Objectifs scientifiques et techniques

Objectifs scientifiques : Mieux comprendre le rôle de l’océan hauturier dans le climat et les écosystèmes marins

L’océan hauturier joue un rôle clef dans la régulation du climat, la dynamique des écosystèmes marins et l’évolution des régimes météorologiques à l’échelle globale. Pourtant, cette vaste zone demeure largement méconnue, faute d’un dispositif d’observation in situ suffisamment dense, pérenne et à haute résolution. Le réseau global d’environ 3500 flotteurs Argo est encore principalement limité aux 2000 premiers mètres et restreint en termes de paramètres biogéochimiques et biologiques. Ses extensions deep-Argo et BGC-Argo s’appuient fortement sur les observations hauturières in-situ pour ajuster les données et en contrôler la fiabilité. Par ailleurs, les réseaux d’OHIS fournissent localement une forte résolution spatio-temporelle permettant d’aborder des questions scientifiques à la pointe de l’état de l’art comme l’influence de la sous-méso-échelle (100 m-5 km) sur la dynamique grande échelle et sur la production primaire. Cette thématique est centrale dans la construction du jumeau numérique de l’océan et nous permettra de comprendre finement ces dynamiques, d’améliorer les prévisions météorologiques et climatiques, et d’anticiper l’ampleur et la nature des impacts du changement climatique. Notre objectif prioritaire est de définir, orienter et évaluer les stratégies d’atténuation et d’adaptation nécessaires à la préservation des écosystèmes et des sociétés humaines. L’IR candidate OHIS apporte précisément cette complémentarité nécessaire aux autres IR marines, en fournissant des observations de référence multi-paramétriques, à haute résolution verticale et temporelle, indispensables à la compréhension intégrée de l’océan hauturier.

OHIS se fixe quatre objectifs scientifiques majeurs pour répondre à cet enjeu :

 

1. Décrypter les interactions océan–atmosphère et leur impact sur la variabilité climatique globale

OHIS contribuera activement à l’analyse des interactions océan-atmosphère à travers une approche multi-plateformes et multi-échelles :

• Étude approfondie des échanges de chaleur, d’eau douce et de gaz à effet de serre (CO₂) grâce aux données issues des mouillages instrumentés du programme PIRATA en Atlantique tropical et d’OVIDE dans l’Océan Atlantique Nord subpolaire, qui fournissent des mesures précises et continues de paramètres atmosphériques (vent, température, humidité, radiations) et océaniques (température, salinité, courants, fugacité du CO₂) indispensables à la caractérisation des échanges air-mer et leur variabilité saisonnière à interannuelle.
• Suivi fin du cycle hydrologique océanique grâce aux mesures de salinité de surface du réseau SSS (Sea Surface Salinity). Ces observations permettront d’analyser les changements à long terme des régimes de précipitations et d’évaporation, particulièrement sensibles aux variations climatiques globales et régionales, en alimentant directement les modèles climatiques et en assurant la calibration des mesures satellitaires (e.g. SMOS)​.

 

2. Quantifier précisément le rôle de l’océan hauturier dans le cycle global du carbone et des nutriments

OHIS intégrera pleinement les données biogéochimiques obtenues par les différents services afin de mieux comprendre les processus clefs du cycle du carbone :

• Caractérisation détaillée de la pompe biologique et physique via l’extension CO₂ associée aux mouillages PIRATA, aux navires du réseau SSS et campagnes COOL, assurant le suivi systématique de la fugacité du CO₂ à la surface de l’océan, ainsi que des variations saisonnières et interannuelles des flux de carbone à l’interface air-mer. Ces observations permettront d’affiner les estimations du rôle des océans dans l’atténuation des émissions anthropiques de CO₂​.
• Étude des processus biogéochimiques dans les régions oligotrophes et mésotrophes grâce aux campagnes dédiées OHIS et aux mesures associées aux déploiements de flotteurs Argo et des mammifères marins instrumentés (MEMO, OVIDE, COOL), en particulier dans l’Océan Austral. Les mesures en continu de fluorescence, oxygène dissous et autres paramètres biogéochimiques échantillonnés par MEMO dans des zones sous-échantillonnées renforceront notre compréhension des mécanismes contrôlant la productivité marine et le stockage biologique du carbone dans des régions cruciales pour le climat global.

 

3. Analyser la dynamique et l’évolution des masses d’eau profondes et intermédiaires, et de la circulation thermohaline globale

OHIS exploitera les capacités uniques des différentes plateformes d’observation pour suivre et anticiper les changements structurels des masses d’eau :

• Suivi précis des changements de température et salinité à grande échelle à partir des données régulières issues du réseau SSS, qui offre des mesures de référence pour les couches superficielles, et des données PIRATA, Ovide, COOL et MEMO pour la stratification verticale en Atlantique et dans l’Océan Austral. Ces observations sont essentielles pour identifier les tendances à long terme des masses d’eau intermédiaires et profondes liées au réchauffement global, à la fonte des glaces polaires et aux changements dans la convection profonde et à la circulation thermohaline globale​.
• Échantillonnage complémentaire et étendu en profondeur grâce aux mammifères marins instrumentés (MEMO), fournissant des profils inédits jusqu’à environ 1500 m dans des régions largement inaccessibles aux observations conventionnelles, notamment sous la banquise antarctique. Ces données viendront compléter celles du réseau Argo, apportant des informations clefs sur l’état des eaux profondes et intermédiaires de l’océan Austral, une région critique pour la circulation thermohaline globale et la régulation climatique​.

