Reconstruction des variations du niveau de la mer et dynamique sédimentaire à l'estuaire du Wouri : les conséquences du changement climatique

 

Ce projet scientifique porte sur l'exploitation, la diffusion et la pérennisation des mesures de hauteurs d'eau et bathymétriques conservées par le Service hydrographique du Port autonome de Douala (PAD) et le Shom entre la fin du 19ème siècle jusqu'à nos jours. Ces données sont essentielles pour connaitre les évolutions à long terme du niveau de la mer, améliorer notre compréhension des processus en jeu dans les changements morphologiques des fonds estuariens du Wouri, appréhender notamment les effets du changement climatique et ses effets sur la dynamique sédimentaire, remonté saline et la détermination de liens éventuels avec l'activité anthropique. Ces estimations sont d'autant plus importantes que les longues séries du niveau de la mer localisées autour de l'équateur sont aujourd'hui quasi-inexistantes. Cette thèse en cotutelle entre l'Université de Douala (Cameroun) et l'Université de La Rochelle et en partenariat avec le Shom et le Port autonome de Douala s'inscrit dans le cadre du programme international GLOSS (Global Sea Level Observing System) de la Commission océanographique intergouvernementale (COI) de l'UNESCO. sur la valorisation des observations archéologiques de hauteur d'eau.

 

Objectifs de la thèse

Les objectifs de cette thèse sont :

  • Inventorier, digitaliser, contrôler les documents marégraphiques et archives cartographiques
  • Etudier les variations des composantes du niveau de la mer (marée dans l'estuaire, évolution du niveau moyen de la mer, niveaux extrêmes,…) en relation avec les apports fluviaux (débits, précipitations)
  • Etudier l'évolution du littoral et de la bathymétrie de l'estuaire à partir des documents cartographiques en lien avec les variations du niveau de la mer et des éventuels effets liés au changement climatique
  • Développer un modèle 3D hydro-sédimentaire de l'estuaire du Wouri qui couvrira les conditions hydro-sédimentaires réelles de la zone d'étude et sera calibré et quantifié par les observations in situ.

 

Contexte

L'estuaire du Wouri ou estuaire du Cameroun, situé au coeur du Golfe de Guinée et ouverte sur l'océan Atlantique, fait du Cameroun une zone d'intérêt stratégique. Il se trouve dans un contexte de baie abritée en arrière de cordons littoraux externes (Pointe Souélaba, île de Manoka, Cap Cameroun). Douala, la plus grande ville du Cameroun, poumon économique de l'Afrique centrale, abrite le port Autonome de Douala (PAD) à l'embouchure du Wouri qui se jette dans cet estuaire (Fig. 1).

Figure 1. L'Estuaire du Wouri au Cameroun, à environ 25km du Golfe de Guinée dans l'océan Atlantique du Nord.

Figure 1. L'Estuaire du Wouri au Cameroun, à environ 25km du Golfe de Guinée dans l'océan Atlantique du Nord.

 

Cependant, l'exploitation de cet avantage se trouve limitée d'une part par des inondations récurrentes dont les causes sont d'ordre hydrométéorologique et social, l'entretien du chenal d'accès au PAD au vue de l'envasement et sédimentation rapide observée, et d'autres part en arrière de cordons littoraux externes, on observe déjà des conséquences liées aux changements climatiques tel, la montée du niveau des eaux, un important recul du trait de côte (10m/an) à certains endroits, et une intrusion saline très prononcée. Fort de ces constats, la nécessité de réponse à ces problématiques représente une contrainte très forte pour l'ingénierie maritime, la survie des populations et l'aménagement du littoral estuarien camerounais. Grâce aux observations marégraphiques et bathymétriques, l'analyse des variations du niveau de la mer apparait, d'une part comme un moyen efficace d'appréhender l'évolution de la dynamique sédimentaire et va permettre d'autre part, de pouvoir estimer l'évolution du niveau de la mer ; principales conséquences du réchauffement climatique, qui menace la région côtière basse et de petites îles, très peuplées de l'estuaire du Wouri (Cameroun).

 

La marée

Le régime tidal est semi-diurne à inégalité diurne et mésotidal avec un marnage variant de 1 à 3m. L'asymétrie tidale est essentiellement marquée par une distorsion du fait d'un flot dominant et d'un jusant plus long (1h00 à 1h20 de différence). Les niveaux des basses eaux sont préférentiellement affectés par la dissymétrie entre les marées (0h45 en période d'étiage et 1h00 en période de crue) avec une différence d'amplitude de 0,4 m en période d'étiage. La dominance du flot sur le jusant s'expliquant par la géométrie de contrainte de l'estuaire. Ce travail de reconstruction du niveau de la mer à l'estuaire du Wouri par une collectes et numérisation des enregistrements existant encore en format papiers va permettre d'obtenir une série d'observation du niveau de la mer débutant à partir de 1939. Ceci afin d'améliorer les connaissances sur l'évolution long terme du niveau de la mer, information encore rare à l'échelle de l'Afrique de l'Ouest.

