Le suivi des icebergs pendant le Vendée-Globe

Exemple de balise embarquée à bord des voiliers du Vendée-Globe

Depuis plusieurs années la sécurité des skippers, lors des courses en solitaire autour du monde, est assurée par des balises qui permettent de les localiser et de leur porter assistance si besoin tout au long de leur périple en mer. Pour cette nouvelle édition du Vendée-Globe ce service de surveillance des skippers à distance a naturellement été assuré, ce qui a permis de localiser rapidement les skippers qui ont été en détresse afin de venir à leur rescousse au plus vite. Pour cette même édition du Vendée-Globe, un service d'un nouveau genre a vu le jour, qui a pour but de protéger les skippers des risques de collisions avec les icebergs. En effet, la route du Vendée-Globe fait le tour de la Terre en passant dans l'hémisphère sud par l'océan Austral. Cet océan présente une très forte concentration d'icebergs qui naissent à la limite de glace du continent Antarctique, à cause des variations de la température de l'eau et de l'air et qui dérivent grâce aux vents et courants.

Les icebergs : pourquoi sont-ils dangereux pour la navigation ?

Les icebergs sont très dangereux pour la circulation en mer, et plus encore quand les bateaux vont à des vitesses de croisières très rapides comme ceux des skippers du Vendée-Globe. Ils représentent un risque non négligeable de collision car les plus petits ne sont pas forcément détectables ni avec les instruments d'observations, ni visuellement car la partie émergée peut être très petite et donc il peut être difficile de les éviter quand on navigue à grande vitesse. Aujourd'hui, les gros icebergs (supérieurs à 200 m de long) sont observables par satellites et bien sûr visuellement par les skippers quand ils passent à proximité. Mais ce qui est moins visible ce sont tous les petits icebergs qui gravitent autour des gros parce qu'ils s'en sont détachés par fragmentation. En effet, un iceberg est en décomposition permanente. Sous l'effet du vent, des vagues et courants, des variations de température les icebergs fondent, se disloquent jusqu'à leur disparition totale. C'est pourquoi un gros iceberg est toujours entouré d'une multitude de petits icebergs.

Les observations d'icebergs

Le fait de connaître les positions des gros icebergs permet de définir des zones de concentration d'icebergs plus ou moins forte. Plus une zone présente une forte concentration d'icebergs, plus le risque de collision avec un iceberg est grand. Ces gros icebergs peuvent être observés et localisés par image satellite radar ou in situ, c'est-à-dire visuellement par des personnes se trouvant sur zone (typiquement les skippers mais aussi des bateaux de marine marchande). A partir des positions de ces gros icebergs, des zones à risques sont définies et sont communiquées au PC course. Ce dernier prend ses dispositions pour faire dévier éventuellement la route de la course ou prévenir les skippers qu'ils pénètrent dans une zone de forte concentration d'icebergs et que donc le risque de collision est élevé. Pour réaliser les observations radars, des satellites ont été programmés pendant toute la course pour prendre des images radars le long de la route des bateaux et ainsi observer les éventuels icebergs.

Observation par satellite radar d'un iceberg dans l'antarctique. Dans le sillage du gros iceberg on voit bien les plus petits (Crédits CLS)

Des skippers ont également contribué à la fourniture d'observations in situ. Par exemple Samantha Davies :

Hello From Roxy
I just passed an iceberg less than 0.5nm on my Starboard side.
Pos 51°24.7'S 61°60.04E @11h03 TU
Size C2 - around 100m I think, big enough to show up on the radar easily.
Photos attached
SO beautiful, intense blue at the base, gleaming white top, waves crashing off the sides, SO I hope it's the only one.
THANK YOU to the CLS prog and other obs, I knew I was in a zone with ice and have been looking out.
Bise
Sam x

 

Iceberg observé et pris en photo par Samantha Davies - bateau ROXY

La prévision de dérive des icebergs

Les observations radar ou in situ permettent de connaître la position des icebergs à un instant donné, présent. Ce qu'il est aussi intéressant de savoir, c'est où ils vont se situer le lendemain ou le surlendemain. C'est pourquoi le service d'observation des icebergs par image radar est complété par un autre service, celui de la prévision de dérive des icebergs. À l'instar des modèles de prévisions du temps ou de l'océan, un modèle numérique a été développé, qui permet de simuler la dérive des icebergs dans le futur. Nous avons vu qu'un iceberg est soumis aux forces des vents et des courants, et aux effets des variations de température. C'est cet ensemble de phénomènes qui le font avancer, fondre et se disloquer jusqu'à sa disparition totale. Si on connaît le courant, le vent et la température en prévision, c'est-à-dire qu'aujourd'hui on connaît le vent, le courant et la température pour demain et après-demain, dans ce cas, on est capable de modéliser les déplacements et l'évolution physique des icebergs observés pour les 48 h à venir.
Ainsi le modèle ingère en entrée des données de vent, de courant, de température et de positions d'icebergs observés et produit en sortie les bulletins de prévisions des positions futures des icebergs intégrés en entrée du modèle.
Le fait d'avoir les prévisions des déplacements des icebergs, et donc leur localisation et état physique futurs permet au PC course d'anticiper encore plus les décisions à prendre concernant les risques de collision avec des icebergs. Il peut ainsi dérouter au plus tôt les skippers pour éviter les zones à risques, ou qui vont le devenir.

