Objectifs scientifiques
L’objectif est l’étude de la marée interne et ses interactions avec les tourbillons. Une campagne en mer permettra d’observer ces processus par le niveau de la mer mesurée par SWOT lancé en 2022. Cette campagne centrée sur la période de répétitivité à un jour de la mission est cruciale pour interpréter dynamiquement le niveau de la mer SWOT. Cette campagne tire bénéfice d’une zone de génération d’ondes internes dans la région au sud de la Nouvelle Calédonie traversée en permanence par des tourbillons, et qui est localisée sous une fauchée du satellite. Associé à cet aspect dynamique haute fréquence se greffe leur importance sur la biologie.
Les objectifs de la mission sont de décrire les structures verticales des ondes internes et leur variation temporelle en fonction de leurs interactions avec la méso/sousmésoéchelle océanique. Cette campagne fait partie d’un effort à l’échelle internationale soutenue par CLIVAR afin de décrire un ensemble de scénarios clés observés par SWOT. Dans ce contexte, cette campagne est soutenue par le CNES au travers de notre projet selectionné à la SWOT Science Team 2020-2023 ainsi que par le projet LEFE SWOT-NC et la campagne
SWOTALIS classée P1 par la CNFH.
Les questions posées peuvent être regroupées en 3 catégories :
1) Génération de la marée interne
– Quelles sont les régions dominantes de génération des marées internes ?
– Quels sont les modes baroclines dominants qui sont excités ?
– Quel bilan énergétique pour la marée interne
2) Propagation de la marée interne, i.e. interaction avec les champs (sous)méso-échelle
– Quel est le degré de cohérence/incohérence de la marée interne ?
– Quels mécanismes sont responsables de leur perte de cohérence ?
– Comment l’activité méso et sous mésoéchelle est-elle perturbée par la marée interne ?
– Peut-on prévoir la propagation de la marée interne au travers d’un champ tourbillonnaire ?
– Comment déconvoluer la signature en SSH de la marée interne de la (sous) méso-échelle ?
3) Dissipation de la marée interne, mélange et impacts sur les traceurs biogéochimiques
– Où et comment se dissipe la marée interne ?
– Quel est l’impact de la dissipation des marées internes et de la méso/sous-mésoéchelle sur les propriétés de surface (SST, mélange, biogéochimie) ?
Description technique
La stratégie est basée sur :
– un échantillonnage temporel à haute-résolution temporelle à des points fixes, pour caractériser la variabilité de la génération des ondes internes, et de la propagation d’énergie. Trois mouillages de subsurface seront déployés : deux sur les sites de génération (profondeur de 600m), sous la fauchée SWOT, et un au milieu (profondeur 1200m), sous la trace nadir de SWOT, où des interactions d’ondes sont attendues. Ces mouillages dont le design exact est en construction avec la DT , seront équipés de capteurs de température, conductivité, pression, et de courants (ADCPs 75 et 300kHz), couvrant l’ensemble de la colonne d’eau pour documenter au minimum les 5 premiers modes baroclines, et avoir l’estimation la plus complète de la hauteur dynamique pour être comparée à la SSH SWOT. Ces mouillages seront déployés pendant un an idéalement, pour observer un cycle saisonnier. Le LEGOS prévoit de les déployer avant la FSP de SWOT (fin 2022, leg 1) et de les récupérer après (fin 2023, leg 4).
– un échantillonnage spatial à haute-résolution le long de transects répétés pendant la « SWOT FSP », pour caractériser les fines échelles spatiales des ondes internes et les structures de sous-mésoéchelle, le long d’une direction de propagation des marées internes à partir de leur site de génération. Lors du leg2 de 15 jours, le navire sera équipé d’une sonde tractée UCTD permettant des mesures de température et de salinité à haute résolution spatiale (~1 profil tous les km environ) de la surface à 500 mètres de profondeur le long d’une radiale de 100km englobant les 3 mouillages. Le courantomètre S-ADCP et le thermosalinographe (TSG) du navire permettront en outre l’acquisition à haute-résolution des profils de courants et de température/salinité de surface, et, en opportunité, l’activité et la diversité des diazotrophes . En mesure d’opportunité, le sondeur acoustique sera aussi mis en route pour échantillonner les échelons trophiques supérieurs à haute résolution. Un total de 21 sections aller-retour (soit 42 sections) est prévu pendant les 15 jours de la campagne, ce qui permettra d’avoir l’échantillonnage spatial et temporel nécessaire pour estimer la distribution 2D de la structure verticale des ondes de marée interne dominantes à partir d’analyses harmoniques.
– des stations longues de 48h en quelques points fixes pendant la « SWOT FSP » pour échantillonner la dissipation des ondes internes et le mélange associé. Lors de ces stations fixes de 48 à 72 heures, des stations CTD répétées et des profils verticaux de microstructure à l’aide d’un VMP-1000 seront alternés sur quelques cycles de la marée diurne et semi-diurne lors du leg 3 (durée 15 jours). Des mesures d’opportunité seront aussi effectuées en biogéochimie . 5 stations sont prévues : 3 au niveau des mouillages et 2 aux extrémités de la section glider, pour échantillonner la turbulence dans 2 situations différentes, sur les pentes et en fond plat . Le gradient bathymétrique large-lagon est important pour caractériser la variabilité spatiale du mélange, à l’approche de la pente récifale.
– des mesures de niveau de la mer (SSH) par GPS afin d’instruire le lien entre la SSH, les structures verticales observées et leurs signatures en hauteur dynamique et ce à haute fréquence. A chacun des deux mouillages aux extrémités de la section des bouées GPS seront déployées pendant la durée des campagnes en mer (leg 2-3 : 1 mois), et seront récupérés à la fin des legs). Les deux mouillages seront aussi équipés d’un capteur de pression de fond, et nous disposerons des données d’un capteur de pression atmosphérique (signal grande échelle) sur l’île des Pins (Météo France) proche de notre zone pour reconstituer l’ensemble du signal océanique du niveau de la mer.
Le LEGOS prévoit aussi de tirer une nappe GPS côtière lors des sections répétitives du leg 2 pour avoir une mesure directe de SSH à comparer à celle de SWOT et à relier aux structures verticales à fine échelle des 500 premiers mètres. Des résultats récents (Chupin et al., 2020 en révision) montrent que la nappe GPS est capable d’atteindre une précision centimétrique pour des échelles de la dizaine de km.
La DT interviendra sur les opérations suivantes :
- Préparation matériel GNSS: bouées GPS et nappe géodésique cotière: préparation, envoi, et aide au déploiement.
- Activités autour des mouillages: design, préparation des instruments et des containers à envoyer à Nouméa, puis déploiement des mouillages, récupération des mouillages, remise en état des instruments, envoi à la calibration.
Contact DT : Emmanuel De Saint-Léger
Contact LEGOS : Lionel Gourdeau