SMOC

Du projet Mercator à Copernicus Marine

En 1995, une trentaine de scientifiques français lancent le projet Mercator, du nom du cartographe flamand du XVI^e siècle, pour décrire et prévoir l'océan comme les services météorologiques prévoient l'atmosphère. Il est porté par cinq organismes français tournés vers la mer : le CNRS, l'Ifremer, l'IRD, Météo-France et le SHOM, le service hydrographique et océanographique de la Marine. Après six ans de prototypes, le premier bulletin Mercator paraît en 2001 : il cartographie courants, température et salinité sur l'Atlantique Nord et équatorial.

Mercator Ocean mène les projets européens MyOcean à partir de 2009, et le 11 novembre 2014 l'Union européenne lui confie le service Copernicus de surveillance du milieu marin, ouvert en mode opérationnel en mai 2015. Une configuration globale au 1/12° tourne en temps réel depuis 2011 ; sa version PSY4V3, rebaptisée depuis GLO12v3, prend le relais le 19 octobre 2016, et l'actuel GLO12v4 est en service depuis novembre 2022. L'organisme devient aujourd'hui intergouvernemental : en juin 2025, à la Conférence des Nations unies sur l'océan à Nice, douze pays européens ont soutenu la création du Mercator International Centre for the Ocean.

SMOC, pour Surface and Merged Ocean Currents, rejoint le produit global en janvier 2019. Il est conçu pour la dérive : ce qui déplace un objet flottant n'est pas seulement la grande circulation, mais toute la vitesse ressentie en surface, marée et vagues comprises. Sa prévision est portée à 10 jours en mai 2021, la même échéance que le modèle d'océan sur lequel il repose.

Un modèle d'océan, un modèle de marée et un modèle de vagues

SMOC n'est pas un modèle mais la somme de trois. Sa première et principale composante, la circulation océanique, vient de GLO12v4, construit sur NEMO 3.6 (Nucleus for European Modelling of the Ocean). NEMO résout les équations primitives d'un océan hydrostatique sous l'approximation de Boussinesq, qui néglige les variations de densité sauf là où elles font monter ou descendre l'eau. Il est couplé au modèle de glace de mer LIM3 et à ses 11 catégories de glace.

Le modèle tourne sur ORCA12, une grille tripolaire dont les pôles nord sont reportés sur les terres, pour qu'aucun point de l'océan Arctique ne soit singulier. Sa maille fait 9 km à l'équateur, 7 km aux latitudes moyennes (au large du cap Hatteras) et jusqu'à 2 km près de l'Antarctique ; les sorties sont interpolées sur une grille régulière au 1/12° de 4320 × 2041 points. Sur la verticale, il compte 50 niveaux à profondeur fixe, de 1 m d'épaisseur en surface à 450 m au fond, dont 22 dans les 100 premiers mètres, avec des cellules partielles pour épouser le fond.

Au 1/12°, le modèle est dit « eddy-resolving » : les tourbillons de l'océan et les méandres des grands courants de bord ouest, Gulf Stream, Kuroshio ou courant des Aiguilles, sont calculés au lieu d'être lissés en une moyenne. Le mélange vertical vient d'un schéma de turbulence à deux équations (k-epsilon), et le modèle ne porte aucune marée. L'atmosphère le pilote par les prévisions IFS du CEPMMT au 1/10° et au pas horaire, converties en tension de vent et en flux de chaleur et d'eau par des formules globales qui tiennent compte du courant de surface lui-même ; le manuel de 2026 y ajoute un forçage par les vagues de MFWAM, et une centaine de grands fleuves ainsi que la fonte du Groenland et de l'Antarctique lui apportent l'eau douce.

La marée vient de FES2014, un modèle de marée en éléments finis construit par le LEGOS, NOVELTIS et CLS pour le CNES, qui résout les équations de la marée sur toute la colonne d'eau et assimile des années d'altimétrie (Topex/Poseidon, Jason-1 et 2, ERS-1 et 2, Envisat) et de marégraphes, sur 34 composantes. SMOC en tire chaque heure, sur sa grille au 1/12°, le courant de marée barotrope, c'est-à-dire moyenné sur la profondeur. Les vagues viennent de MFWAM, le modèle de vagues de Météo-France pour Copernicus Marine, construit sur le code ECWAM du CEPMMT et piloté par les vents de l'IFS : sa dérive de Stokes, le petit déplacement net de l'eau vers l'avant au passage des vagues, est interpolée de sa grille au 1/10° vers celle au 1/12°.

Les trois composantes sont simplement additionnées : courant total = circulation + dérive de Stokes + marée. Leurs interactions, vagues sur un courant ou marée sur la circulation, ne sont donc pas représentées, comme le soulignent les producteurs. Et la circulation est le courant du modèle à 0,5 m sous la surface, sans extrapolation à la surface même.

Une analyse par semaine, une prévision par jour

Le modèle d'océan est recalé sur des observations venues de l'espace et de la mer : les anomalies de niveau de la mer le long des traces de tous les satellites altimétriques que rassemble Copernicus Marine, la température de surface satellitaire (ODYSSEA), la concentration de glace de mer (OSI SAF) et les profils de température et de salinité in situ de la base Coriolis, où arrivent ceux des flotteurs Argo. Le niveau de la mer altimétrique est lu par rapport à une topographie dynamique moyenne (CNES-CLS18), le relief moyen de la surface de la mer que dessinent les courants permanents. Avant usage, les observations tombant dans une même maille sont fondues en une seule super-observation, pour filtrer les échelles que le modèle ne résout pas.

