Spécifications d`achat

Spécifications d’achat
« Amélioration et validation des systèmes d’analyse, de prévision et de
réanalyses de l’océan en régional et en global développés et mis en œuvre
par Mercator Océan.»
1
INTRODUCTION
Mercator Océan est une société civile détenue par 5 organismes publics français qui sont le
CNRS, l’Ifremer, l’IRD, Météo France et le SHOM. Son actionnariat va être amené à
évoluer très prochainement dans un objectif d’ouverture à des entités issues d’autre pays
d’Europe. Mercator Océan est le centre français d’analyses et de prévisions océaniques. Il
conçoit, développe, opère et maintient à l’état de l’art scientifique des systèmes d’analyses
et prévisions océaniques capables de décrire, d’analyser et de prévoir l’état de l’océan en
3D, en continu et en temps réel, à l’échelle globale ou régionale. Les activités de Mercator
Océan s’étendent de la R&D aux systèmes opérationnels, de l’expertise de prévisionnistes
aux services aux utilisateurs du monde entier (scientifiques, agences publiques,
industriels,...). Mercator Océan a piloté de 2009 à 2015 le projet Européen MyOcean et
est maintenant délégataire de la commission européenne dans le cadre du programme
Copernicus Marine Environment Monitoring Service (CMEMS). Ses produits sont diffusés
dans une centaine de pays à travers le monde. Au travers de CMEMS, Mercator Océan met
en place le service Européen d’analyses et de prévisions océaniques.
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CONTEXTE
Parallèlement à ces activités constituant le cœur de métier, Mercator Océan souhaite soustraiter une série d’études qui permettront d’améliorer les systèmes d’analyse, de prévision
et de réanalyse qui sont développés et opérés par Mercator Océan. Les études souhaitées
sont de deux types, 1) des propositions de nouveaux développements pouvant être
facilement intégrés dans les systèmes existants et pour lesquels une quantification de
l’amélioration devra être réalisée ; 2) des activités de validation de la production réalisée à
Mercator Océan en se focalisant sur des régions précises et/ou sur des processus
particuliers afin d’identifier plus efficacement les priorités pour les futurs développements
et futures améliorations des systèmes.
Les études devront être réalisées avec les outils de modélisation et d’assimilation de
données de Mercator Océan dans les configurations globales existantes pour des
résolutions horizontales comprises entre le ¼° et le 1/12°. Afin de réaliser les études
proposées dans le cadre de ce contrat, Mercator Océan mettra à disposition du prestataire
l’ensemble des codes de calcul ainsi que l’ensemble des sorties de modèles indispensables
à son étude. Mercator Océan n’assurera pas de formation ou de soutien scientifique et
technique sur l’utilisation des outils numériques dans le cas où le prestataire ne serait pas
indépendant sur cette utilisation.
1-8
Ces tâches seront réalisées sous la supervision du département R&D de Mercator Océan, la
date de démarrage du contrat devra être au plus tard en octobre 2016.
3
PRESTATION DEMANDÉE
Mercator Océan développe et opère des systèmes d’analyse et de prévision pour l’océan
global et pour certaines régions spécifiques comme la région Atlantique Nord Est (IBI :
Iberian Biscay and Irish seas) et la mer Méditerranée. Ces systèmes sont utilisés pour
produire des prévisions en temps réel et des réanalyses océaniques des années passées
de la surface au fond pour les principales variables océaniques physiques que sont la
température, la salinité, les courants et la hauteur de mer. Les systèmes actuellement en
opération à Mercator Océan sont basés sur des configurations modèles construites à partir
du modèle NEMO et assimilant les données altimétriques d’élévation du niveau de la mer,
de température de surface de la mer et les profils in situ de température et de salinité
grâce au système d’assimilation de Mercator Océan (SAM2) utilisant une méthode SEEK
pour une analyse hebdomadaire et une correction de biais 3D-Var grande échelle en
température et salinité. Les principaux objectifs de cette prestation sont de proposer des
améliorations dans le système d’assimilation de données de Mercator Océan et de réaliser
une étude de validation du système global sur certaines régions spécifiques en se
focalisant sur certains processus physiques.