 

4. Évaluer l’impact des changements globaux et anthropiques sur les écosystèmes océaniques hauturiers

En s’appuyant sur des observations biologiques innovantes et intégratives, OHIS répondra aux enjeux majeurs liés à la préservation de la biodiversité marine :

• Suivi des changements de biodiversité et des réseaux trophiques grâce à des données biologiques recueillies lors des campagnes PIRATA et OVIDE (profils de chlorophylle, sels nutritifs, acoustique marine), complétées par les mesures biologiques (fluorescence, oxygène dissous) obtenues via les plateformes MEMO. L’intégration systématique d’approches complémentaires (halieutiques, génomiques via eDNA, acoustiques, isotopiques) fournira une vision complète des réponses des écosystèmes pélagiques aux pressions climatiques et anthropiques croissantes​.
• Analyse des impacts du changement climatique sur les habitats hauturiers sensibles, notamment l’expansion des zones de minimum d’oxygène (OMZ), grâce à une surveillance systématique de l’oxygénation des eaux intermédiaires et profondes par MEMO, OVIDE, COOL et PIRATA. Ces observations seront cruciales pour anticiper les risques pour les ressources marines et développer des stratégies adaptées de gestion durable des écosystèmes hauturiers.

 

 

 

 

 

Objectifs techniques : Étendre, décarboner, structurer et mieux interfacer les capacités d’observation hauturières

En complément de ses objectifs scientifiques ambitieux, OHIS porte une forte dynamique d’innovation technologique et environnementale afin d’optimiser et pérenniser les capacités françaises et européennes d’observation hauturière.

Les objectifs techniques de l’infrastructure pour les années à venir s’articulent autour de quatre axes majeurs :

 

1. Renforcer et étendre le réseau d’observation autonome hauturier

OHIS vise à renforcer l’observation autonome, multi-échelles et multiparamétrique, en déployant une infrastructure robuste, cohérente et innovante à travers :

• Le déploiement et l’extension d’un réseau de mouillages instrumentés longue durée équipés de capteurs multiparamétriques intégrant des mesures physiques (température, salinité, courants), biogéochimiques (carbone, oxygène, nutriments, acidification) et biologiques (fluorescence, acoustique, biodiversité). Ces mouillages constitueront des plateformes de référence pour des séries temporelles longues et de haute résolution, essentielles à la compréhension fine des dynamiques océaniques.
• L’augmentation et l’extension stratégique du réseau de flotteurs biogéochimiques Argo, en particulier vers des régions océaniques sous-échantillonnées, difficilement accessibles et pourtant cruciales pour le climat mondial (régions polaires et subpolaires, hémisphère Sud, régions tropicales).
• L’intégration systématique de nouvelles plateformes autonomes telles que planeurs sous-marins (gliders), voiliers autonomes (Sailbuoys), véhicules de surface autonomes (ASV et USV), et mammifères marins instrumentés (projet MEMO), permettant une couverture spatiale étendue, flexible et optimisée.
• Le développement de capteurs innovants, miniaturisés, économes en énergie, autonomes et facilement intégrables à toutes les plateformes existantes (flotteurs, gliders, drones marins), afin d’accroître la capacité d’échantillonnage, d’améliorer la résolution des données collectées et d’ouvrir de nouvelles voies d’exploration scientifique.

 

2. Réduire significativement l’empreinte environnementale de l’observation hauturière

Consciente des enjeux environnementaux associés aux campagnes océanographiques et à la gestion des instruments en mer, OHIS intègre pleinement une stratégie de réduction de l’empreinte écologique des observations océaniques :

• Optimisation et mutualisation des campagnes océanographiques en développant des plans d’échantillonnage intelligents et adaptatifs, appuyés sur l’intelligence artificielle pour minimiser les trajets, réduire la vitesse et ainsi fortement diminuer les émissions de gaz à effet de serre des navires océanographiques.
• Soutien de l’expérimentation et généralisation progressive de l’usage de navires à propulsion hybride, hydrogène ou électrique, en lien avec la FOF afin d’inscrire les activités d’observation dans les objectifs nationaux et européens de neutralité carbone.
• Déploiement de solutions innovantes de récupération, recyclage et maintenance à distance des instruments, afin de limiter les opérations lourdes en mer, de réduire les coûts énergétiques et environnementaux, et d’accroître la durée de vie des équipements.
• Généralisation de pratiques d’éco-conception des équipements, privilégiant les matériaux durables, recyclables, non-toxiques, et permettant de limiter considérablement les déchets et pollutions liés aux systèmes d’observation.
• Accompagnement de la création d’un centre national de métrologie et d’étalonnage mutualisé, regroupant les moyens d’Ifremer, de l’IUEM et du SHOM, et permettant une gestion autonome, fiable et écoresponsable de la calibration et validation des capteurs, en réduisant significativement la dépendance vis-à-vis des constructeurs externes (notamment nord-américains).

