Océanographie physique

Les observations in-situ ont été les premières sources d'information sur l'océan. Des instruments très divers ont été produits au cours de l'histoire de l'océanographie, actuellement parmi tous les appareils de mesure, on peut citer :

• des flotteurs dérivants (par exemple le réseau de flotteurs Argo)[1]
• des mesures de thermosalinographe embarquée à bord de navire de commerces, militaires ou océanographiques
• des XBT[2] (Xpendable Bathythermograph) lancés en mer par les militaires surtout avant les années 2000.
• des animaux équipés de capteurs (salinité et température pour la plupart mais aussi accéléromètre ou oxygène). Parmi ces animaux, il y a les éléphants de mer[3] ou les phoques [4] mais aussi des albatros, des manchots, des requins et bientôt des orques. Ils permettent d’acquérir des données dans des régions très inhospitalières (surtout l'Antarctique et les TAAF), à des coûts bien moins important que les bateaux océanographiques, durant des périodes longues et les résultats sont utilisables à la fois par les biologistes et les physiciens.
• des bouées ancrées à des positions définies (près des côtes, dans les estuaires mais aussi au large)
• des sondes CTD (Conductivity, Temperature, Depth) généralement réalisées lors de campagnes océanographiques[5]
• des marégraphes
• des gliders sous-marins[6]

Certaines de ces mesures sont financées par le projet européen MyOcean, et sont collectées par les DAC [7] : - AOML (USA). - MEDS (Canada). - JMA (Japon). - CORIOLIS (France). - BODC (UK). - CSIRO (Australie) ... Toutes ces observations sont stockées dans des bases de données telles que Coriolis gérée par l'Ifremer ou le WOD[8] de la NOAA. Les données sont consultables et téléchargeables [9].

Les modèles utilisés par les océanographes physiciens sont des représentations mathématiques-informatiques de variables physiques tel que les courants, les vagues, les marées, les niveaux de l'océan, la température, la salinité,... Ces modèles océaniques peuvent être forcés par des observations ou réanalyses atmosphériques (vents, flux de chaleur, flux d'eau douce, flux de gaz ou de matière) pour l'étude de la réponse océanique aux fluctuations atmosphériques ; ils peuvent être couplés avec un modèle atmosphérique pour l'étude ou la prévision du climat, ou couplés avec des modèles biochimiques pour l'étude des écosystèmes marins. Ce sont des outils complexes qui ont beaucoup progressé depuis les années 1980. Les modèles océaniques aux équations primitives procurent aujourd'hui des représentations assez réalistes des évolutions observées dans la nature en trois dimensions. Les simulations de l'océan global ou de sous-régions diffèrent notamment par leur résolution horizontale : les simulations globales les plus fines actuellement ont des résolutions de l'ordre du 1/10° (une dizaine de kilomètres à l'équateur), et les simulations régionales peuvent atteindre 100 m de résolution horizontale ou davantage. Les simulations numériques complètent les connaissances issues des observations ou de développements théoriques, mais requièrent une évaluation précise au regard de ces informations. Lorsque cela est nécessaire (initialisation de prévisions, synthèse des observations passées), l'assimilation de données océaniques spatiales et in-situ permet de contraindre l'état simulé des océans à rester proche de son état mesuré, en prenant en compte les incertitudes des observations et des modèles eux-mêmes.

Des satellites comme ERS2 apportent d'autre informations sur la surface océanique comme la rugosité de l'eau (les vagues), la couleur de l'eau (turbidité), la hauteur des océans (Sea Surface Heigth), ou encore la salinité. Ces données altimétriques alimentent également des modèles d'océans et sont parfois croisées avec les données in-situ.

De nombreuses théories issues de la dynamique des fluides ont été appliquées en océanographie pour expliquer des courants, des ondes, des circulations. Parmi les plus connues, on peut citer celles de Harald Sverdrup et de Vagn Walfrid Ekman (Transport d'Ekman) qui établissent des ponts entre océan et atmosphère.