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4500 lieues et 4000 jours sous les mers!

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Alain SERPETTE, Shom/HOM/REC

Bernard LE CANN, CNRS/LOPS

Patrice BELLEC, CNRS/LOPS

 

« La mer est le vaste réservoir de la nature. C'est par la mer que le globe a pour ainsi dire commencé, et qui sait s'il ne finira pas par elle ! Là est la suprême tranquillité. La mer n'appartient pas aux despotes. À sa surface, ils peuvent encore exercer des droits iniques, s'y battre, s'y dévorer, y transporter toutes les horreurs terrestres. Mais à trente pieds au-dessous de son niveau, leur pouvoir cesse, leur influence s'éteint, leur puissance disparaît ! Ah ! Monsieur, vivez, vivez au sein des mers ! Là seulement est l'indépendance ! Là je ne reconnais plus de maîtres ! Là je suis libre ! »

Capitaine Nemo, chapitre 10. (Jules Verne, 20 000 lieues sous les mers).

 

Introduction

 

Cette note relate modestement le périple d'un flotteur profileur ARGO du Shom, qui explore depuis plus de neuf années, en autonomie totale, une partie de l'océan Atlantique Nord et de l'océan Arctique. Il a été mis à l'eau au mois de Mai 2006, dans le Golfe de Gascogne, lors d'une campagne CONGAS du Shom (étude de la circulation Lagrangienne au-dessus de la pente CONtinentale du golfe de GAScogne, et en son voisinage). On le retrouve actuellement, après près de 400 cycles de profilage (voir ci-après), au Nord-Est de l'Islande, sur la partie Nord-Ouest de la mer d'Islande. Il a totalisé un peu plus de 17883 kilomètres, soit environ 4500 lieues [1] (précisément, 4471 lieues, 3960 jours (10 ans, 10 mois et 3 jours), 396 cycles et 554.4 km d'excursion verticale).

Cliquez ici pour voir l'animation

 

 

Le réseau ARGO et ses flotteurs profileurs

 

ARGO est un réseau mondial de plus de 3000 flotteurs profilants, qui permettent de surveiller l'océan en temps quasi-réel, en mesurant la température et la salinité des 2000 premiers mètres sous la surface, à intervalle de temps de l'ordre de 10 jours. Ces flotteurs sont distribués avec une résolution spatiale nominale (hors zones de glaces) voisine de 3° (~300km) (www.coriolis.eu.org/Observing-the-Ocean/ARGO).

ARGO a été pensé en complémentarité de la famille des satellites altimétriques JASON, dont les données (topographie de surface des océans) sont assimilées avec les données de subsurface issues des profileurs, afin de pouvoir déterminer un « état de l'océan ». Ce sigle est inspiré de la mythologie grecque, puisque ARGO fut le navire qui conduisit JASON à la recherche de la toison d'or...

Les flotteurs utilisés par le Shom sont principalement des flotteurs APEX (Autonomous Profiling EXplorer) de la société américaine Webb Research Corporation (www.webbresearch.com/apex.aspx). Ils sont constitués d'un corps (tube) métallique et creux, renfermant une partie électronique, de l'énergie (piles alcalines), et une partie mécanique. Un mécanisme de pompe et de vessie hydraulique interne permet d'ajuster le flotteur à la pression requise, mesurée par un capteur de pression (P). A l'extérieur on trouve les différents capteurs, température (T) et conductivité (C) pour ce qui concerne les flotteurs acquis par le Shom, ainsi que l'antenne de transmission des données via le système de localisation et de collecte de données par satellite ARGOS. La conductivité sera convertie en salinité, par la suite.

Le fonctionnement d'un flotteur est relativement simple. Mis à l'eau depuis le pont d'un navire, il plonge jusqu'à une profondeur de dérive, généralement 1000 mètres, qu'il va maintenir pendant un cycle de 10 jours. A l'issue de ce cycle, le profileur descend à une immersion de profil, généralement 2000 mètres. Puis il entame sa remontée jusqu'à la surface, en enregistrant les mesures réalisées par les capteurs (P, T, C), sur une centaine de niveaux. En surface les données mesurées et la position du flotteur sont transmises par ARGOS. Un centre à terre (CORIOLIS à Brest, www.coriolis.eu.org) réceptionnera les données pour les stocker, les décoder, les qualifier et les rendre disponibles aux utilisateurs. Après cette transmission, le flotteur replonge pour effectuer un nouveau cycle, à l'identique. La durée nominale de fonctionnement pour ces flotteurs est d'environ 4 années. Ils ne sont pas récupérés.

