Saildrone réalise la première circumnavigation autonome de l'Antarctique

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Un drones de surface (USV) de sept mètres (23 pieds) de long alimenté par le vent, appelé drone à voile, est devenu le premier système sans pilote à faire le tour de l'Antarctique. Le véhicule, connu sous le nom de SD 1020, a été équipé d'une série de capteurs de qualité climatique et a recueilli des données dans des eaux qui n'avaient jamais été affrétées auparavant, ce qui a permis de mieux comprendre les processus océaniques et climatiques.

La mission de 196 jours a été lancée à partir de Southport à Bluff, en Nouvelle-Zélande, le 19 janvier 2019, et est retournée au même port le 3 août après avoir parcouru plus de 22 000 km (13 670 milles) en Antarctique. Au cours de la mission, le véhicule a survécu aux températures glaciales, aux vagues de 15 mètres (50 pieds), aux vents de 130 km/h (80 mi/h) et aux collisions avec des icebergs géants, une mission commanditée par la Fondation Li Ka Shing, un organisme sans but lucratif, et toutes les données ont été rendues publiques gratuitement afin d'accélérer notre compréhension des processus critiques touchant l'humanité. La mission est également une initiative de sensibilisation éducative visant à exposer les générations futures aux changements rapides qui se produisent dans l'Antarctique. Saildrone et le 1851 Trust se sont associés pour développer une série de plans de cours STEM en sciences, technologie, ingénierie et mathématiques, qui sont disponibles gratuitement pour les enseignants sur le site Web Saildrone à saildrone.com/antarctica.

Les collaborateurs scientifiques de ce premier tour du monde antarctique en voilier sont des experts des institutions suivantes : la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) des États-Unis, la National Aeronautics and Space Administration (NASA) des États-Unis, la Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO) d'Australie, le Palmer Long-Term Ecological Research (LTER), la Scripps Institution of Oceanography, le Southern Ocean Observing System (SOOS), l'Agence japonaise pour la science et la technologie marines et terrestres (JAMSTEC), l'Institut coréen de recherche polaire (KOPRI), l'Institut polaire norvégien, l'Université d'Exeter, l'Université de Göteborg, le Département des sciences marines, Université d'Otago et le New Zealand National Institute of Water and Atmospheric Research (NIWA).

L'océan Austral joue un rôle clé dans la régulation de la chaleur et du carbone pour notre planète. Il est si éloigné et inhospitalier que même les grands navires essaient de l'éviter en hiver. Cependant, ce drone agile et robuste a non seulement survécu à l'hiver de l'océan Austral, mais il a aussi fourni de nouvelles données vitales provenant d'un territoire qui n'avait pas encore été échantillonné.

L'un de nos plus grands " angles morts " en termes de connaissances climatiques et de prévisions futures se situe dans l'océan Austral. Ceci est dû en grande partie au manque d'observations, en particulier en hiver, dans cet environnement éloigné et rude. Cela conduit à une mauvaise compréhension du fonctionnement de ces océans polaires ", a déclaré Sebastiaan Swart, coprésident du Système d'observation de l'océan Austral (SOOS). "Ces observations passionnantes et à haute résolution de Saildrone pendant son tour de l'Antarctique fournissent aux scientifiques de précieuses données au sol pour mieux comprendre l'océan Austral et évaluer les modèles que nous utilisons pour prévoir le temps et le climat

"Il reste encore beaucoup à apprendre sur l'absorption des émissions de CO2 par l'océan, en particulier dans l'océan Austral. Jusqu'à il y a quelques années, l'océan Austral était considéré comme un grand puits de CO2. Pourtant, cette compréhension se fondait principalement sur les observations faites par des navires qui évitent les conditions météorologiques les plus rigoureuses de l'océan Austral, laissant les mois d'hiver sous échantillonnés ", a expliqué Adrienne Sutton, océanographe au sein du groupe carbone du Laboratoire du milieu marin du Pacifique (PMEL) de la NOAA. Le PMEL Carbon Group a été impliqué dans toutes les missions Saildrone liées au CO2 à ce jour.

