La structure opérationnelle de recherche sur laquelle l'OHM est adossé est l'UMR 5602 - Géographie de l'environnement (GEODE), localisée à Toulouse (Haute-Garonne).
L'OHM regroupe un collectif d'équipes de recherche couvrant des champs thématiques variés. Ce collectif est structuré autour de deux instances : un Conseil de Direction et un Comité d'Orientation Stratégique.
La coordination technique de l'Observatoire est assurée par des ingénieurs géomaticiens CNRS du laboratoire GEODE, dans un objectif de bancarisation, de partage et de géo-visualisation des données produites et collectées dans les actions de recherche portées par l'OHM.
Il décide des grandes orientations scientifiques et détermine les financements attribués aux projets scientifiques sur le budget de l'OHM. Il définit le plan d'action, en assure le suivi et exerce une veille. Il anime et assure la gestion technique et administrative de l'Observatoire.
Il permet l'enregistrement de la demande sociétale et formule des avis consultatifs. Outre les membres du Comité de direction et le représentant de la direction de CNRS Ecologie & Environnement, il est composé d'un panel d'acteurs scientifiques et institutionnels, représentatifs des partenaires et se réunit une fois par an. Sa composition peut être modifiée en fonction de l'évolution du partenariat, à la demande d'un partenaire ou du Comité de direction.
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