Observation de la marée

(Extrait du Manuel des Hydrographes édité par le SHOM)

Pour observer la marée, la hauteur du niveau de la mer est mesurée en fonction du temps par rapport à un niveau de référence. Ce niveau peut être, par exemple, le plan horizontal passant par la graduation 0 d'une échelle de marée.

Pourquoi observe-t-on la marée ?

lle est ainsi, pour la sécurité de la navigation, une activité traditionnelle des services hydrographiques de tous les pays. En France, c'est une des missions du Service Hydrographique et Océanographique de la Marine et un domaine de coopération nationale et internationale constant.

Les raisons d'observer les variations des hauteurs d'eau sont bien plus nombreuses qu'il n'y paraît au premier abord.

Ces observations permettent en premier lieu de déterminer les composantes harmoniques constituant la marée en un lieu, qui seront utilisées pour la détermination des hauteurs d'eau prédites éditées dans les annuaires ou calculées par des logiciels de prédiction (avec une précision centimétrique).

L'observation de la marée permet aussi, pour les besoins de l'hydrographie, de corriger les profondeurs mesurées et de les rapporter à un niveau de référence appelé zéro hydrographique ou zéro des cartes marines. Il est défini en France comme le niveau des plus basses mers astronomiques. Sa détermination est donc liée là aussi à l'observatoire des variations du niveau de la mer.

Grâce à l'altimétrie satellitale, on détermine de plus en plus finement la forme de la Terre, mais l'exploitation et la calibration de ces mesures passent par l'observation du niveau de la mer sur le terrain en certains points de passage des satellites.

Aujourd'hui, les autorités portuaires et les aménageurs veulent avant toute construction le long des côtes, connaître son impact sur l'environnement littoral, et connaître les risques pour la construction elle-même. L'évolution des sites (risques d'envasement) peut être prévue à l'aide de modèles physiques (sorte de maquette d'une zone) ou de modèles numériques. La marée et les courants sont des paramètres indispensables à l'élaboration de ces modèles pour que les résultats approchent au plus près la réalité.

Il est aujourd'hui possible de déterminer les périodes de retour et les probabilité d'observation de ces surcotes et de ces décotes exceptionnelles. Ces études basées sur des statistiques passent là encore par des observations de longue durée des hauteurs d'eau en des points privilégiés de la côte, en particulier dans les ports. Ces données statistiques permettent aussi de dimensionner les ouvrages en conséquence ; elles permettent aussi de déterminer la cote des plus hautes mers et indirectement la limite des domaines terrestre et maritime.

Voir figure : Extrait du rapport sur la statistique des niveaux extrêmes le long des côtes de France.

L'élévation du niveau moyen de la mer n'a pu être déterminée que parce que l'on dispose de longues séries temporelles d'observations des hauteurs d'eau en des lieux répartis uniformément dans le monde. Ces mesures permettent aussi d'étudier l'évolution des conditions océano-climatiques. La France dispose de la plus longue série d'observations dans le monde, effectuée à Brest depuis 1806.

Qui observe la marée ?

le SHOM, par l'intermédiaire d'un réseau d'observatoires permanents et occasionnels. Ces données sont disponibles à l'ensemble de la communauté scientifique ;
l'ensemble des services hydrographiques étrangers ;
Les Ports Autonomes( Dunkerque, Le Havre , Rouen, Nantes-Saint-Nazaire, Bordeaux...) ;
les services maritimes de la DDE ;
divers organismes privés ou publics (l'EDF, l'IFRTP, les compagnies pétrolières, les universités...).

Comment observe-t-on la marée ?

Par des observations ponctuelles.

Ces méthodes simples et peu coûteuses permettent à tous de mettre en évidence le phénomène de marée. Un peu de temps et de curiosité suffisent .

Par des observations enregistrées en continu.

Ces méthodes d'observation sont plus lourdes mais sont indispensables pour les organismes qui s'interessent à l'observation de la marée.

Les observations ponctuelles de la marée

L'échelle de marée

C'est une mire graduée en bois ou en plastique placée verticalement ; la graduation est formée de deux bandes de carreaux de dix centimètres de côté, alternativement rouges et noirs ; cette mire est disponible en tronçons.

Le niveau de l'eau est lu au centimètre près en interpolant à vue dans le carreau et en moyennant sur quelques secondes ( filtrage du clapot de période 2 à 5 s et de la houle de période 5 à 18 s) la hauteur observée.

L'échelle de marée est facile à installer, pas chère et permet des lectures et des mesures directes de la marée mais l'observation à l'échelle de marée nécessite un opérateur pour la lecture. Il n'est donc pas possible d'avoir une lecture en continu. De plus cette lecture peut être imprécise, difficile voire impossible s'il y a un clapot trop important.

La lecture à l'échelle de marée sert essentiellement au rattachement du zéro instrumental des marégraphes ainsi qu'au contrôle de leur bon fonctionnement.

On peut voir ces échelles dans les ports, placées verticalement le long d'un quai ou d'un échafaudage, ou selon leur plus grande pente pour les quais qui présentent du fruit (le fruit est l'angle entre la verticale et le quai sur lequel s'appuie l'échelle) .

Le décamètre ruban

C'est un simple décamètre ruban au bout duquel est quelquefois fixée une sonde. Ce ruban est enroulé sur un touret. On se place sur un repère nivelé au bord du quai. Le ruban est déroulé le long du quai. Lorsque la sonde est en contact avec l'eau, une ampoule s'allume sur le touret. On lit alors la graduation sur le ruban.

