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01 octobre 2014

LA DERNIÈRE FRONTIÈRE

Publié par Laurent Mortier | N° 104 - Le Naval

A partir des années 70, la télédétection spatiale a révolutionné la vision de l’océan global de surface et apporte toujours aujourd’hui des données indispensables pour l’étude du climat de notre planète, pour l’océanographie opérationnelle et les services qui en découlent. Mais l’exploration et l’observation de l’océan profond, réservoir de chaleur pour le climat, de biodiversité, piège du carbone anthropique, riche de ressources de toute nature, posent des défis technologiques et organisationnels extrêmement complexes, qui commencent à trouver des solutions depuis le début des années 2000, grâce à des robots plus ou moins élaborés déployés en grand nombre. Les plateformes autonomes de petite taille, notamment les planeurs sous-marins – ou gliders - représentent aujourd’hui une voie très prometteuse pour répondre aux nombreux enjeux de l’observation de l’océan profond.


Dans un article de « science-fiction » publié en 1989 et resté célèbre, Henry Stommel prévoyait la révolution des capacités d’observation de l’océan qu’allaient apporter le développement de petites platesformes mobiles et de capteurs miniatures. Sa vision s’est réalisée en tout point et plus de 3 000 flotteurs profileurs du programme Argo, composante essentielle du Global Ocean Observing System (GOOS), observent quotidiennement la température et la salinité de l’océan mondial. Les gliders eux, sont largement utilisés par les laboratoires et les systèmes d’observation régionaux, quelques Marines nationales et de plus en plus par l’industrie offshore, tandis que les véhicules sous-marins autonomes propulsés par hélice, plus adaptés à des missions complexes près du fond de la mer, atteignent maintenant des autonomies de plusieurs mois mais restent réservés à l’exploration des abysses. En fait, les véhicules sous-marins autonomes modernes permettent une caractérisation physique, chimique et biologique de la colonne d’eau et du fond sur un vaste continuum d’échelles spatiales et temporelles, tandis que la transmission de données en temps réel permet de les télécommander et une utilisation rapide et efficace des données qu’ils collectent. Ces nouvelles plates-formes autonomes ont considérablement changé la manière dont les études de processus et les observations systématiques sont réalisées aujourd’hui dans les eaux côtières et l’océan ouvert.

Les gliders, des planeurs sous-marins intelligents, endurants et peu coûteux

Dans ce contexte, les gliders tiennent une place importante qui les met à bien des égards sur le devant de la scène. Ce sont des plateformes autonomes avec une relativement bonne intelligence embarquée, ils se déplacent lentement, sont capables d’accomplir des missions variées de très longue durée et restent abordables financièrement (photo). La capacité de contrôler leur navigation à distance et la résolution spatiale et temporelle élevée de leurs mesures en temps réel, la possibilité de naviguer en flotte autocontrôlée, les rendent bien adaptés pour compléter les plateformes d’observation existantes (lignes de mouillages, bateaux...) à l’échelle globale, régionale et locale. En plus de leur importance croissante pour des applications purement scientifiques, les gliders vont permettre de combler les lacunes actuelles des systèmes d’observation de l’océan. Mais, pour la recherche comme pour les activités de surveillance environnementale de toute nature, les agences gouvernementales, les milieux académiques et industriels sont encore confrontés à de nombreux défis.

Dans les systèmes d’observation des océans, les gliders, et les infrastructures à terre qu’ils requièrent, doivent encore faire la preuve qu’ils sont effectivement en mesure de combler les lacunes laissées par d’autres plates-formes in situ à un coût acceptable. La principale infrastructure à l’heure actuelle dans le système mondial d’observation des océans repose sur les flotteurs profileurs du programme Argo qui dérivent librement et délaissent rapidement certaines zones clefs où les mesures sont indispensables. D’où le besoin de plate-formes similaires – petites, endurantes, modulables, peu chères... qui comme les gliders peuvent être dirigées. Le problème est ici de trouver la structure optimale du réseau de gliders dans le réseau Argo, pour maximiser l’information et minimiser les coûts. Le problème est aussi d’organiser et de maintenir sur le long terme, une organisation à l’échelle mondiale adéquate des acteurs scientifiques, institutionnels et privés pour garantir un service « glider » pérenne. En raison de la polyvalence des gliders pour la collecte d’un grand nombre de paramètres utiles pour la gestion de l’environnement marin, les PME devraient jouer aussi un rôle de plus en plus important en fournissant la plateforme elle-même, les capteurs, mais aussi des services d’informations élaborés basés sur les TIC. En fait, les besoins futurs concernent de plus en plus des paramètres géochimiques et biologiques. Le potentiel des gliders ici est très élevé et les systèmes d’observation des océans auront bientôt à assurer la tâche de recueillir et diffuser cette information géochimique, biologique et environnementale pour un nombre croissant d’applications.

