Depuis plus de 11 ans, Jay Austin et son équipe de recherche de l’Université du Minnesota à Duluth s’occupent avec soin d’une série de bouées météorologiques jaune vif flottant sur le lac Supérieur. Chaque bouée capture des données en temps réel utilisées pour les prévisions météorologiques, la sécurité maritime, les charters de pêche commerciale, les pagayeurs, les nageurs, les plaisanciers, les chercheurs et par toute personne curieuse de connaître le plus grand des Grands Lacs.
« Nous voulons comprendre comment le lac et l’atmosphère qui le surplombe interagissent », a déclaré Austin, limnologue physique (scientifique des lacs) et professeur de physique et d’astronomie à l’UMD. « Plus précisément, nous voulons comprendre comment cette interaction affecte le lac et comment elle évolue au fil du temps. »
En mai 2024, le Minnesota Sea Grant (MNSG) a rejoint Austin et son équipe pour filmer le déploiement de deux bouées à partir du R/V Blue Heron. Leur voyage s’est déroulé dans les eaux du lac Supérieur près de Duluth et faisait partie du projet de recherche d’Austin « Extension et amélioration de la capacité d’observation sur la rive nord du Minnesota du lac Supérieur ».
Malgré leur nom, les bouées météorologiques collectent bien plus que de simples données météorologiques. Et les bouées d’Austin ne se contentent pas de collecter des données au-dessus de la surface de l’eau.
Les bouées d’Austin sont placées à environ 2,5 mètres au-dessus de la surface de l’eau. Chaque bouée est alimentée par une batterie marine et un panneau solaire et chacune est équipée de plusieurs capteurs. Les bouées elles-mêmes, chacune composée d’un cadre en acier posé sur une coque en mousse, sont commandées auprès d’un fournisseur de bouées, prêtes à être installées par Austin et son équipe.
Les bouées de surface sont ancrées au fond du lac à l’aide de câbles en acier attachés chacun à une roue de wagon de 2 000 livres dans environ 160 pieds d’eau. Chaque bouée reçoit un numéro unique à cinq chiffres attribué par le Centre national de données sur les bouées (NDBC), un référentiel national de données sur les océans et les grands lacs. Les bouées d’Austin sont LLO3 (#45027), LLO4 (#45028) et LLO5 (#45219).
LLO3 flotte à proximité de la prise d’eau de Duluth Station de traitement des eaux de Lakewoodà quelques kilomètres à l’est de la rivière Lester, tandis que LLO4 est ancré au sud-est et plus loin de la côte pour mieux capter les conditions offshore. Austin et son équipe font très attention à ne pas placer de bouées sur les voies de navigation. Cela permet d’éviter les conflits avec les millions de tonnes de marchandises qui entrent et sortent de la Port de Duluth-Superior.
Crédit : Minnesota Sea Grant
Les capteurs au-dessus de l’eau mesurent la température de l’air, l’humidité, la vitesse et la direction du vent, le rayonnement solaire et la hauteur des vagues. Les capteurs sous-marins collectent des données sur la température de l’eau à des profondeurs de 3, 5 et 10 mètres (10, 16 et 33 pieds) sous la surface, et continuent par incréments de 5 mètres (16 pieds) jusqu’au fond du lac.
Des capteurs supplémentaires capturent des paramètres biogéochimiques tels que fluorescence de la chlorophylle qui peut être utilisé pour détecter les proliférations d’algues.
Informations utiles pour les pêcheurs et les nageurs
Les pêcheurs sont particulièrement intéressés à connaître la température de l’eau à différentes profondeurs, car elle affecte l’endroit où l’on peut trouver différents poissons, leurs niveaux d’activité et la facilité (ou non) de leur capture.
