Reconstruction et analyse des hauteurs d'eau historiques mesurées à Socoa Saint-Jean-de-Luz depuis 1875

 

Contexte

La reconstruction des données historiques marégraphiques est important pour plusieurs sujets, par exemple la prévention de la submersion des zones costales ainsi que les études sur la montée du niveau de la mer. En plus, les données historiques peuvent améliorer les prédictions, car elles couvrent une longue durée de plusieurs dizaines ou centaines d’années. EZPONDA est un projet Européen, financé par le Fonds Européen de Développement Régional (FEDER). Ce projet (ezponda veut dire ‘falaise’ en langue basque) étudie les paramètres mécaniques et chimiques à l’origine de l’érosion et l’altération des falaises rocheuses et des ouvrages de défense de la côte basque.

Contributeurs financiers du programme EZPONDA - FEDER

Contributeurs financiers du programme EZPONDA - FEDER

Les objectifs du Shom dans le cadre de ce projet est de digitaliser, reconstituer et valider des données historiques mesurées par le marégraphe de Socoa (Saint-Jean-de-Luz) depuis 1875. Ce travail permet d’avoir un bon jeu de mesures de hauteur d'eau.

 

Le marégraphe de Socoa (Saint-Jean-de-Luz)

Le Service des Ponts et Chaussées de Bayonne, au compte du Service de la Marine de Rochefort, a construit un marégraphe à l’extrémité de la digue nord du port Socoa (St-Jean-de-Luz, Pays Basque) en 1874/1875 (figure 1). L’appareil installé dans le bâtiment au fond de la digue en face du fort de Socoa était un marégraphe à flotteur du frabriquant Borel. Cet appareil a mesuré le niveau de la mer pour le compte du Service hydrographique de la Marine (actuel Shom) jusqu’en 1920, époque à laquelle le Service a décidé d’arrêter les observations en France, (sauf Brest).

En 1950, un marégraphe à flotteur Brillie est déployé par le Service Maritime des Pont et Chaussées de Bayonne. Les mesures servent pour ce Service de l'Etat puis à la Direction Départementale de l’Equipement (DDE). Ce marégraphe à flotteur fonctionnera jusqu'en 2004, date de sont remplacement par un marégraphe côtier numérique (MCN) radar et son intégration dans le réseau marégraphique RONIM géré par le Shom.

Le zéro d’échelle marégraphique établi en 1875 par rapport du zéro de Bourdaloue était - 2,657 m (source : note du Comité du Nivellement général de la France sur les marégraphes françaises, daté le 3 décembre 1882 ; AD-64 - Pau - 4S art. 33). L'IGN a redéfinie le zéro de l’échelle à - 2,178 m par rapport au zéro NGF (source : correspondance du Pont & Chaussées à Bayonne au Service Hydrographique de la Marine à Paris, daté le 9 octobre 1968 ; Service Historique de la Défense de Brest - MB3W).

 

Figure 1 : Dessins du marégraphe du Socoa daté de 19 mars 1881 pour des travaux du marégraphe de Socoa : A) Le plan du marégraphe, B) Elévation transversale, et C) un coupe longitudinale. [Sources : 4 S art. 33 Ports et Transport Maritimes (bat. 1, niv. 4. 1/2. 63, tr. 5, ta. 4) AD 64 Pau avec l'aide de l'association Basque Itsas Begia]

Figure 1 : Dessins du marégraphe du Socoa daté de 19 mars 1881 pour des travaux du marégraphe de Socoa : A) Le plan du marégraphe, B) Elévation transversale, et C) un coupe longitudinale. [Sources : 4 S art. 33 Ports et Transport Maritimes (bat. 1, niv. 4. 1/2. 63, tr. 5, ta. 4) AD 64 - Pau avec l’aide de l'association Basque Itsas Begia]

 

Reconstruction de la série marégraphique de Socoa

La reconstruction d’une série de mesures marégraphiques ou la transformation des données marégraphiques en format papier au format numérique, est faite en quatre étapes : i) une recherche des archives et un inventaire de données, ii) les données en format papier sont scannées, iii) les hauteurs d’eau sont numérisées à partir des documents scannés et un contrôle est réalisé, et iv) les données numérisées sont mise en cohérence et validées.

 

Recherche et inventaire des données

Un inventaire des données de Socoa réalisé par N. Pouvreau (2008) a été enrichi. Des documents liés au marégraphe de Socoa ont été retrouvés aux archives du Shom, aux Archives Départementales de Pyrénées-Atlantiques (AD64) à Bayonne et à Pau, aux archives du Service Historique de la Défense (SHD) à Vincennes, à Rochefort et à Brest et aux Archives Nationales (AN) à Paris.

