L'Observatoire Arctique de MPO en temps réel

Le réchauffement de la planète a des répercussions dramatiques sur la région de l'Arctique. Ces changements incluent un rétrécissement rapide de la calotte glaciaire de l'océan Arctique, des périodes plus longues d'eaux libres dans l'archipel canadien, et des tendances au réchauffement de la température océanique. Ces modifications mettent la pression sur l'écosystème arctique qui est lié de manière vitale à cet environnement physique changeant. Les scientifiques travaillent pour comprendre ce lien afin que les intérêts croissants pour le transport et les ressources arctiques puissent être gérés de manière responsable en réponse aux changements climatiques. Afin d'atteindre cet objectif, il existe un outil utile qui consiste en un système qui peut fournir des données océanographiques et sur la glace de mer en temps réel à partir de sites arctiques éloignés.

Figure 1 : Une carte indiquant l'emplacement de notre prototype d'observatoire océanographique à l'est du détroit de Barrows.

Figure 1 : Une carte indiquant l'emplacement de notre prototype d'observatoire océanographique à l'est du détroit de Barrows. Le site se situe à 25 km à l'ouest d'une ligne de surveillance ou des amarrages équipés fournissaient des données physiques et biologiques en continu entre 1998 et 2011.

Le détroit Lancaster est l'entrée est du légendaire passage du Nord-Ouest, le principal couloir de transport à travers le Haut-Arctique du Canada. Juste à l'ouest du détroit Lancaster, le passage se rétrécit pour atteindre une largeur de 55 km au niveau du détroit de Barrows (Figure 1). Ici, en été et en automne, de forts flux d'est au-dessus de la moitié sud du détroit, transportent de la glace qui quitte l'Arctique par l'ouest, ce qui maintient le trafic des navires dans la partie nord. Une période libre de glace, courte et variable, sur la partie nord, présente aussi des défis pour les marins. La disponibilité de renseignements à jour sur les conditions de la glace et des océans sur cette importante route maritime a une valeur pratique pour les opérateurs marins. Ces données sont également utiles aux fins de saisie dans les modèles informatiques afin de prévoir les conditions de la glace de mer, ainsi que pour la validation de ces modèles.

Les données en temps réel fournissent également une capacité prévisionnelle à court terme si nous disposons déjà de connaissances suffisantes du système biologique et physique dans la région d'intérêt. Un réseau d'instruments amarrés à long terme a été conservé dans toute l'extrémité est du détroit de Barrows depuis 1998 dans le cadre d'une étude sur les changements climatiques. Ces données indiquent que d'une année sur l'autre, il y a de grandes différences entre la salinité et la température océaniques moyennes, le moment et la durée des eaux libres et la productivité biologique. Nos analyses montrent que ces différences sont étroitement liées. Par exemple, lorsque la température de l'eau au début de l'été est plus chaude que d'habitude, le déglacement et l'englacement d'automne ont lieu tous les deux plus tôt dans l'année. En outre, la date de l'englacement d'automne est très étroitement liée à la salinité océanique d'un été tardif. Ce lien particulier est tellement étroit que les mesures de salinité en temps réel fournies par l'observatoire sont utilisées pour prédire l'englacement dans cette zone à trois jours près, des semaines avant qu'il n'ait lieu.

De plus, l'apparition de la saison de croissance du zooplancton et la productivité biologique totale pour l'année sont étroitement liées à la température de l'eau d'un été précoce. Cela laisse entendre que la surveillance en temps réel de la température de la colonne d'eau peut aussi être utilisée pour prédire la productivité saisonnière de l'écosystème. Cela peut avoir une importance particulière à cet endroit qui se trouve à la frontière ouest de la nouvelle aire marine nationale de conservation d'Environnement Canada.

Figure 2 : Une illustration du prototype du système de données en temps réel installé dans le détroit de Barrows en 2011.

Figure 2 : Une illustration du prototype du système de données en temps réel installé dans le détroit de Barrows en 2011. Des données issues d'un amarrage équipé sont transmises de manière acoustique à un « concentrateur de données » à l'extrémité d'un câble sous-marin située en haute mer, envoyées à travers un câble, puis transmises à partir de la station à terre par un système de satellites Iridium au scientifique.

Un prototype d'observatoire de données océanographiques en temps réel a été installé au nord du détroit de Barrows en 2011 (Figure 2). Le système actuellement installé comprend trois composantes :

  1. une liaison de télémétrie acoustique qui transmet des données sur les propriétés de l'eau, les glaces à la dérive, le courant et la rétrodiffusion acoustique (zooplancton) d'instruments situés sur un poste d'amarrage sous-marin vers un concentrateur sous-marin;
  2. un câble sous-marin qui transporte des données du concentrateur vers une station à terre;
  3. une liaison satellite bilatérale qui transmet les données de la station à terre au scientifique.

Les données en temps réel reçues(Figure 5) sont utilisées pour surveiller et prédire l'évolution de la couverture de glace pour améliorer la sécurité et l'efficacité des opérations marines en Arctique, fournir des données pour les modèles de prévision océanique/glaciaire, et offrir une technologie qui peut s'appliquer à d'autres endroits stratégiques de l'Arctique. La pression barométrique est également accessible en temps réel où le câble vient à terre (figure 7). La future expansion prévue du système comprend l'ajout de mesures de l'épaisseur de la glace, de données biologiques et physiques de la colonne d'eau supérieure et de données issues d'amarrages équipés liés de façon acoustique et situés plus au large.

Figure 3 : Opérations de pose de câbles dans le détroit de Barrows.

Figure 3 : Le câble a été prolongé de 5,5 km à 8 km en 2012. L'extrémité du câble en mer ouverte se trouve à une profondeur de 151 m.

Figure 4 : Assemblage du « concentrateur de données »

Figure 4 : Assemblage du « concentrateur de données ». Cet ensemble se situe à l'extrémité du câble située en pleine mer. Il comprend un modèle acoustique pour recevoir les données de l'amarrage équipé, des éléments électroniques de concentrateur pour transmettre les données le long du câble, et un déclenchement acoustique pour récupérer la fin du câble au besoin.

Barrow Strait Observatory data

Figure 5 : Des données qui arrivent toutes les deux heures sont utilisées pour mettre à jour ces graphiques.

Figure 5 : Données océanographiques issues d'une profondeur de 40 mètres dans le nord du détroit de Barrows. Des données qui arrivent toutes les deux heures sont utilisées pour mettre à jour ces graphiques. Elles fournissent une description des conditions océanographiques entre le moment du déploiement (août) et maintenant.

Barrow Strait Observatory data

Figure 6 : Des données qui arrivent toutes les deux heures sont utilisées pour mettre à jour ces graphiques.

Figure 6 : Données océanographiques issues d'une profondeur de 64 mètres dans le nord du détroit de Barrows.

Pression barométrique à partir de la station d'observation côtière.

Figure 7 : Données à toutes les deux heures relatives à la pression barométrique en temps réel à partir de la station d'observation côtière de la côte Sud de l'île Devon.

Figure 7 : Données à toutes les deux heures relatives à la pression barométrique en temps réel à partir de la station d'observation côtière de la côte Sud de l'île Devon.