L’innovation au service de la connaissance des océans

L’océan demeure un espace essen­tiel pour le trans­port de mar­chan­dises. 80 % des échanges com­mer­ciaux prennent la voie mari­time, et un des pre­miers fac­teurs de la mon­dia­li­sa­tion est le déve­lop­pe­ment du trans­port maritime.

“ La cartographie marine doit s’adapter aux nouvelles conditions de la navigation ”

Ce der­nier prend dif­fé­rentes formes : accrois­se­ment rapide des ton­nages des navires, porte-conte­neurs notam­ment, ouver­ture de nou­velles lignes en fonc­tion du déve­lop­pe­ment et des dépla­ce­ments des centres de pro­duc­tion et des lieux de consom­ma­tion, gigan­tisme des ports en tête de ligne, nou­velles orga­ni­sa­tions en hubs de la cir­cu­la­tion des marchandises.

La car­to­gra­phie marine indis­pen­sable à la sécu­ri­té de la navi­ga­tion sur ces lignes de trans­port mari­time doit s’adapter à ces nou­velles condi­tions de la navi­ga­tion, alors que son actua­li­sa­tion néces­site des opé­ra­tions lourdes. Un phé­no­mène ana­logue s’observe dans le domaine en plein essor de la croi­sière, avec une course au gigan­tisme des navires.

Un gisement de ressources mal connu

L’océan est aus­si un espace de res­sources, éner­gé­tiques et miné­rales. L’exploitation de ces res­sources repose sur l’installation en mer de dis­po­si­tifs d’exploration et de pro­duc­tion, dont le coût, déter­mi­né par les condi­tions phy­siques par­fois extrêmes ren­con­trées dans le milieu marin, est très élevé.

L’optimisation de l’installation de ces dis­po­si­tifs ain­si que l’efficience et la sécu­ri­té de leur exploi­ta­tion ne sont donc pos­sibles qu’avec une connais­sance adé­quate de l’océan.

Celle-ci est très rare­ment suf­fi­sante a prio­ri, y com­pris sur les pla­teaux conti­nen­taux (fonds infé­rieurs à 200 mètres), ren­dant par exemple déli­cat le choix des zones d’implantation des dis­po­si­tifs de pro­duc­tion d’énergie marine renouvelable.

L’exploitation rai­son­née des res­sources vivantes est d’un degré de com­plexi­té sup­plé­men­taire, car met­tant en jeu la com­pré­hen­sion des éco­sys­tèmes et des inter­ac­tions qui les structurent.

Enjeux de sécurité

Ces acti­vi­tés éco­no­miques à haute valeur ajou­tée, dans des espaces que leur nature même rend dif­fi­ciles à contrô­ler, sus­citent des convoi­tises, qui se tra­duisent depuis plu­sieurs années par l’essor d’activités illi­cites : pira­te­rie, tra­fic de stu­pé­fiants, pêche non décla­rée et non réglementée.

“ Mers et océans restent encore peu connus ”

Une des dif­fi­cul­tés ren­con­trées par cer­tains États côtiers confron­tés à ces acti­vi­tés est le manque de cartes marines des zones lit­to­rales, fami­lières aux cri­mi­nels qui s’y réfu­gient, mais dif­fi­ciles d’accès aux uni­tés des auto­ri­tés qui les pourchassent.

Enfin, rap­pe­lons le rôle essen­tiel de l’océan dans la dyna­mique du cli­mat : trans­ports de cha­leur de l’Équateur vers les Pôles, action dans le cycle du car­bone, impact de l’acidification qui en résulte, nom­breuses sont les ques­tions qui res­tent à pré­ci­ser pour quan­ti­fier plus fine­ment les évo­lu­tions, glo­bales et régio­nales du cli­mat et sa réponse aux for­çages anthropiques.

L’océan, une nouvelle frontière

Mers et océans res­tent encore peu connus (la topo­gra­phie de la sur­face de Mars est bien mieux décrite¹ que celle du fond des océans).

La prin­ci­pale rai­son tient aux carac­té­ris­tiques phy­siques mêmes du milieu marin : opaque aux ondes élec­tro­ma­gné­tiques, sauf pour quelques lon­gueurs d’onde et pour de faibles pro­fon­deurs, hos­tile à l’occupation de longue durée, deux fois plus éten­du que les sur­faces conti­nen­tales, son obser­va­tion reste dif­fi­cile et néces­site la mise en œuvre de tech­niques par­ti­cu­lières, tou­jours plus coû­teuses que celles uti­li­sables pour la sur­face ter­restre².

