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Louise Rousselet

Maître de stage : Mr Andrea M. DOGLIOLI

Université d"Aix-Marseille, Mediterranean Institute of Oceanography (MIO); Université du Sud Toulon-Var; CNRS-INSU/IRD UM 110;

France.7 mai 2013

Table des matières

1 Introduction 3

1.1 Objectifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 Matériel et méthode 4

2.1 Les logiciels utilisés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2 Les fonctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3 Les données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 Résultats 6

3.1 Mis à jour du package . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2 Mis à jour de la Demo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3 Parution du package sur Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3.1 Les dernières modifications . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3.2 Installation du paquet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3.3 Faire tourner la démo : Lagrangian_Navigation_Demo . .

4 Discussion 15

5 Conclusion 17

6 Annexes 20

A Fichier Contents.m mis à jour 20

B Brouillon de script 22

C Script spiral_calculation 23

D Fichier readme.txt 25

Résumé

Pour étudier la dispersion d"un traceur passif à la surface d"une masse d"eau, il est nécessaire d"échantillonner la surface dans un référentiel La- grangien en mouvement avec la structure étudiée. En effet la masse d"eau étant en mouvement constant, il faut naviguer en la suivant tout en l"échan- tillonnant. Les chercheurs du MIO ont donc développer un programme qui permet à l"utilisateur de calculer le cap que doit suivre le bateau pour échan- tillonner le plus précisément possible la zone où le traceur se disperse. Pour cela ils définissent le centre du référentiel Lagrangien par une bouée La- grangienne relâchée au centre de la masse d"eau à étudier, ensuite le bateau doit suivre une spirale théorique. Le package LATEXtools_0.0 , créé pour MATLAB et qui regroupent tous les fichiers nécessaires au calcul de cette trajectoire, a été conçu en 2010. Cependant cette version n"était pas aboutie et de nombreuses modifications devaient être apportées pour le rendre utili- sable par n"importe quel personne qui souhaiterai échantillonner une masse d"eau. Il a donc fallu corriger toutes les erreurs de fonctionnement et les im- perfections, modifier des calculs pour les rendre plus précis ou encore épurer le package afin de le rendre plus simple et compréhensible. Toutes les étapes de cette mise à jour, jusqu"à la publication sur internet, sont détaillées dans ce rapport.

Abstract

To study dispersion of a passive tracer, it is necessary to sample the water surface in a Lagrangian reference frame moving with the structure. Indeed the waterbody is constantly moving, so the boat must follow it and sample it at the same time. MIO searchers have developed a program which allows users to calculate the cap the boat has to follow to sample the most precisely the area where tracer has been released. To do that, they define the center of the Lagrangian reference frame with a Lagrangian buoy released in the middle of the waterbody, then the boat has to follow a theoretical spiral. The LATEXtools_0.0 package, designed for MATLAB which includes all essential files to calculate this trajectory, has been created in 2010. Meanwhile this version is not complete and many changes needed to be made to make it usable for any one who would sample a waterbody. Correct performance mistakes and imperfections, modify calculations to make them more precise or even remove every things which are not necessary to make the package easier and more understandable, had to be done. Each update step, until the publication on internet, are detailed in this report. 2

1 Introduction

Des études pionières ont montré l"importance d"une stratégie Lagrangienne d"échantillonnage pour analyser la dispersion d"un traceur. Le projet IronEx (Law et al., 1998; Stanton et al., 1998; Coale et al., 1998) a été le premier suivi de nombreux autres comme PRIME (Law et al., 2001), SOIREE (Boyd and Law,

2001), CYCLOPS (Law et al., 2005), SEEDS (Tsumune et al., 2005), SERIES

(Law et al., 2006) et SEEDS II (Tsumune et al., 2009). En effet dans le cas de dis- persion, seules les mesures réalisées dans un référentiel Lagrangien, c"est à dire qui est en mouvement avec l"élément, permettent de corriger les effets d"advec- tion de l"eau et de pouvoir estimer correctement la dispersion. Par exemple lors de la campagne IronEx, le système de navigation Lagrangienne développé par les chercheurs permettait de corriger la trajectoire du bateau pendant la dispersion du traceur dans l"eau par rapport à la dérive du courant. Pour cela le centre du