 

 

La validation des données

 

La validation des données s'effectue en trois étapes. La première étape est un contrôle qualité automatique effectué en temps réel par les centres ARGO, sur l'ensemble des mesures des flotteurs. Les données temps réel sont alors marquées par un code qualité et sont disponibles pour les utilisateurs dans un délai de 24 à 48 heures.

La seconde étape est une validation des données en temps différé, réalisée par le(s) chercheur(s) principal(ux) (PI) en charge du projet. Elle consiste à approuver/modifier les contrôles issus du premier niveau de validation, et contrôler de manière plus fine les profils de pression, température et salinité des flotteurs, ainsi que leurs positions. Pour cela on peut s'aider des profils des différentes bases de données, à disposition de la communauté. Un outil spécifique (VPT pour Validate Profilers Toolbox) a par ailleurs été développé au laboratoire (LPO) pour aider à la réalisation de cette étape (http://stockage.univ-brest.fr/~pbellec/validate_profilers_toolbox.html).

Une étape supplémentaire peut être ajoutée, qui consiste à calibrer les mesures de salinité des profileurs, et à corriger certaines mesures de pression en surface, qui présentent parfois un biais. Nous ne développerons pas ici les détails de ces procédures, qui pourront être consultées dans les références.

 

Le flotteur 1900617

 

Sur le même principe de fonctionnement que celui évoqué précédemment, le flotteur 1900617 du Shom avait cependant une programmation différente des flotteurs habituels de ceux du réseau ARGO. La profondeur de dérive du flotteur avait été fixée à 200 mètres, et l'immersion de profil était de 700 mètres.

 

Cette programmation était établie originellement, afin de pouvoir étudier la circulation de masses d'eau dans le Golfe de Gascogne, à 200 mètres de profondeur, ou de tourbillons, dans le cas d'un piégeage éventuel du flotteur dans un tourbillon. L'immersion de profil à 700 mètres permettait de raccourcir les phases de travail du flotteur, hors de son immersion de dérive, tout en échantillonnant l'Eau Centrale Nord Atlantique (Tchernia, 1978).

Trois conséquences avantageuses ont été obtenues par ces modifications. La première est la durée de vie du flotteur qui a été considérablement augmentée, du fait d'une économie en énergie puisqu'il doit pomper moins souvent. La seconde est qu'il a pu naviguer au-dessus de zones relativement peu profondes, sans trop s'échouer lors des profils (à quelques exceptions près, comme on le verra par la suite), ce qui lui a permis de faire un long périple. La dernière est la réduction du temps de profil (descente à 700m au lieu de 2000m, remontée en surface puis descente à 200m au lieu de 1000m), qui permet au flotteur de retrouver plus facilement la masse d'eau qu'il a quittée lors du profilage ; on ne gagne cependant pas sur le temps passé en surface, qui dure toujours entre 7 et 8 heures.

 

La longue durée de vie de ce flotteur n'est cependant pas exceptionnelle. A ce jour, c'est un flotteur APEX mis à l'eau par le Korean Ocean Research and Developpment Institute, en septembre 2002 (flotteur n° 2900205), qui a la plus grande longévité. Il est toujours actif depuis un peu plus de 12 ans, et totalise le 3 septembre 2017, 548 cycles. On peut remarquer sa programmation qui est similaire au flotteur 1900617, puisqu'il dérive et profile à 700m tous les dix jours [2].

 

L'odyssée

Le flotteur a été mis à l'eau le 10 mai 2006 depuis le navire océanographique POURQUOI PAS ? dans le Sud-Ouest du Golfe de Gascogne, au large de la côte nord Espagnole (44.568°N – 7.096° W) au-dessus de la plaine abyssale, au centre d'un tourbillon cyclonique observé.

   

Son parcours de l'année 2006, d'une distance de 765 kilomètres environ, a été caractéristique d'un écoulement vers l'Est que l'on retrouve habituellement plutôt en hiver, le long de la côte nord Espagnole, et qu'on appelle la Navidad ; il n'a donc pas pu rester piégé dans le tourbillon initial, et après avoir dérivé vers, puis au-dessus de la pente continentale (où il a stagné et s'est probablement échoué à diverses reprises à proximité de la longitude 7°W, jusqu'à début octobre), il a traversé tout le Golfe, d'Ouest en Est. La Navidad correspond à une intrusion d'eau plus chaude en surface, le long des côtes Portugaises et nord Espagnoles, se propageant vers le pôle. Cet écoulement se déclenche généralement vers la fin de l'année (novembre-décembre). Le courant s'étend alors de la surface à des profondeurs de l'ordre de 200-300 mètres, pour atteindre des vitesses d'environ 20 à 35 cm/s, voire plus, lors des fortes Navidad. Le flotteur a perçu un écoulement similaire entre octobre 2006 et janvier 2007 le long de la côte nord Espagnole, avec une vitesse moyenne, déterminée à partir de ses positions après remontée, de l'ordre de 7 cm/s. Cependant, un calcul mensuel révèle une variabilité temporelle de la vitesse, qui atteint alors près de 14 cm.s-1 entre début novembre et début décembre 2006. Cette vitesse est comparable à d'autres observations obtenues à la même époque dans la même zone.

