Techniques d'étude des fonds marins

La Base de Données Sédimentologiques du SHOM (BDSS)

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En résumé la Base de Données Sédimentologiques du SHOM (BDSS) est une structure d'accueil des données, et métadonnées associées, permettant l'administration, le chargement, la consultation, les modifications, l'extraction et le calcul de paramètres sur des données de sédimentologie marine géoréférencées.

La BDSS est au centre de l'activité de la cellule sédimentologie. C'est un outil de gestion des données, récentes (mosaïques sonar latéral ou SMF) et anciennes (plomb suiffé), provenant du SHOM mais aussi d'organismes extérieurs (annexes de thèses, cartes publiées, données de campagnes scientifiques, …). La Base de Données Sédimentologiques de données ponctuelles, a été initiée au SHOM en 1988. La BDSS de deuxième génération a été remplacée en 1994, car le système de gestion de la Base (GDM sur station HP) était devenu incompatible avec le réseau informatique et les autres bases de données qui s'étaient mises en place au SHOM dans l'intervalle. La BDSS V4 est développée depuis 1998 et a été complétée par les données sufaciques à partir de 2001. La BDSS est depuis lors composée de données ponctuelles (BDSS1D) et surfaciques (BDSS2D). L'architecture de la BDSS repose sur le Système de Gestion de Base de Données Relationnel (SGBDR) ORACLE et sur le Système d'Information Géographique Arc View de la société ESRI. Le SHOM dispose ainsi d'outils pour les études, la gestion et l'extraction d'informations sédimentologiques utiles pour les différentes productions du SHOM (des cartes sédimentologiques (cartes G) aux produits numériques). Cette base de données permet de travailler en numérique avec toutes les données, qu'elles soient anciennes ou récentes, ponctuelles ou surfaciques, et de répondre aux besoins dans de meilleurs délais : les cartes G sont désormais réalisées en 5 mois (au lieu des 12 mois nécessaires auparavant) et des besoins urgents peuvent être résolus en quelques heures ou quelques jours.

BDSS 1D

Comme les données disponibles vont des descriptions visuelles de sédiments effectuées au cours des 150 dernières années jusqu'aux analyses obtenues avec les systèmes les plus modernes (microgranulomètres laser, des bancs de mesures sur carottes, l'imagerie acoustique, … (voir Les cartes G), il est nécessaire de disposer d'une base de donnée dédiée à la sédimentologie conçue selon les besoins et donc préparée à accueillir tous les paramètres nécessaires.

Les principaux objectifs de cette Base de Données sont de permettre la compilation des données sédimentologiques pour la cartographie des fonds, destinée à tous les usages et à la réalisation de modèles de dynamique sédimentaire et d'acoustique.

Vue de la BDSS 1D et de la BDSS 2D (respectivement fenêtres de gauche et de droite)

Les données intégrées dans cette base concernent, la nature des sédiments de surface, l'épaisseur des sédiments meubles, et la nature du socle rocheux. Si la nature du fond est le seul paramètre indispensable pour toutes les applications, c'est également le plus facile à appréhender. Les propriétés des couches sédimentaires superficielles et leur épaisseur sont, par contre, moins bien connues ou moins facilement intégrables sous forme numérique mais demeurent l'élément indispensable aux futurs modèles 3D (voir Propriétés géoacoustiques).

Dès le milieu du XIX^e siècle, des études sur la migration des bancs de sable et sur l'extension des sédiments avaient été réalisées par le Service Hydrographique de la Marine. Ces études et les cartes de natures de fond publiées à cette époque reposaient sur les dizaines de milliers de descriptions relevées annuellement, ainsi que sur diverses données hydrographiques. La BDSS1D fait en outre appel aux nombreuses autres bases de données du SHOM, qu'il s'agisse de la bathymétrie, de la photogrammétrie, du trait de côte, ... Cette base a donc été conçue en fonction des objectifs et des outils logiciels permetant la gestion et la réalisation de produits sur les couches sédimentaires superficielles, sans limitation géographique.

La BDSS 1D ne comprend que des données ponctuelles géoréférencées, regroupées en cinq familles :

• descriptions visuelles (plomb suiffé, photographies, descriptions de plongeurs,
• prélèvements de surface analysés en laboratoire (bennes, dragues,..),
• logs sédimentaires (carottages, forages),
• nature du substratum rocheux,
• épaisseur de sédiments.

Structure de la BDSS 1D

Le système d'acquisition, ainsi que toutes les caractéristiques du levé, ayant permis l'acquisition de ces données sont regroupés dans une série de métadonnées.

