PIRATA

Prediction and Research Moored Array in the Tropical Atlantic

A propos de PIRATA

Le programme expérimental PIRATA (qui, à l'origine, signifiait "Pilot Research morred Array in the Tropical Atlantic" et dénommé depuis 2008 "Prediction and Research Moored Array in the Tropical Atlantic" ) a été mis en place en 1997 dans l'océan Atlantique tropical (Servain et al. 1998). Il s'est développé dans le cadre du programme international CLIVAR (CLImatic VARiability and predictability) et implique des équipes scientifiques de trois pays : la France (IRD, maître d'oeuvre des campagnes à la mer et coordination, Météo France, et avec la participation de l'IFREMER et de l'INSU/CNRS), le Brésil (DHN et INPE) et les USA (NOAA/PMEL). Les supports financiers du programme proviennent de l'IRD, Météo France, de l'Observatoire Midi-Pyrénées/Université Paul Sabatier et ponctuellement de l'INSU/CNRS

Les principales questions scientifiques motivant le programme PIRATA sont:

  1. Quels sont les mécanismes de forçage et de couplage entre les composantes atmosphérique et océanique sur l'Atlantique tropical ? En particulier quels sont les mécanismes de contrôle de la température de surface de la mer (SST) ? Et quels sont les mécanismes de contrôle des flux de chaleur entre l'océan et l'atmosphère?
  2. Quelles sont les influences de ces flux de chaleur (et de quantités de mouvement : le vent) sur la variabilité (position, intensité) de la Zone InterTropicale de Convergence des Alizés (ITCZ), sur les systèmes convectifs du Golfe de Guinée (et sur la mousson de l'Afrique de l'Ouest) et de la région ouest du bassin (Amérique du Sud, Nordeste brésilien, Caraïbes ...) ?
  3. Quelle est la relation entre la variabilité de la SST et celle du contenu thermique en Atlantique tropical, et quelle est son influence sur les divers modes de variabilité de cette région ? Quelle est en particulier le lien dynamique entre les zones nord et sud du mode de variabilité méridien de l'Atlantique et entre celui-ci et le mode équatorial ?
  4. Quelles sont les téléconnexions et leurs mécanismes entre la variabilité dans la région de l'Atlantique tropical et la variabilité dans d'autres régions (El Niño Southern Oscillation, North Atlantic Oscillation, variabilité en Atlantique sud ...) ?

Dans ce cadre, le programme PIRATA a plus spécifiquement pour objectifs scientifiques :

  • D'améliorer la description de la variabilité saisonnière à interannuelle dans la couche supérieure (de la surface à 500 m de profondeur) de l'Atlantique tropical ;
  • D'améliorer notre compréhension des contributions relatives des flux de surface et de la dynamique océanique dans la variabilité de la SST et du contenu thermique de subsurface aux échelles saisonnières et interannuelles ;
  • De fournir un ensemble de données qui pourra être utilisé pour développer et améliorer les modèles de prévision du système couplé océan-atmosphère.
  • De documenter les interactions entre le climat de l'Atlantique tropical et la variabilité à l'extérieur de la région (E.G. ENSO ou l'oscillation Nord Atlantique);
  • De maintenir (et si possible développer) un réseau de bouées océaniques et de collecter et transmettre un jeu de données océaniques et atmosphériques, en temps réel via satellites, afin de suivre et d'étudier l'océan superficiel et l'atmosphère en Atlantique tropical et d'alimenter en données in situ les systèmes opérationnels.

