19 Juin 2017

Animaux & satellites : main dans la main pour observer l'océan austral

Vaste et lointain, l'océan austral est difficile d'accès. Il est pourtant le ''maître'' des courants marins. Heureusement des satellites l'observent depuis l'espace, épaulés dans leur mission par de surprenants acolytes : des éléphants de mer et phoques de Weddell. Faune et technologie au service de notre Terre : make our planet great again!
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Femelle phoque de Weddell équipée d'une balise Argos et d'un capteur de température, salinité et pression. Crédits : Jean-Benoît Charrassin, LOCEAN-PSL.

 

Température, salinité, chlorophylle, ...  Grâce à une panoplie de capteurs miniaturisés,  éléphants de mer et phoques de Weddell mesurent une grande variété de paramètres au cours de leurs déplacements et plongées. Dans l'océan austral, ces données ''animales'' représentent 80% des mesures in situ. Elles sont une mine d'or pour les océanographes et climatologues car les moyens d'échantillonnage sont rares dans cet océan lointain. Ces données sont aussi précieuses pour les ingénieurs et chercheurs en charge des satellites afin de préparer, calibrer et valider les observations effectuées depuis l'espace. Zoom sur 5 familles d'engins spatiaux concernés par cette coopération atypique entre faune et technologie.

1- DES COURANTS À TOUTES LES ÉCHELLES ET PROFONDEURS 

Depuis leur orbite située entre 800 et 1 400 km d'altitude, les satellites altimétriques — ceux de la série des Jason, Saral/Altika, Sentinel-3 et demain le révolutionnaire Swot — observent en surface les courants avec une vision globale, répétitive et homogène de l'océan austral. Les mammifères marins complètent et apportent de la ''profondeur'' à toutes ces données. « En plongeant toutes les 20 minutes en moyenne à 500 m de profondeur, les éléphants de mer traversent différents gradients de densités identifiables à partir des mesures de température, salinité et pression. Il nous est alors possible de déceler les surfaces de séparation de masses d'eau  » explique Christophe Guinet, écologue au CEBC. « Ces informations seront particulièrement utiles pour Swot qui observera les courants de manière très fine, de l'ordre de la dizaine de km, soit à des échelles comparables à celles échantillonnées aujourd’hui par les éléphants de mer » ajoute Philippe Escudier, responsable du programme Océanographie au CNES.

Situé tout en bas du globe terrestre, l'océan austral se ferait presque oublié. Il relie pourtant 3 océans et joue un rôle majeur dans la circulation océanique globale et donc le climat de notre planète. Crédits : Connormah

2- Phytoplancton, zooplancton & petits poissons

Comme le satellite européen Sentinel-3, les mammifères marins collectent des données sur la teneur en chlorophylle et donc en phytoplancton de l'océan austral. « Bientôt les éléphants de mer apporteront des informations sur l’ensemble des niveaux trophiques. A l'automne 2017, nous allons équiper, pour la première fois, 6 éléphants de mer de sonars. Ce projet soutenu par le CNES va nous permettre de détecter par des observations actives les champs de zooplancton et de poissons au cours des plongées des éléphants de mer, parfois jusqu'à 2 000 m de profondeur » s'enthousiasme Christophe Guinet. 

Femelle éléphant de mer équipée d'une balise Argos et de capteurs miniaturisés. Crédits : Christophe Guinet, CEBC. 

3- Salé : un peu, beaucoup, passionnément ?

Autre caractéristique centrale de l'océan austral : sa salinité. Depuis 2009, le satellite européen Smos mesure ce paramètre depuis 755 km d'altitude mais, au-delà de 40° de latitude Sud, les conditions océaniques particulières rendent plus difficiles l’interprétation fine des mesures. « Les mesures sont contaminées par la présence de glace de mer et l’importance des vagues. Développer les techniques pour enlever ce ''bruit'' constitue un enjeu pour notre communauté scientifique. Nous avons plus de 8 années de données SMOS que nous allons pouvoir comparer à celles acquises par des phoques et éléphants de mer » explique Gilles Reverdin, océanographe au LOCEAN.

Depuis 2004, près de 900 éléphants de mer ont été équipés de balises Argos et de capteurs de température, salinité et pression, dans le cadre du projet international MEOP dont 200 par la France aux îles Kerguelen. Crédits : MEOP Consortium.

4- Glace : formation et épaisseur 

Les salinités récoltées par les phoques de Weddell renseignent aussi sur les vitesses de formation de la banquise. Lors de la prise en glace, l'eau de mer expulse le sel ce qui génère localement une hausse de la salinité.  « En étudiant l’évolution de la salinité dans les 100 premiers mètres de la colonne d’eau au cours de l’hiver, nous pouvons estimer une production de glace journalière. Ces données de production de glace in situ, autour du continent Antarctique, sont rares et donc précieuses et pourront être confrontées aux observations effectuées depuis l'espace par des satellites comme Smos, Sentinel-1 ou Cryosat » indique Jean-Benoît Charrassin, écologue au LOCEAN, qui équipe depuis 2007 des phoques en Terre-Adélie.

Image en 3D de l'Antarctique compilant 250 millions de mesures réalisées par Cryosat entre 2010 et 2016. Crédits : CPOM.

5- Et demain la mesure des vents 

Autre surprise du côté des éléphants de mer : ils sont capables d'informer sur l'intensité des vents. Ces données seront utiles pour calibrer et valider les mesures du satellite franco-chinois Cfosat dont le lancement est prévu en 2018. « Depuis 2010, nous avons équipé 12 individus d'enregistreurs acoustiques. Notre objectif initial était de travailler sur leur écophysiologie mais on s'est rendu compte qu'on entendait aussi le bruit ambiant généré par les vagues qui dépendent de la force des vents. Nous sommes aussi capable de déterminer la direction des vents grâce à un magnétomètre et la périodicité et l'amplitude des vagues via un accéléromètre » explique Christophe Guinet. 

Femelle éléphant de mer portant sur son dos un enregistreur acoustique. Crédits : Christophe Guinet, CEBC.

Eléphants de mer ''océanographes'' : flash-back 

L'idée d'utiliser des mammifères marins pour récolter des données sur l'océan austral remonte à 2003. « Nous avons d'abord dû tester la méthode. Cela a été possible grâce au programme ''Éléphants de mer océanographes'' soutenu par l'Agence nationale de la recherche, la Fondation Total et le CNES, avec le soutien logistique de l’Institut polaire français » se souvient Christophe Guinet. Aujourd'hui, les éléphants de mer sont un ''système'' d'observation national labellisé sous l'égide de l'INSU. Relayées par balises Argos, leurs données de température, salinité et pression alimentent en temps quasi-direct Mercator, le modèle européen d'océanographie opérationnelle (cf. article de 2013 sur le sujet). Elles permettent aussi d'en apprendre plus sur l'écologie des ces mammifères marins impactés par le réchauffement de l'océan.