Il y a trois types de données :

  1. Les marégrammes (figure 2A) où les mesures de hauteurs d'eau sont directement inscrites sur un papier (le marégramme) fixé sur le tambour en rotation (temps) du marégraphe. Il est possible de relever une hauteur d’eau pour une heure donnée, grâce à la grille heure-hauteur de la feuille. Les marégrammes renferment moultes informations avec les mesures de marée. Des enregistrements réalisées durant la deuxième guerre mondiale (1942-1944) ont été retrouvés aux archives du Shom. Environ 50 ans d'enregistrement marégraphiques ont été localisés aux Archives Départementales des Pyrénées-Atlantiques (AD64). On y retrouve des marégrammes de la fin des années 1950 jusqu’en 2001. Ces derniers marégrammes sont accompagnés d'une feuille de controle donnant des informations sur le calage en temps (horloge, marégraphe et stylet) et le calage des hauteurs d’eau (échelle et stylet), de la mise en place et de l'enlèvement de chaque marégramme ainsi que des informations sur d'éventuels problèmes rencontrés.
  2. Les registres ou « tableaux » de marée (figure 2B). Ces documents sont disponibles pour les années 1875 à 1920 (~45 ans) aux archives de Shom. Une hauteur est relevée toutes les 15 ou 60 minutes du marégramme par un observateur et notée dans une registre avec les horaires et hauteurs des pleines et basses mers. On retrouve également, les observations météorologiques sont faites 6 fois par jour de 6h00 à 21h00, toutes les 3 heures.
  3. Les métadonnées composées par des documents liés aux mesures marégraphiques ou à l‘observatoire marégraphique. Ce type de documents se trouve principalement aux AD64, aux Archives Nationales et au SHD. Ces documents comprennent des informations sur le zéro hydrographique, le temps utilisé pour le marégraphe (temps solaire vrai, temps solaire moyen, temps civil, UTC, ...), la correspondance entres les acteurs de l’observatoire où leurs notes, des informations sur le calage du marégraphe, des éléments sur les travaux de l'observatoire, des photos, plans, aquarelles, etc.

Figure 2A. Marégramme de Socoa daté du 19 au 26 novembre 1956 (AD 64 )

Figure 2A. Marégramme de Socoa daté du 19 au 26 novembre 1956 (AD 64 - Bayonne - 2003W-06).

 

Figure 2B : Un registre de janvier 1880 (Archives Shom).

Figure 2B : Un registre de janvier 1880 (Archives Shom).

 

Pour les données présentées ci-dessus, les registres ainsi que les marégrammes des années 1950-1960 et 1997-1999 et 2001 (~ 17 ans) doivent être digitalisées (en rouge sur la frise chronologique ci-dessous) et à valider. Les hauteurs d’eau horaires pour les années 1942-1944 et 1963-1996 (~ 32 ans) ont déjà été digitalisées mais doivent être validées (en bleu).

Frise chronologique présentant le travail réalisé sur les observations de hauteur d'eau de Socoa (en rouge les mesures à vectoriser et à contrôler, en gris les mesures à contrôler)

Frise chronologique présentant le travail réalisé sur les observations de hauteur d'eau de Socoa (en rouge les mesures à vectoriser et à contrôler, en gris les mesures à contrôler)

 

La numérisation de la série de Socoa

Registres

Les hauteurs d’eau horaires notées sur les registres sont digitalisées sur un tableur (Excel) et un premier contrôle visuel est effectué automatiquement. Deux contrôles sont faites (figure 3) :

  • Les hauteurs d’eau sont visualisées en fonction du temps dans un graphique. Comme les cycles de marée sont "relativement cycliques", les erreurs  de frappes sont détectables plus facilement (erreur pour la transcription de la valeur des mètres ou du chiffre exprimant les décimètres)
  • Les données sont affectées automatiquement d'une couleur par le tableur suivant chaque hauteur d’eau saisie (en bleu = hauteur d'eau faible ; jaune = hauteur d'eau moyenne ; rouge = hauteur d'eau importante). Ce contrôle permet met en relief les cycles de marée et l’évolution des cycles de vives eaux et mortes eaux. Les erreurs de frappe ou les erreurs de lecture durant la saisie sont ainsi automatiquement mises en avant grâce au gradient de couleurs et permettent de les reprendre immédiatement afin de les corriger. Les erreurs de transcription des observateurs de l'époque et identifiées sur les registres (par ex. il s’est trompé du jour ou d’une mètre) sont consignées et une correction est apportée, lorsque cela est possible.

Figure 3 : Le tableau de saisie de registres avec les couleurs basées sur les hauteurs d'eau et un graph de control avec 2 erreurs indiquées par les cercles rouge et violet.

Figure 3 : Le tableau de saisie de registres avec les couleurs basées sur les hauteurs d’eau et un graph de control avec 2 erreurs indiquées par les cercles rouge et violet.

 

Maregrammes

La numérisation des marégrammes est effectuée à l'aide du logiciel NUNIEAU développé par le CEREMA. Ce logiciel récupére les mesures de hauteurs d'eau en fonction du temps en se basant sur la différence de couleur entre la courbe marégraphique (le signal) et le fond de marégramme (couleur de la feuille de papier et couleur du quadrillage lorsque ce dernier est présent) après avoir sélectionné manuellement le signal à extraire. Le logiciel ne peut pas toujours discriminer le signal du fond. Cette impossibilité est causée par une différence trop tenue entre la couleur de la courbe (le signal) et le support (la feuille de papier). Il faut alors utiliser l'outil de polyligne pour extraire ces signaux difficilement récupérables qui occasionne un surcoût en temps non négligeable en obligeant de sélectionner manuellement une enveloppe de sélection au plus près de la courbe.

