Reconstruction des variations du niveau de la mer dans les Hauts-de-France depuis 300 ans et relations avec l’évolution du littoral

 

Le projet relatif à la reconstruction et au contrôle de la série analogique des mesures de hauteurs d'eau marégraphiques observées dans les Hauts-de-France vise à étendre les connaissances sur l'évolution des composantes du niveau de la mer. Le second axe de ce projet est de suivre l'évolution de ce littoral à l’échelle séculaire et ainsi d’améliorer notre compréhension des processus en jeu dans les changements morphologiques des fonds marins. Cette thèse, financée par l’Université du Littoral Côte d’Opale (ULCO) en collaboration avec le Shom, s'inscrit dans le cadre du programme international GLOSS (Global Sea Level Observing System) de la Commission océanographique intergouvernementale (COI) de l'UNESCO. Elle a pour objectif de sauvegarder le patrimoine historique que sont les observations du niveau de la mer des décennies et siècles passées dans les Hauts-de-France. Ce projet scientifique est également rattaché au projet ARCHIPEL du Shom concernant la numérisation et la mise en ligne de documents cartographiques.

 

Objectifs de la thèse

Les objectifs de cette thèse sont :

  • Pérenniser les enregistrements du niveau de la mer réalisés aux ports principaux des Hauts de France (Dunkerque, Calais et Boulogne-sur-mer) depuis le XIXème siècle.
  • Identifier et comparer les évènements extrêmes à différentes époques.
  • Enrichir nos connaissances sur l’évolution du niveau marin à l’échelle du littoral français et comparer nos résultats avec d’autres séries sur le littoral européen voir mondial.
  • Numériser l’ensemble des données bathymétriques disponibles depuis le début du XIXème siècle.
  • Suivre l’évolution du littoral des Hauts de France et en particulier des petits fonds depuis les années 1800 ; en se basant sur des cartes différentiels et des profils bathymétriques.
  • Modélisation hydrodynamique (houle et courant) sur les différents lots bathymétriques.

Contexte

 

Figure 1. Localisation de la zone d'étude avec les différents types de morphologie rencontrés. Cliquer sur la photo pour l'agrandir

Figure 1. Localisation de la zone d’étude avec les différents types de morphologie rencontrés. Cliquer sur la photo pour l'agrandir

 

Différentes morphologies

Ouvert sur la mer du Nord et sur la Manche, la côte des Hauts de France correspond à 190km de littoral hétérogène et diversifié. Les plages sableuses alternent avec des zones de falaises et trois estuaires disséminés le long de la côte (Fig. 1). Les fonds marins dans ce secteur, se démarquent par la présence de nombreux bancs sableux pouvant atteindre les 30km de long. Le long de la façade Nord, ces derniers sont plus proches de la côte et donc plus facilement soumis aux courants de marée et à la houle, et ont tendance à migrer rapidement latéralement et longitudinalement. Sur la dernière moitié du XIXème siècle, l’évolution du trait de côte a révélé une forte variabilité spatiale et temporelle. Des campagnes bathymétriques ont été réalisées dans le passé afin de sonder les fonds marins dans cette région. Les résultats de ces levés hydrographiques sont disponibles depuis les années 1800 et stockées dans les archives du Shom. Numériser, traiter et comparer les bathymétries à différentes époques, permettra de suivre l’évolution de ce littoral très variable à l’échelle de plusieurs siècles, et donc avoir une vision plus globale.

 

Les marées

Le régime tidal est semi-diurne et macrotidal avec un marnage important diminuant progressivement de 9m de la baie de Somme jusqu’à 5m à la frontière belge. Cette forte amplitude de marée crée de forts courants tidaux, pouvant excéder 3,5 nœuds pour le flot et 3 nœuds pour le jusant. Des enregistrements de niveaux d’eau sont disponibles en ligne par la Shom depuis les années 1970 pour Dunkerque, Calais et Boulogne-sur-mer. Or des enregistrements existent depuis plus que 2 siècles mais sont encore en format papiers et doivent être numérisés pour pouvoir obtenir une base de données suffisamment dense pour analyser et calculer des tendances d’évolution du niveau marin.