Le décamètre à sonde lumineuse sert essentiellement, comme l'échelle de marée, de moyen de mesures de contrôle et de rattachement aux marégraphes analogiques ou numériques placés sur la zone. (cliquez ici, pour voir un décamètre à sonde lumineuse)

L'observation de la marée en continu

Les marégraphes analogiques

Ce sont essentiellement des marégraphes à flotteur.

La méthode d'enregistrement la plus répandue est le graphe de la hauteur en fonction du temps, appelé marégramme.
Un flotteur placé dans un tube vertical ou dans un puits de tranquillisation en communication avec la mer, subit les variations du niveau de la mer dues à la marée. Les trous de communication avec l'extérieur sont assez étroits pour filtrer les effets de la houle et du clapot mais assez grands pour s'assurer que le niveau est le même à l'intérieur et à l'extérieur du puits ou du tube.
Les variations de hauteur subies par le flotteur sont transmises via un système de câbles et de poulies, et transformées en déplacement vertical d'un stylet sur un marégramme enroulé sur un tambour tournant entraîné par un système d'horlogerie (un tour en un jour ou un tour en une semaine) ( voir le bloc d'enregistrement et schéma de principe)
Le marégramme est donc rapporté à un axe horizontal des abscisses gradué en heures et un axe vertical des ordonnées gradué en mètres.
Cette technologie déjà ancienne est bien maîtrisée. Elle a été longtemps utilisée dans les missions comme le seul moyen qui permettait d'avoir une mesure de la marée qui puisse être lue directement en continu.

Les marégraphes numériques

les marégraphes à capteur de pression

Le marégraphe de ce type est un appareil immergé , en général placé au fond de l'eau dans une cage lestée. Le capteur de pression est constitué d'un quartz dont la fréquence propre, par effet piézo-électrique, varie en fonction de la pression qui s'exerce sur lui et de la température interne du marégraphe. La variation entre la fréquence nominale et la fréquence enregistrée correspond donc à une variation de pression et de température.(voir schéma )

La pression subie par le capteur est la somme de la pression atmosphérique et de la pression due à la colonne d'eau au-dessus du capteur. La variation de la colonne d'eau correspond à la marée observée. La valeur de fréquence émise par le quartz est traduite en une valeur de pression.

Selon un procédé classique en électronique, la pression est mesurée en échantillonnant le signal de fréquence émis par le quartz, puis à la fin de la série de mesures appelée période d'intégration, la valeur moyenne est archivée dans la mémoire interne de l'appareil. Les séquences de mesures sont pilotées par une horloge interne à quartz.

On corrige les pressions acquises par le marégraphe en éliminant la pression atmosphérique et en reliant la pression restante à la hauteur de la colonne d'eau (connaissance de la densité moyenne de l'eau).

Les marégraphes à capteur de pression, associés aux techniques numériques, permettent d'éviter des infrastructures trop importantes et de réaliser des mesures au large. Ils ont une large autonomie tant en capacité de mémoire qu'en autonomie électrique.

On déplore quelques pertes de matériels dues au vol des marques de balisage en surface ou au chalutage de ces matériels immergés.

Les Marégraphes Côtiers Numériques (MCN)

Les MCN sont des marégraphes à capteur ultra-sonore installés dans certains observatoires permanents. Depuis 1992, le SHOM a décidé de placer sur les côtes françaises un réseau de marégraphes permanents à ultrasons. Les données acquises sont retransmises régulièrement par modem, via le réseau téléphonique, à l'EPSHOM. (cliquez ici)

Le MCN est équipé d'un transducteur ultra-sonore. Ce transducteur, placé au-dessus de la surface de l'eau, émet un court train d'impulsions ultrasonores (40-50 kHz) et détecte le signal réfléchi. Le temps écoulé entre l'émission et la réception du signal est traduit en hauteur d'eau ; la variation de cette hauteur d'eau est liée directement à la marée ( Schéma de l'observatoire de Brest-Penfeld). Le transducteur est placé dans un puits de tranquillisation permettant de filtrer la houle et le clapot extérieurs. Le puits de tranquillisation sert par ailleurs de guide d'onde et empêche l'onde ultrasonore d'être perturbée par les flux d'air (vent). Globalement le transducteur perd 50% de sa portée hors puits ou conduit.

Le MCN enregistre une mesure périodiquement . Cette mesure est une moyenne effectuée sur une série continue de mesures réalisées durant une période fixée par l'opérateur, appelée période d'intégration.

Afin de filtrer les phénomènes de houle (période moyenne 5 à 8 s) et le clapot (période 2 à 5s), les mesures enregistrées sont intégrées sur une période de temps en général de 2 minutes avec une cadence de mesure de 10 minutes.

Les observations à l'aide de récepteurs GPS

L'observation de la marée comme application possible du GPS est en cours d'étude au SHOM.

Deux récepteurs GPS sont nécessaires. Le premier est placé en un lieu connu et sert de point de référence, le deuxième est placé sur une bouée ou sur un navire. La marée est alors obtenue par traitement en mode cinématique des données GPS. La précision obtenue sur la composante d'altitude est normalement suffisante pour pouvoir reconstituer le signal de marée.

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