Reconstruction et analyse des mesures de hauteurs d'eau dans l'estuaire de la Seudre - Bourcefranc-le-Chapus

La reconstruction et l'analyse des mesures de hauteurs d'eau dans l'estuaire de la Seudre et notamment à Bourcefranc-le-Chapus s'inscrit dans le programme d'action de prévention des inondations : PAPI Seudre. Le territoire de la Seudre est soumis à deux types d'aléas : la submersion marine et l'inondation fluviale, ainsi qu'à la concomitance de ces derniers dans les secteurs sous influence fluviomaritime. La mesure des hauteurs d'eau revêt donc un enjeu fort pour ce littoral particulièrement exposé aux submersions marines. Le Shom intervient dans la phase de recherche, d'inventaire, de numérisation et de contrôle des mesures de hauteurs d'eau.

 

Contexte et objectifs de l'étude

L'axe « Amélioration de la connaissance et de la conscience du risque » du PAPI Seudre fait l'objet d'une convention de partenariat entre le SMBS (Syndicat Mixte du bassin de la Seudre) et le Shom. Dans cet axe, le Shom est chargé de la numérisation et de l'exploitation des marégrammes situés dans dans la zone d'étude. Le Shom s'intéresse à valoriser les mesures de hauteurs d'eau conservées sur papier et d'autres données anciennes identifiées.

Ce travail permet de :

• pérenniser toutes les mesures réalisées à Bourcefranc-Le-Chapus
• disposer de mesures du niveau marin cohérentes et de qualités
• pouvoir étudier et caractériser son évolution
• disposer des éléments nécessaire à l'étude des surcotes et des niveaux extrêmes.

 

Localisation

L'estuaire de la Seudre et la ville de Bourcefranc-le-Chapus se trouvent en Charente-Maritime, entre les fleuves Gironde et Charente (Figure 1). Protégé de l'océan Atlantique par l'île d'Oléron, le site d'étude baigne dans le Pertuis de Maumusson. 

 

Figure 1. Localisation de la zone d'étude (source géoportail).

 

Etapes successives nécessaires à la construction de la série marégraphique historique de Bourcefranc-le-Chapus

Les étapes nécessaires à la construction d'une série marégraphique sont :

• Inventorier et rechercher des documents existants relatifs à l'observation du niveau marin (marégrammes, registres de marées, métadonnées contextuelles…)
• Dématérialiser les documents (scannage)
• Extraire les données de hauteur d'eau et les métadonnées associées afin de produire une série brute de valeurs numériques (digitalisation)
• Qualifier et valider les données nouvellement digitalisées

 

Inventaire des mesures marégraphiques à Bourcefranc le Chapus

Plusieurs producteurs de données marégraphiques se sont succédés à Bourcefranc-le-Chapus. Les premières mesures de hauteurs d'eau réalisées de façon systématique grâce à un marégraphe mécanique datent de 1970 mais elles ne couvrent qu'une période relativement courte de quelques mois (Figure 2).

Figure 2. Localisation depuis 2011 (A) et ancienne (B) du marégraphe de Bourcefranc-le-Chapus (photographie aérienne : géoportail.gouv.fr).

 

Selon toute vraisemblance, le marégraphe est installé de façon permanente au début des années 1980 à l'extrémité est de la digue nord du port du Chapus (localisation en figure 1-B). L'appareil alors utilisé est un marégraphe à flotteur opéré par le service hydrographique de la DDE dans le but de pouvoir planifier les opérations de dragage dans le secteur. A partir de 1990, du fait d'une restructuration des services, la gestion du marégraphe est transférée au Port de La Rochelle (division hydrographie) et ce jusqu'en 2005. A partir de cette année, le Service de Prévision des Crues (SPC 17, de la DDTM 17) devient propriétaire du marégraphe et responsable de sa bonne marche (changement des marégrammes, contrôles, …). Selon les souvenirs de la personne en charge du site de mesure à l'époque, le marégraphe à flotteur est toujours resté au même endroit, et n'a été délocalisé à sa position actuelle qu'en 2011, date à laquelle un marégraphe à pression a d'abord été installé à l'extrémité de l'ancien embarcadère désaffecté du Port de Bourcefranc-Le-Chapus (localisation en figure 1- A), avant d'être rapidement remplacé par un capteur radar. Depuis 2014 toutes les données collectées sont disponibles sur datashom.

