DITM (Développement Instrumental et Techniques Marines)

Développements instrumentaux

Ces développements impliquent l'ensemble des métiers représentés dans l'équipe et consistent à intégrer des capteurs et techniques de mesure dans des instruments existants ou des vecteurs conçus spécialement.

Quelques exemples sont détaillés dans la suite.

IceT et Optimism

Le projet Optimism (optimism.locean-ipsl.upmc.fr), financé par l’ANR, a démarré fin 2009. Il regroupe cinq laboratoires (LOCEAN, LATMOS, LMF, CEN, DT-Insu) et proposait de développer en quatre ans un système autonome renseignant sur le bilan thermodynamique de la glace de mer en temps réel. Pour cela un mât météo (Bear : Budget of Energy for Arctic Regions) a été développé et intégré au flotteur IceT (Ice Thickness), développement instrumental du LOCEAN depuis 2005.

Un déploiement au Pôle Nord a eu lieu chaque année depuis 2011 en lien étroit avec les équipes du North Pole Environmental Observatory (NPEO, PI J. Morison APL Seattle).

Une collaboration avec les équipes belges du projet Yrosiae dédié à l'étude des flux de gaz à effet de serre au travers de la glace a permis de déployer un IceT à Scott Base en Antarctique à l’été 2012.

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Mesures courantométriques polaires avec gyroscope laser

Deux programmes du LOCEAN ont pour chantier géographique l’océan côtier de la Terre Adélie à 300 km du Pôle Sud magnétique, une zone où le champ magnétique horizontal est inutilisable (composante très faible avec déclinaison énorme et très variable).

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Pour la mesure du vecteur courant (par profileurs acoustiques ADCP), nous avons dû développer une nouvelle technique alternative aux compas magnétiques conventionnels. Nous avons testé sur banc de simulation plusieurs types de centrales inertielles et magneto-inertielles pour finalement choisir un gyroscope laser (TOGs : Tiny fiber optical gyro).

Nous avons intégré ce capteur (commercial) dans un système d’acquisition/contrôle (Persistor) placé dans un caisson sous-marin 3 000 m.

Lors de la campagne ALBION 2012, le système a d’abord été déployé sur une CTD/rosette avec deux profileurs LADCP. Nous avons ainsi obtenu des profils de courant géo-référencés sur toute la colonne d’eau, ce qui est probablement une première dans cette zone.

Nous avons ensuite installé le TOGS sur une cage de fond (spécialement conçue par DITM) équipée d’un profileur ADCP longue portée afin d’échantillonner la colonne d’eau depuis le fond (800 m) jusqu’à la surface pendant un an.

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Mesure de la salinité de surface

La mission du satellite ESA/SMOS (European Space Agency/Soil Moisture and Ocean Salinity) est de détecter la salinité de surface (SSS) en utilisant un radiomètre de band L.

À cette fréquence, la mesure se fait dans le premier centimètre alors que les mesures in situ sont prises habituellement à 5 mètres ou plus (TSG, ARGO). Dans le cadre de la calibration et de la validation de SMOS, des mesures doivent être faites dans les premiers centimètres de la surface pour éviter toute erreur de comparaison due aux gradients verticaux.

Dans ce cadre, nous utilisons différentes bouées dérivantes (développement ou suivi avec les constructeurs, préparation et logistique des déploiements, suivi temps réel, traitement des données).

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Depuis 2007, déploiement en collaboration entre Météo-France, le laboratoire LOCEAN et le laboratoire Instituto de Ciences del Mar (CSIC) : 37 Metocean, 34 Pacificgyre, 21 ICM et 17 Surpas.

Les principaux sites de déploiements se trouvent en Atlantique tropical, Atlantique nord et Pacifique équatorial ouest.

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Ces données sont accessibles sur le site : http://www.locean-ipsl.upmc.fr/smos/drifters/

Afin de mesurer la salinité et la température plus proche de la surface (4 cm), les bouées Surpact sont en cours de développement en collaboration entre le LOCEAN et le SMRU.

L'instrument peut être utilisé en mode Argos (mesure toutes les 15 minutes) ou en mode continu (acquisition toutes les secondes et transfert des données par bluetooth).

La Surpact mesure également la pression atmosphérique ainsi que la température interne (pour étudier les problèmes de perturbations dues au réchauffement de l'instrument).

L'agitation de surface est souvent une indication manquante dans les études de gradients verticaux et pour la calibration de SMOS (pente des vagues).

Un accéléromètre a donc été placé au centre de la Surpact. Le spectre de surface est calculé en interne et une moyenne de ce spectre est transmise toutes les 15 minutes.

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Capteurs de micro-structure : développement du flotteur MICROPRO pour mesures opérationnelles de turbulence

Le développement du Micropro consiste à intégrer un capteur de microstucture (Microrider) fabriqué par la société canadienne Rockland, sur un profileur de type Provor.

Le Microrider est fixé sur le Provor, en même temps qu’un cylindre de flottabilité équivalente permettant l’équilibre en flottabilité et en trainée de l’ensemble. Ce cylindre permet également de stocker le pack batteries qui alimente le Microrider en énergie. Une CTD Seabird est déjà présente sur le sommet du flotteur Provor. L’intégration et des tests en fosse ont été menés en novembre 2011. Le flotteur accélère rapidement jusqu’à un régime stationnaire avec une vitesse de croisière de l’ordre de 20 cm/s.

Les données enregistrées en interne sur le Microrider ont montré que les pics en fréquence à 18 Hz et 60 Hz correspondant respectivement au fonctionnement des pompes du Provor et de la CTD sont très nets sur les spectres d’accélération. Cependant l’impact sur l’estimation du taux de dissipation est négligeable pour ε élevé la contamination n’étant pas détectable, pour ε faible la contamination est hors du domaine d’intégration.

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