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Réalisation et validation d'un modèle de marée en Manche et dans le Golfe de Gascogne

Application à la réalisation d'un nouveau programme de réduction des sondages bathymétriques

LE ROY R. - SIMON B.

    

002/03

    

Résumé / Abstract

Table des matières

Cette étude a pour but de valider un nouveau modèle de marée sur le plateau continental français, en Manche et en Atlantique.
 Une nouvelle version (V2.0) du programme de réduction des sondes, baptisée " MASG_V2.0 ", basée sur ce nouveau modèle de prédiction a par ailleurs été mise en place, testée et comparée au programme de réduction des sondes actuel.
 Ce modèle de marée est par ailleurs destiné à être intégré à d'autres outils de prédiction tel que le futur programme de prédiction de la marée dans le monde.
 La méthode de calcul mise en oeuvre repose sur l'ensemble des constantes harmoniques obtenues par l'analyse harmonique des mesures disponibles (289 points de mesure en tout) ainsi que sur les résultats de modèles hydrodynamiques numériques, élaborés à partir du code de calcul TELEMAC 2D du Laboratoire National Hydraulique de l'EDF.
 Les modèles hydrodynamiques avaient fait l'objet d'un processus d'ajustement aux mesures de marée in situ, selon un procédé développé dans le rapport en référence a/.
 L'ajustement du modèle aux mesures a été contrôlé en comparant les niveaux d'équilibre (rapportés au niveau des plus basses mers) de chaque point de mesure avec le niveau d'équilibre du point du modèle le plus proche. Les écarts obtenus peuvent être importants alors que les composantes harmoniques paraissent bien ajustées. En effet, un écart même faible sur chaque constante (moins de 1 %) peut entraîner in fine un écart important (plus de 10 cm) sur le calcul du niveau d'équilibre. Notons que les constantes harmoniques provenant des mesures devraient elles-mêmes subir un ajustement par rapport au modèle. Comme le montre le rapport en référence a/, les ondes de faible amplitude sont en effet mieux déterminées par le modèle hydrodynamique qu'elles ne le sont à partir des mesures, car dans ce cas il est souvent difficile de les séparer du bruit, quand la période d'observation est courte (1 mois).
 Les écarts entre modèles ajustés et les points de mesures étaient tels qu'ils ont conduit à remettre en cause la méthode d'ajustement utilisée et à proposer et mettre en place une nouvelle méthode d'ajustement. Celle-ci est basée sur le calcul de la variabilité de la marée. Un poids et une portée sont affectés à chaque constante harmonique de chaque point de mesure en fonction de la variabilité. La distance à laquelle le poids de la mesure et le poids du modèle sont égaux est appelée portée du point de mesure.
 A partir des modèles initiaux, une grille régulière a été mise en place sur l'ensemble du plateau continental. Les constantes harmoniques aux noeuds de cette grille ont été obtenues par interpolation en mer et par extrapolation sur la terre des constantes issues de la modélisation par la méthode de la plaque mince. Cette grille est considérée comme une aide à l'interpolation. Sa résolution est d'environ 2 milles marins.
 La grille ainsi obtenue a ensuite été ajustée selon la méthode décrite ci-dessus et développée par la suite. La cohérence de la grille ajustée avec les modèles hydrodynamiques a été vérifiée.
 Le calcul de la marée prédite en un point quelconque de la zone d'emprise du modèle est basé sur la méthode d'interpolation utilisant la grille régulière et les constantes harmoniques des points de mesure. La méthode utilisée est la méthode de la plaque mince. L'utilisation conjointe du modèle hydrodynamique et des mesures justifie la nécessité d'ajuster proprement le modèle aux mesures. La cohérence entre la marée interpolée, la marée aux points de grille et la marée aux points de mesures a été vérifiée.
 Pour terminer, en guise d'application, ce modèle de marée et la méthode d'interpolation ont été mis en place dans un programme de réduction des sondages. La technique de réduction des sondages n'a pas subi de changement. Elle consiste simplement à assimiler des données observées en un point afin de calculer en ce point l'écart entre l'observation et la prédiction. Cet écart est ajouté à la marée prédite en chaque point de sondage pour obtenir une marée calculée approchant la marée réelle.
 Les performances de MASG_V2.0 ont été comparées avec celles de la version actuelle du programme. Des écarts parfois importants entre les niveaux d'équilibre calculés par les deux méthodes ont été mis en évidence, illustrant les défauts de l'ancien programme et les avantages du nouveau.
 Non seulement les modèles représentent une aide à l'interpolation, notamment dans les zones à forte variabilité, mais de plus, les résultats de la modélisation peuvent s'avérer meilleurs que les mesures pour la détermination de certaines ondes de faibles amplitudes. En revanche, d'autres types d'ondes, dans les hautes fréquences, ont été mai déterminés par les modèles. Par ailleurs, il était nécessaire d'ajuster les modèles aux mesures.
 Grâce à leurs avantages et malgré leurs inconvénients, les modèles hydrodynamiques 2D mis en oeuvre ont permis au SHOM de faire un progrès considérable dans la modélisation de la marée sur les côtes françaises.
 