Après une phase "pilote" de 1997 à 2001, le programme est passé à une phase de consolidation jusqu'à fin 2006, qui a été prolongée jusqu'en Février 2008. Un PIRATA Resources Board (PRB) a été constitué en 1999 pour répondre aux objectifs d'engagements (financiers, humains, moyens en navire, ...) de chacun des principaux instituts partenaires du Programme PIRATA. Un Memorandum of Understanding (MoU) a été signé officiellement en Août 2001 par les représentants des divers partenaires. Ce MoU engageait la responsabilité des divers instituts partenaires durant toute la phase de consolidation du programme PIRATA (2001-2006 puis 2008). De 2006 à 2008, suite à une évaluation scientifique très positive du programme par CLIVAR et OOPC (établie à partir du document Bourlès et al., 2006), un nouveau Memorandum of Understanding, liant les quatre organismes principaux du programme (France: IRD et Météo-France ; Brésil: INPE ; et USA: NOAA) a été rédigé et signé par les partenaires le 2 Février 2009 lors du meeting PIRATA 14 organisé à Toulouse (voir le rapport du meeting PIRATA-14), assurant ainsi la maintenance du programme jusqu'en 2013. C'est en 2008, suite aux 10 ans du programme et la rédaction d'un article de synthèse (Bourlès et al., 2008) que l'intitulé du programme PIRATA a été modifié en "Prediction and Research Moored Array in the Tropical Atlantic". Lors du meeting annuel PIRATA de 2013, le renouvellement du MoU (arrivant à terme en juillet 2014) a été discuté et il a été prolongé par avenant le 25 juillet 2014 pour une durée de 5 ans, soit jusqu'en juillet 2019.

En France, la composante française de l'observatoire PIRATA avait le label ORE (Observatoire de Recherche de l'Environnement) de 2001 à 2009. Fin 2009, PIRATA a été évalué positivement par le CIO-E et obtenu en 2010 le label SOERE (Système d'Observation et d'Expérimentation, sur le long terme, pour la Recherche en Environnement). En 2011, PIRATA a obtenu le label SO-OA (Service d'Observation Océan-Atmosphère), avec les extensions d'une 6ème bouée ATLAS à 6ºS-8ºE et aux mesures des paramètres du CO2 effectuées sur les bouées. PIRATA constitue depuis une des composantes du SOERE CTDO2 (Coriolis-Temps Différé Observations Océaniques). La reconduction du SO national PIRATA a été recommandée en août 2015 suite à une nouvelle évaluation de la CSOA et a également reçu en mai 2015 le « label Sud », suite à une évaluation interne par l'IRD.

L'IRD et Météo-France sont associés depuis 2008 pour la maintenance du réseau PIRATA via une convention renouvelée tous les 4 ans. La présente convention est valide jusqu'à fin 2020.

De 1997 à 2005, PIRATA a consisté principalement dans la maintenance d'un réseau de 10 bouées de mesures météo-océaniques de type ATLAS (les mêmes que celles utilisées dans le Pacifique dans le cadre du programme TOGA ; (voir https://www.pmel.noaa.gov/gtmba/), localisées en des points représentatifs des modes de variabilité climatique en Atlantique Tropical. Depuis 2005, le réseau PIRATA s'est très largement développé. Des propositions d'extension ont été déposées dès 2001-2002 par le Brésil, pour une extension Sud-Ouest, et par l'Afrique du Sud, pour une extension Sud-Est. Dès 2005, trois bouées ATLAS ont été installées dans la région Sud-Ouest du bassin Atlantique Tropical au large de Brésil, prises en charge et maintenues par ce pays. L'extension Sud-Est, présentée par l'Afrique du Sud (université de Cape Town) a été soutenue financièrement pour un an par le BCLME (Benguela Current Large Marine Environment), et une bouée a été déployée, pour une année de test de faisabilité, par l'IRD en Juin 2006 et relevée en Juin 2007 lors des campagnes EGEE3 et EGEE 5. La NOAA/AOML (USA) a également proposé une extension du réseau de bouées ATLAS dans la région Nord et Nord-Est du bassin tropical, portant sur 4 bouées, mise en oeuvre en 2006 et 2007.

