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Participation du LOPS à #CNRSInsolite

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Le vendredi 2 octobre 2020, le LOPS a participé à une opération mise en place au niveau national par le CNRS dans le cadre de la fête de la science : #CNRSInsolite. Le principe consistait à réaliser un questionnaire sur les thématiques du laboratoire destiné au grand public. 10 personnes étaient ensuite sélectionnées parmi celles ayant bien répondu à l’enquête et étaient invitées à venir visiter l’unité de recherche pendant 3 heures à une date déterminée. La thématique retenue par Pascale Lherminier qui a organisé et animé la visite était « Observer l’océan : le défi de la la prochaine décennie ».

7 personnes, pour la plupart passionnées de sciences, étaient au rendez-vous.

Après une présentation du laboratoire et de ses 4 thématiques de recherche, Pascale a proposé une manip sur la circulation thermohaline (système chauffant, colorants et glaçons) qui montre que tout ce qui est refroidi va au fonds et permet d’expliquer la circulation océanique mondiale. C’est l’océan qui assure la répartition de la chaleur sur la Terre.

Le premier objet mystère était une bouteille Niskin. Elle est utilisée pour faire des prélèvements d’eau dont les données sont exploitées pendant deux ans. Il s’agit d’un cylindre, ouvert aux deux extrémités et muni de systèmes de fermeture, qui est descendu à la profondeur désirée et fermé par un moteur de rosette contrôlé à distance.

Thierry Reynaud a ensuite évoqué la salinité. Il a précisé que la quantité de sel dans l’eau de mer est en moyenne de 34 à 35 g/l et est principalement constituée de chlore et de sodium. L’eau est moins salée près des pôles et s’allège quand la salinité diminue. il a aussi cité les instruments installés sur des bateaux, tels que des voiliers, notamment pour le Vendée globe.

Puis Jade Burdallet a proposé une manip à base de lait, de colorants et de liquide vaisselle pour illustrer la turbulence océanique.

Elle a aussi suggéré la fabrication d’un ludion pour illustrer le principe d’Archimède : c’est le poids relatif de l’objet dans l’eau qui détermine sa flottabilité. Le ludion était construit avec une paille, du scotch, des trombones et une bouteille d’eau très remplie. Un ludion est une figurine creuse, ouverte à sa partie inférieure et lestée de façon à couler ou à émerger dans un liquide où elle est plongée lorsque la pression à la surface libre du liquide varie. Les variations de pression sont généralement produites en appuyant sur une membrane fermant le récipient.

Le 2ème objet mystère était un flotteur Argo qui mesure la salinité, la température et l’oxygène. Il y en a 4000 dans l’océan, environ tous les 200 kms. Une application sur téléphone permet même de suivre un flotteur.

Ensuite était proposée une manip sur les sons pour savoir comment communiquer dans l’océan. Seules les ondes acoustiques se propagent loin dans l’océan.

Le dernier objet mystère était l’ADCP (Acoustic doppler current profiler) que l’on trouve sous les mouillages, les bateaux, sur les rosettes… Un profileur de courant par effet Doppler est similaire à un sonar ; il est utilisé pour mesurer les vitesses du courant d’eau sur une plage de profondeur en utilisant l’effet Doppler d’ondes sonores réfléchies par les particules de la colonne d’eau.

Ensuite, une discussion à bâtons rompus a eu lieu entre les participants et Pascale Lherminier.

Crédit photos

Cécile Nassalang / CNRS

Contact

Pascale Lherminier / Ifremer

Innovation technologique : le réchauffement climatique suivi jusque dans les profondeurs de l’océan

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Grâce à la nouvelle génération de flotteurs autonomes profonds Deep-Arvor développés en France, le signal du changement climatique peut désormais être traqué jusque dans les profondeurs de l’océan, jusqu’à – 4 000 m. Les premières données acquises par ces instruments en Atlantique Nord apportent des informations inédites sur des masses d’eau profonde, leurs dynamiques de mélange et de déplacement. Autant de données essentielles pour comprendre comment le signal climatique se diffuse dans l’océan global. Obtenus par des scientifiques du Laboratoire d’océanographie physique et spatiale (LOPS), ces résultats sont publiés dans Journal of Geophysical Research.