La pres­sion des enjeux rap­pe­lés plus haut et l’exploitation du pro­grès tech­no­lo­gique ont heu­reu­se­ment sus­ci­té un cer­tain nombre d’innovations, sources de pro­grès dans la connais­sance des océans.

De nouveaux outils d’exploration

L’observation de l’océan a béné­fi­cié depuis une ving­taine d’années de la mise au point de nou­veaux types de cap­teurs don­nant accès à des mesures d’une pré­ci­sion et d’une réso­lu­tion très améliorées.

La géné­ra­li­sa­tion des sys­tèmes de posi­tion­ne­ment par satel­lite et la bana­li­sa­tion sur les navires spé­cia­li­sés des son­deurs acous­tiques mul­ti­fais­ceaux (SMF), mesu­rant la topo­gra­phie du fond sur une bande large de quatre à cinq fois la pro­fon­deur, consti­tuent une rupture.

Tou­jours dans le domaine des tech­niques de mesure acous­tiques, l’observation des cou­rants a été révo­lu­tion­née il y a une quin­zaine d’années par la géné­ra­li­sa­tion des cou­ran­to­mètres à effet Dop­pler, don­nant accès de manière fiable à la struc­ture tri­di­men­sion­nelle du cou­rant, ponc­tuel­le­ment ou sur un pro­fil ver­ti­cal ; dans le même temps, l’arrivée à matu­ri­té des tech­niques de télé­dé­tec­tion par radar HF ter­restre étend consi­dé­ra­ble­ment les pos­si­bi­li­tés du sui­vi en temps réel des cou­rants de surface.

Capteurs optiques

Les tech­no­lo­gies optiques ne sont pas en reste. Les avan­cées tech­no­lo­giques dans le domaine du laser bathy­mé­trique aéro­por­té (lidar) en font désor­mais un outil essen­tiel d’exploration des zones mari­times côtières, comme il l’est depuis quelques années pour la mesure de la topo­gra­phie terrestre.

De manière plus pros­pec­tive, des cap­teurs optiques in situ faci­li­te­ront sans doute d’ici quelques années la mesure de la sali­ni­té des océans, para­mètre essen­tiel à la com­pré­hen­sion de sa dyna­mique. L’appréhension de cette der­nière repose éga­le­ment sur une déter­mi­na­tion pré­cise du géoïde³ sur les espaces mari­times ; la mesure pré­cise du champ de pesan­teur en mer, très dif­fi­cile, pour­rait être révo­lu­tion­née d’ici quelques années par la mise au point d’un gra­vi­mètre embar­qué exploi­tant les pos­si­bi­li­tés offertes par les atomes froids.

Le rôle irremplaçable des satellites

Ces mesures, réa­li­sées dans l’océan ou à proxi­mi­té de sa sur­face, sont com­plé­tées par les obser­va­tions de satel­lites spé­cia­li­sées, dont chaque géné­ra­tion voit les per­for­mances sen­si­ble­ment amé­lio­rées, en par­ti­cu­lier la réso­lu­tion spa­tiale et spec­trale des ima­geurs pas­sifs, pour la ther­mo­mé­trie ou la mesure du conte­nu en chlo­ro­phylle des couches super­fi­cielles de l’océan.

La mesure par satel­lite du niveau de la mer, dont la pré­ci­sion per­met désor­mais, grâce à celle des moyens de posi­tion­ne­ment des satel­lites, de suivre les effets du réchauf­fe­ment cli­ma­tique, mais aus­si d’inférer l’existence de monts sous-marins, connaî­tra dans les pro­chaines années une rup­ture avec la mise en ser­vice d’instruments cou­vrant toute une bande d’espace sous la tra­jec­toire du satel­lite, au lieu de la trace simple qui actuel­le­ment limite la réso­lu­tion spa­tiale et tem­po­relle des observations.

Rele­vé de l’entrée de l’aber Benoît (Finis­tère) par laser bathy­mé­trique aéroporté.

Des masses de données en forte croissance

Les volumes de don­nées ain­si recueillis connaissent une crois­sance qua­si expo­nen­tielle. Les capa­ci­tés des outils de trai­te­ment consti­tuent à cet égard un défi : l’efficacité de la cali­bra­tion et de la vali­da­tion des don­nées, de leur inter­pré­ta­tion, de leur sto­ckage, sont tri­bu­taires de moyens infor­ma­tiques, maté­riels et logi­ciels, pour les­quels il existe encore un large poten­tiel d’améliorations, indis­pen­sables pour accé­lé­rer la dis­po­ni­bi­li­té des don­nées traitées.