 

Origine et types de documents disponibles

Le volet portant sur la numérisation des données marégraphiques a débuté en novembre 2018. La première tâche a été d'inventorier toutes les données de mesure disponibles.

Une des difficultés dans la reconstitution de l'historique de la mesure réside dans les différents changements d'organisation administratives qui se sont succédés dans le temps et au fait que l'intérêt scientifique de ces vieux documents (mesures où informations liées aux mesures) n'a pas toujours été pleinement perçu. Ainsi une partie du document a été perdue ou détruite.

Depuis le début du projet, plusieurs centres d'archives ont été prospectés dans le but de rechercher des documents en lien avec la mesure marégraphique à Bourcefranc-Le-Chapus : les archives du SHOM à Brest, les archives du SPC 17 à La Rochelle, les archives du Service historique de la Défense (SHD) de Rochefort, les archives départementales de Charente-Maritime à La Rochelle.

Deux types principaux de documents y ont été trouvés :

1. Ceux comportant des mesures de hauteurs d'eau à Bourcefranc-Le-Chapus, conservés pour la majeure partie aux archives du Shom et celle du SPC 17,
2. Ceux apportant des informations relatives à ces dernières (métadonnées).

Les documents relatifs aux mesures de hauteurs se présentent sous différentes formes (Figure 3) :

• Des registres de marées qui correspondent à des observations de hauteurs d'eau relevées par l'opérateur sur une échelle de marée à un pas de temps régulier (cas des mesures diurnes réalisées dans le cadre des campagne hydrographiques du XIXème siècles, Service Historique de la Défense de Rochefort)
• Des marégrammes couvrant des périodes comprises généralement entre une semaine et deux semaines. Ces mesures peuvent être issues de diverses études réalisées par des bureaux d'étude privés à l'occasion de travaux d'aménagement tel que la construction du pont d'Oléron, mais correspondent principalement aux mesures issues de marégraphes analogiques à flotteur.

Figure 3. Exemples de documents en lien avec la mesure marégraphique à Bourcefranc-le-Chapus (source SPC17, SHD Rochefort et Archives Shom)

 

Synthèse des données disponibles

La majorité des données marégraphiques analogiques retrouvées pour Bourcefranc-Le-Chapus provient des archives du SPC 17 et du Shom (respectivement 345 marégrammes / 48 feuilles de contrôles et 371 marégrammes / 7 feuilles de contrôle). Sur l'ensemble de ces 771 documents, 345 marégrammes (ceux provenant des archives du SPC 17) et les 55 feuilles de contrôles ont été scannés. En plus de ces documents issus de mesures systématiques du niveau de la mer, des observations plus ponctuelles ont également été identifiées aux archives du Shom et du SHD de Rochefort. Elles correspondent aux mesures réalisées pendant quelques mois aux environs de Bourcefranc-Le-Chapus lors des campagnes hydrographiques du XIXème et XXème siècles. Une synthèse des documents inventoriés dans l'ensemble des centres d'archives visités à ce jour est disponible dans le Tableau 1.

