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Dossier Océanographie opérationnelle

Une grande "Cause Mondiale"

Mars 2005 - Dernière mise à jour : Février 2016

I- La planète Terre, notre habitat : Un système fragile

II - Un enjeu nouveau : La dynamique de la Terre

III - « Inventerre » : Où en sommes nous? que nous manque-t-il?

IV- L’apport décisif des systèmes spatiaux

V- La continuité des mesures

VI - La nécessité d'une action au niveau mondial 

I- La planète Terre, notre habitat : Un système fragile

La planète Terre est notre irremplaçable habitat car nous ne disposons pas d’alternative. En effet, il y a peu de chances de pouvoir coloniser un corps du système solaire et même si l’on découvre sans cesse de nouveaux systèmes planétaires, leur accès est hors de portée pour longtemps.

Notre planète est unique à bien des points de vue : en particulier, c’est la seule planète du système solaire où l’eau, source de toute vie, se trouve à l’état naturel sous forme gazeuse, liquide et solide. 

Elle bénéficie en outre d’une atmosphère qui contient l’oxygène suffisant pour maintenir la vie, d’une couche d’ozone stratosphérique qui protège des rayonnements UV en provenance du soleil et d’un « effet de serre » qui permet de maintenir des conditions de températures acceptables pour la vie et les écosystèmes.

La planète Terre est le résultat d’une très longue évolution qui met en jeu des interactions complexes entre ses différentes composantes (i.e. les océans, les calottes polaires, les terres émergées, l’atmosphère) et le rayonnement solaire en tant que source d’énergie. Il est clair que les activités humaines ont toujours influencé l’environnement terrestre, cependant, la croissance exponentielle de la population mondiale et de l’exploitation des ressources naturelles ainsi que l’industrialisation rapide aux 19ème et 20ème siècles conduisent à des changements dramatiques du système Terre. Les activités humaine liées essentiellement à l’utilisation de l’énergie fossile (pétrole, gaz, charbon), les modifications du couvert végétal dues à l’agriculture moderne, le développement des grandes concentrations urbaines, la déforestation …etc, ont des effets perturbateurs sur toutes les composantes du système Terre à l’origine du réchauffement global de notre planète et des changements climatiques.

Les scientifiques, même s’il y a encore beaucoup à explorer, comprendre et quantifier, sont maintenant unanimes à reconnaître l’influence anthropogénique sur la pollution atmosphérique et l’intensification de l’effet de serre, l’élévation du niveau moyen des océans, la disparition progressive des glaciers et, par conséquence, l’augmentation de la fréquence des épisodes météorologiques extrêmes ou violents, l’appauvrissement de la biodiversité…etc. 

L’Homme, passager de la Terre ( en quelque sorte «Géonaute»), se doit d’explorer, de découvrir, de comprendre pour essayer de prévoir l’évolution du système fragile auquel il appartient afin de réduire les incertitudes qui pèsent sur son avenir à court, moyen et long terme. Le concept de «Développement durable», c’est-à-dire "un mode de développement qui s'efforce de répondre aux besoins du présent sans compromettre la capacité des générations futures à satisfaire les leurs", qui est apparu dans les années quatre-vingt et a pris son essor avec le Sommet de Rio, implique la recherche d’un nouveau Savoir à partager essentiel pour un Vivre durable.

II - Un enjeu nouveau : La dynamique de la Terre

On peut sans doute dire que la Terre est la plus complexe et la plus « dynamique » des planètes connues, celle qui évolue le plus rapidement et aussi la seule où la vie participe activement à cette évolution. Le système Terre évolue à toutes les échelles de temps : depuis celle de la dynamique du manteau qui «gère» la tectonique des plaques et modèle continents et océans à celle de l’atmosphère qui fait la pluie et le beau temps au jour le jour. Toutes ces échelles sont interconnectées et l’on peut ainsi remonter de la météorologie à la tectonique des plaques : les circulations atmosphériques et océaniques et donc les climats sur Terre ne seraient pas ce qu’ils sont si océans et continents avaient une autre configuration. Les études paléo-climatiques utilisant les sédiments marins ou bien les carottes glaciaires l’ont bien montré.

