Développement d’un service web opensource pour accéder à des cartes des glaces et images satellites à jour pour la navigation en Arctique.
Alex Mansfield & Angie Garz
« Alex et Angie sont membres de l’association ATLAS EXPEDITIONS. Tous deux ingénieurs en informatique, ils ont élargi leurs horizons en 2017 et naviguent régulièrement en haute mer à bord leur Moody 376, le Twoflower. Au cours de l’été 2023, ils ont rejoint le voilier Atlas pour une expédition documentaire dans la région du Kujalleq, au sud-ouest du Groenland. «
Naviguer à travers la glace de mer
Notre premier iceberg apparaît comme une tache blanchâtre diffuse à l’horizon, à peine visible à travers le brouillard. C’est le signe avant-coureur des nombreuses glaces approchant notre proue, formant des taches vertes de plus en plus denses sur notre écran radar mais qui restent invisibles au-travers du brouillard. Cette glace issue de l’océan Arctique a été transportée vers le Sud le long de la côte Est et autour du Cap Farewell par le courant du Groenland. Fondus en sculptures organiques par les forces érosives du soleil, du vent et de la mer, les icebergs sont tous uniques en couleur, en forme, en taille et en texture.
D’abord clairsemée, la glace est donc devenue plus dense – comme nous nous y attendions d’après les cartes de glace. Nous avons réduit le régime moteur pour nous donner le temps de nous frayer un chemin. À tour de rôle à la barre et en veille sur le pont, nous naviguons à travers de petits passages dans la glace, repoussant les petits morceaux avec notre vague d’étrave avec une confiance grandissante. Ici et là, nous aperçevons la tête d’un phoque, timide, émergeant de l’eau ou se reposant sur un glaçon, et de nombreux petits guillemots piquant de noir le sommet des growlers.
Se frayer un chemin vers la terre ferme
Alors qu’une journée mouvementée se termine, et que nous nous approchons de la terre, le brouillard a commence à se lever, révélant notre première vision du Groenland : la côte sauvage et vallonnée d’un fjord rempli de glace de mer et d’icebergs. Devant nous, les maisons colorées de Qaqortoq se blottissent contre les pentes entourant son port, baignées dans la lueur chaude du soleil rasant.
Nous avons atteint Qaqortoq, la plus grande ville du sud-ouest du Groenland, anciennement connue sous le nom de Julianehåb, plus tôt que prévu : le 19 juin 2023. Encore récemment, cette partie de la côte groenlandaise était bloquée par la glace, rendant presque impossible l’accès avec un petit bateau, comme l’a découvert Bill Tilman lors de son voyage dans la région en 1970. Nous avons deux avantages sur Tilman : plusieurs décennies de réchauffement climatique et la possibilité de recevoir des prévisions météorologiques détaillées et des cartes de glace actualisées en cours de route.
Nous sommes à bord du voilier Atlas, un solide ketch en acier de 43 pieds muni d’une cabine de pilotage et d’une quille longue. Au-travers de l’association Atlas Expéditions, le navire est mis à disposition comme micro plateforme pour des expéditions scientifiques et documentaires.
Avec à son bord le skipper et photographe Arnaud Conne, le photographe et cinéaste Richard Mardens, et nous deux comme équipage, l’Atlas a déjà réalisé la première partie du parcours prévu cette année: de Saint-Malo, au nord de la Bretagne, jusqu’à la région de Kujalleq, au sud-ouest du Groenland. Plus tard dans la saison, le voilier accueillera un groupe de spéléologues pour explorer les grottes de glace sous les glaciers avant de naviguer à travers le Prins Christian Sund jusqu’à la côte est du Groenland. De là, il poursuivra son périple vers Islande, les îles Féroé et l’Écosse avant de clore la saison aux Pays-Bas.
Le défi de la glace de mer
Naviguer à travers la glace de mer n’est pas sans risques. Une collision avec un growler de trop grosse taille (morceau d’iceberg) pourrait endommager la coque du bateau. Plus la densité des glaces est importante, plus la navigation est lente et éprouvante. C’est pourquoi il est essentiel de disposer d’informations aussi précises et à jour que possible sur les conditions à attendre. Grâce aux cartes de glace et aux images satellites, nous parvenons à éviter les zones les plus dangereuses et trouvons des passages sûrs à travers les champs de glace qui remplissent l’horizon de bout en bout.