Les capteurs de température sous-marine sur les bouées permettent à l’équipe de recherche de mieux comprendre les phénomènes aquatiques tels que remontée d’eauun processus par lequel les vents du large repoussent les eaux de surface loin du rivage, ce qui permet ensuite à l’eau froide du lac de remonter à la surface depuis le dessous. La remontée d’eau peut faire chuter la température de surface de l’eau du lac d’une température acceptable pour la baignade ou le canotage à 50 degrés F, ce qui met la vie en danger et provoque une hypothermie en seulement une heure.
L’équipe d’Austin a déployé une troisième bouée (LLO5 #45219) en juillet 2024 près de Two Harbors, dans le Minnesota, à la demande du Service météorologique nationalCette bouée est une version réduite des bouées LLO3 et LLO4.
Les bouées de surface fonctionnent pendant les mois sans glace de l’année, étant généralement déployées du milieu à la fin du printemps, avant d’être récupérées par l’équipe d’Austin du milieu à la fin de l’automne.
« L’hiver est en quelque sorte le Saint Graal », a déclaré Austin. « Il y a un manque de connaissances sur les saisons. »
Le manque de connaissances résulte de l’impossibilité d’utiliser des bouées au-dessus de la surface pendant les mois d’hiver, car elles risquent d’être endommagées par la glace et l’activité solaire est insuffisante pour alimenter les capteurs de collecte de données.
Austin a une solution pour l’hiver
Lorsque l’équipe d’Austin récupérera les bouées à l’automne, elle déploiera un amarrage d’hivernage équipé de plusieurs capteurs de température. Contrairement aux bouées de surface, l’amarrage d’hivernage flotte à environ 10 mètres sous la surface de l’eau et peut recueillir des données tout au long de l’hiver.
Les données des bouées de surface sont transmises au laboratoire d’Austin à l’UMD toutes les 10 minutes, à l’aide d’un téléphone portable sur chaque bouée. La qualité des données est contrôlée puis envoyée au National Data Buoy Center, Great Lakes Observing System, puis publiée sur le projet site web.
Observations insolites
Pour Austin, qui s’occupe de ces grosses bouées depuis plus d’une décennie, les données les plus inhabituelles ont été les températures de surface du lac Supérieur de l’ordre de 70 degrés F. Le lac s’est réchauffé d’un degré par décennie depuis les années 1980, ce qui en fait l’un des lacs qui se réchauffent le plus rapidement au monde.
Grâce aux capteurs de rayonnement solaire embarqués sur les bouées, Austin a pu observer indirectement les éclipses solaires en observant la baisse prononcée du rayonnement solaire.
Les nageurs pourraient apprécier les températures plus chaudes de l’eau de surface, mais le réchauffement du lac Supérieur peut contribuer à l’été prolifération d’algues bleu-vertque les scientifiques ont observé pour la première fois sur le lac en 2012.
Ces proliférations ont tendance à se produire les années où l’eau est chaude, les plus importantes du lac Supérieur se produisant en 2012 et 2018 après de grosses tempêtes.
« Alors que les conditions du lac Supérieur continuent de changer en raison du changement climatique, des souches de cyanobactéries toxiques ou d’algues bleu-vert pourraient s’établir dans le lac Supérieur le long du littoral près des destinations populaires », a déclaré Chris Filstrup, limnologue appliqué et directeur du laboratoire d’analyse central de l’Institut de recherche sur les ressources naturelles de l’UMD.
Filstrup a noté que le souches dominantes de cyanobactéries dans le lac Supérieur ne peut pas produire de toxines ayant des implications connues pour la santé, mais a déclaré que des rapports récents sur des concentrations de toxines détectables dans l’estuaire de la rivière Saint-Louis suggèrent la possibilité de proliférations toxiques dans le lac Supérieur à l’avenir.
Alors, après avoir travaillé sur les bouées pendant plus d’une décennie, qu’est-ce qui enthousiasme le plus Austin dans cette dernière extension du projet ? « La continuité », a-t-il déclaré. Chaque année de recherche produit une récolte abondante de données qui peuvent aider les chercheurs et les gestionnaires de ressources à mieux comprendre l’évolution des Grands Lacs au fil du temps.