Cadre institutionnel
Action "VIGICOTE" : mesure des vagues et courants de surface en mer d'Iroise par radar HF - temps réel |
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Cadre institutionnel |
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Afin de préparer les systèmes de prévision océaniques
du futur, la Délégation Générale de l'Armement finance
un Programme d'Etudes Amont "Modélisation d'un théatre d'Opération
Navales", lancé en 2001. Ce programme comprend plusieurs volets dont
l'un est l'expérimentation de nouveaux moyen de mesure pour la zone côtière.
Le SHOM qui pilote ce programme a fait l'acquisition d'un système de
télédétection composé de deux radars Haute Fréquence.
Les mesures seront utilisées pour valider les modèles de prévision
numérique des courants, et dans un second temps, pour améliorer
les prévisions de ces modèles par une technique "d'assimilation
des données".
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Observations de vagues et courants en temps réel en Mer d'Iroise |
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Le système de traitement mis en route en juillet 2006 fournit les dernières
observations de courant de surface faites par le radar, les observations en temps réel (15' après la
fin des mesures) sont diffusées sur cette page et via
le projet Prévimer
auquel le SHOM contribue. Par ailleurs deux bouées houlographe ont été
déployées pour évaluer la qualité des mesures
de vagues. Ces données seront aussi diffusées dans la mesure du
possible. Enfin, pour les états de mers côtiers, un démonstrateur
de prévisions et d'utilisation d'observations est réalisé
par l'association Openswell.
Le démonstrateur Surfouest
sera progressivement basculé vers Prévimer et Openswell. Toutes
ces informations sont diffusées à titre de démonstration
et ne doivent pas être utilisée pour la sécurité
de la navigation. Pour toutes les activités nautiques, il est impératif
de consulter les ouvrages de référence, en
particulier sur les courants de marée, ainsi que les prévisions
de Météo-France.
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Technique de mesure |
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Les radars installé est du même type que celui installé
en Méditerrannée par le laboratoire LSEET du CNRS. Il s'agit d'un
Wellen Radar (WERA) développé par l'Université de Hambourg
et commercialisé par la société Helzel Gmbh. Le SHOM a
pu profiter de l'expérience de la société Actimar qui fait
des mesures avec le radar de l'Université de Hambourg en 2005, dans le
cadre d'un projet financé par le ministère de la recherche. Les
radars seront installés de juin 2005 à juin 2007 sur les communes
de Porspoder (Finistère nord) et Cléden-cap-Sizun (Finsitère
sud). Ils émettent une onde de faible puissance (30 Watts) en continu,
dans la bande des 12 MHz. L'onde est émise par un ensemble de 4 antennes
fouet. Les ondes radio rayonnées par les deux radars l'ensemble de la
mer d'Iroise sont réfléchies par la mer. Chacun des deux radar
écoute l'écho correspondant à son signal émis avec
un réseau de 16 antennes alignées. Cet écho est très
faible, mais il possède une signature spécifique des vagues à
la surface de la mer.
Tout d'abord les échos sont triés pour déterminer
de quelle régions ils proviennent : le temps d'aller-retour de l'onde,
à la vitesse de la lumière, est utilisé pour savoir à
quelle distance se trouve la source de l'écho. Pour localiser la position
il faut alors déterminer l'angle (azimuth). Il existe deux grandes méthodes
: la goniométrie, et la formation de voie. Nous utilisons surtout la
formation de voie avec les 16 antennes de réception qui permettent de
séparer des signaux arrivant de deux azimuth séparés de
10°, quels que soit les signaux. La goniométrie peut souvent donner
une meilleure résolution, mais ce n'est pas systématiques.
Ainsi chaque radar est capable d'attribuer à une région de l'océan
(on parle de cellule de mesure) les échos enregistré. Ces cellules
sont petites près du radar (environ 1 km par 1 km) mais plus grandes
au fur et à mesure que l'on s'éloigne.
Mesure du courant
Dans chaque cellule de mesure l'écho principal est produit par les vagues
se propageant soit vers le radar soit dans le sens opposé, avec une longueur
d'onde qui est, dans les deux cas, la moitié de l'onde radar (ce sont
les "vagues de Bragg"). La vitesse de ces vagues donne le décalage
de la fréquence de l'onde par effet Fizeau-Doppler, de la même
manière que les gendarmes mesurent la vitesse des voitures par radar,
ou que les médecins mesurent la vitesse du sang dans les artères
(dans ce dernier cas il s'agit d'ondes acoustiques). Or le courant dans
le sens de visée, ainsi que les autres vagues, contribue à la
vitesse des vagues de Bragg. Chaque station radar peut donc mesurer le courant
dans la direction de visée. La combinaison des deux composantes, mesurées
par les deux stations, donne le vecteur courant. La portée de mesure
dépend de l'amplitude des vagues de Bragg, de la présence de bruit
(émissions radio ondes courtes, autres radars), et atteint typiquement
100 km.
Le courant mesuré est généralement proche
du courant induit par la marée et les variation de température
et salinité de l'océan. Pour la partie du courant induite par
le vent, il convient par contre de bien dissocier le courant moyen du courant
résiduel induit par les vagues (dérive de Stokes). Le radar mesurant
une vitesse intermédiaire. En pratique la vitesse mesurée est
très proche de la vitesse de dérive de l'eau au voisinage de la
surface. Ce genre de détails fait encore l'objet de recherches qui combinent nécessairement le courant,
la turbulence et les vagues. Le SHOM procède à des comparaisons
de mesures au point fixe avec des mesure de dérive pour mieux comprendre
ces phénomènes.
Mesure des vagues
L'écho reçu par le radar dépend entièrement de la
géométrie et du mouvement de la surface, et des propriétés
de propagation des ondes radar dans l'air. Une théorie assez complète
permet d'expliquer la forme de ces échos ... tant que l'amplitude des
vagues reste faible par rapport à la longueur d'onde radio (soit 25 m
à 12 MHz). C'est exactement le même problème que pour la
théorie de Bragg utilisée pour la réflexion des vagues
par le relief sous-marin. Cette théorie nécessite aussi une bonne
connaissance statistique de la forme de la surface et sa relation avec le spectre des vagues. Une première approximation est
donnée par la théorie de Weber et Barrick (1977), qui prévoir
la forme de l'écho radar en fonction du spectre des vagues. Pour mesurer
le spectre, il faut donc inverser cette relation. Nous utilisons le logiciel
Seaview, développé à l'Université de Sheffields
qui a beaucoup travaillé sur ces méthodes d'inversion de l'équation
de Weber et Barrick (1977). La recherche reste active dans ce domaine pour mieux
comprendre les approximations faites et améliorer le traitement des données,
en particulier pour les vagues de petite et grande amplitude.
Pour plus de détails, consulter les liens (souvent
en anglais).