Le début de l'année 2007 montre une nouvelle trajectoire à travers le Golfe de Gascogne, mais d'Est en Ouest cette fois-ci, et au-dessus de fonds plus importants, situés au-delà de la pente continentale, ce qui est en accord avec la connaissance que l'on a de la circulation générale dans cette zone : le flotteur peut alors sortir du Golfe. Il est ensuite emprisonné dans un tourbillon anticyclonique (rotation dans le sens des aiguilles d'une montre), du mois d'août 2007 au mois de mai de l'année 2008, où il parvient à remonter vers le Nord à l'ouvert du Golfe de Gascogne. Il est de nouveau capté par une structure anticyclonique en fin d'année. C'est au cours des années 2006 (entre juin et octobre) et 2007 (entre juillet et septembre) que le flotteur a enregistré les températures les plus chaudes de son parcours, atteignant un peu plus de 19°C en surface.

Pendant l'année 2009, il parvient à s'échapper du Golfe de Gascogne, et atteindre le large des côtes Irlandaises, après avoir traversé la baie de Porcupine en laissant à l'Ouest le banc de Porcupine. La distance parcourue sera en un an, de près de 2000 km, pour une vitesse moyenne d'environ 6 cm/s.

L'année suivante, en 2010, il est aspiré par une branche Est du courant Nord Atlantique, et emprunte la dépression de Rockall, puis marque quelques circonvolutions à proximité du mont sous-marin Anton Dohrn, et tangente le banc Rosemary. Il poursuit sa remontée vers le Nord, en laissant les îles Hébrides Extérieures à l'Est tout en rejoignant le banc des Féroé en fin d'année, en passant le seuil de Wyville Thomson. Sa vitesse atteint 9 cm/s en moyenne.

Le flotteur établira sa plus longue traversée (3070 km) au cours de l'année 2011, puisque du banc des Féroé (~60°N), qu'il quittera par le canal du même nom, qui débouche sur celui des Féroé-Shetland, il passera en mer de Norvège et atteindra le Nord du bassin du Lofoten (~72°N – 8°W), en contournant le plateau de Vøring, grâce au Courant Atlantique Norvégien. Le flotteur commence à enregistrer des températures négatives (-0.5 °C) entre 600 et 700m en mars 2011 et sa vitesse moyenne en 2011, aura été de près de 10 cm/s.

C'est en 2012 que le flotteur, capté par le Courant du Spitzberg Ouest, atteindra au mois de juin la partie extrême de son périple vers le Nord (77° 11.58' N – 0° 14.04' E). A partir de ce moment, il entamera progressivement une descente vers le Sud en longeant la partie Ouest du bassin du Groënland et en empruntant le Courant du Groënland Est (EGC sur cette carte), où il longera la banquise. Les températures enregistrées montrent sur les profils, l'existence d'un front thermohalin (ou thermosalin) remarquable au mois de mars de cette année, entre le bassin du Lofoten et le Sud Est du bassin du Groenland. Les températures qui variaient, au Sud de ce front, entre 6 et 0.5°C de la surface au fond, chutent drastiquement en traversant ce front vers le Nord, dans une gamme qui varie dès lors de 3 à 0°C, de la surface au fond.

De même, la salinité qui variait, au Sud du front, entre 35.20 et 34.90 psu de la surface au fond, voit sa gamme passer de 34.90 à 35.00 psu au passage du front, et la conservation de quelques structures à salinité plus élevée en surface.

A partir du mois de juillet et jusqu'à la fin de l'année 2012, apparaît une forte dessalure en surface, jusqu'à une centaine de mètres de profondeur. La salinité dans cette zone varie de 34.60 à 34.80 psu environ. On peut attribuer l'apparition de cette eau dessalée en surface à la fonte des glaces en cette saison.