Jusqu’aux années cinquante, la Terre n’était pas un objet d’étude par elle-même mais plutôt l’addition de secteurs ou disciplines qui, dans une certaine mesure, s’ignoraient. Elle commence pourtant à devenir « planète » avec l’Année Géophysique Internationale de 1957-1958 qui tente d’analyser globalement pour la première fois les interactions entre les enveloppes supérieures de la Terre avec le rayonnement solaire. Coïncidence et vision, le premier satellite artificiel est lancé en octobre 1957. L’ère spatiale de l’observation de la Terre va pouvoir commencer. Observée comme ses consœurs cette fois depuis l’espace, elle peut devenir enfin une planète à part entière. 

Il faut aussi mentionner la prise de conscience, depuis deux décennies environ et sous l’impulsion des scientifiques, par les décideurs politiques et le grand public de l’évolution du climat qui, du fait de l’Homme, s’accélère et semble nous faire sortir des limites des variations climatiques que la Terre a connues ces huit cents milles dernières années comme le montre le dernier rapport du Groupe Intergouvernemental d'experts pour l’Etude du Climat( GIEC, en anglais IPCC).

Cette prise de conscience nous contraint d’étudier la Terre comme un Système global en privilégiant les échelles temporelles de la décennie à quelques siècles et la dynamique et le couplage de ses enveloppes supérieures : atmosphère, surfaces continentales, océans, cryosphère, biosphère ainsi que leurs relations avec la source d’énergie qui les anime : le rayonnement solaire. 

III- «Inventerre» : Où en sommes nous ? que nous manque-t-il ?

Où en sommes-nous ?

La connaissance fine des processus physiques, chimiques et biologiques qui régissent le système Terre est essentielle pour anticiper et mieux encore, prévoir son évolution et prendre les meilleures décisions possibles. Malheureusement la méthode expérimentale classique est inapplicable ici : on ne peut pas mettre la Terre en laboratoire ! On crée alors des laboratoires virtuels, les modèles numériques, avec lesquels on simule des scénarios d’évolution possible en jouant sur tel ou tel paramètre. La construction de ces modèles implique au préalable l’observation et la mesure des nombreux différents paramètres permettant la mise en équation de ces processus. Les cent cinquante ans d’histoire de la science météorologique illustrent bien la démarche qui, d’observations et mesures en modèles, a permis de progressivement réduire l’incertitude des prévisions du temps à un, trois puis sept voire quinze jours dans un futur proche. Les modèles eux-mêmes ne peuvent fonctionner que s’ils sont calés sur des mesures et des observations de qualité et ce sont encore les observations qui diront ensuite ce que valent les simulations.

La connaissance du système terre a progressé de manière très inégale, des étapes très importantes ayant été franchies pour les processus physiques, par exemple en océanographie physique où il existe maintenant des modèles robustes de prévision opérationnelle de la circulation océanique à l’échelle globale ainsi qu’à échelle moyenne (existence des champs tourbillonnaires), des capacités de détection précoce et de prévision saisonnière du phénomène d’ El Niño aux conséquences multiples (sécheresses, inondations, feux de forêts, productions agricoles…). On pourrait également mentionner les processus physiques et chimiques de l’atmosphère avec les applications opérationnelles bien connues en météorologie citées précédemment. Il est important de mentionner que ces progrès ont bénéficié d’une part du développement prodigieux de l’observation spatiale et d’autre part des performances sans cesse croissantes des moyens informatiques et des nouvelles techniques de traitement de l’information.

La connaissance de la biosphère, des processus bio-chimiques et biologiques, bien qu’en progrès constant, n’a pas suivi le même rythme de croissance. Ceci est principalement dû à la très grande complexité des phénomènes dans les domaines, par exemple, de la biodiversité, des écosystèmes marins et côtiers, à leurs interactions encore imparfaitement connues avec les processus physiques et plus généralement aux difficultés de modélisation de ces processus.

Que nous manque-t-il ?

L’évolution du climat est un processus dynamique continu. Le dispositif d’observation et de mesures , doit donc être permanent à la fois dans le temps et dans la démarche scientifique, allant de l’acquisition des connaissances jusqu'aux  applications. 

En particulier, il n’y a pas lieu de différencier la recherche scientifique et les applications opérationnelles qui, toutes deux, ont besoin de systèmes d’observation et sont interactives, les secondes renvoyant à la première. Il y a donc urgence à garantir la pérennité de la "géoscopie" c'est à dire des systèmes d’observation de «la planète Terre». 