L'extension Sud-Est du réseau à 6ºS-8ºE a été redéployée en juin 2013 pendant la campagne PIRATA-FR23, suite au financement d'une 2nde bouée (nécessaire pour son remplacement annuel) par le programme EU PREFACE. Elle est désormais systématiquement remplacée tous les ans par la France, qui s'est engagée en 2008 dans le MoU à maintenir les 6 sites situés à l'est de 23ºW. Le réseau comporte ainsi désormais 18 bouées de mesures météo-océaniques. La répartition spatiale des bouées répond à des objectifs scientifiques précis : le réseau initial de 10 bouées a été établi afin de suivre les deux modes de variabilité principaux (équatorial et méridien) de l'Atlantique tropical ; l'extension Sud-Ouest est nécessaire pour suivre l'influence de la Zone de Convergence de l'Atlantique Sud sur le climat du Nordeste brésilien et la Zone de Convergence Inter-Tropicale Sud ; l'extension Nord-Est est justifiée par le suivi et l'étude des cyclones tropicaux, et l'extension Sud-Est par les interactions entre les régions équatoriale et sud-est du bassin, affectée par de fortes variations interannuelles (de type « Bengula Niño ») le long des côtes africaines.

Depuis fin 2015, les bouées de type ATLAS ont commencé à être progressivement remplacées par des systèmes T-FLEX. En effet, le PMEL de la NOAA a développé un nouveau système de bouées pour remplacer les ATLAS, le système T-FLEX. Testés avec succès dans les océans Indien (dans le cadre de RAMA) et Atlantique (dans le cadre de PIRATA US) de 2011 à 2014, les T-FLEX sont mis en place progressivement pour à terme remplacer tout le parc de bouées ATLAS. Ce système de bouées T-FLEX permet notamment :

  • de mettre en place le long de la ligne de mouillages plus de capteurs océanographiques dont la transmission des données pourra être assurée en temps réel
  • d'assurer une télétransmission des données plus fiable et avec une résolution temporelle plus importante (toutes les heures via Iridium, au lieu de tous les jours via Argos pour les systèmes ATLAS)
  • de doubler des capteurs atmosphériques afin de limiter les pertes d'acquisition éventuelles induites par des défaillances des capteurs
  • d'ajouter des capteurs de courant systématiquement en sub-surface (de type Aquadopp)
  • d'augmenter la sécurisation des capteurs pour limiter la conséquence d'actes éventuels de vandalisme ou de chocs
  • d'assurer une plus grande flexibilité sur le type de capteurs pouvant être ajoutés sur les mouillages (et donc d'être beaucoup moins limité par la technologie des capteurs)
  • d'assurer une plus grande autonomie des mouillages (actuellement de 12 mois, elle pourrait être étendue à 18 mois)
  • d'être également déployé aux plus hautes latitudes (donc pouvant résister à des conditions de surface -vent, houle- plus rigoureuses qu'aux latitudes équatoriales)

PIRATA maintient également des mouillages courantométriques (ADCP) le long de l'équateur, situés à proximité des bouées météo-océaniques, afin de suivre et d'étudier le Sous-Courant Equatorial :

  • un 1er mouillage courantométrique à 23ºW-0ºN, intégré au réseau PIRATA international depuis 2001
  • un 2nd mouillage courantométrique à 10ºW-0ºN, maintenu de 2001 à 2005 en continuité du programme EQUALANT, et depuis 2006, initialement dans le cadre d'EGEE/AMMA et TACE/CLIVAR, maintenu dans le cadre du SO PIRATA
  • un 3ème mouillage courantométrique à 0ºE-0ºN, installé en 2016 lors de la campagne PIRATA-FR26 et financé dans le cadre du programme EU-FP7 PREFACE pour PIRATA (et contribuant aussi au programme EU-H2020 AtlantOS)

Le SO PIRATA a donc la charge de maintenir 6 bouées météo-océaniques (3 ATLAS et 3 T-FLEX aux positions 23ºW-0ºN, 10ºW-0ºN , 0ºE-0ºN, 10ºW-6ºS, 10ºW-10ºS et 6ºS-8ºE) et les 3 mouillages courantométriques du réseau. Depuis 2006, le GEOMAR (Kiel, Allemagne) contribue à la maintenance du mouillage à 23ºW.