Tableau 1: Synthèse des documents identifiés et traités dans le cadre de la reconstruction marégraphique de Bourcefranc-Le-Chapus. (N.D.: Non Déterminé; TSM: Temps Solaire Moyen; UTC: Temps universel coordonné; Heure légale: UTC + 1/ +2; la ligne grisée correspond à un site de moindre intérêt pour l'étude)

 

Depuis 1971, ces marégrammes permettent de couvrir environ 6196 jours de mesure, ce qui permet d'avoir plus de 21 années de mesures (Figure 4). Si l'on fait exception des données les plus anciennes, une lacune importante de données existe entre 1972 et 1982. En l'état actuel des informations disponibles, il semble vraisemblable qu'elle soit due à l'inexistence de mesures pendant cette période. Par ailleurs, même s'il semble probable que des mesures aient été effectuées entre 2011 et 2014, aucune trace de ces dernières n'a été trouvée pour l'instant.

Figure 4. Vue par année du % de données disponible sous forme analogique des observations marégraphiques pour Bourcefranc-le-Chapus

 

Scanner ou photographier les documents marégraphiques historiques

Les marégrammes issus du marégraphe analogique ont été scanné. Pour cette étape, il est impératif de trouver le meilleur compromis possible entre une résolution optimale pour l'étape suivante de vectorisation et la taille des documents pour que les fichiers ne soient pas trop lourds pour lêtre exploité par le logiciel. L'autre partie du travail de conservation des documents est la mise en forme et le tri parmi les nombreux documents sur l'historique du site de mesure photographiés pour une exploitation ultérieure lors de la mission au SHD de Rochefort et aux Archives Départementales de la Rochelle.

 

Vectorisation des courbes marégraphiques et saisie

La vectorisation est l'opération qui consiste à convertir la courbe dessinée sur le papier en donnée numérique chiffrée. Le logiciel Nunieau développé par le CEREMA pour la vectorisation des données des limnigraphes et des marégrammes est utilisé. Il est basé sur un algorithme de reconnaissance des couleurs.

Les nombreux disfonctionnement du marégraphe tels que les blocages du flotteur, des changements de feuilles pas assez fréquents par l'opérateur rendent le travail de reconstitution particulièrement long pour certains marégrammes. Le site du marégraphe à l'arrière du port a été abandonné pour le site actuel à cause de l'envasement. En effet à partir 1999 le puits de tranquillisation est à sec à marée basse en période de vives eaux, sur ces marégrammes les basses mer sont tronquées et se confondent facilement (Figure 5). Malgré ces difficultés, la plupart des données sont reconnues en passant parfois par une étape manuelle préalable de reconnaissance des courbes sur le papier.

Figure 5. L'ancien marégraphe de Bourcefranc-le-Chapus à marée basse (Photo 2019 M. Krauzman, Société d'Histoire du canton de Marennes). Exemple de marégramme difficile à exploiter pour cause de basse mer (assèchement du puits) ou dysfonctionnement de l'appareil

 

Le principe du travail avec le logiciel Nunieau est le suivant :

Pour toute partie de courbe lisible par le logiciel une valeur en heure et en hauteur est restituée grâce à une opération préliminaire de calage qui a défini les limites des parties de l'image à conserver et permet de référencer en temps et en hauteur le document. Cette étape est la plus longue et constitue le volume en temps le plus conséquent de tout le processus (Figure 6).

Elle est suivie d'une étape de vérification visuelle de la reconnaissance des couleurs des images effectuée par le logiciel, de correction des calages, de dessin des parties trop effacées et non détectées.

Enfin, une étape de compaction des fichiers générés permet d'obtenir la donnée en date, heure hauteur au pas de temps désiré, ainsi que des indicateurs de la qualité de la donnée restituée.

Figure 6. Étapes de vectorisation d'un marégramme avec le logiciel Nunieau.

 

A l'issue de ce travail de vectorisation on obtient une donnée brute qui retranscrit fidèlement le marégramme. Parallèlement quelques mesures doivent être saisies sous tableur, notamment les feuilles de contrôles et les mesures des carnets de terrain.