Le développement durable suppose un savoir durable, des systèmes et des moyens également durables d’acquisition de connaissances permettant d’observer, mesurer, modéliser et prévoir.

  IV- L’apport décisif des systèmes spatiaux

La Terre navigue dans le temps. Même en se limitant aux enveloppes superficielles de la Terre qui constituent notre habitat, les échelles temporelles à prendre en compte sont multiples et vont de la prévision météorologique au quotidien aux évolutions climatiques et à celles de la biosphère sur plusieurs siècles. Les échelles spatiales sont également cruciales et vont du local, de l’échelle d’un bassin versant par exemple, au régional et au global pour le climat. Les systèmes d’observation doivent donc prendre en compte cette diversité des échelles spatio-temporelles et des milieux.

Les systèmes d’observation spatiaux, qu’ils soient en orbite proche autour de la Terre ou en orbite géostationnaire, sont les seuls à pouvoir fournir des informations objectives, continues et cohérentes sur toute la Terre avec les pouvoirs de résolution spatiale adaptés et ceci durablement dans le temps. Ils permettent en particulier d’observer des zones difficiles d’accès pour des raisons géographiques (calottes polaires, océans, forêts tropicales) ou politiques (zones de conflits). Ils permettent aussi d’observer des évènements aléatoires dans le temps tels que les catastrophes naturelles (Tsunami dans l’océan Indien en décembre 2004) ou provoquées par l’homme (pollution marine par le pétrolier Erika sur les côtes espagnoles et françaises en novembre 2002). Ils résolvent donc le problème si difficile des échelles spatio-temporelles imbriquées.

En outre, les systèmes spatiaux de localisation et de transmission de données permettent le déploiement et la collecte des données, partout sur la Terre et dans la durée, en provenance des systèmes d’observation « in situ » donnant par exemple accès à la dimension verticale ou à des échelles spatiales ou temporelles très fines que l’observation par satellite ne permet pas d’atteindre.

La combinaison des réseaux d’observation in situ et des systèmes spatiaux d’observation, de localisation et de transmission de données résolvent donc non seulement les problèmes d’échelles, mais ils permettent aussi l’intégration cohérente de tous les systèmes déployés. 

  V - La "vie d'une mesure"

  A l'occasion de la journée du Bureau des Longitudes consacrée à Arago en 2003, son descendant Bruno Frachon rappelait l'importance que François Arago attachait aux séries d'observations. En effet son illustre ancêtre écrivait à propos de la météorologie :

"il faut, en effet, songer à pourvoir nos successeurs de termes de comparaison dont nous manquons nous-mêmes; il faut leur préparer les moyens de résoudre une foule d’importantes questions qu’il ne nous est pas permis d’aborder." C'était il y a un peu moins de deux siècles!

Cette phrase est encore d'actualité et s'applique à merveille à l'observation de l'océan! 

On a vu tout au long des documents qui précèdent l'intérêt considérable de disposer, grâce aux moyens informatique et de communication,  de résultats de mesures en temps réel ou quasi réel. Mais la vie d'une observation ne s'arrête pas là. Elle présente aussi un intérêt en temps différé pour nos successeurs. 

Une même mesure peut aussi au cours de "sa vie" servir plusieurs domaines  d'activité (océanographie, météorologie, biologie..), alimenter des travaux de recherches, des travaux d'applications ou d'exploitation.

Ce propos peut être illustré par le réseau de mouillage TAO et le réseau de flotteurs ARGO . Tous deux sont issus de la recherche, TAO est déjà opérationnel, ARGO va le devenir prochainement. 

L'un et l'autre servent les communautés de recherche et des centres opérationnels. 

Dans le cadre de ARGO France, les responsables scientifiques ont été sélectionnés et participent au déploiement des profileurs et à la qualification des données pour le plus grand bien de l'opérationnel temps réel, puis de l'acquisition de connaissances en mode recherche.

Une multitude de projets sont concernés dans des domaines différents. Citons, GOODHOPE-LPO (réseau de mesures  dans l'Océan Austral, le long d'une radiale reliant les continents Africain et Antarctique), CIRENE (observation de l’océan Indien Tropical aux échelles de temps intrasaisonnières à inter annuelles, sur une période s’étendant de fin 2004 à fin 2007)., FLOSTRAL-LEGOS (flotteurs australs)....

  VI -  La nécessité d'une action mondiale 

Les processus physiques, chimiques et biologiques qui régissent notre système Terre ne connaissent pas les frontières des pays. 