L’omniprésence de la glace nous contraint à être prudents et patients. Nous réduisons régulièrement notre vitesse pour manœuvrer avec précaution et éviter les blocs les plus gros. Mais nous sommes récompensés par des paysages époustouflants et les rencontres répétées avec la faune arctique.
Technologie moderne pour la navigation
L’Atlas est équipé de nombreux outils de navigation modernes. Nous disposons de cartes marines électroniques, d’un radar, et d’un système AIS pour suivre la position des autres navires et signaler notre position. Cependant, l’outil le plus précieux pour notre navigation à travers les eaux glacées du Groenland est sans doute l’accès à des cartes d’observation des densités de glaces dérivantes et des images satellites à jour.
Ces cartes des glace sont produites par divers organismes, dont le Danish Meteorological Institute (DMI) et l’US National Ice Center (NIC). Elles nous fournissent des informations détaillées sur l’étendue et l’épaisseur de la glace, nous permettant de planifier notre route de manière plus sûre et plus efficace. Les images satellites, quant à elles, nous permettent d’avoir une vue en temps réel de la situation glaciaire ainsi qu’une vision de la coloration du plan d’eau, ce qui est crucial pour éviter les zones de glace dense et parfois même certains hauts-fonds!
Informations sur les glaces pour le Groenland
Alors que nous préparions ce voyage, nous savions que nous aurions besoin d’accéder aux dernières informations sur les glaces en cours de route. Parmi les nombreuses formes d’informations sur les glaces fournies par l’Institut météorologique danois (DMI) pour le Groenland, nous apprécions particulièrement la version couleur de la carte des glaces classique et de la carte des icebergs. La première permet d’identifier les zones où l’on peut ou non naviguer en toute sécurité, en mer comme dans les fjords, tandis que la seconde révéle plus en détail la répartition des plus gros icebergs.
Comme source d’informations supplémentaires, nous souhaitions également obtenir des extraits de la nouvelle mosaïque automatisée de concentration de glace de mer, créée à partir des données du radar Sentinel-1 et des satellites micro-ondes. Comme pour tout contenu généré automatiquement, ces données doivent être traitées avec prudence. Elles peuvent contenir des erreurs et des biais, même si, du côté positif, elles offrent une couverture plus complète du littoral, nous permettant de combler les lacunes entre les différentes zones de couverture des cartes des glaces.
Toutes ces ressources sont facilement disponibles, avec une connexion internet rapide, sur le site du DMI. Mais nous n’avons pas trouvé de moyen satisfaisant de les récupérer avec Saildocs et notre dispositif de communication satellitaire Iridium Go, une fois en mer. Il n’existe pas d’URL fixes directes (liens permanents) vers les derniers graphiques et la taille des fichiers proposés par le DMI est relativement importante, ce qui rend les téléchargements potentiellement longs voire impossibles mer.
Le service des glaces du DMI (Istjeneste) propose généreusement d’envoyer par courrier électronique les dernières cartes des glaces en noir et blanc dès leur parution. Cependant, nous avons trouvé ces éléments plus difficiles à interpréter, en particulier dans les fjords, car des hachures sont utilisées au lieu de codes couleurs représentant les densités de glace et certains détails peuvent être perdus.
De plus, même si les cartes des glaces constituent une des sources d’informations les plus précieuses en hautes latitudes, nous ne voulions pas manquer les ressources supplémentaires mentionnées ci-dessus.
Service Web pour récupérer les dernières informations sur les glaces
Forts de nos compétences en programmation, nous avons créé un petit service Web qui nous permet d’accéder à des versions réduites des différentes ressources essentielles pour notre parcours. Ce service Web est un morceau de code qui s’exécute automatiquement à intervalle régulier et vérifie sur le site Web du DMI la disponibilité des dernières informations. Une fois disponibles, ces informations sont téléchargées, compressées pour réduire la taille des fichiers et organisées vers des adresses (URL) fixes sur le Web. De cette manière, grâce à ces adresses fixes, au service Saildocs et à notre Iridium Go, nous sommes en mesure de récupérer facilement et rapidement les informations utiles.
Avoir accès aux dernières informations sur les glaces nous a donné la confiance nécessaire pour nous diriger vers Qaqortoq plutôt que de continuer plus au nord. Cela ne semblait pas sûr quelques jours plus tôt, alors que la concentration de glace était beaucoup plus dense. Ce soir-là, après une journée glorieuse à naviguer à travers les majestueux paysages de glace que nous imaginions et appréhensions depuis des semaines, nous avons accosté en sécurité dans le port! Nous venions à peine d’arrêter le moteur et de nous installer dans le cockpit pour admirer la scène lorsque nous avons été accueillis par un membre du club nautique local. Il nous a informés que nous étions le premier voilier à traverser les glaces jusqu’à Qaqortoq cette année!