référentiel Lagrangien de référence devait être défini. Ils ont utilisé une bouée La-

grangienne munie d"un Système de Position Globale ( GPS ) relié à une radio présente à bord du bateau. Un logiciel a été créer pour cette campagne afin d"af- ficher simultanément à bord la position du bateau et de la bouée superposée à la grille d"échantillonnage. Toutes les études suivantes ont été mené en utilisant la technique dévelop- pée lors du projet IronEx avec parfois quelques modifications. Cependant les re- cherches sur le développement d"une technique d"échantillonnage dans un réfé- rentiel Lagrangien restent assez pauvres malgré la nécessité d"une telle méthode pour le succès de telles expériences sur le terrain. Le but du projet LATEX était de marquer "une caractéristique dynamique de mésoéchelle" à l"aide d"un traceur passif (Sulfure Hexafluoride-SF6) associé à des couplées à méso et subméso échelle sur les transfères de matière et de chaleur rester le plus proche possible du cadre de référence Lagrangien en mouvement avec la structure étudiée. Les chercheurs du MIO ont donc cherché à créer un logiciel plus performant que celui développé lors des précédentes études sur la dispersion d"un traceur, qui permettrait de calculer la trajectoire que doit suivre le bateau. Pour cela les chercheurs ont mené quatre campagnes en mer dans la partie Ouest du Golf du Lion entre 2007 et 2008. Deux des quatre campagnes ont été dédié à l"étude de dispersion du traceur ( SF6 ). Elles ont abouti au développement du logiciel "LATEXtools_0.0" dont la dernière version datait de 2010. 3

1.1 Objectifs

Le but de ce stage était donc de tester cette version afin de la rendre utilisable par tous ainsi que de développer la démo du logiciel qui n"était ni fonctionnelle

ni abouti à l"époque. Après avoir effectuer ce travail il était nécessaire de créer

un formulaire afin que chaque utilisateur puisse comprendre le fonctionnement du logiciel et le prendre en main rapidement : Userguide.

2 Matériel et méthode

Comme il s"agit d"un logiciel informatique développé pour MATLAB, la tota- lité du travail s"est effectué sur ordinateur et sur ce logiciel. Une deuxième partie du travail a été réalisé sur le logiciel LaTeX pour la création du "Userguide". pour avoir une démo conforme à la réalité.

2.1 Les logiciels utilisés

L"intégralitédutravail aétéeffectuésurun ordinateurportablepersonnelMac- Book Pro. Il était en effet intéressant de tester cette démo et d"arranger le paquet sur différentes plateformes afin de le rendre utilisable par tous. La paquet a donc été créé sous Linux, re-travaillé sous Linux et Mac OS et testé a posteriori sous

Windows.

de développement choisi était donc MATLAB (matrix laboratory) car il permet la création de "boîtes à outils" dont LATEXtools fait aujourd"hui parti. MATLAB est donc un langage de quatrième génération qui permet des calculs numériques plus rapides et un encodage simplifié. Pour créer LATEXtools les séquences de commandes ont été sauvegardés dans un fichier texte, qui avec l"éditeur MAT- LAB prend la forme d"un "script", ou dans une fonction. Ces scripts et fonctions sont réunis dans un dossier et l"ensemble forme le "package LATEXtools_0.0" . Une seule boîte à outils de MATLAB a été utilisé : m_map. Cet "toolbox" per- met, simplement à partir de données analysées sous MATLAB, de faire différents type de graphiques et notamment des cartes en coordonnées latitude/longitude. Cet outils contient aussi de nombreuses fonctions qui sont utilisées dans LATEX- tools. 4 Le deuxième logiciel utilisé est un système de composition de document, qui faci- lite l"utilisation de mise en page de texte, LaTeX. Sous Mac OS X la distribution

est plus précisément MacTeX. Il a été choisi pour sa relative simplicité dans l"écri-

ture et la mise en page de documents scientifiques. Pour créer un document sous LaTeX, il faut créer un fichier *.tex dans lequel l"utilisateur utilise des commendes pour mettre en forme son texte. Les commandes sont généralement de la forme : \nomdelacommande{texte sur lequel la commande doit s"appliquer}. Par exemple pour mettre un texte en gras il faut taper la commande \textbf{texte à mettre en gras}. LaTeX possède donc son propre système d"encodage. De plus il permet la gestion automatique d"une bibliographie grâce à l"outils auxi- liaire BibTeX. La description des ouvrages - titre, auteurs, année de parution...- est écrite dans un fichier extérieur unique auquel se réfèrent les documents LaTeX. Cela limite les erreurs dûes à une réalisation "à la main".