Aucune initiative locale  même dotée de moyens considérables n'a de chance d'aboutir à des résultats cohérents.

La Météorologie a été reconnue très tôt comme une préoccupation planétaire, indispensable au bien de l'humanité, et appartenant à tous.

C'est pourquoi, l'Organisation Météorologique Mondiale est, depuis 1950, un réseau mondial unifié des Services Météorologiques et Hydrographiques des nations, permettant mondialement un libre échange des données, informations et services en temps réel.
La prévision océanique, peut-être parce que plus récente, n'a pas ce statut. Grâce à plusieurs initiatives, des réseaux coexistent. Plusieurs organisations dont l'objectif est de travailler pour le bénéfice de l'environnement et de l'humanité ont été créées, elles ont certes des relations d'échanges entre elles mais pas d'unité. 

Citons les trois principales ainsi que leurs nombreux rattachements :

GOOS (The Global Ocean Observing System) a été créé en 1991 par l'Assemblée de la COI (Intergovernmental Oceanographic Commission de l'UNESCO)  pour répondre au désir de nombreuses nations d'améliorer la gestion des océans et des mers, ainsi que les prévisions climatiques. 

GOOS fait partie d'une Stratégie mondiale intégrée d'observation (IGOS), au sein de laquelle des agences du système des Nations Unies [l'UNESCO et sa COI; l'OMM; le PNUE (Programme  des Nations Unies pour l'Environnement) et la FAO (Food and Agriculture Organisation)] travaillent ensemble, ainsi qu'avec le ICSU (International Concil of Scientific Unions) et les agences spatiales (réunies au sein du Comité sur les satellites d'observation de la Terre - CEOS (Commitee on Earth Observation Satellites). 

GEOSS (Global Earth Observation System of Systems) de l'U.S  EPA (Environmental Protection Agency) née d'une réunion du "Sommet de l'Observation de la Terre" à Washington en juillet 2003, poursuivie début 2004 par un nouveau sommet à Tokyo. L'objectif est de mettre en place avec les Nations développées un plan sur 10 ans de collecte des données. Un Bureau chargé de cette tâche est en cours d'installation à l'OMM à Genève..

Le projet Copernicus (anciennement GMES, Global Monotoring for Environment and Security qui a été lancé en 1998), initiative conduite par l’Union européenne et développée en partenariat avec l’ESA et ses États membres, vise à fédérer et rationaliser les activités européennes d’observation de la Terre.

Il comprend un ensemble de cinq services thématiques :

Ces services ont atteint différents degrés de maturité. Certains sont déjà opérationnels (land monitoring et emergency management) tandis que d'autres sont encore dans un mode pre-operationel (atmosphere monitoring et marine monitoring) ou en phase de développement (climate change monitoring et services for security applications).
Tous ces services sont gratuits.
Le 11 novembre 2014 la Commission Européenne et Mercator-Océan ont signé un accord qui délègue à Mercator -Océan la mise en place du service Copernicus de surveillance des océans (Marine Monitoring).

Les projets MyOcean 1 (2009-2012), MyOcean 2 ( 2012-2014) et MyOcean follow-on ( octobre 2014- mars 2015)  financés par la Commission Européenne avaient pour objectif la mise en place (définition, conception, développement et validation) d’une phase de démonstration de la capacité européenne intégrée ("Marine Core Service") pour la surveillance, l'analyse et la prédiction des Océans, en s’appuyant sur l’ensemble des compétences et moyens existants au niveau national".

Ces projets constitués d'un consortium de 61 partenaires répartis dans 29 pays ont été les précurseurs de la composante  "Marine Environment Monitoring Service" du programme Copernicus lequel est désormais en phase d'opération. Voir la page Copernicus "Fourniture des produits et services pour toutes les applications marines. 

La description de ces diverses initiatives, en Europe et dans le monde est "volontairement simplifiée" afin de ne pas lasser le lecteur !! Ceux qui voudrait approfondir peuvent se plonger dans les sites internet de chaque organisation.

Un tel foisonnement est très encourageant. Il implique toutefois un minimum de convergence entre ces initiatives, toutes légitimes, faute de quoi en effet, le "soutien international durable", clé du passage à l'opérationnel, risquerait de ne pas être au rendez- vous.

Voir aussi notre CR de la réunion Oceanobs2009