 

Méthodologie

Numérisation des hauteurs d'eau historiques

Pour les ports de Dunkerque, Calais et Boulogne-sur-mer, un inventaire des enregistrements de niveaux d’eau existants a été réalisé (Fig. 2).

Figure 2. Inventaire des données de hauteur d'eau historiques pour le port de Dunkerque, Calais et Boulogne-sur-mer. Cliquer sur la photo pour l'agrandir

Figure 2. Inventaire des données de hauteur d’eau historiques pour le port de Dunkerque, Calais et Boulogne-sur-mer. Cliquer sur la photo pour l'agrandir

 

Les données ont été retrouvées dans les archives du Shom (en rouge), dans les archives municipales de Boulogne-sur-mer, Dunkerque et Calais ainsi que dans les archives départementales du Nord, du Pas-de-Calais et de la Somme (en bleu) et dans les archives du Service Historique de la Défense à Rochefort (en vert). Les premières mesures ont été réalisées à Dunkerque en 1700 à l’aide d’une échelle de marée. C’est à partir des années 1850 que les premiers marégraphes à flotteur ont été installés. Ces appareils ont évolué au cours du temps jusqu’à nos appareils actuels : les marégraphes radar. Ces documents historiques doivent être numérisés en utilisant la méthode décrite par la Figure 3.

Figure 3. Schéma représentant les étapes de numérisation de données de hauteur d'eau. Cliquer sur la photo pour l'agrandir

Figure 3. Schéma représentant les étapes de numérisation de données de hauteur d’eau. Cliquer sur la photo pour l'agrandir

 

Après récupération du signal de marée numérique, une dernière phase de contrôle est à réaliser :

  • Conversion en temps : les mesures étaient réalisées en Temps Solaire Vrai (TSV) puis en Temps Solaire Moyen (TMS) et enfin en Temps Universel Coordonné (UTC). Une conversion dans le système UTC est possible avec « l’équation du temps »
  • Références verticales : convertir les hauteurs d’eau dans le système métrique et recaler au cours du temps les variations du zéro hydrographique.
  • Vérification des mesures : analyse de la série de données en identifiant certains « pics » pouvant être dû à une erreur lors de la mesure par l’observateur, au dérèglement du marégraphe, à la dérive de l’horloge…etc.
     

Numérisation des minutes bathymétriques

Comme pour les enregistrements de hauteur d’eau, un travail d’inventaire des cartes bathymétriques existantes (les minutes bathymétriques) a été accompli (Fig. 4).

Figure 4. Inventaire des minutes bathymétriques disponibles au Shom depuis 1800 pour les secteurs autour de Dunkerque, Calais, Wissant, Boulogne-sur-mer, la baie de Canche, la baie d'Authie et la baie de Somme. Cliquer sur la photo pour l'agrandir

Figure 4. Inventaire des minutes bathymétriques disponibles au Shom depuis 1800 pour les secteurs autour de Dunkerque, Calais, Wissant, Boulogne-sur-mer, la baie de Canche, la baie d’Authie et la baie de Somme. Cliquer sur la photo pour l'agrandir

 

Après cette phase d’inventaire, il faut réaliser la numérisation et le traitement des minutes bathymétriques dont les différentes étapes sont présentées dans la Figure 5.

Figure 5. Schéma représentant les étapes de numérisation et de traitement des minutes bathymétriques.

Figure 5. Schéma représentant les étapes de numérisation et de traitement des minutes bathymétriques.

 

Après exportation des données brutes, une étape de conversion est à réaliser afin d’obtenir des coordonnées dans le système géographique actuel (WGS84). La dernière phase de traitement concerne l’interpolation des données pour obtenir des cartes bathymétriques pouvant être comparées entre elles. Des profils transversaux/longitudinaux, des cartes différentielles, et des calculs volumiques sont réalisés afin de quantifier l’évolution des fonds marins au cours du temps.