 

Méthodologie

Inventaire, données marées

Les données ont été retrouvées dans les archives du Shom (vert ou noir), et dans les archives du Service Hydrographique du Port Autonome de Douala (rouge). Le PAD dans le cadre de ces activités de navigation a installé quatre stations d'enregistrement marégraphiques (SM1, SM2, SM3, SM4). De ces quatre stations d'enregistrements, trois ont été fonctionnels et seront utilisées dans le cadre de ce travail. Les marégrammes papiers de ces stations d'enregistrements seront numérisé grâce au logiciel NUNIEAU et les registres papiers manuellement. (Fig. 2).

Figure 2. Inventaire des données de hauteur d'eau historiques de l'estuaire du Wouri (Cameroun)

Figure 2. Inventaire des données de hauteur d'eau historiques de l'estuaire du Wouri (Cameroun)

 

Les données ont été retrouvées dans les archives du Shom (vert ou noir), et dans les archives du Service Hydrographique du Port Autonome de Douala (rouge). Le PAD dans le cadre de ces activités de navigation a installé quatre stations d'enregistrement marégraphiques (SM1, SM2, SM3, SM4). De ces quatre stations d'enregistrements, trois ont été fonctionnels et seront utilisées dans le cadre de ce travail. Les marégrammes papiers de ces stations d'enregistrements seront numérisé grâce au logiciel NUNIEAU et les registres papiers manuellement.

 

Numérisation des données marées

Après récupération du signal de marée numérique, une dernière phase de contrôle est à réaliser (Fig. 3) :

  • 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.

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.

 

Inventaire, données 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 le début du 20ème siècle à l'estuaire du Wouri (Cameroun)

Figure 4. Inventaire des minutes bathymétriques disponibles au Shom depuis le début du 20ème siècle à l'estuaire du Wouri (Cameroun)

 

Après cette phase d'inventaire, il faut réaliser la numérisation et le traitement des minutes bathymétriques dont les différentes étapes sont présentées dans les Figures 5 et 6.

 

Numérisation des données bathymétriques

 

Figure 5. Schéma représentant les étapes de numérisation et de traitement des minutes bathymétriques. Cliquer sur la photo pour l'agrandir

Figure 5. Schéma représentant les étapes de numérisation et de traitement des archives cartographiques

 

Figure 5. Modèle DSAS d'analyse du trait de côte (Theiler et al 2005)

Figure 6. Modèle DSAS d'analyse du trait de côte

 

A partir des profils transversaux/longitudinaux, des cartes différentielles, et des calculs volumiques réalisés, nous pourrons quantifier l'évolution des fonds de l'estuaire au cours du temps, évaluer les impacts de la dynamique sédimentaire et enfin suivre l'évolution du trait de côte dans le littoral estuarien camerounais…

 

Modélisation hydro-sédimentaire

En milieu estuarien, les mécanismes et processus majeurs à l'origine de maxima de turbidité et influant sur la dynamique sédimentaire sont nombreux (aspects morphologiques, asymétrie de l'onde de marée, circulation résiduelle de densité, etc.). Les modèles mathématiques sont ainsi nécessaires pour identifier l'influence respective de ces mécanismes sur le piégeage et/ou le transport des sédiments. Pour la présente étude, c'est le module TELEMAC 3D qui est mis en œuvre (http://docs.opentelemac.org/).

 

Résultats

  • Inventaire des archives marégraphiques
  • Inventaire, digitalisation, et contrôle des documents archives bathymétriques
  • Analyse long terme de l'évolution côtière de l'estuaire du Wouri

 

Perspectives

Ce travail de thèse s'inscrivant dans le projet de recherche JEAI-RELIFOME va permettre d'ouvrir de nombreuses perspectives comme :

  • Acquisition d'une base de données pour informations sur les changements du niveau de la mer long terme
  • Acquisition de données hydrosédimentaires dans l'estuaire
  • Modélisation du comportement des masses d'eau et des sédiments fins

 

Pour en savoir plus

 

Références

 

Mise à jour le 06/04/2022
E-mail : refmar@shom.fr