Le SO a également la charge de la maintenance des capteurs de paramètres CO2 installés à 6°S-10°W (depuis 2006), 8°N-38°W (depuis 2008) et 6°S-8°E (depuis 2017, installé dans le cadre du programme EU AtlantOS).

A noter que le SO a également maintenu un marégraphe (installé par l'IRD depuis 1989), et une station météorologique (installée en 2003 par l'IRD dans le cadre d'EGEE/AMMA) à São Tomé. Ces appareils ne sont plus maintenus (de fait depuis 2010 suite à des défaillances matérielles, et officiellement depuis 2015 suite à la recommandation de la CSOA).

PIRATA est reconnu au niveau international comme étant un réseau de base pour l'obtention de mesures météo-océaniques dans le cadre des études des processus climatiques saisonniers à interannuels à l'échelle du bassin Atlantique Tropical prévues dans le contexte des programmes internationaux AMMA (Analyse Multidisciplinaires de la Mousson Africaine, de 2005 à 2010), TACE (Tropical Atlantic Climate Experiment, de 2007 à 2011), CLIVAR, OOPC, GOOS, CCOS etc.

Depuis 2013, PIRATA est une composante du programme EU PREFACE (FP7) et depuis 2014 du programme EU AtlantOS (H2020).

Les bouées météo-océaniques du réseau de base sont représentées par des carrés rouges. Les trois bouées de l'extension Sud-Ouest sont colorées en jaune ; les quatre bouées de l'extension Nord-Est sont colorées en orange ; l'extension Sud-Est est représentée par une étoile marron. Les bouées représentées par des étoiles sont des sites caractérisés « Flux Reference » et équipées de radiomètres ondes-longues et de courantomètre. La bouée entourée d'un cercle noir est équipée d'un baromètre (Météo-France). Les carrés bleus représentent les bouées équipées d'un système de mesure du CO2 en continu (IRD). Les bouées entourées d'un cercle orange sont équipées de capteurs d'O2 (à 300m et 500m ; GEOMAR). Trois mouillages courantométriques ADCP, représentés par des losanges, sont également maintenus à l'équateur aux longitudes 23ºW, 10ºW et 0ºE (IRD). Les bouées équipées de systèmes T-FLEX sont entourées d'un cercle bleu.

Le programme PIRATA permet principalement de mettre les mesures à la disposition de la communauté scientifique dès que possible après leur acquisition via internet, c'est-à-dire :

  1. Données en temps réel:
    • Mesures météo-océaniques à l'aide des bouées ATLAS ou T-FLEX: Les bouées sont conçues pour mesurer les variables météorologiques de surface (direction et vitesse du vent, température de l'air et humidité, précipitations et radiations solaires) et hydrologiques entre la surface et 500m, soit 2 capteurs de pressions (à 300m et 500m), 11 capteurs de température (en surface, 20m, 40m, 60m, 80m, 100m, 120m, 140m, 180m, 300m et 500m) et 4 capteurs de conductivité (en surface, 20m, 40m et 120m). Certaines bouées sont également équipées d'un courantomètre (à 12m), de capteurs des paramètres du CO2 en surface (en 3 bouées), et de capteurs de conductivité supplémentaires dans la couche supérieure (à 5m, 10m, 60m et 80m). Les observations moyennées journalières sont transmises par satellite (via Argos pour les ATLAS et Iridium pour les T-Flex) et sont disponibles en quasi temps réel via internet.
  2. Données en temps différé:
    • Les mesures courantométriques des mouillages: Les mouillages ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) mesurent en continu les deux composantes horizontales du courant de la surface à approximativement 300m. Les mesures in situ sont disponibles à hauteur d'une mesure tous les 4m à partir de 16m de profondeur.
    • Mesures océanographiques obtenues à partir des navires: Au cours de chaque campagne océanographique dédiée à PIRATA, des mesures météo-océaniques sont effectuées. Ces mesures sont principalement: les mesures de courants (de 0 à 700m max.) à l'aide du VM-ADCP acoustic Doppler current profilers; les meures de température et de salinité de surface à l'aide d'un thermosalinographe; les mesure météorologiques et de navigation à l'aide des unités d'acquisition; les mesures hydrologiques à l'aide de profil CTDO2 (mesures continues de pression, température, et salinité et oxygène dissous entre la surface et 2000m); les mesure de température entre la surface et approximativement 800m avec les sondes XBT
    • Les mesures en continu des paramètres du CO2 (fugacité CO2, température et pression atmosphérique en surface) nécessaires pour le calcul des flux de CO2 entre l'océan et l'atmosphère, et de l'oxygène dissous en surface.
    • Des mesures de paramètres chimiques (salinité, sels nutritifs, pigments chlorophylliens, paramètres CO2, éventuellement C13/O18) sont également réalisées en surface et lors des profils CTDO2. Ces campagnes constituent des opportunités pour le déploiement de profileurs ARGO et de bouées dérivantes SVP, et la transmission des profils CTD et XBT est effectuée en temps réel à CORIOLIS.
    • (voir le serveur ftp).