 
 

Achievement and validation of a new tide model in the Bay of Biscay and in the Channel, achievement of a new software for sounding réduction.

 
 The purpose of this report is to validate a new tide model in French waters, in the Channel and on the Biscay continental shelf.
 Besides, a new version (V2.0) of the program for sounding reduction, called " MASG_V2.0 ", based on this new model of tide prediction, was set up, tested and compared to the current program. The new model of tide prediction is also to be used for other purposes like the future software of tide prediction in the world.
 The new prediction method is based on the whole harmonic constituents calculated by the harmonic analysis of valid sea level measurements (a total of 289 measurement points) as well as hydrodynamic models performed with the software TELEMAC-2D from the Laboratoire National Hydraulique (LNH) of Electricité de France (EDF).
 The harmonic constituents coming from the hydrodynamie models had been adjusted to the harmonic constituents from-measurements, according to a technique developed in the report in reference a/).
 In this study, we checked the results of the adjustment by comparing the mean sea level versus LAT coming from the measurements with the mean sea level versus LAT obtained from the closest point of the model.
 The differences may be significant (more than 10 cm) in some cases. Two reasons can be put forward firstly the points we compared are not exactly at the same place, (up to 2 miles), so in some cases, the variability of tide can explain the differences. Secondly the adjustment was performed component by component and is not perfect, so that a minor difference on each component may result in a significant difference in the calculated tide.
 As a consequence, it is essential, that the model should be adjusted very closely to the measurements.
 It is to be noticed that the measurements themselves should be adjusted to the model, because, as explained in the report in reference a/, the components with low amplitude (less than 5 cm) are better defined by the model than from the measurements, where it is often difficult to separate them from noise, when the period of observation is too short (1 month).
 As a consequence, the adjustment of the models to the measurements was considered again and a new method has been implemented. This method consists in calculating the variability of tide and affecting to each measurement point a weight and a range based on this variability. The range is the distance to which the weight of the model and the weight of the measurements are equal.
 A regular grid of harmonic constituents was established from the initial models. This regular grid was obtained by interpolation at sea and extrapolation on land of the model constituents thanks to the thin sheet technique. This grid has to be considered as a help for interpolation.
 The resolution of the grid is 2 nautical miles. The coherence between the grid and the models and measurements was checked.
 This regular grid was then adjusted to the measurements according to the method of adjustment described above.
 The harmonic constituents at the sounding point are obtained by interpolation between the regular grid and the harmonic constituents from measurements, according to the thin sheet method. The coherence between the interpolated tide and the model was checked.
 
 As a practical application, the model of tide prediction was used in a new program of sounding reduction. The technique of sounding reduction was not changed. Il still consists of data assimilation: tide is measured with a tide gauge at a point close to the sounding zone, called reference port. The difference between real heights (tide height above chart datum) and predicted tide (height above the LAT) at the reference port is added to the predicted tide at the sounding point to obtain a tide height above Chart Datum.
 The results of the new program were compared to the former one. Important differences were sometimes noticed, emphasizing the defaults of the former program and the advantages of the new one.
 The 2D models we used are a help for interpolation. Besides, some harmonic constituents are better determined from models than from measurements. However, they needed to be adjusted closely to measurements and some high frequency waves were badly determined. Thanks to their advantages and despite their inconvenient, 2D hydrodynamic models enabled SIFOM to make real progress in tide prediction on French coasts.
  • Définition de la nouvelle méthode de prédiction
    •  Le modèle hydrodynamique de marée
    • La grille régulière
    • La méthode d'interpolation des constantes harmoniques
  • Les étapes de l'étude
    • Critique du modèle
    • Validation des points de mesure
    • Elaboration d'une grille régulière en Manche Ouest
    • Elaboration et contrôle de la grille régulière finale
    • Définition et mise en place d'une nouvelle méthode d'ajustement
    • Validation de la méthode d'interpolation
    • Application à la réduction des sondages
  • Conclusion

 

 

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