Au-delà des cartes, vers les glaciers et leurs sédiments
À travers la brume, un petit îlot se profile devant nous. En passant à côté, nous repérons un couple de jeunes Pygargues à queue blanche dans leur nid. Nous les observons déployer timidement leurs ailes sous le soleil naissant. Combien de temps leur faudra-t-il pour s’envoler du nid ?
Au loin, deux immenses langues glaciaires s’écoulent de l’Inlandsis (calotte glaciaire) vers le niveau de la mer. C’est notre destination : la terre renaissante, libérée par le retrait des glaciers. Le substrat rocheux et les plaines alluviales sont sillonnés par un réseau complexe de ruisseaux laiteux, chargés de farine glaciaire, de roches broyées et réduites en fine poudre par le passage de la glace.
Sur la carte, les points de sonde se font de plus en plus rares. Rapidement, nous sortons des limites de nos cartes, pourtant à jour. Nous poursuivons la route prudemment, naviguant à vue, et nous référant à l’écho du sondeur et à l’imagerie satellite. Toujours en eau profonde, au milieu d’un large fjord, il nous reste encore quelques milles à parcourir pour atteindre le fond du fjord et trouver un lieu propice au mouillage.
Au fur et à mesure que nous remontons le fjord, la couleur de l’eau change, devenant de plus en plus trouble et limoneuse – un changement que nous avions également constaté sur les récentes images satellite. Notre sondeur signale un fond en pente constante, avec de brefs échos à de faibles profondeurs que nous attribuons à la turbidité de l’eau, jusqu’à ce qu’il ne nous reste effectivement que trop peu d’eau sous la quille! Nous stoppons le bateau et regardons autour de nous. Au milieu de ce large fjord où, quelques minutes auparavant, nous mesurions plus de 50 m de profondeur, un dispositif de sonde manuel élaboré en urgence avec un plomb de plongée nous confirme que nous n’avons guère plus de 2 mètres d’eau pour naviguer!
Images satellite mises à jour de Copernicus Sentinel-2
Quelques semaines plus tôt, ce fjord avait attiré notre attention alors que nous parcourions le sud-ouest du Groenland via les images satellite dans le but des zones d’intérêt pour notre projet de documentation. Nous avons été attirés par de vastes zones découvertes par le retrait des glaciers, avec leurs paysages de roches, de toundra et d’eau. Pourtant, nous n’avions aucune carte du cours supérieur de ce fjord, et en regardant différentes images satellite, nous avons pu constater qu’il s’agissait d’une zone en évolution rapide, notamment en termes d’afflux de sédiments dans le fjord en provenance des rivières d’eaux de fonte.
En recherchant les données satellite les plus récentes possibles pour compléter les cartes Microsoft Bing haute résolution dont nous disposions, nous sommes tombés sur le tout nouveau navigateur Copernicus, lancé quelques jours plus tôt. Cette plateforme permet d’accéder facilement aux toutes dernières images satellite Copernicus Sentinel-2 – les plus récentes datant souvent de quelques heures seulement – ainsi qu’à une archive des images passées.
Sentinel-2 sont des satellites jumeaux européens en orbite polaire qui capturent des images multispectrales haute résolution pour surveiller la variabilité des conditions de la surface terrestre. Les deux satellites volent sur la même orbite mais sont phasés à 180°, ce qui signifie qu’ils se trouvent toujours sur des côtés opposés de la planète, ce qui réduit le temps entre les survols. A l’équateur, de nouvelles données sont disponibles environ tous les 5 jours. Cependant, en raison de leurs orbites, les satellites survolent les latitudes moyennes tous les 2 à 3 jours, et les hautes latitudes encore plus fréquemment. Cela en fait une source d’images satellite particulièrement intéressante pour la navigation dans les hautes latitudes.
Après une inscription gratuite, il est possible de filtrer les images présentant un pourcentage élevé de couverture nuageuse et de télécharger les images géoréférencées. À l’aide de l’outil de ligne de commande gratuit GDAL sur Mac, nous les avons convertis au format MBTiles pour les afficher sous forme de superpositions de graphiques dans OpenCPN, notre afficheur cartographique pour la navigation. Nous n’avons pas testé si la même chose pouvait être obtenue avec SAT2Chart ou un autre logiciel.
