D3 Mesure de courant

Topique

La mesure des courants océaniques combine deux familles de méthodes très différentes : les méthodes eulériennes, qui mesurent la vitesse de l’eau en un point fixe de l’espace lors de son passage, et les méthodes lagrangiennes, qui suivent le mouvement d’une particule d’eau individuelle tout au long de son parcours. C’est précisément cette combinaison de deux perspectives opposées qui permet aux instruments décrits ci-dessous de reconstituer à la fois la structure fixe des courants et la trajectoire réelle de l’eau.

L’instrument standard pour la mesure des profils de courant est le profileur de courant Doppler acoustique : il émet des impulsions sonores en quatre faisceaux orientés vers l’eau et mesure le décalage de fréquence Doppler qui se produit lorsque le signal est rétrodiffusé par les particules en suspension. Ce décalage Doppler permet de déduire les trois composantes de la vitesse de l’eau, avec une résolution verticale de deux à dix mètres et une précision de un à cinq centimètres par seconde.

Le radar côtier à haute fréquence, quant à lui, ne mesure pas les courants en profondeur, mais seulement dans les trois premiers mètres sous la surface. Il couvre cependant des zones beaucoup plus vastes, de 100 à 200 kilomètres, avec une résolution de 3 à 6 kilomètres et une fréquence de mise à jour horaire. Ce radar exploite l'effet Doppler que subit le signal radio lorsqu'il est rétrodiffusé par les petites vagues capillaires induites par le vent à la surface de l'eau, un phénomène connu sous le nom de résonance de Bragg. C'est cette même résonance qui permet à des réseaux entiers de ces radars de couvrir des côtes complètes en temps réel, aussi bien en Europe qu'aux États-Unis.

L'inférence géotrophique des courants, basée sur les mesures du niveau de la mer effectuées par satellite, est la méthode offrant la plus grande couverture : elle fournit les courants de surface géotrophiques de l'ensemble de l'océan mondial, la même relation géotrophique qui était déjà utilisée pour calculer ces courants à partir de l'altimétrie satellitaire. Cependant, cette couverture globale a un coût : sa résolution atteint à peine une centaine de kilomètres et elle n'inclut pas la composante agéostrophique d'Ekman, c'est-à-dire la partie du courant directement transportée par le vent et que la relation géostrophique, par sa nature même, ne peut saisir. Cela signifie que cette méthode, à elle seule, ne permettra jamais de saisir pleinement le courant.

Les flotteurs lagrangiens à flottabilité neutre, en revanche, offrent une perspective totalement différente : ils dérivent à une profondeur de pression prédéfinie, suivant le courant lagrangien au sein même de l'océan au lieu de rester près de la surface. Pour déterminer leur position à tout instant, ces flotteurs émettent ou reçoivent des signaux acoustiques provenant de sources fixes, exploitant un canal naturel dans les profondeurs océaniques où la vitesse du son est minimale et où les ondes acoustiques peuvent parcourir d'énormes distances avec une perte d'énergie minimale. C'est ce canal sonore qui permet de trianguler la position du flotteur et de reconstituer, étape par étape, sa trajectoire dans l'océan.

Lorsque des méthodes très différentes – profilage acoustique Doppler, inférence géostrophique et flotteurs lagrangiens – sont appliquées à une même région océanique, on s'attend à ce qu'elles convergent sur la structure à grande échelle du courant. C'est précisément là où elles divergent que les informations les plus précieuses émergent : ces différences révèlent à la fois les contributions agéostrophiques, indétectables par l'inférence géostrophique, et la variabilité du courant, qu'aucune méthode, prise isolément, ne pourrait saisir. Ainsi, pour mesurer les courants océaniques et obtenir une image complète de l'océan en mouvement, il est nécessaire d'utiliser simultanément les méthodes eulériennes, qui mesurent un point fixe, et les méthodes lagrangiennes, qui suivent le mouvement de l'eau.

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