Observer la mer et les océans

21/05/2024

Pour assurer les missions de Météo-France en mer, avoir de bons moyens d’observation est primordial. Puisque les océans couvrent 71 % de la surface de la Terre, l'observation des phénomènes atmosphériques et de surface par l'intermédiaire d'un réseau d'observation de la mer dense et complet est un préalable indispensable à la prévision du temps et à l'étude du climat. Mais il est plus difficile en mer et dans les océans d’avoir de nombreux points de mesure comme au sol. Les satellites météorologiques pallient en grande partie ce manque. Les radars donnent aussi des informations, principalement sur les précipitations à proximité des côtes. Mais ce n’est pas toujours suffisant pour bien anticiper et prévoir certains phénomènes. Pour mesurer un maximum de paramètres à un endroit spécifique, on installe aussi des bouées ancrées. Enfin, pour avoir des mesures dans des zones éloignées, on dispose également de bouées dérivantes.

Des observations à différentes échelles

Le système d'observation mis en œuvre par Météo-France pour la prévision marine opère à différentes échelles complémentaires, allant du spatial aux bouées et aux capteurs embarqués sur des navires et s'étend bien au-delà de la métropole. Météo-France dispose ainsi :

des observations in situ en mer (parmi lesquelles les bouées météorologiques), et à la côte, comme les houlographes côtiers, les observations des sémaphores ou les marégraphes ;
des observations spatiales de la surface de la mer, permettant d'accéder à la mesure de la température de surface de la mer, du vent, de la hauteur des vagues et du spectre de l'état de la mer.

Les bouées ancrées

Il s’agit de structures flottantes équipée de deux stations météorologiques indépendantes qui sont alimentées à l’aide de panneaux solaires. Ces structures sont composées de plusieurs parties distinctes :

le flotteur jaune contenant une quille et une perche sur laquelle sont fixés les 2 thermomètres d’eau mer et le capteur de salinité, d’une mâture permettant de fixer les équipements ;
le mât (fixé sur le flotteur) dans lequel est protégé l’électronique (2 stations automatiques) et les batteries, et sur lequel sont fixés les panneaux solaires alimentant la bouée en énergie ;
la corolle instrumentée avec tous les appareils de mesures météorologiques et de transmission ;
les éléments de sécurité : croix de Saint-André, Feu de signalement, tracker (en cas de déradage) ;
le mouillage.

Météo-France en possède actuellement 5, une au large des Antilles, sur des fonds de 5 500 m, deux en Méditerranée sur des fonds de 2 300 m, une dans le golfe de Gascogne par un fond de 4 500 m et une en Méditerranée au large d'Ajaccio depuis juin 2023. 4 nouvelles vont les rejoindre entre juin 2024 et fin 2024 au large de la Corse.

Toutes les heures, chaque système d’acquisition effectue ses observations au moyen des capteurs qui lui sont associés. De façon à améliorer la fréquence d’observation, dans le cas d’une situation à enjeux météorologiques, il est possible de faire des mesures et de les envoyer toutes les 6 minutes.
Si l’on excepte les sondes de température de la mer ainsi que les capteurs technologiques, la plupart des capteurs (baromètre, anémomètre, girouette, sonde température de l’air, humidité) sont situés à 3-4 mètres de hauteur. Les sondes de température de la mer sont collées à la base de la partie métallique soit à environ un mètre de profondeur. Le capteur de houle est unique pour chaque bouée. Il est situé dans le corps du flotteur. Les deux systèmes d’acquisition récupèrent les données brutes de ce capteur et calculent la période significative des vagues ainsi que la hauteur par méthode statistique.

La localisation des bouées s’effectue au moyen de deux récepteurs GPS (un pour chaque système d’acquisition de données) et d'une antenne IRIDIUM pour transmettre ses données. Pour leur propre sécurité, les bouées sont équipées d'un tracker (pour pouvoir suivre la bouée en cas de déradage), d’un feu de signalisation jaune ainsi que de deux réflecteurs radars. De plus, elles sont indiquées sur les cartes marines.