2.2 Les fonctions

De nombreuses fonctions ont été créées par les concepteurs de LATEXtools cependant les fonctions intégrées dans MATLAB et dans m_map ont aussi été très utiles. Celles qui ont le plus servi sont principalement des fonctions qui per- mettent de passer d"une coordonnées à une autre. La première m_xy2ll, et son opposée m_ll2xy, permet de convertir des coordonnées cartésiennes en coordon- nées géographiques, et inversement. La deuxième est la fonction cart2pol, et son opposé pol2cart, qui transforme des coordonnées cartésiennes en coordonnées po- laires c"est-à-dire un angle et un rayon, et inversement. Ensuite le calcul de distance en coordonnées géographiques étant compliqué, les fonctions m_lldist, m_fdist et m_idist ont permis de réaliser ces calculs rapide- ment. En effet la fonction m_fdist retourne les longitude, latitude et azimuts d"un point à la surface de la terre calculé à partir d"un autre point et de la distance entre les deux, en utilisant une version vectorisé de l"algorithme de Vincenty. M_idist effectue le même travail dans le sens inverse, elle retourne la distance entre les deux points et l"azimut "allé" et l"azimut "retour". Quant à m_lldist, elle permet le calcul de distance entre deux points de coordonnées géographiques. Enfin la dernière fonction importante de la démo est la fonction rand qui per- met le tirage aléatoire de nombre entre 0 et 1 suivant une loi uniforme.

2.3 Les données

Pour la création d"un tel logiciel il était nécessaire que des données réelles soit utilisées afin de reproduire un mouvement le plus proche de la réalité. C"est pourquoi durant la campagne Latex10 en 2010 des données de vitesse de courant 5 ont été mesurées par système ADCP (Acoustic Current Meter Profiler) un cou- rantomètre acoustique. Les positions géographiques des bouées et du bateau ont été relevés à chaque expérience. La concentration de sulfure Hexafluoride ( SF6 ) a également été mesurées lors de chaque sorties. Des données de température de surface provenant de Météo France ainsi que la bathymétrie du Nord-Ouest de la

Méditerannée, ont aussi été nécessaires à l"élaboration des cartes géographiques.

Enfin le champ de vitesse intégré au modèle de la démo provient d"une simulation numérique de Nord-Ouest de la Méditerannée (Hu et al., 2009).

3 Résultats

Le logiciel LATEXtools a été mis à disposition sur internet le 21 Février 2013. Cette version contient tous les fichiers mis à jour ainsi qu"une démo fonctionnelle. Elle constitue à ce jour la version officielle du logiciel. Dans ce chapitre sont décrites toutes les étapes qui ont conduit à l"élaboration de ce package informatique ainsi que les informations nécessaires au bon fonctionne- ment de la démo développé lors de ce stage. Ces informations ont été développé dans les deux documents fourni avec le paquet lors de son téléchargement : un fichier "readme.txt" utile lors de l"installation et le démarrage du paquet et un document "Usersguide.pdf" qui relate toutes les informations sur le paquet ainsi

qu"un tutorial de la démo. Ces fichiers ont également été réalisé lors de ce stage.

La version rédigée en anglais du fichier "readme.txt" est disponible en Annexe cependant le document "Userguide.pdf" étant trop long n"est pas inclus dans ce rapport, il est toutefois disponible dans le paquet LATEXtools en téléchargement.

3.1 Mis à jour du package

La première étape fut la prise en main de tous les scripts contenus dans le package afin de comprendre leur utilité. Ce travail a été l"un des plus long car il a fallu lire des centaines de lignes de code. Les problèmes les plus fréquemment rencontrés, pour faire fonctionner les scripts, ont été des problèmes de compati- bilité entre les systèmes Linux/Mac/windows notamment pour le chargement de données. Souvent pour ces trois systèmes les chemins peuvent être différemment écrit "/" ou "\" pour d"autres. Il a donc fallu automatiser cela pour que n"importe quel système d"exploitation soit capable de faire tourner les scripts de LATEX- tools.