Sur cette figure on observe, les rectangles bleu, l'empreinte des images radar qui ont été programmés pour J+1 (le lendemain), les petits ronds bleus représentent les icebergs observés à la date J et les triangles oranges représentent les icebergs observés dont on a simulé le déplacement pour la date J+1. Le petit trait en pointillé bleu permet de faire le lien entre les différents symboles pour plus de commodité visuelle
(Crédits CLS)

 

C'est donc cet ensemble de services qui a permis au PC course du Vendée-Globe 2008-2009 et 2012-2013 d'assurer la sécurité des skippers tant sur le plan de leur localisation propre que sur le plan des risques des routes qu'ils ont empruntés.

Plus d'information : le journal de l'espace (Cnes) consacré aux icebergs

Les icebergs en chiffres

Seuls les gros et très gros icebergs sont détectés par image radar satellite. Pour les autres catégories d'icebergs, seules les observations visuelles in situ sont actuellement possibles.

Comment calculer la vitesse de déplacement d'un iceberg ?

Etant à la surface de l'océan, un iceberg se déplace grâce aux vents et aux courants qui le poussent. Les vents ont un impact sur la partie émergée de l'iceberg et les courants sur la partie immergée.

Pour calculer le déplacement d'un iceberg, il faut déjà en connaître la proportion immergée et celle émergée afin de quantifier l'impact des courants et du vent sur ces différentes partie.

À partir de la connaissance des constantes ci-dessous :
Densité de la glace = densite_glace = 920 kg/m³
Densité de l'eau de mer = densite_mer = 1030 kg/m³

On calcule la fraction immergée par la formule :
Fraction_immergee = densite_glace / densite_mer

La fraction émergée se déduit par la formule :
Fraction_emmergee= 1 -Fraction_immergee

Avec ces petits calculs, on se rend bien compte que la partie visible de l'iceberg, c'est-à-dire la partie émergée est une toute petite partie de l'iceberg.

Pour calculer la vitesse de déplacement de l'iceberg due aux courant, il faut d'abord définir l'ancrage de l'iceberg dans l'eau. Cela se calcule par la formule :
Ancrage = hauteur_iceberg / hauteur_couche_melangee

Ensuite la vitesse de déplacement de l'iceberg due aux courant est calculée par la formule :
Vitesse_iceberg_courant = vitesse_courant * Ancrage

De façon similaire, pour le vent, on calcule la force d'entraînement du vent sur l'iceberg par la formule
entrainement = fraction_emmergee * hauteur_iceberg / hauteur_couche_vent

Ensuite la vitesse de déplacement de l'iceberg due aux vents est calculée par la formule :
Vitesse_ iceberg_vent= vitesse_vent * entrainement

Enfin, la vitesse de déplacement totale de l'iceberg est la somme des vitesses de déplacement dues aux vent et aux courants, soit :
Vitesse_deplacement_iceberg = Vitesse_iceberg_courant + Vitesse_ iceberg_vent

Remarque : hauteur_couche_melangee et hauteur_couche_vent sont les épaisseurs, respectivement de l'océan et de l'atmosphère, sur lesquelles s'appliquent, respectivement la vitesse du courant et la vitesse du vent. Considérons ces grandeurs comme des constantes avec :
hauteur_couche_melangee = 200 m
hauteur_couche_vent = 100 m

Petit exercice :

Si on considère un iceberg de 50 m de haut se trouvant dans une zone où les vents soufflent à 60 km/h et la vitesse du courant est de 0,5  m/s, à quelle vitesse se déplace-t-il ?

Réponse : La vitesse de déplacement de l'iceberg est de 1,05 m/s soit 3,8 km/h.
Etapes intermédiaires :
Fraction_immergee = 0,89
Fraction_emmergee = 0,11
Ancrage = 0,25
Vitesse_iceberg_courant = 0,13 m/s
Entrainement = 0,055
Vitesse_iceberg_vent = 0,92 m/s