L’excellent article « Using Satellite Imagery with OpenCPN » de Sherry et Dave McCampbell, décrit l’utilisation de Google Earth, Microsoft Bing Maps et d’autres sources de manière similaire. Les images satellite provenant de ces sources sont des composites, créés toutes les quelques années en combinant de nombreuses images prises au fil du temps pour créer des images nettes, sans nuages et très détaillées.
En revanche, les images de Copernicus Sentinel-2 ont une résolution inférieure, mais datent de seulement quelques heures ou quelques jours. Ils sont capturés à un instant donné comme une photographie et vous permettent de regarder une zone du présent. En utilisant les archives d’images passées, vous pouvez également regarder en arrière dans le temps pour voir comment la zone a changé.
Concrètement, les images satellite de Google Earth et co. sont les meilleurs pour montrer des caractéristiques semi-permanentes telles que les côtes, les récifs et les parcelles de sable ou de mauvaises herbes dans un mouillage et, en tant que telles, s’apparentent à des cartes marines. Les images satellite de Copernicus ressemblent davantage à des cartes d’analyse des glaces ou des conditions météorologiques : elles peuvent fournir les informations les plus pertinentes à l’heure actuelle, telles que la position des fronts glaciaires et les mouvements des bancs de sable et du limon. En effet, elles peuvent également être utilisées pour visualiser les concentrations de glace de mer, ce qui constitue un complément intéressant aux cartes des glaces. Les deux types d’images satellite doivent être utilisés avec prudence, comme le détaillent les McCampbell dans leur article.
Sur le terrain, nous avons rapidement appris à identifier les eaux navigables du fjord en comparant la couleur de l’eau des images Sentinel-2 avec les relevés du sondeur. Cela n’aurait pas été possible avec les images Bing. Nous avons réalisé que nous ne pouvions pas atteindre le bout du fjord avec l’Atlas comme prévu, mais que nous pouvions contourner une barre de sédiments et jeter l’ancre derrière elle. De là nous mettons le canot pneumatique à l’eau pour continuer vers les glaciers.
Alors que nous passons entre deux îles, nous avons la surprise de voir un groupe de rennes traverser le fjord, l’eau n’atteignant qu’à peine la moitié de la hauteur de leurs pattes. Les rennes, visiblement aussi surpris et curieux que nous, se dirigent vers nous en barbotant pour observer de plus près les trois visiteurs en canot pneumatique. A proximité de la marée basse, cette partie du fjord est tellement ensablée qu’elle permet aux rennes de se déplacer entre les différentes îles et le continent. Nous laissons les rennes se diriger vers l’île suivante, et continuons notre route. Nous devons bientôt, nous aussi, marcher sur les sédiments, l’eau léchant nos bottes en caoutchouc tandis que nous tirions le canot derrière nous!
Le futur de la navigation arctique
Les technologies d’imagerie satellite continuent de s’améliorer, offrant des outils de plus en plus précis et fiables pour la navigation et la cartographie. Ces technologies sont essentielles non seulement pour les navigateurs et les explorateurs, mais aussi pour les chercheurs qui étudient les impacts des changements climatiques en Arctique.
Alors que le réchauffement continue de transformer les régions polaires, les routes maritimes autrefois impraticables en raison de la glace deviennent plus accessibles. Cela ouvre de nouvelles opportunités pour l’exploration, la recherche scientifique et même le commerce. Cependant, il est crucial de naviguer de manière responsable et de protéger l’environnement fragile de l’Arctique.
Notre voyage à bord de l’Atlas dans le sud-ouest du Groenland a été une aventure extraordinaire au cœur d’une des régions les plus isolées et les plus fascinantes de la planète. Elle a été rendue possible par l’utilisation des outils et des sources d’informations que nous avons décrits ici.
Liens
DMI Ice Service (Istjeneste) – https://www.dmi.dk/gronland/is/kontaktoplysninger/
DMI ice charts – https://www.dmi.dk/gronland/is/
DMI iceberg maps – http://polarportal.dk/en/sea-ice-and-icebergs/icebergs/
DMI automatic ice concentration mosaic – https://ocean.dmi.dk/asip/
Copernicus Browser – https://dataspace.copernicus.eu/browser/
GDAL – https://gdal.org/
Saildocs – http://www.saildocs.com