Observer et comprendre toute la complexité des écosystèmes marins grâce aux gliders

 

Cela est également vrai pour les besoins de la recherche fondamentale. Les gliders offrent maintenant la possibilité d’étudier dans leur complexité les écosystèmes marins de l’océan de surface et profond aux bonnes échelles spatiales et temporelles. De nombreux capteurs miniaturisés adaptés aux observations géochimiques et biologiques ont 

été testés avec succès ces dernières années. Par exemple, la concentration en nitrate peut maintenant être mesurée par des gliders et des caméras miniatures permettant l’analyse en temps réel de la matière particulaire - agrégats, phyto et petit zooplancton, soit plus de 90 % de la biomasse de la planète - sont pour demain. Les laboratoires et les PME développent de nombreux nouveaux capteurs et l’on peut prévoir des progrès considérables dans la compréhension du fonctionnement des écosystèmes marins, des bactéries aux grands animaux. Le besoin est aussi d’aller beaucoup plus profond – les gliders actuels ne plongent pas au-delà de 1 500 m, avec une endurance d’au moins un an. Ici aussi, les premiers prototypes, confrontés à des défis incroyables en termes de consommation d’énergie, seront sans doute bientôt disponibles.

Enfin, les besoins d’accéder à une information environnementale adaptée pour presque toutes les activités offshore, y compris les secteurs de la défense et de la sécurité, sont en plein essor, pour la surveillance de routine comme en cas de pollution accidentelle ou intentionnelle. Là encore, la polyvalence des gliders devrait favoriser une plus grande implication du secteur privé. On peut s’attendre à ce que la technologie glider actuelle et future permette aux PME de répondre à ces besoins en adaptant la technologie pour fournir des services dans ces milieux extrêmes avec les standards de l’industrie. Ce qui restera toujours une activité stimulante pour les scientifiques et les ingénieurs attirés par le monde des abysses marins.

EGO, une organisation à l’échelle mondiale pour observer l’océan avec des gliders

Dans ces différents contextes, l’ENSTA-ParisTech et le CNRS ont joué un rôle pionnier en Europe, d’abord pour adopter la technologie qui jusqu’à récemment était exclusivement américaine, puis organiser une infrastructure nationale, et maintenant européenne et mondiale EGO (Every’s one Glider Observatories), pour démocratiser l’utilisation des gliders, et maintenant, en partenariat avec l’entreprise Acsa-alcen, pour développer des gliders hybrides profond (2 500 m) et ultra-profond (6 000 m) offrant des services adaptés à la nouvelle « économie bleue » (figure 1).  

 

Le glider Pytheas de l’ENSTA-ParisTech au large de Chypre pendant l’expédition Tara-Océan. ©Tara expéditions

 

Vue artistique d’un glider profond pour le suivi du néphéloïde associé à l’extraction et au traitement des minerais d’une mine sous-marine. ©Acsa-alcen

 

    
Laurent Mortier, IGA
%Laurent Mortier, Laurent Mortier (X80, ENSTA- ParisTech), est docteur en mécanique des fluides, spécialisé en océanographie. Ses travaux ont largement contribué au développement des systèmes d’observation, basés notamment sur la technologie « glider », et des outils de modélisation pour la recherche et les applications opérationnelles au service de l’environnement marin, en particulier en Méditerranée.
 

Auteur

Laurent Mortier

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