Les activités devront se répartir sur les thématiques suivantes dont les tâches sont
détaillées dans le chapitre Erreur ! Source du renvoi introuvable. :
•
•
Validation scientifique de la production de Mercator Océan
Support à la décision pour des choix scientifiques dans l’évolution des systèmes
de production
•
Proposition et réalisation de nouveaux développements
3.1 TACHE 1: DEVELOPPEMENT DE LA REGIONALISATION DE L’EQUIVALENT MODELE
POUR L’ANOMALIE DU NIVEAU DE LA MER OBSERVEE PAR SATELLITE
Le schéma d’assimilation mis en œuvre à Mercator Océan dans les systèmes d’analyse et
de réanalyse permet entre autres d’assimiler la SLA (Sea Level Anomaly) satellitale.
Plusieurs traitements (filtrage, échantillonnage le long des traces, …) sont effectués sur
ces observations par les centres producteurs de données. Pour obtenir un équivalent
modèle de hauteur d’eau consistent avec la donnée assimilée, différents filtres spatiotemporels sont appliqués à la fois sur la hauteur d’eau et la hauteur barotrope calculées
par le modèle. Si ces filtres sont a priori valides à l’échelle globale, ils le sont beaucoup
moins dans les mers fermées et semi fermées comme la mer Méditerranée, la mer
Baltique, la baie d’Hudson, la mer Noire… Le prestataire devra proposer une méthode
permettant d’une part de quantifier les erreurs commises dans le calcul de l’équivalent
modèle dans ces régions spécifiques (problème du filtrage du barotrope) et d’autre part
d’améliorer le calcul de cet équivalent modèle, de sorte que les filtrages qui sont appliqués
sur les observations altimétriques et ceux appliqués sur le modèle permettent de comparer
les deux quantités. Pour cela, le prestataire devra baser l’ensemble de son étude sur le
système d’assimilation SAM2 couplé à une configuration de l’océan global. Le rapport final
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concernant cette tâche devra précisément décrire la méthodologie à mettre en œuvre dans
le système d’assimilation de Mercator Océan SAM2 pour prendre en compte la
régionalisation de cet équivalent modèle. Le prestataire devra également livrer l’ensemble
des fichiers nécessaires à l’implémentation de la régionalisation de l’équivalent modèle
dans SAM2.
3.2 TACHE 2: APPORT DE LA NOUVELLE REANALYSE GLOBALE GLORYS2V4 POUR LA
PREVISION SAISONNIERE
Mercator Océan est un producteur de réanalyse océanique globale. Une nouvelle version
de la réanalyse (GLORYS2V4) va bientôt être disponible pour les utilisateurs. Une
utilisation particulière des réanalyses globales est la prévision saisonnière et en particulier
la prévision saisonnière mise en œuvre par Météo France qui base son système couplé
océan atmosphère sur des états initiaux océaniques produits par Mercator Océan en temps
différé (réanalyse) mais également en temps réel. Le prestataire devra proposer une
méthode permettant de quantifier l’apport de la nouvelle réanalyse par rapport à
l’ancienne version et également de documenter la période de transition entre la production
temps différé et la production temps réel, l’apport du système global au 1/12° opéré en
temps réel sera également à analyser. Les régions et les variables physiques à privilégier
sont celles dont l’importance pour la prévision saisonnière est connue, comme les océans
tropicaux et en particulier le Pacifique, la température et le contenu de chaleur dans les
couches de surface. Le prestataire devra également documenter les autres variables et
certains processus physiques, en particulier celles et ceux qui vont directement impacter
les variables principales comme par exemple le mélange vertical ou les courants tropicaux.
L’ensemble des analyses et des conclusions concernant cette tâche devra être documenté
dans le rapport final.