Les données de ces bouées contribuent à la surveillance du temps et à la prévision immédiate (par exemple celles en cours d’installation au large de la Corse aux avant-postes pour les fortes perturbations orageuses arrivant par l’ouest) et servent aussi à la prévision générale du temps en étant assimilées dans les modèles numériques.

En quelques chiffres

3,29 tonnes : le poids d’une bouée,
7 m : sa hauteur (à moitié immergé),
3,60 m : le diamètre du flotteur,
6 km : la longueur maximale possible de sa ligne d’ancrage.

L'observation satellitaire dans la prévision marine à Météo-France

L'observation satellitaire permet d'acquérir l'information compatible avec la portée globale des missions de Météo-France en mer.

Le centre de météorologie spatiale de Météo France, basé à Lannion, reçoit, traite, archive et diffuse les données de satellites météorologiques européens et américains. Dans le cadre de l’organisation européenne pour l’exploitation des satellites météorologiques (Eumetsat), Météo France est leader pour le Satellite Application Facility « Ocean et Glace de mer » et est en charge de la production opérationnelle de plusieurs produits de température de surface de la mer.

L'observation satellitaire est utilisée par les modèles globaux et régionaux : l'assimilation de données de surface marine a un impact direct et significatif sur la qualité des prévisions de vagues en haute mer, mais également en côtier, ce qui influe sur la qualité des services et produits finaux.

Météo-France collabore avec les acteurs du spatial à la conception de missions d'observations, récemment celle du satellite franco-chinois CFOSAT lancé fin octobre 2018. Les instruments embarqués sur ce satellite permettent de mesurer les spectres directionnels des vagues et le vent à la surface, donnant ainsi pour la première fois une vision globale des états de mer et de la répartition de l'énergie des vagues entre les différents types d'état de mer (mer du vent, houles). Les équipes de Météo-France ont participé aux exercices de calibration et validation des instruments de CFOSAT, dont les observations sont désormais assimilées dans les modèles.

L'observation satellitaire permet également de faire avancer la recherche sur les processus à l'interface air-mer et nourrit notamment les travaux sur le couplage océan-atmosphère, essentiel aux échelles climatiques mais aussi aux échéances plus courtes (prévision des phénomènes cycloniques, des phénomènes côtiers).

Les longues séries de données issues de l'observation spatiale (altimétrie depuis 1993, étendue de la banquise depuis 1978) permettent de produire des reconstructions appelées « réanalyses » qui permettent d'évaluer les évolutions des paramètres océaniques aux échelles climatiques. Une réanalyse de vagues est produite à l'aide du modèle MFWAM de Météo-France en collaboration avec Mercator Océan dans le cadre du service Copernicus Marine.

Les bouées dérivantes

Les bouées dérivantes permettent de calibrer les satellites qui mesurent la température de surface de la mer et de fournir des données de pression, qui ne peut être mesurée que in situ, mais indispensable pour l'évaluation d'une dépression. Ce sont des systèmes de mesure très différents des bouées ancrées, mais complémentaires. En plus de la pression, elles mesurent la température de la mer en surface ainsi que le courant de surface.

Comme leur nom l'indique, elle dérivent dans les océans portées par les courants marins. Cela permet de couvrir des zones désertiques en mesures, notamment pour la pression.

Contrairement aux bouées ancrées, les bouées dérivantes sont faciles à déployer, mais elles ne peuvent pas être mises à l'eau n'importe où, sous peine de se retrouver rapidement à la côte.

Une bouée dérivante est une sphère de 22 kg et d'un diamètre de 40 cm. Elle possède une ancre flottante de 15 m. Elle transmet les données par Iridium.

Actuellement Météo-France a environ 70 bouées dérivantes déployées et opérationnelles réparties entre l'Atlantique et l'Océan indien.