 

L’état des marégrammes et leur façon de numérisation

Les marégrammes ne sont pas tous dans le même état de conservation et de lecture, malgré une relative bonne préservation aux archives. Quatre grands types de marégrammes sont identifiés en fonction de leur état pour les années sur lesquels nous effectuons le travail de digitalisation des données 1950-1963 et 1997-2001 (fig. 4).

  • Type 1 (figure 4a) : Les marégrammes sont dans un bon état et le signal est bien visible. Il est possible de bien discriminer le signal du fond. Le logiciel NUNIEAU vectorise le signal sans difficulté. Les marégrammes des années 1969-2001 sont de ce type.
  • Type 2 (figure 4b) : Les marégrammes sont dans un état moyen. La feuille est dans une bonne ou moyenne condition de conservation, mais le signal n’est pas très visible voire invisible. Souvent les pleines et basses mers et même parfois l'ensemble de la courbe, sont retracées par un crayon ou stylo. Ces marégrammes, qui comprennent une grande quantité des années à numériser (1950-1961 et partiellement 1962), doivent faire l'objet au préalable d'une retouche d'image à l'aide du logiciel d’édition et de retouche d’image GIMP, afin d'améliorer l’image et faire apparaitre les signaux pour être exploités par la suite à l'aide du logiciel NUNIEAU. Le traitement d'image sur le marégrammes permet ainsi de rendre visible les informations enregistrées (fig. 5) pour leur vectorisation. Sans ce traitement, il serait impossible de pouvoir accéder aux courbes et donc aux mesures de hauteur d'eau. Ce traitement d'images a permis de découvrir que la reprise des courbes au stylo n'a pas été parfaitement réalisée et qu'il existe des écarts notables avec les courbes d'origines.
  • Type 3 (figure 4c) : Les marégrammes sont dans un état moyen, car ils sont noircis. Néanmoins, le signal est (partiellement) récupérable par NUNIEAU. Certaines marégrammes des années 1962-1963 et 1964-1968 sont de ce type. 
  • Type 4 (figure 4d) : Les marégrammes sont dans un mauvais état et sont très noircis. Le signal est très difficile à identifier, même parfois invisible. On retrouve les marégrammes des années 1962-1963 et 1964-1970 (autres que les marégrammes de type 3).

 

Figure 4 : Exemple des quatre types de conservation des marégrammes de Socoa à traiter. a) Type 1 : le signal est bien visible (marégramme daté du 3 au 15 mai 2001 ; source AD64) ; b) Type 2 : signal est peu visible ou invisible et tracé par un crayon (marégramme daté du 28 oct. au 4 nov. 1957 ; source AD64) ; c) Type 3 : marégramme un peu noirci mais la plupart du signal est récupérable (marégramme daté du 29 oct. au 5 nov. 1963 ; source AD64) ; d) Type 4 : marégramme très noirci, les courbes ne sont pas complètement visibles et difficilement récupérables (marégramme daté du 25 nov. au 2 déc. 1963 ; source AD64)

Figure 4 : Exemple des quatre types de conservation des marégrammes de Socoa à traiter. a) Type 1 : le signal est bien visible (marégramme daté du 3 au 15 mai 2001 ; source AD64 - Bayonne - 2003W-50) ; b) Type 2 : signal est peu visible ou invisible et tracé par un crayon (marégramme daté du 28 oct. au 4 nov. 1957 ; source AD64 - Bayonne - 2003W-07) ; c) Type 3 : marégramme un peu noirci mais la plupart du signal est récupérable (marégramme daté du 29 oct. au 5 nov. 1963 ; source AD64 - Bayonne - 2003W-13) ; d) Type 4 : marégramme très noirci, les courbes ne sont pas complètement visibles et difficilement récupérables (marégramme daté du 25 nov. au 2 déc. 1963 ; source AD64 - Bayonne - 2003W-13).

 

Les marégrammes à valider (1964 à 1996) présentent plusieurs états : - Les marégrammes de 1964 à 1970 sont noircies, donc de types 3 ou 4. - Les marégrammes entre 1976 et 1996 sont dans un bon état, donc de type 1. Les marégrammes des autres années de cette période sont encore à vérifie, mais sont probablement également dans un bon état.

 

Figure 5 : Marégramme de type 2 traité à l'aide du logiciel d'édition et de retouche d'image GIMP. a) l'image originale (datée du 15 au 22 déc. 1970 ; AD64). Les signaux sont invisibles ; a) image modifiée après traitement. Les signaux deviennent visibles

Figure 5 : Marégramme de type 2 traité à l'aide du logiciel d'édition et de retouche d'image GIMP. a) l'image originale (datée du 7 au 15 octobre 1957 ; AD64 - Bayonne - 2003W-07). Les signaux sont invisibles ; a) image modifiée après traitement. Les signaux deviennent visibles

 

 

Pour en savoir plus

 

Références

 


Mise à jour le 19/06/2020
E-mail : refmar@shom.fr

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