La deuxième étape a été le référençage de tous les fichiers de données néces-

saires au bon fonctionnement du logiciel, afin de les intégrer dans le package pour 6 que toutes les figures puissent s"afficher sans erreur. En effet tous les scripts n"ont pas été fait par la même personne ce qui a posé quelques problèmes car certains chargeaient des fichiers présent sur leur disque dur sans les intégrer dans le pa- quet. Il était donc impossible de faire tourner le scripts sur un autre ordinateur. Une fois tous les fichiers manquants ajoutés, les scripts fonctionnaient plus ou moins bien. Le travail à ce moment là consistait à lister tous les scripts et fonctions disponibles dans le paquet pour mettre à jour le fichier "Contents.m" , disponible en annexe, qui permet à chaque utilisateur d"avoir un petit descriptif de chaque script. Ce fichier est en quelque sorte le sommaire du package, il était donc très important que celui ci soit à jour afin que chaque personne qui utilisait LATEXtools sache à quoi correspondent les scripts et ce qu"ils font. C"est ici que

la première étape du travail a été la plus utile. Le tout devait être rédigé en anglais

pour une compréhension de tous à travers le monde. A cela s"est ajouté le chan- gement de tous les commentaires et noms de variables en français en anglais. En effet lorsqu"un script est rédigé il est toujours plus facile de commencer en don- nant des noms, aux variables, dans la langue natale pour avoir un descriptif de la variable immédiat. Travail long et fastidieux car après chaque changement de nom de variables il fallait vérifier que le script fonctionnait, ce qui n"était pas toujours le cas généralement à cause de mêmes variables inchangées. De plus comme de nombreux scripts font appel à d"autres dans leur code il a fallu vérifier que les variables étaient bien les mêmes dans les autres scripts où elles étaient utilisées. Un script "load.AVHRR" a du être créé pour charger les fichiers AVHRR.png afin de respecter la méthode du paquet (Fig. 1). En effet chaque fichiers néces- saires à l"utilisation sont chargés grâce à un script de la forme "load.nom du fi- chier à charger". Il était important, même si le package n"utilise qu"un seul fichier AVHRR, qu"il soit chargé de la même façon que les autres fichiers et non pas chargé au milieu d"un script. Tout cela toujours dans le but de faciliter la compré- hension de l"utilisateur.%Script for load AVHRR .png file function[p_png,f_png,imc4]= load_AVHRR(dirin,filename) f_png=filename; p_png=dirin; imc4=imread([p_png,f_png]); imc4=double(imc4); endFIGURE1 - Script pour charger les fichiers AVHRR. Une fois ce travail de prise en main et de mise en forme du paquet l"arbo- rescence des répertoires était très différente de la précédente et est devenue la 7 suivante :

LATEXtools_0.0

3.2 Mis à jour de la Demo

Le principe d"une démo pour un tel logiciel est de simuler une navigation La- grangienne dans un champ de courant quelconque en prenant comme point de référence une bouée Lagrangienne dont le mouvement a été simulé grâce à un modèle de "marche aléatoire". La première idée a été de créer un champ de vi- tesse très simple et de faire dériver la bouée simplement avec le champ de vitesse. Cependant la représentation sur une carte a été assez compliqué étant donné qu"il fallait constamment passer des coordonnées cartésiennes (x,y) pour effectuer les calculs, aux coordonnées géographiques (longitude , latitude ) pour la représen- tation graphique. Un bon nombre d"erreurs pour des petits détails de fonctionne- ment de fonction et de taille de matrices incompatibles ont fait perdre beaucoup de temps. Pour éviter une encore plus grande perte de temps une simulation numé- rique dans le Nord Ouest de la Méditerranée (Symphonie model, Hu et al., 2009) a été utilisé afin d"obtenir un champ de vitesse qui se rapproche de la réalité. Le brouillon du premier script est disponible en annexe. Une fois cette étape réglée, le travail a consisté à tester la nouvelle version de la démo améliorée par Mr Doglioli afin de la rendre la plus simple et compréhen- sible possible, en notant chaque erreur et en les modifiant. Cette nouvelle versionquotesdbs_dbs20.pdfusesText_26

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