 

Résultats

Reconstitution de la série marégraphique

A partir des enregistrements historiques de hauteur d’eau (marégrammes et registres de marée), la série de Dunkerque et de Calais a pu être complété sur certaines périodes (Figure 6). Dans l’ensemble ces mesures ont été réalisées conjointement aux campagnes bathymétriques historiques dans le secteur (afin de réduire les sondes de la marée). A ce jour, le traitement et la validation de ces séries sont encore en cours et en stade de finalisation.

Figure 6. Série marégraphique de Dunkerque et de Calais

Figure 6. Série marégraphique de Dunkerque et de Calais

 

Evolution du littoral des Hauts de France depuis le 19ème siècle

Une partie de l’évolution des fonds marins du Nord de la France est présentée en Figure 7. Ce différentiel bathymétrique révèle qu’entre la fin du 19ème siècle et la deuxième moitié du 20ème siècle les fonds marins ont évolué, et cette évolution est essentiellement lié aux mouvements et déplacements des nombreux bancs sableux de la façade Flamande (Latapy et al., 2019).

Figure 7. Différentiel bathymétriques entre A : 1878 et 1975 et B : 1861 et 1962. En rouge-jaune sont représentés les secteurs ayant subi un abaissement des fonds et en bleu-vert ceux enregistrant un exhaussement des fonds

Figure 7. Différentiel bathymétriques entre A : 1878 et 1975 et B : 1861 et 1962. En rouge-jaune sont représentés les secteurs ayant subi un abaissement des fonds et en bleu-vert ceux enregistrant un exhaussement des fonds

 

Sur certains bancs, les mouvements enregistrés sont de l’ordre de la centaine de mètres. Dans la zone côtière de Calais un banc sableux, le Riden de la Rade, s’est formé durant le 20ème siècle d’où la forte accrétion verticale visible sur la Figure 7. A l’inverses, des secteurs enregistrent plutôt une tendance à l’érosion avec un abaissement généralisé des fonds marins tels que dans la baie de Wissant.

Cette forte variabilité morphologique a vraisemblablement eu un impact sur la circulation des courants ainsi que sur la propagation et le déferlement de la houle à la côte. Par la suite, la mise en place d’un modèle hydrodynamique va permettre de qualifier et de quantifier ces changements dans l’hydrodynamisme côtier.

 

Modélisation hydrodynamique

La zone côtière présente une forte variabilité au cours du temps. Des bancs sableux se créent, changent de morphologie, migrent latéralement et longitudinalement sur la période observée. Le rôle des agents hydrodynamique est ici étudié par le biais d’une modélisation houle-courant. Quatre périodes ayant une emprise spatiale suffisamment étendue ont été sélectionnées : 1878, 1910, 1930 & 1975.
Les  modèles TELEMAC et TOMAWAC (http://www.opentelemac.org/) seront utilisés sur les différentes bathymétries afin de simuler la circulation des courants de marée et la propagation de la houle.

Plusieurs simulations ont été réalisées:

 

Dans l’ensemble, les variations morphologiques des fonds marins dans ce secteur ont fortement influencé la circulation hydrodynamique, tant concernant les courants (Figure 8 & 9) que la propagation de la houle.

Figures 8. Courants résiduels (résultante des courants sur un cycle Morte Eau -  Vive Eau) dans le secteur de Calais d'après le modèle de 1878

Figure 9. Courants résiduels (résultante des courants sur un cycle Morte Eau -  Vive Eau) dans le secteur de Calais d'après les modèles de 1975

Figures 8 et 9. Courants résiduels (résultante des courants sur un cycle Morte Eau -  Vive Eau) dans le secteur de Calais d’après les modèles de 1878 et 1975

 

Pour en savoir plus

 

Références

 


Mise à jour le 13/06/2019
E-mail: refmar@shom.fr

Further reading about the reconstruction of tide gauge records:

List of programs, projects and reconstructions of tide gauge data