 

Le déplacement du flotteur pendant l'année 2013 fut assez réduit. Il emprunta une branche Est du Courant du Groënland Est, le courant de Jan Mayen qui passe au nord de l'île Jan Mayen, et qui permet de refermer une boucle cyclonique de courant autour de la mer du Groënland, en rejoignant une branche Ouest du Courant Atlantique Norvégien, le Courant du Spitzberg Ouest (WSC sur cette carte); ce dernier prend sa source en Mer de Norvège. Le flotteur restera sur le plateau de l'île Jan Mayen pendant de longs mois. Il profilera dans des zones de faibles profondeurs (inférieures à 700 mètres, typiquement jusqu'en octobre). Il apparaît comme immobilisé sur le seuil Nord-Est, Est puis Sud-Est de l'île entre mars et octobre, laissant à penser qu'au lieu de dériver à 200 mètres, il est resté bloqué sur le fond à diverses reprises. Il peut enfin s'en échapper, à la fin de l'année, en empruntant une trajectoire vers le Sud, plutôt que le schéma typique de la circulation décrite précédemment.

 

Il a repris une direction Sud Sud-Ouest, en mer d'Islande, depuis le début de l'année 2014 et s'est ensuite cantonné dans un petit territoire, au voisinage de 68°N - 10°W. Il aurait pu être aspiré par le Courant Est Islandais, qui permet à la circulation générale de reboucler vers le Courant Atlantique Norvégien, s'il avait poursuivi sa trajectoire de début d'année. Une autre option aurait été qu'il emprunte une direction Ouest-Sud-Ouest, car en cet endroit un sous-courant portant dans cette direction a été identifié récemment, le Jet Nord Islandais. Contre toute attente, le flotteur a rebroussé chemin au début de l'année 2015, et a repris la direction du Nord vers l'île Jan Mayen, entre les isobathes 1800 et 2000 mètres, en longeant le flanc Ouest du microcontinent de Jan Mayen : c'est un haut-fond sous-marin dans le Sud-Ouest de l'île Jan Mayen, constitué de croûte continentale, la région étant une région à forte activité volcanique. Il s'est détaché du flanc fin février début mars, pour continuer son périple en mer d'Islande en dérivant dans un sens antihoraire au dessus de fonds à 2000 m pour atteindre l'Est de la partie Nord de l'arête de Kolbeinsey au mois de juin. Il va poursuivre sa boucle cyclonique en longeant l'Est de cette arête du Nord au Sud jusqu'au mois de décembre 2015, et va rester cantonné à la latitude 68°N pendant les 6 premiers mois de l'année 2016, en effectuant quelques petites trajectoires en boucle ; Il va reprendre ensuite sa trajectoire au-dessus des fonds à 2000 m le reste de l'année, pour atteindre alors l'Est de l'Islande à la frontière entre mer d'Islande et bassin Norvégien. Il continuera sa route en 2017 jusqu'au mois de mars en pénétrant dans le bassin Norvégien, se déplaçant vers le Sud-Est au-dessus des fonds à 2000 m. Il va commencer à connaître des déboires dès son deuxième cycle de l'année 2017, où le capteur de conductivité ne fonctionnera plus. Seuls les capteurs de pression et de température fonctionneront alors, jusqu'au cycle ultime du 13 mars 2017. Le flotteur 1900617 alors disparut...

L'histogramme des distances moyennes annuelles atteintes ainsi que celui des vitesses moyennes annuelles obtenues donnent une vue d'ensemble des caractéristiques du parcours du flotteur au cours de son périple, qui a réalisé de grands trajets à grande vitesse lors des 7 premières années, typiquement de 2006 à 2012, trajets qui se sont raccourcis par la suite, avec des vitesses qui se sont notablement réduites, de 2013 à 2017, La première partie correspond à la navigation du flotteur dans la partie Est de l'Océan Atlantique Nord et des mers constituantes de l'Océan Arctique, affecté d'une dynamique plus forte comparée à la deuxième période qui correspond au retour du flotteur sur le flanc Ouest de son chemin.

 

La longévité de ce flotteur fut exceptionnelle ; à ce jour seul le flotteur 2900205 dépasse cette longévité, et est toujours actif après une durée assez improbable de près de 15 ans de service à la mer !

 

 

Références

 






  •  Le Cann and Serpette, 2009. Intense warm and saline upper ocean inflow in the southern Bay of Biscay in autumn-winter 2006-2007, Continental Shelf Research 29, 1014-1025, dx.doi.org/10.1016/j.csr.2008.11.015


  • Tchernia P., 1978. Océanographie Régionale, description physique des océans et des mers. Cours ENSTA


  • Owens W.B. And A. Wong, 2009. An improved calibration method for the drift of the conductivity sensor on autonomous CTD profiling floats by ?S climatology, Deep Sea Research, 56, 3, 450-457, doi:10.1016/j.dsr.2008.09.008

 

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[1] la lieue est une ancienne unité de mesure qui a eu de nombreuses définitions. Pour notre propos, 1 lieue = 4 kilomètres.

[2] Nous remercions Peter Furze, Teledyne APEX Product Line Manager, pour cette information.

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