La maintenance du réseau sous-entend la mise en oeuvre (côté français) d'au moins une campagne océanographique dédiée par an, et à ce jour 27 campagnes ont été réalisées depuis 1997 (de 2005 à 2007, les campagnes PIRATA ont été associées aux campagnes du programme EGEE, volet océanographique du programme international AMMA). En France, les problèmes rencontrés pour maintenir le réseau des 6 bouées du réseau PIRATA sont de deux ordres :

  1. les problèmes liés au vandalisme dans le Golfe de Guinée (en raison des activités de pêches; voir http://www.brest.ird.fr/actualites/EGEE-3_bouees.htm). Ces problèmes se sont nettement atténués depuis 2008.
  2. les problèmes liés aux actions de piraterie dans le Golfe de Guinée, notamment depuis 2014. Ainsi, les campagnes ne peuvent plus se faire avec escale(s) dans les ports de la région, et doivent être réalisées depuis 2015 en un seul leg de 40 jours. Ces actes de piraterie empêchent également toute activité scientifique sur l'ensemble de la région nord-est du Golfe de Guinée

PIRATA a d'ores et déjà permis le suivi de nombreuses études menées au sein de plusieurs laboratoires français, portant sur les flux air-mer, les processus océaniques et les techniques d'assimilation de données, notamment dans le cadre du projet MERCATOR.

Références:

Servain J., A. Busalacchi, A. Moura, M. McPhaden, G. Reverdin, M. Vianna, & S. Zebiak: A Pilot Research Moored Array in the Tropical Atlantic "PIRATA"; The Bulletin of American Meteorological Society. 79, 2019-2031, 1998.

Bourlès, B., A. J. Busalacchi, E. Campos, F. Hernandez, R. Lumpkin, M.J. McPhaden, A.D. Moura, P. Nobre, S. Planton, J. Servain & J. Trotte, PIRATA (Pilot Research Moored Array in the Tropical Atlantic): Accomplishments of PIRATA: 1997-2005, Status and perspectives, Document prepared for a PIRATA review by CLIVAR -AIP - and OOPC, 89pp, avril 2006.

Bourlès, B., R. Lumpkin, M.J. McPhaden, F. Hernandez, P. Nobre, E. Campos, L.Yu, S. Planton, A.J. Busalacchi, A.D. Moura, J. Servain, and J. Trotte, The PIRATA program: history and accomplishments of the 10 first years tropical Atlantic observing system's backbone, Bulletin of the American Meteorological Society, 89(8), 1111-1125, doi/10.1175/2008BAMS2462.1, 2008.

Bibliographie:

Une liste de références PIRATA.

Pour plus d'informations, consulter le Bulletin of the American Meteorological Society cover story d'Août 2008.