Selon M. Sutton, avec le déploiement de capteurs de carbone sur les flotteurs profileurs, dans le cadre du projet SOCCOM (Southern Ocean Carbon and Climate Observations and Modeling), les scientifiques ont commencé à obtenir une distribution saisonnière plus large des observations, et ils ont trouvé moins de puits de CO2 qu'on ne le pensait auparavant.

Les flotteurs SOCCOM mesurent le pH de l'eau de mer et utilisent des relations empiriques pour calculer la pression partielle de dioxyde de carbone (pCO2) dans l'eau de mer, ce qui introduit une certaine incertitude par rapport à une mesure directe. Cela a généré une discussion active centrée sur l'incertitude du pCO2 calculé à partir des mesures du flotteur et sur la question de savoir si le puits de CO2 affaibli, qui a été observé par les flotteurs de 2014 à 2017, était simplement une variabilité naturelle.

"Disposer d'une autre plate-forme autonome capable de survivre dans l'océan Austral est à la fois un exploit technologique et une opportunité de nous rapprocher de la résolution du puzzle des puits de CO2 océaniques ! Les résultats préliminaires suggèrent que nous avons également observé un dégazage de CO2 pendant les mois d'hiver dans la même région que les flotteurs mesurés précédemment. Le dégagement de CO2 de l'océan vers l'atmosphère se produit lorsque les niveaux de pCO2 de l'océan sont plus élevés que les niveaux atmosphériques ", explique M. Sutton.

"Nos premières conclusions sont que les flotteurs SOCCOM correspondent à la Saildrone pCO2 dans les limites de l'incertitude déclarée ", a déclaré Nancy Williams, professeure adjointe à l'University of South Florida College of Marine Science. "Ces croisements offrent de grandes possibilités de validation et de mise en contexte entre deux ensembles de données très différents et complémentaires. Le maintien de ces deux types d'observations sera extrêmement utile pour améliorer notre compréhension du rôle de l'océan Austral dans le bilan global du carbone et j'ai hâte de me plonger dans ce nouvel ensemble de données."

"Des données fiables et de haute qualité sont nécessaires pour la recherche. Pour les capteurs de voilure, des étalonnages minutieux sont effectués avant le déploiement, et d'autres vérifications sont effectuées par rapport à des mesures similaires d'un nombre limité d'amarres et de flotteurs de profilage dans la région. La comparaison la plus récente a eu lieu au sud de la Tasmanie, en Australie, où le voilier est passé près de l'un des deux seuls amarrages de surface de l'océan Austral équipés de capteurs similaires ", explique Bronte Tilbrook, biogéochimiste étudiant l'acidification des océans et le cycle global du carbone au CSIRO.

"La technologie Saildrone révolutionne la façon dont les données peuvent être recueillies dans l'océan Austral, offrant pour la première fois un moyen de recueillir des données cruciales tout au long de l'année et dans des endroits que les navires visitent rarement. Les applications comprennent une meilleure compréhension de la quantité de dioxyde de carbone absorbée par l'océan Austral et la détermination des conditions et des processus environnementaux changeants qui entraînent le changement ", a déclaré Tilbrook.

Les USV Saildrone sont conçus pour des déploiements océaniques à long terme, jusqu'à 12 mois, mais ne consomment pas de combustibles fossiles, et n'ont donc aucune empreinte carbone une fois déployés. Ils sont alimentés exclusivement par le vent pour la propulsion et par l'énergie solaire pour alimenter les instruments de bord.

Les voiliers sont équipés d'une série de capteurs de qualité scientifique qui recueillent des données météorologiques et océanographiques essentielles à la compréhension des changements qui se produisent dans l'écosystème de l'Antarctique. La série de capteurs standard comprend des instruments pour mesurer la température de l'air et de la mer, la pression barométrique, la vitesse et la direction du vent, la hauteur et la période des vagues, ainsi que des caméras de ciel, de mer et d'horizon. En plus de l'ASVCO2, l'ensemble de capteurs amélioré du SD 1020 comprend un profileur de courant acoustique Doppler (ADCP) pour mesurer les courants marins.