 

3. Assurer une forte interopérabilité et synergie avec les infrastructures existantes aux niveaux national et international

OHIS s’inscrira pleinement dans une approche intégrée d’observation des océans en renforçant les coopérations et interconnexions avec les autres infrastructures :

• Intégration stratégique d’OHIS dans le cadre du Fr-OOS, en assurant notamment un continuum observationnel fluide avec les infrastructures dédiées aux régions côtières (ILICO), permettant ainsi une analyse cohérente et intégrée des processus océanographiques du littoral jusqu’au large.
• Harmonisation et standardisation complète des formats et flux de données avec les grands centres internationaux de données et services opérationnels, tels que Copernicus Marine Service (CMEMS), EMODnet et ODATIS, facilitant ainsi leur utilisation large et efficace par la communauté scientifique mondiale.
• Développement et application rigoureuse de protocoles communs de calibration, validation et intercomparaison des données avec les autres infrastructures nationales et européennes (Euro-Argo, EMSO, ICOS), assurant une cohérence maximale et une traçabilité internationale des observations hauturières.

L’infrastructure candidate OHIS jouera un rôle pivot dans le cadre du Fr-OOS, en répondant de manière structurée et intégrée aux enjeux spécifiques des régions océaniques hauturières. En étroite synergie avec les infrastructures côtières et littorales (notamment ILICO), OHIS aura les missions suivantes :

• Participer à la coordination efficace et cohérente des observations océaniques hauturières, assurant ainsi avec l’IR ILICO un continuum observationnel optimal permettant de documenter finement les processus marins, les interactions terre-océan et océan-atmosphère, ainsi que les effets des activités humaines sur ces écosystèmes.
• Fournir des observations hauturières stratégiques et de référence, indispensables à l’amélioration significative des modèles de prévision météorologique, saisonnière et climatique. Ces données permettront de mieux appréhender les phénomènes critiques à grande échelle, notamment les interactions complexes entre l’océan et l’atmosphère qui pilotent les événements météorologiques extrêmes et les régimes climatiques à long terme.
• Contribuer à la mise en cohérence des stratégies des organismes vis-à-vis de l’observation à long terme des océans ; et porter cette stratégie vers les ministères concernés et la coordination nationale COI (Commission Océanographique Intergouvernementale). 
• Renforcer activement les collaborations et les synergies avec les grandes initiatives nationales au sein du Fr-OOS (e.g., infrastructures Argo, EMSO, ILICO), européennes (e.g., EuroGOOS, Copernicus Marine Service, EMODnet) et internationales (GOOS, GCOS, OMM, CLIVAR), en consolidant ainsi le leadership et l’influence de la France dans le domaine de l’observation océanique in situ à l’échelle mondiale.

 

4. Optimiser et accélérer le traitement, l’analyse et la diffusion des données océaniques pour la communauté scientifique et opérationnelle

OHIS continuera - en collaboration avec Data Terra (pôle ODATIS) et CMEMS - à une infrastructure numérique puissante, ouverte et intégrant les meilleures pratiques actuelles pour assurer un accès rapide, fiable et complet aux données océanographiques :

• Mise en place de chaînes automatisées de traitement, de validation et d’analyse en temps quasi-réel, permettant à la fois une réponse rapide aux besoins des utilisateurs opérationnels et une exploitation immédiate des observations par les chercheurs.
• Développement d’une plateforme numérique ouverte, interopérable, respectant pleinement les principes FAIR (Findable, Accessible, Interoperable, Reusable), afin de garantir une utilisation optimale des données OHIS par la communauté scientifique internationale, les décideurs et les acteurs économiques concernés par l’océan.
• Intégration avancée de méthodes d’intelligence artificielle et de modélisation numérique afin de détecter précocement des signaux faibles, de déterminer rapidement les tendances émergentes et d’anticiper efficacement l’évolution des systèmes océaniques complexes, contribuant ainsi à améliorer la robustesse des prévisions climatiques et des scénarios environnementaux.

 

En apportant des réponses opérationnelles, technologiques et scientifiques aux défis majeurs identifiés (compréhension des processus climatiques, amélioration de la prévision environnementale, réduction des impacts environnementaux liés aux observations), l’infrastructure candidate OHIS ambitionne de devenir une référence reconnue à l’échelle nationale et internationale pour l’observation in situ des océans hauturiers. OHIS contribuera ainsi activement à l’amélioration des connaissances fondamentales sur les dynamiques océaniques et climatiques, tout en assurant une structuration pérenne et ambitieuse du dispositif français d’observation marine.