3.3 TACHE 3: VALIDATION CIBLEE DES NOUVEAUX SYSTEMES DE PRODUCTION
Mercator Océan a mis en place une nouvelle version de ses systèmes d’analyse et de
prévision océanique à l’échelle globale. L’intégration dans la chaîne de production en
temps réel sera réalisée le dernier trimestre de l’année 2016. Le prestataire devra
proposer une analyse de l’apport de certains développements récemment introduits dans
les systèmes ou des changements dans certaines régions spécifiques comme par
exemple :
• l’assimilation de données de SLA et de données in situ dans l’océan Arctique en
complément de l’assimilation de la concentration de glace de mer
• l’assimilation de données en mer Noire et en particulier l’assimilation de l’altimétrie
• les corrections apportées dans les mers Indonésiennes
• la représentation de la tendance globale en SLA et la variabilité interannuelle de
cette tendance dans les systèmes d’analyse.
Le rapport final devra contenir la liste exhaustive des régions et des processus qui auront
été validés ainsi que l’ensemble des diagnostics réalisés, des résultats et des conclusions
obtenus.
3-8
3.4 LIVRABLES
Ref
D1
D2
4
Planning des livrables et des tâches
Contenu
Rapport final
Fichiers nécessaires à la régionalisation de l’équivalent
modèle de SLA pour SAM2.
Durée de la tâche 1 (démarrage à T0)
Durée de la tâche 2 (démarrage à T0)
Durée de la tâche 3 (démarrage à T0)
T0 à 31/12/2016
X
X
ENVELOPPE
L’enveloppe maximale attribuée à cette prestation est de 60 000 € HT
5
DURÉE DE LA PRESTATION
Cette prestation devra démarrer au plus tard en octobre 2016 et se terminer au 31
décembre 2016.
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PRESTATION DEMANDEE POUR UNE TRANCHE CONDITIONNELLE
Des travaux supplémentaires, en lien avec la demande initiale pourront être demandés. Le
prestataire choisi devra être en capacité de les effectuer.
En raison des aléas techniques et budgétaires, Mercator Océan ne prend aucun
engagement à les faire réaliser dès à présent.
6.1 TACHE 1: CONSTRUCTION D’UNE NOUVELLE TOPOGRAPHIE DYNAMIQUE MOYENNE
GLOBALE HAUTE RESOLUTION
La Topographie Dynamique Moyenne (MDT) est une donnée importante dans le système
d’analyse mis en place par Mercator Océan puisqu’elle permet d’assimiler les données
altimétriques de SLA, et de ce fait, elle contraint fortement la circulation moyenne du
modèle. Actuellement, Mercator Océan utilise une MDT «hybride» qui a été générée en
utilisant comme ébauche la MDT CNES-CLS13 mais également les sorties de la réanalyse
GLORYS2V3 (innovations de SLA, innovations de hauteur dynamique calculées à partir des
innovations des profils verticaux T/S in situ) et un modèle de géoïde basé sur les données
GRACE et GOCE. Pour la première fois Mercator Océan vient de produire une simulation
interannuelle couvrant les années 2007 au temps réel avec un système global à haute
résolution (1/12°) homogène sur toute la période. Il est donc maintenant envisageable de
générer une nouvelle MDT en utilisant les observations actuellement disponibles mais
également cette nouvelle simulation haute résolution. Le prestataire devra générer une
nouvelle MDT en se basant sur une méthode éprouvée et en combinant les différentes
sources disponibles. Au minimum, il devra utiliser la MDT CNES-CLS13 et les sorties du
système global au 1/12° fournies par Mercator Océan. Il devra également veiller à
4-8
introduire d’autres jeux d’observations qui pourraient être disponibles comme par exemple
de nouveaux produits régionaux. Pour bénéficier au maximum de l’apport de la résolution
et de la prise en compte d’un trait de côte précis, la MDT devra être produite sur une grille
suffisamment fine (par exemple au 1/24°) afin d’atteindre une résolution effective au
1/12°. Un travail préliminaire de construction d’une bathymétrie réaliste au 1/24° sera de
ce fait nécessaire. Le prestataire s’engage également à prendre en compte les retours de
Mercator Océan suite à l’utilisation de cette nouvelle MDT dans les systèmes haute
résolution et à corriger le fichier de MDT si des diagnostics mettent en évidence une
défaillance régionale du produit. Le prestataire décrira dans le rapport final la
méthodologie employée pour produire cette MDT à haute résolution ainsi que l’ensemble
des diagnostics de validation produits. Le prestataire livrera le fichier de la nouvelle MDT
une première fois pour évaluation et test dans des simulations globales qui seront
réalisées par Mercator Océan et, le cas échéant, livrera une version modifiée prenant en
compte les remarques faites suite à ces simulations test.