	Chaque famille est caractérisée par les paramètres qu'elle contient. Ainsi, les descriptions visuelles ne contiennent que le nom du sédiment et des éléments annexes (algues, coquilles, coraux, ...), alors que les logs de carottages ou de forages contiennent en plus des paramètres ponctuels (nom du sédiment, grain moyen, asymétrie, %vase, %CaCO3, densité,...), des paramètres zonaux (âge, niveaux de Heinrich, ...) et des paramètres continus (densité, couleur, ...).
		Log d'une carotte de la BDSS 1D

En l'absence de prélèvements, la caractérisation de la nature des fonds demeure impossible. Les prélèvements ont donc constitué la première priorité dans le développement de la Base. La BDSS comporte ainsi :

• les paramètres descriptifs des sédiments (taux de cailloutis, graviers, sables, sables fins, vases, carbonate de calcium; nom du sédiment selon plusieurs classifications),
  
• certaines propriétés physiques, mesurées ou calculées (densité, célérité, porosité),
• les paramètres nécessaires pour les modèles tels que ceux de Gao et Collins et Hamilton (Grain moyen, asymétrie, classement, médiane).
  

Une liste de paramètres complémentaires a été ajoutée récemment afin d'intégrer la rugosité obtenue par des analyses granulométriques, ainsi que les taux de silts et argiles nécessaires à la classification des sédiments océaniques.

Si un point de carottage apporte énormément d'informations, il se trouve être d'autant plus coûteux à intégrer dans la base et le nombre de carottages et forages intégrés demeure donc encore faible ; à l'opposé les données anciennes obtenues à l'aide d'un plomb suiffé sont assez simples à numériser et se comptent par millions dans les archives du SHOM. Afin de garantir l'archivage de ces données très anciennes la priorité a donc été donnée à leur numérisation. Toutes ces données peuvent être confrontées à l'écran, ce qui permet d'apprécier la cohérence entre les données anciennes et récentes ou entre les prélèvements et les données acoustiques.

Observations ponctuelles de la fin du XIX^e siècle en Mer d'Iroise (BDSS1D)

BDSS 2D

La BDSS des données surfaciques (BDSS 2D) comprend :

• les cartes de limites des surfaces et d'objets détectés sur les mosaïques d'imagerie acoustique,
• les cartes issues de l'interprétation de données de sismique Haute et Très Haute Résolution (THR), les cartes d'isopaques des sédiments meubles et d'écho-faciès,
• les cartes des natures de fond issues de la synthèse des données de la granularité des fonds issues d'un ou plusieurs systèmes calibrés par des descriptions et analyses de sédiments,
• les cartes sur la teneur en carbonate de calcium traduisant la présence des débris biogéniques tel que les coquilles et tests d'organismes,
• la nature de la surface du socle rocheux.
  

Contenu de la BDSS 2D

Toutes ces cartes sont vectorisées intégrées et validées dans la BDSS 2D non projetées et en WGS84. Elles sont accompagnées de leurs métadonnées comprenant par exemple l'échelle de la carte, la gamme d'échelle pour laquelle elle peut être utilisée, la date de la publication, l'auteur, l'origine des données, …

Les cartes de "natures de fond" produites au cours des dernières années par le SHOM sont le résultat de l'extraction des BDSS 1D et 2D (imagerie sonar latéral et/ou SMF, systèmes de classification des fonds, …), mais aussi de données extraites d'autres bases de données hydrographiques (trait de côte, épaves, sondes, isobathes, obstructions, amers, bouées). Toutes ces données spécialisées ainsi regroupées permettent de supprimer la partie "état des connaissances" que contenaient les anciennes cartes pour ne se consacrer qu'aux informations pertinentes pour les utilisateurs.

Exemple de synthèse numérique de la nature des fonds avant son intégration dans la BDSS

Toutes les cartes sédimentaires contenues dans les archives du SHOM et/ou obtenues dans le cadre de collaborations avec les organismes extérieurs au SHOM, sont intégrées dans cette base.

Animation sur les cartes de la BDSS à différentes échelles.

La BDSS 2D permet :

• la réalisation de cartes de synthèses,
• la visualisation des cartes et des informations liées aux surfaces et aux courbes,
• la diffusion des données pour les applications civiles et militaires,
• la base d'études de sédimentologie,
• l'archivage de données sédimentaires surfaciques, dont les différentes éditions des cartes G, sans limite géographique,
• la préparation des produits numériques 3D.
  

Les données de la BDSS 2D concernent les trois dimensions, c'est à dire qu'en un même lieu plusieurs cartes peuvent coexister pour décrire la surface, les couches sédimentaires et la roche sous-jacente. Elles concernent également le temps, puisque la dynamique sédimentaire mais aussi l'évolution des techniques entraînent des modifications des cartes sédimentaires.

Son distinguées dans la BDSS 2D les cartes de nature de fonds des cartes structurales issues de l'imagerie sonar latéral et SMF.

Exemple de visualisation de carte de la BDSS. Carte de structures sédimentaires, issue de recherches au sonar latéral d'épaves au large du nord cotentin

Eléments validés dans la BDSS (au 1er janvier 2009)

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