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L’océan « vu » de la Terre

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L’océan « vu » de la Terre

La robotique sous-marine pour explorer les océans

L’exploration océanographique, traditionnellement associée à des missions « offshore », a connu une véritable métamorphose avec l’avènement de technologies innovantes dites « à distance ». C’est ainsi qu’Hervé Claustre, directeur de recherche au CNRS au laboratoire d'océanographie de Villefranche-sur-Mer (LOV, CNRS/UPMC) peut aujourd’hui observer les profondeurs des océans directement de son bureau.

 

Loin de pouvoir percer tous les secrets du « grand bleu », Hervé Claustre et son équipe cherchent à mieux comprendre les propriétés physiques et biogéochimiques des océans et leurs rôles dans un contexte de changement climatique. Il participe au programme OAO (Oceanographic Autonomous Observations) qui fédère des scientifiques (chercheurs et ingénieurs) de l’Observatoire océanologique de Villefranche-sur-Mer.

 

Des instruments autonomes ont ainsi été mis au point pour explorer et observer les océans à distance et en temps réel. La surface des océans peut être étudiée grâce à des satellites, tandis que les observations de leurs propriétés en profondeur nécessitent des instruments tels que les robots sous-marins. Ces technologies « de pointe » sont extrêmement complémentaires dans la perspective de développer une vision tridimensionnelle des caractéristiques de différentes zones océaniques.

 

De gros moyens mis en oeuvre pour observer les mers et les océans

Les océanographes disposent de deux types de dispositifs autonomes d’observation des océans et des mers :

  • Le planeur sous-marin (glider en anglais), engin piloté à distance par les scientifiques, mesure les propriétés de l'océan en se déplaçant sans hélice depuis la surface jusqu’à un kilomètre de profondeur.

Planeur. © David Luquet

  • Le flotteur profileur réalise également des mesures depuis la surface jusqu'à deux kilomètres de profondeur. Quand il ne mesure pas, il se déplace au gré des courants.

Flotteur. © David Luquet

 

Bardés de capteurs miniaturisés, le deux types de plates-formes acquièrent les mesures océanographiques durant leur trajet en « yo-yo ». Dès leur retour en surface, ils transmettent en temps réel leurs observations par satellite au laboratoire de recherche, puis replongent pour un nouveau cycle d’observation. Ces robots permettent d’explorer des zones difficiles d’accès ou des zones pour lesquelles un accès par bateau est trop coûteux et sont ainsi des outils complémentaires à d’autres outils d’observation, comme par exemple :

  • Le satellite « couleur de l'eau » observe quotidiennement l’ensemble des océans et permet de dresser des cartes de l'abondance du phytoplancton, premier élément de la chaine alimentaire.

Le satellite « couleur de l’eau » tourne autour de la Terre à une altitude de 700 à 800 km. D. R.

  • Les animaux (par ex. les éléphants de mer dans l'Océan antarctique) deviennent à leur tour des océanographes lorsqu’ils sont équipés de capteurs miniaturisés.

 

Éléphant muni d'un capteur. D. R.

  • Le navire océanographique permet d'embarquer de nombreux scientifiques qui réalisent des mesures que les robots ne sont pas (encore) capables de faire.

Le bateau océanographique James Cook. D. R.

  • Les drones de surface télécommandés servent à observer et à comprendre les phénomènes à la surface de l'océan et de la base de l'atmosphère.

Drone. Trimaran INSU. D. R.

  • Les mouillages instrumentés sont ancrés au fond des océans. Ils mesurent une variété de propriétés à différentes profondeurs, toutes les minutes et sur plusieurs années.

Bouée instrumentée. © David Luquet

 

Ce que révèlent les observations et analyses

Les robots sous-marins réalisent des mesures physiques (température, salinité), mais aussi des mesures chimiques (teneur en oxygène, en nitrates, en hydrocarbures), biologiques (quantité de chlorophylle et de phytoplancton, détection de méduses) et optiques (pénétration de la lumière dans l’océan). Leur grande autonomie leur permet d'étudier les variations des propriétés de l'océan sur un continuum d'échelles de temps (de la journée jusqu'à plusieurs années) ou d’espace (du km jusqu’à environ 1000 km).

 

L’ensemble de ces mesures vise à améliorer les connaissances sur les cycles biogéochimiques en lien direct avec les changements environnementaux et mieux estimer la quantité de dioxyde de carbone (CO2) capturé par le phytoplancton via le processus de photosynthèse dans des zones clés comme l’Atlantique Nord.

 

En associant les données obtenues par les robots avec les observations satellites de la couleur de l’océan, il va bientôt être possible d’obtenir une « vision 3D » en temps réel, du monde océanique et de mieux comprendre la biologie océanique (cycles biogéochimiques du carbone et de l'azote, rôle du phytoplancton), et sa réponse aux perturbations environnementales.

 

Pour en savoir plus :

Laboratoire d'océanographie de Villefranche (LOV)Nouvelle fenêtre

 

Oceanographic Autonomous ObservationsNouvelle fenêtre (OAO)

 

Opération Mon océan et moiNouvelle fenêtre

 

« Mon océan et moi », un projet éducatif et participatif ambitieuxNouvelle fenêtre

 

 

A glider surfacing – one can nicely see how the antenna fin raises for optimal communication. © J.-J. Pangrazi OAO/LOV

 

 

A glider starts its descent to sample and observe Ocean properties within the water column. © D. Luquet OAO/LOV

 

 

The communication with a profiling float is guaranteed by an antenna that raises while it surfaces. © J.-J. Pangrazi OAO/LOV

 

 

A profiling float is launched here to test the well functioning of the various sensors and the communication. OAO undertakes such tests before a float is sent on mission and deployed in one of the World Oceans. ©: D. Luquet OAO/LOV

 

  

Le Marion Dufresne. D. R.

 

 

Bouée instrumentée. © Émilie Diamond

 

 

Rosette pour le prélèvement. D. R.

 

 

Flotteur. © David Luquet



22/07/13