I - Définition de la marée

La marée est la variation du niveau de la mer due à l'action gravitationnelle de la Lune et du Soleil, astres dont les mouvements peuvent être calculés avec précision sur des périodes de plusieurs centaines, voire de plusieurs milliers d'années. Ces mouvements produisent des variations de hauteur d'eau. Il est cependant légitime de s’intéresser à ces variations en effectuant des mesures réguliers.

II -Origine de la marée

La marée astronomique est une manifestation de la loi de la gravitation universelle appliquée au système formé par la Terre, le Soleil et la Lune. La force génératrice de la marée est la résultante de deux forces :

 

Rappelant que la force de gravitation entre deux corps est donnée par :

M1 et M2 sont les masses des deux corps, et R la distance qui sépare ses centres de gravité

G : constante universelle G=6.672.10-11 Nm2Kg-2

La connaissance des variations du niveau de la mer est essentielle. Elle est ainsi, pour la sécurité de la navigation, une activité traditionnelle des services hydrographiques de tous les pays. Retour haut

 

III - Observation de la marée

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 zéro d'une échelle de marée. Retour haut

III –1 Les observations ponctuelle de la marée

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. Retour haut

III –1-1 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 (figure-3-). 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.  

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III –1-2 Le décamètre ruban "sonde lumineuse"

C'est un simple décamètre ruban au bout duquel est quelque fois 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. (figure-4-)

Þ La lecture à l'échelle de marée et le décamètre ruban servent essentiellement au rattachement du zéro instrumental des marégraphes ainsi qu'au contrôle de leur bon fonctionnement. Retour haut

III -2 Observation continue

III –2-1 A l'aide d'un marégraphe analogique à flotteur

Principe d'un marégraphe à flotteur :

Les hauteurs relevées simultanément sur le marégramme et sur l'échelle ou la jauge sont portées sur un feuille de contrôle, laquelle sera agrafée au marégramme lors du changement de feuille d'enregistrement. (figure-5-)

Heures

Les contrôles s'effectuent en lisant simultanément l'heure sur le marégramme et sur une montre correctement réglée, après avoir attendu le début effectif de l'enregistrement, soit environ une dizaine de minutes après avoir positionné la plume.

Fréquence des contrôles

Les contrôles doivent avoir lieu à chaque changement de marégramme, avant de retirer l'ancien et après la mise en place du nouveau, et après tout incident de fonctionnement. Il est recommandé de changer de marégramme chaque semaine et de faire un contrôle intermédiaire.

III –2-2 Observation à l'aide d'un marégraphe côtier numérique (MCN)

On appelle MCN (Marégraphe Côtier Numérique), les marégraphes à capteur ultrasonore installés dans les observatoires permanents.

Principe de mesure

Le MCN est équipé d'un transducteur ultrasonore. 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. (figure-6-)

Hauteurs

Les contrôles en hauteur se font par des lectures à l'échelle ou à la sonde lumineuse. Ils doivent avoir lieu au minimum une fois par trimestre, en marée de vive-eau. Il est indispensable de préciser le nombre de mesures et la dispersion de ces mesures par rapport aux lectures MCN (moyenne et écart - type des écarts observés).Retour haut

III –2-3 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 (figure-7-). 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. 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. Les marégraphes à capteur de pression, associés aux techniques numériques ont une large autonomie tant en capacité de mémoire qu'en autonomie électrique mémoire qu'en autonomie électrique. Retour haut

IV - Les observations à l'aide de récepteurs GPS

L'observation de la marée peut être réalisée par des du GPS. 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.

V - Zéro hydrographique

Définition :

Le zéro hydrographique ou zéro des cartes marines est le niveau de référence à partir duquel sont comptées, positivement vers le nadir, les sondes portées sur les cartes marines et, positivement vers le zénith, les hauteurs de marée. Il s'agit d'un niveau théorique sous lequel le niveau de la mer ne descend que très exceptionnellement.

V –1 Détermination du zéro hydrographique

La détermination du zéro hydrographique passe par l'observations et l'analyse de marégraphie afin de calculer les différentes composantes de la marée. Elles existent différentes techniques pour déterminer le zéro hydrographique:

Les techniques de marégraphie: elles fournissent typiquement des hauteurs d'eau horaires dans une référence locale définie par rapport à des repères matériels, les repères de marée, disposés au voisinage immédiat de l'observatoire. (figure-8- )

 Les techniques de géodésie spatiale: elles permettent de densifier le repère terrestre et, notamment, d'exprimer la position des repères de marée avec une précision a priori centimétrique par rapport à l'ellipsoïde. (figure-9-) 

A part les techniques de GPS, elles existent d’autres techniques qui fournissent des hauteurs d’eau dans un système de référence terrestre Les techniques d'altimétrie spatiale ". (figure-10-)

Un altimètre est un radar classique mesurant la distance entre le satellite qui tourne à environ 1000 km d'altitude et la surface de la mer, à partir de la durée du trajet aller-retour de ses impulsions. Il faut alors atteindre une précision de l'ordre du centimètre.

VI- Conclusion

La mesure de la marée est indispensable, car elle permet, non seulement, de prévoir la marée, mais aussi obtenir des résultats importants dans de nombreux domaines (navigation, hydrographie, aménagements portuaires, études climatiques). Pour moi, cette recherche m'a permis de découvrir des méthodes de mesure que j'ignorais. Retour haut

 VII - Vocabulaire

Marégraphe : appareil de mesure et d'enregistrement de hauteur d'eau;

Analogique : à enregistrement sur papier; cet enregistrement sur papier est appelé "marégramme";

Numérique : à enregistrement numérique;

Echelle de marée : planche graduée servant à lire directement la hauteur de la marée par rapport au "zéro de l'échelle", situé de préférence au niveau du zéro hydrographique;

Observatoire de marée : site d'observation de la marée incluant l'appareil enregistreur appelé marégraphe, l'échelle de marée et les repères de nivellement placés à proximité;

Dérive : variation lente et continue d'une grandeur physique ou d'une caractéristique d'un instrument de mesure;

Ondes Ultrasonores : ondes de longueur d'onde de l'ordre de millimètre et par conséquent la fréquence est de l'ordre du (Mhz), ce qui se trouve bien au-delà du domaine audible;

VIII- Références

Waves, Tides and shallow-water processes

Cours d'ultrasons de Mr B.Boubker

Sites internetes:

http://www.shom.fr