En 50 ans, l’océan a absorbé plus de 90 % de l’excès de chaleur reçu par la Terre dû aux activités humaines, entraînant un réchauffement de l’océan global.
Grâce au réseau de 4 000 flotteurs autonomes Argo qui mesurent la température et la salinité entre 0 et 2 000 m de profondeur dans l’ensemble des océans, il a été estimé que cette tranche de la colonne d’eau est actuellement plus chaude d’environ 0.8°C par rapport à 1950. Or, d’autres mesures ponctuelles réalisées à partir des navires océanographiques ont montré que le réchauffement pénètre dans l’océan bien au-delà de 2 000 m de profondeur.

Pour mesurer ce signal profond, la France s’est lancée en 2011 dans le développement d’un flotteur Argo profond, le Deep-Arvor, capable de mesurer la température, la salinité et la concentration en oxygène dissous, jusqu’à 4 000 m. Obtenir de telles mesures à ces grandes profondeurs est un défi technologique qu’ont relevé avec succès les équipes impliquées dans le projet Equipex « Novel Argo Ocean observing System » (NAOS) initié par l’Agence nationale de la recherche (ANR), l’Ifremer et le CNRS.

                                                                  © Ifremer / O. DUGORNAY

Afin de comprendre comment l’excès de chaleur pénètre et voyage dans l’océan et comment il impacte son fonctionnement, les chercheurs du LOPS ont concentré leur effort de recherche dans l’Atlantique Nord, où les eaux chaudes venues du sud se refroidissent et plongent vers les profondeurs, contribuant ainsi à la pénétration des signaux climatiques dans l’océan profond. La redistribution de cette chaleur vers le reste de l’océan dépend de la circulation profonde qui est encore largement inconnue.

Ils ont ainsi déployé, entre 2015 et 2017, cinq flotteurs Deep-Arvor lors de la campagne RREX. Ils ont été mis à l’eau au sud de l’Islande dans une zone profonde de 3 600 m et truffée de reliefs sous-marins qui contraignent la trajectoire des masses d’eau profondes. Certaines, récemment en contact, avec l’atmosphère transportent ainsi la trace du climat récent.

Les flotteurs Deep-Arvor sont paramétrés pour plonger depuis la surface jusqu’à une profondeur de dérive d’environ 3 000 mètres à laquelle ils restent 10 jours. Ils plongent ensuite à 4 000 mètres avant de remonter à la surface pour transmettre par satellite les données enregistrées pendant leur immersion et leur remontée.

L’oxygène, une donnée-clé pour mieux comprendre la circulation profonde

Les flotteurs Deep-Arvor sont les seuls flotteurs Argo profonds à être équipés de capteurs mesurant la concentration d’oxygène dissous dans l’eau. De cette donnée, les scientifiques déduisent l’âge relatif d’une masse d’eau : plus elle est jeune et a donc eu un contact récent avec l’atmosphère, plus sa concentration en oxygène est élevée ; à l’inverse, plus elle est vieille, plus sa concentration en oxygène est faible.

« Grâce à ces mesures d’oxygène, nous avons observé comment une masse d’eau jeune récemment formée au voisinage de l’Islande et circulant à 2 750 m dans un chenal profond, se mélangeait avec une masse d’eau plus ancienne sous l’action des courants de surface particulièrement énergétiques à cet endroit, explique Virginie Thierry. En outre, aucun des flotteurs n’a suivi la trajectoire à laquelle on s’attendait au vu des courants dominants. L’un d’entre eux a même mis en évidence l’existence d’une nouvelle route profonde qui n’avait jamais été observée directement ».