“ Intégrer des paramètres biologiques aux modèles numériques de l’océan ”

En aval, la crois­sance des puis­sances de cal­culs et les pro­grès de l’analyse numé­rique per­mettent le déve­lop­pe­ment de modèles numé­riques repré­sen­tant de plus en plus pré­ci­sé­ment les phé­no­mènes océa­niques et com­bi­nant et assi­mi­lant les don­nées de toutes ori­gines, sur le même prin­cipe géné­ral que les modèles météo­ro­lo­giques mais avec une réso­lu­tion spa­tiale que la dyna­mique de l’océan impose beau­coup plus fine.

Par­mi les pro­chaines avan­cées de ces tech­niques, les plus atten­dues sont la modé­li­sa­tion des mou­ve­ments ver­ti­caux, qui jouent un rôle essen­tiel dans les échanges de cha­leur avec l’atmosphère, et l’intégration de para­mètres bio­lo­giques aux modèles numé­riques de l’océan.

Les robots, nouveaux auxiliaires

Drone sous-marin équi­pé de capteurs.

Une des prin­ci­pales limi­ta­tions dans l’observation de l’océan vient de ce que, sous sa sur­face acces­sible aux mesures satel­li­tales, les obser­va­tions reposent essen­tiel­le­ment sur des cap­teurs in situ, immer­gés dans le milieu. La confi­gu­ra­tion clas­sique de navires spé­cia­li­sés empor­tant ces cap­teurs reste très coû­teuse mal­gré l’automatisation crois­sante des navires et des ins­tru­ments de mesure.

Aus­si la robo­tique est-elle depuis quelques décen­nies une voie de déve­lop­pe­ment pour l’observation de l’océan.

Long­temps limi­tée aux pro­fi­leurs de tem­pé­ra­ture (bouées plon­geant et remon­tant régu­liè­re­ment, sou­mises au dépla­ce­ment des cou­rants) et aux engins télé­opé­rés de recon­nais­sance visuelle – et ponc­tuelle – des fonds, ses pro­grès récents, ain­si que ceux de la minia­tu­ri­sa­tion des cap­teurs, font appa­raître des nou­velles confi­gu­ra­tions qui joue­ront très pro­ba­ble­ment un rôle essen­tiel d’ici quelques années : engins auto­nomes sous-marins (AUV) ou de sur­face, por­teurs de SMF et d’autres moyens acous­tiques d’investigation des fonds, pla­neurs sous-marins capables d’échantillonner pen­dant plu­sieurs années les pro­prié­tés hydrologiques.

La matu­ra­tion de ces tech­no­lo­gies sera prin­ci­pa­le­ment déter­mi­née par les pro­grès de l’autonomie éner­gé­tique, et, pour cer­taines appli­ca­tions, par la capa­ci­té à se posi­tion­ner pré­ci­sé­ment en sub­sur­face, hors de la por­tée des satel­lites de positionnement.

Des données partagées par la communauté des utilisateurs

Enfin, au-delà du sché­ma clas­sique de col­lecte, trai­te­ment, exploi­ta­tion / simu­la­tion des don­nées, la pro­fonde révo­lu­tion des outils et prin­cipes de dif­fu­sion et de mise à dis­po­si­tion des don­nées et infor­ma­tion, sous l’influence com­bi­née des pro­grès tech­no­lo­giques d’Internet et de l’évolution des régle­men­ta­tions, prin­ci­pa­le­ment euro­péennes, sur l’accès aux don­nées, consti­tue­ra sans aucun doute, dans les toutes pro­chaines années, une source d’innovations, tant dans les usages que dans la col­lecte de nou­velles don­nées (crowd­sour­cing, sciences par­ti­ci­pa­tives, plates-formes numé­riques collaboratives).

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1. Une mesure tous les 12 mètres.
2. Par exemple, à sur­face égale, les mesures de pro­fon­deur sont entre 10 et 30 fois plus coû­teuses en mer qu’à terre. La super­fi­cie des eaux sous juri­dic­tion fran­çaise est 20 fois supé­rieure à la super­fi­cie ter­restre de la France.
3. Le géoïde est l’équipotentielle du champ de pesan­teur, par rap­port à laquelle doivent s’apprécier notam­ment les élé­va­tions dyna­miques du niveau marin.

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