6.2 TACHE 2: ADAPTATION DE LA METHODE DE CORRECTION DE BIAIS A L’OCEAN
ARCTIQUE
Mercator Océan utilise dans son système d’analyse une méthode de correction de biais de
température et de salinité grande échelle basée sur une méthode de type 3D-Var.
Actuellement, cette méthode n’est pas utilisée dans l’océan Arctique au-dessus de 80°N
dans les configurations globales. Le prestataire devra proposer un moyen pour étendre la
correction de biais à cette région du globe et devra développer les outils nécessaires pour
réaliser cette extension. Il devra en particulier :
• proposer une nouvelle grille permettant de réaliser une analyse 3D-Var sur
l’ensemble de l’océan Arctique (par exemple une grille en projection stéréo-polaire
avec un recouvrement suffisant avec la grille actuelle).
• évaluer la quantité d’observations disponibles dans la région en temps réel et ainsi
proposer des échelles spatiales et temporelles pour les bulles et les fenêtres
d’analyse.
• proposer une méthode permettant de combiner les incréments d’analyse fournis
avec cette méthode de correction de biais à l’échelle globale et pour le bassin
Arctique. La méthode devra en particulier gérer la zone de transition entre les
deux grilles.
• évaluer la possibilité d’activer l’analyse non isotrope de la correction de biais et
également la pertinence de cette analyse prenant en compte la circulation et la
séparation des masses d’eau par des fronts dans la région Arctique.
Le prestataire documentera l’ensemble de l’étude et en particulier les différentes étapes de
développement et de validation dans le rapport final. Il livrera également les fichiers
nécessaires à l’implémentation de la correction de biais dans la région Arctique, comme la
grille de calcul et les codes informatiques modifiés de l’outil de correction de biais de
Mercator Océan.
6.3 TACHE 3: QUANTIFICATION DE L’APPORT DE NOUVEAUX DEVELOPPEMENTS DANS
LES SYSTEMES D’ANALYSE.
5-8
Le prestataire en charge de ce contrat devra être capable de suivre les nouveaux
développements réalisés par Mercator Océan dans ses systèmes d’analyse et prendre en
compte les possibles interactions avec les développements réalisés spécifiquement dans le
cadre de ce contrat. Les principaux développements qui peuvent déjà être identifiés
concernent :
• la longueur du cycle d’assimilation, la fonction d’IAU (Incremental Analysis Update)
et l’évolution vers une méthode 4D de l’analyse qui permettent d’améliorer le
phasage temporel du modèle corrigé avec les observations.
• La séparation d’échelle en deux ou plusieurs analyses indépendantes ou une
représentation multi-échelle de l’erreur d’ébauche au sein d’une même analyse.
• L’assimilation de la salinité de surface SMOS.
• L’assimilation de SST à haute résolution (en lien avec la séparation d’échelle).
Les principales analyses, conclusions et recommandations de cette tâche devront être
reportées dans le rapport final.
6.3.1 TACHE 4: ANALYSE DE PROCESSUS PHYSIQUES DANS LES NOUVELLES VERSIONS DES
SYSTEMES GLOBAUX D’ANALYSE ET DE PREVISION.