Ces mesures permettent ainsi de suivre et de comprendre la propagation et la dilution des signaux climatiques dans l’océan. De telles informations sont cruciales pour améliorer les modèles de projections climatiques.

100 % du volume total de l’océan global couvert par les flotteurs profonds

A ce jour, sur les 4 000 flotteurs qui parcourent l’océan, seuls 96 plongent au-delà de 2 000 mètres. Parmi eux, 21 flotteurs Deep-Arvor sillonnent les eaux profondes de l’Atlantique Nord, de l’Atlantique équatorial et de l’océan Austral. En 2020, 16 nouveaux flotteurs Deep-Arvor seront mis à l’eau dans l’Atlantique nord. L’ambition du réseau international Argo est de maintenir en opération 1 200 flotteurs profonds dans l’océan d’ici 5 ans.

« Ce réseau dense de flotteurs profonds nous aidera à comprendre comment se répartit le signal climatique dans 100 % du volume de l’océan global, contre 50 % avec les flotteurs plongeant à 2 000 mètres, conclut Virginie Thierry. Ce mix de flotteurs nous permettra d’établir plus finement le bilan thermique de l’océan global car une partie de la chaleur reçue par l’océan demeure indétectée à ce jour ».   

Lire l’article complet publié dans Journal of Geophysical Research Oceans : ISOW spreading and mixing as revealed by Deep-Argo floats launched in the Charlie Gibbs Fracture Zone

Le réseau de flotteurs Euro-Argo

Lancé en 2000 par la Commission océanographique intergouvernementale de l’Unesco (COI) et l’Organisation météorologique mondiale (OMM), le programme international Argo est le premier réseau global d’observation in-situ des océans. Il permet d’observer, comprendre et prévoir le rôle de l’océan sur le climat de la planète. Grâce à Argo et aux observations de surface des satellites, les scientifiques ont déjà pu affiner considérablement les estimations du stockage de chaleur par les océans. Ce paramètre est un facteur déterminant pour estimer l’ampleur du réchauffement climatique et pour mieux comprendre les mécanismes de la hausse du niveau moyen des mers.

Euro-Argo est la contribution européenne au réseau international Argo, constitué de près de 4 000 flotteurs autonomes qui mesurent en temps réel la température et la salinité de l’océan. Ces flotteurs sont déployés à l’échelle de la planète, depuis la surface, jusqu’à 2 000 ou 4 000 mètres de profondeur (voire 6 000 mètres pour quelques-uns). Euro-Argo s’engage d’ores et déjà dans la transition vers un nouveau design « global, profond et multidisciplinaire ». Dans cette perspective, il opère la nouvelle phase d’Argo, avec une extension aux plus grandes profondeurs et aux régions d’intérêt spécifique pour l’Europe (couverture des zones polaires, mers marginales, zones côtières). Désormais, le réseau intègre aussi une composante biogéochimique : certains flotteurs sont équipés de capteurs de mesure de la concentration en oxygène, en Chlorophylle a, en nitrates et en particules en suspension mais aussi du pH, et de la pénétration de la lumière.

Créé en 2014, l’ERIC Euro-Argo est une structure européenne qui a pour objectif d’optimiser, de pérenniser et de renforcer la contribution de l’Europe au programme Argo. Elle assure ainsi un rôle de coordination et est en charge de l’achat et du suivi de flotteurs européens, avec l’ambition de maintenir ¼ du réseau global. L’infrastructure, dont le siège est situé au centre Ifremer de Brest, compte aujourd’hui 12 pays Membres (Allemagne, Bulgarie, Espagne, Finlande, France, Grèce, Irlande, Italie, Norvège, Pays-Bas, Pologne, Royaume-Uni).

L’Ifremer participe à ce grand programme notamment en maintenant 10 % du réseau, en hébergeant un des deux centres mondiaux d’analyse et de stockage des données Argo et l’ERIC Euro-Argo depuis sa création.

En savoir plus : Comment observe-t-on les océans ? Le réseau de surveillance Argo

Crédit carte

Argo

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