie du projet concerne le développement des algorithmes qui permettent de passer du paramètre " turbidité " au paramètre " visibilité sous marine " : modèles de diffusion et d'absorption, de réfraction, de contraste et de sensibilité des systèmes d'observation.

Assimilation (2007)

Le projet prévoit une étude de définition d'une procédure d'assimilation d'observations dans le modèle Mars-T-3d : définition du réseau d'observation et bilan des précisions instrumentales attendues, bilan d'évaluation des erreurs du modèle, évaluation des différentes méthodes d'assimilation possibles et coûts associés, définition de produits opérationnels de prévision de la turbidité.

Campagnes de mesures (2003 - 2008)

Un ensemble de campagnes de mesures hydrologiques et optiques est actuellement programmé jusqu'en 2008 avec les bâtiments du SHOM.

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