Le prestataire devra identifier des méthodes permettant de réduire quelques faiblesses
actuellement diagnostiqués dans les systèmes de production comme :
• Les biais saisonniers systématiques qui sont principalement liés à des défauts de
forçage atmosphérique et de mélange vertical. Ils pourraient être diagnostiqués et
systématiquement retirés au cours de l’intégration du modèle.
• La représentation des vitesses dans la couche de surface et en particulier dans la
couche d’Ekman. Une comparaison avec les observations in situ pourraient être
faite et l’impact du couplage avec un modèle de vague devrait modifier la
représentation de ce processus dans le modèle. Des diagnostics pertinents
pourraient être mis en place pour vérifier la cohérence des vitesses dans la couche
d’Ekman entre le modèle et les observations.
Les principales analyses, conclusions et recommandations de cette tâche devront être
reportées dans le rapport final.
6.4 LIVRABLES
Planning des livrables et des tâches
31/03/17 30/06/17
Ref
Contenu
D3
D4
Rapport d’avancement
trimestriel
Rapport final
D5
MDT globale haute résolution
D6
Fichiers nécessaires à
l’implémentation de la
correction de biais en Arctique
dans l’outil de correction de
6-8
x
x
29/09/17
29/12/17
x
x
x
1ère
version
Version
incluant des
corrections
x
biais de Mercator Océan.
Durée de la tâche 1
(démarrage à T0)
Durée de la tâche 2
(démarrage à T0)
Durée de la tâche 3
(démarrage à T0)
Durée de la tâche 4
(démarrage à T0)
7
ENVELOPPE DE LA TRANCHE CONDITIONNELLE
L’enveloppe maximale pour cette la tranche conditionnelle est de 80 000 € HT.
8
DUREE DE LA TRANCHE CONDITIONNELLE
La durée de la prestation complémentaire sera de 1 an, et devra démarrer à la suite de la
prestation principale au plus tard en janvier 2017.
9
SELECTION
9.1 LE CANDIDAT
Pour être sélectionné le candidat doit avoir la capacité juridique
La structure candidate doit avoir une solide expérience en océanographie et en
assimilation de données.
Les éléments concrets montrant l’expérience du candidat en océanographie et en
assimilation de données constitueront un critère de sélection.
9.2 L’OFFRE
Le candidat devra proposer une prestation avec la meilleure qualité scientifique possible et
devra apporter des éléments dans ce sens.
L’adéquation de ce qui est proposé avec ce qui est demandé par Mercator Océan revêt
également une grande importance.
Enfin la capacité à fournir une présentation claire sera un élément permettant de
témoigner de la capacité à respecter les deux critères précédents.
9.3 CRITERES ET COEFFICIENTS
Les propositions seront évaluées selon les critères et les coefficients suivant :
- Qualité scientifique de la proposition, adéquation avec ce qui est attendu,
présentation de la proposition (60%)
7-8
Eléments concrets montrant l’expérience du candidat en océanographie et en
assimilation de données (20%)
Le prix (20%)
-
10 ELEMENTS A FAIRE FIGURER DANS LA PROPOSITION
10.1 SUR L’ENTREPRISE PRESTATAIRE
-
Une présentation de la firme, de ses pratiques
Des références sur des activités de recherche en océanographie
Les CV des principales personnes impliquées dans l’étude
10.2 SUR L’OFFRE PROPREMENT DITE
-
Le niveau d’expérience en océanographie et assimilation de données
La compréhension par le candidat du contexte et des défis en jeu
La description du personnel dédié au contrat (position, expérience …) et des
hommes mois
Le prix
10.3 MODALITÉ D’ENVOI
La date limite de soumission des offres est le 31 aout 2016 à 12H00.
La proposition doit être adressée par courrier à :
Hélène De Valroger
MERCATOR OCEAN
8-10 Rue Hermès
Parc technologique du Canal
31520 RAMONVILLE ST-AGNE
France
Ou par email à : [email protected]
Pour des renseignements complémentaire concernant cette consultation merci de
contacter [email protected] avant le 31 juillet 2016.
Référence de l'Appel d'offres : 3-R&D-SMO
8-8