 

Mise en cohérence de la série de données

Une fois les données brutes obtenues et dans le but d'obtenir une série cohérente dans le temps et validée, il sera nécessaire de prendre en considération l'ensemble des informations relatives aux mesures de hauteurs d'eau disponibles afin d'uniformiser les mesures en temps et en hauteur sur l'ensemble de la période concernée.

On peut distinguer deux types principaux de corrections à appliquer :

• Les corrections générales non imputables au marégramme : système horaire utilisé, homogénéisation verticale pour obtenir une série temporelle uniforme
• Les corrections liées à un dysfonctionnement du marégraphe ou de son environnement, en temps ou en hauteur ou à une mauvaise pose de la feuille sur l'appareil.

Les métadonnées, feuilles de contrôle, informations sur le site de mesure, sont alors utilisées. Ces informations permettent aussi de reconstituer et de suivre au cours du temps le zéro de référence du marégraphe à Bourcefranc-Le-Chapus (Figure 7).

Figure 7. Schéma synthétisant les relations entre les différentes références verticales utilisées à Bourcefranc-Le-Chapus depuis le 19ème siècle. Les 0 des mesures sont rapportés au Nivellement Général de la France de l'époque : Bourdalouë, Lallemand et IGN69.

 

Afin de qualifier ces mesures inédites, diverses analyses ont été réalisées : utilisation des résidus en temps et en hauteurs des PM et BM, comparaisons inter-série, utilisation des données de pression atmosphérique pour évaluer l'effet du baromètre inverse. Ceci a permis d'identifier les périodes pour lesquelles les données étaient de mauvaise qualité (environ 6 % des données numérisées). La série temporelle nettoyée issue des divers traitements réalisés sera rendue disponible sur la page data.shom.fr. De plus, en fonction des corrections appliquées, des «étiquettes» ont été attribuées permettant de qualifier la qualité de la mesure (Tableau 2) et ont été ajoutées à la série temporelle.

Tableau 2 : Etiquettes qualités définies pour caractériser les mesures de hauteur d'eau

 

A partir de ces données validées, les niveaux moyens journaliers, mensuels et annuels ont pu être calculés. Un travail sur l'étude des occurrences des niveaux extrêmes a également été réalisé pour ce site.

L'ensemble des conclusions de cette étude sont disponibles dans les différents rapports rédigés dans le cadre du PAPI Seudre.

 

Références

• Candès A.-M., Latapy A. (2021). Livrable n°3. Exploitation et analyse des séries de données de hauteurs d'eau issues de la digitalisation de documents historiques marégraphiques. Synthèse et valorisation des résultats. PAPI Seudre. Axe 1 "Amélioration de la connaissance et de la conscience du risque". Action n°I.M.1 " Mise en place d'un marégraphe dans l'estuaire de la Seudre et numérisation des données marégraphiques de Bourcefranc-le-Chapus. 30p.
• Candès A.-M. (2020). Livrable n°2. Fourniture des images numériques issues du scannge des documents historiques marégraphiques et des données de hauteurs d'eau brutes issues de la digitalisation de ces documents. PAPI Seudre. Axe 1 "Amélioration de la connaissance et de la conscience du risque". Action n°I.M.1 " Mise en place d'un marégraphe dans l'estuaire de la Seudre et numérisation des données marégraphiques de Bourcefranc-le-Chapus. 49p.

 

Pour en savoir plus

• Accès aux mesures de hauteur d'eau du marégraphe de la Seudre
• Accés aux mesures de hauteur d'eau du marégraphe de Bourcefranc-le-Chapus
• Instrumentation marégraphique : qu'est-ce qu'un marégraphe à flotteur ?
• Instrumentation marégraphique : qu'est-ce qu'un marégramme ?
• Instrumentation marégraphique : qu'est-ce qu'un marégraphe radar ?
• Présentation du réseau de marégraphes RONIM
• Qu'est-ce que le zéro hydrographique ?
• Notions sur les références verticales
• Notions sur les niveaux extrêmes
• Logiciel Nunieau