Le schéma d'assimilation, SAM2, est un filtre de Kalman d'ordre réduit dérivé du SEEK (Singular Evolutive Extended Kalman). Au lieu d'une carte complète des liens entre erreurs de prévision, il les décrit par quelques centaines d'états de l'océan tirés de la réanalyse GLORYS12, et pèse chaque observation face au modèle en conséquence. Il travaille sur une fenêtre de 7 jours, avec une extension 4D qui tient compte du moment de chaque observation, et ses corrections sont injectées progressivement dans le modèle au fil de la semaine (Incremental Analysis Update) pour ne pas le brusquer. Un schéma 3D-Var sur le dernier mois y ajoute une correction des biais lents et de grande échelle en température et en salinité.

L'analyse est hebdomadaire, la prévision quotidienne. Chaque jour, le système ajoute un jour de simulation piloté par l'atmosphère analysée, puis lance une nouvelle prévision de 10 jours à partir de 00 UTC, livrée entre 08 et 12 UTC. Chaque semaine, les simulations passées sont remplacées par des analyses, puis deux semaines plus tard par les meilleures analyses définitives : l'archive du produit s'améliore ainsi après coup.

SMOC est alors assemblé heure par heure : le courant de surface horaire de GLO12, la dérive de Stokes de la prévision mondiale de vagues et le courant de marée calculé par FES2014, chacun diffusé à part et additionnés en un courant total. Le tout est publié sur le Data Store de Copernicus Marine avec une archive glissante de deux ans, gratuitement pour les utilisateurs inscrits.

En mer

Un nœud de courant donne ou retire un mille par heure, et au large SMOC montre où passent les grands courants : le Gulf Stream, dont le cœur atteint en surface environ 9 km/h (près de 5 nœuds) selon la NOAA, le Kuroshio, le courant des Aiguilles, les courants équatoriaux et le courant circumpolaire antarctique. L'altimétrie garde ses tourbillons à peu près là où les satellites les voient, et des particules suivies dans le modèle reproduisent bien les trajets de grande échelle des vraies bouées dérivantes.

Il a aussi tendance à les sous-estimer. Face aux bouées dérivantes, les producteurs trouvent les courants de surface des latitudes moyennes trop faibles d'environ 20 % dans les courants forts et jusqu'à 60 % dans les faibles, les grands courants de bord ouest étant les mieux rendus. Un tourbillon un peu décalé de sa vraie place, entre deux passages de satellite, peut changer un courant portant en courant contraire : le courant prévu est une image probable, pas une certitude.

Sa marée est un atout sur les plateaux continentaux ouverts, comme les approches de la Manche ou la mer Celtique, où les larges courants de marée tournent au fil des heures. C'est aussi sa limite près des côtes : une marée moyennée sur la profondeur, sur une maille de 9 km, ne peut dessiner le raz au large d'un cap, le contre-courant derrière une île ou le courant d'une passe étroite. Dans les tests des producteurs, ajouter marée et vagues réduit l'écart entre dérives modélisées et réelles sur trois jours à l'échelle mondiale, de 42,7 à 39,9 km, mais l'allonge un peu sur les mers de plateau, de 36,4 à 38,5 km ; près de terre, les atlas de courants et les instructions nautiques restent la référence.

La dérive de Stokes va surtout dans le sens des vagues, donc sous le vent dans un coup de vent, et s'estompe vite avec la profondeur : SMOC a été conçu pour ce qui flotte tout en surface, alors qu'une quille descend plus bas. À côté de RTOFS, le courant de la NOAA, SMOC est un second avis issu d'un système indépendant, avec un autre modèle, une autre assimilation et d'autres vents : là où les deux s'accordent sur un courant, on peut s'y fier ; là où ils placent un tourbillon différemment, le courant y est incertain ; près des côtes, l'essentiel de leur écart est la marée, que RTOFS ne contient pas.

SMOC dans Saily WR

Saily WR prend le courant de surface total de SMOC, la somme de la circulation océanique, de la marée et de la dérive de Stokes des vagues que diffuse Copernicus Marine, heure par heure sur sa grille au 1/12° (environ 9 km) sur tout le globe, à partir du run de chaque jour et sur ses 10 jours. Quand le navigateur choisit SMOC comme courant, plutôt que RTOFS ou aucun courant, il s'ajoute à la vitesse du bateau en chaque point et à chaque heure de la route, sur la route de chaque modèle de vent, qui restent ainsi comparables côte à côte.

Un serveur télécharge chaque nouveau run dès sa publication, et la page Données montre en direct le run sur lequel est SMOC, son horizon et sa couverture. Calculer le même parcours avec SMOC, puis avec RTOFS ou sans courant, montre la part du gain d'une route qui vient du courant, et si elle tient à une porte de marée ou à un tourbillon.

Comme l'exige la licence Copernicus Marine, les données sont créditées partout où elles apparaissent : « E.U. Copernicus Marine Service Information (CMEMS) ». Cette licence est gratuite et permet à chacun de bâtir et de diffuser des produits dérivés des données, pour tout usage, à cette seule condition.