La configuration standard d'un voilier Génération 5 comprend une coque de sept mètres (23 pieds), une quille de 2,5 mètres (8 pieds) et une aile solide de cinq mètres (15 pieds) de haut. Cette aile de drone régulière a une plage de vent opérationnelle allant jusqu'à 60 nœuds, mais les vagues massives de l'océan Austral étaient trop grosses pour cette aile haute et élancée. A deux reprises, en 2015 et 2017, des voiliers ont déjà été déployés dans l'océan Austral pour tenter le tour du monde. Dans chaque cas, après une courte période de temps, la mission a été compromise et les voiliers ont dû rentrer pour des réparations. L'équipe a beaucoup appris de ces échecs et a conçu un nouveau type d'aile spécialement pour l'océan Austral. L'aspect inférieur "gréement carré" est incroyablement solide et est conçu pour faire face aux forces énormes d'être roulé et submergé par des vagues de 15 mètres (50 pieds) de haut.

"Bien que le gréement carré soit moins performant que l'aile de voilier classique et qu'il ait du mal à naviguer au près, il fait un excellent travail au portant et peut toujours vous emmener là où vous avez besoin d'aller dans les mers du Sud," explique Richard Jenkins, fondateur et CEO de Saildrone. "Vous sacrifiez inévitablement la manœuvrabilité pour la survie, mais nous avons créé quelque chose qui fait le travail et que l'océan Austral ne peut détruire !"

Les SD 1022 et SD 1023 sont sortis en janvier avec des ailes régulières "renforcées" en même temps que le SD 1020, mais comme leurs prédécesseurs, ils ont tous les deux subi des dommages dus à la tempête dans les premiers jours, tandis que la voile carrée a continué à naviguer malgré des conditions orageuses. Les SD 1022 et SD 1023 sont retournés en Nouvelle-Zélande pour réparation et ont été redéployés en mai avec des ailes carrées semblables au SD 1020. Ces deux voiliers ont récemment traversé avec succès les conditions hivernales du passage Drake et sont entrés dans l'océan Atlantique Sud. Contrairement au SD 1020, les SD 1022 et SD 1023 sont équipés d'échosondeurs scientifiques pour l'étude de la biomasse des poissons, en plus des instruments standard atmosphériques et océanographiques

"En termes de carbone et de chaleur, l'océan Austral est de loin l'océan le plus important. À l'échelle mondiale, l'océan Austral absorbe environ la moitié de tout le carbone et 75 % de toute la chaleur qui entre dans l'océan. C'est pourquoi il est d'autant plus important de consacrer des efforts et des ressources, comme c'est le cas pour les plates-formes robotiques comme Saildrone, afin d'obtenir davantage de mesures scientifiques dans cette région polaire ", a déclaré M. Swart.

"Un système de surveillance de l'océan Austral est l'une de nos priorités absolues ", a déclaré M. Jenkins. "Comprendre les flux de chaleur et de carbone, les populations de poissons et l'acidification des océans dans l'océan Austral est absolument essentiel pour améliorer la compréhension de notre climat et la durabilité de la vie sur cette planète. Seule une augmentation très significative des mesures permettra de faire des prévisions significatives pour l'avenir."

Saildrone est reconnaissante de l'appui de ses sponsors et de ses collaborateurs scientifiques pour cette mission historique. Saildrone tient également à remercier tout particulièrement les gardes-côtes de Bluff qui ont aidé à remorquer le SD 1020 dans le port de Bluff, le personnel et le port de South Port à Bluff, NZ, et Biosecurity New Zealand - Tiakitanga Pūtaiao Aotearoa pour son inspection du véhicule à son retour.