Zéro hydrographique

Le zéro hydrographique est le niveau de référence commun aux cartes marine et aux annuaires de marée, à partir duquel sont comptées d'une part les profondeurs portées sur les cartes et d'autre part les hauteurs d'eau résultants des calculs de marées.

Informations complémentaires apportées à l'échelle de marée : zéro des sondes confondu avec le zéro de l'échelle des marées (Crédits SHOM, DMGS/IES, 2011) Cliquez sur l'image pour l'agrandir


Caractéristiques

Ce niveau présente deux caractéristiques fondamentales :

  • Il est défini en fonction de critères marégraphiques visant la meilleure sécurité possible pour la navigation : c'est une estimation du niveau des plus basses mers astronomiques possible, selon les recommandations de l'OHI (Organisation hydrographique internationale)
  • Il est coté dans un référentiel terrestre, soit (traditionnellement) par rapport à un repère matériel stable situé à proximité d'un marégraphe terrestre, soit (désormais) par rapport à une surface de référence, de manière à assurer sa conservation sur le long terme et à permettre ainsi d'utiliser avec cohérence des levés effectués à des époques différentes. Cette surface devra être rapportée à un système de référence internationale tel l'ITRF (International Terrestrial Reference Frame).

 

À proximité des stations marégraphiques côtières, ces deux problèmes sont résolus grâce à l'analyse des observations et à la possibilité de coter celles-ci par rapport à des repères implantés à proximité des marégraphes, repères eux-mêmes cotés dans des réseaux de nivellement terrestre.

Observatoire marégraphique de Fos-sur-Mer avec repères de nivellement (Crédits SHOM, DMGS/IES, avril 2010). Cliquez sur l'image pour l'agrandir

 

Le zéro hydrographique doit répondre aux critères de qualité requis pour tout référentiel, à savoir :

 


Précision du zéro hydrographique

La notion de précision comporte deux aspects :

  • Précision résultant de la conformité plus au ou moins bonne à la définition (plus basse mer) ;
  • Précision de la cotation dans un repère.

 

Precision du zéro hydrographique par rapport à la définition

La définition du zéro hydrographique comporte un côté arbitraire, qui permet une certaine liberté comme en témoigne la diversité des définitions encore en usage. Le fait d'adopter le niveau des plus basses mers est essentiellement une facilité permettant au navigateur de déterminer aisément à partir de quelle sonde portée sur la carte il est nécessaire de prendre en compte la marée, mais la précision de la détermination du zéro hydrographique par rapport au niveau des plus basses mers, n'est pas un critère fondamental : on pourra accepter que les sondes soient rapportées « approximativement » au niveau des plus basses mers, comme cela est d'ailleurs mentionné très souvent sur les cartes marines.

 

Précision de la cotation du zéro hydrographique dans un repère

Le deuxième aspect de la notion de précision est relatif au repérage du zéro hydrographique. Une fois adopté, il doit en effet être côté dans un repère stable et accessible. Cette opération est très importante, car le zéro hydrographique devant acquérir le statut de référence verticale, sa qualité principale doit être la stabilité. Pour les observatoires côtiers, la cotation par rapport aux repère doit être effectuée avec le plus grand soin, afin qu'elle ne soit pas à la merci d'une remise en cause par des opérations de nivellement successives. Une précision de l'ordre du millimètre doit être recherchée. Cette précision est évidemment inutile pour la navigation maritime, mais elle est fondamentale pour évaluer la stabilité des repères et pour certaines études relatives notamment à l'évolution du niveau des mers.

 

 

Accessibilité du zéro hydrographique

Accessibilité de la référence verticale grâce à la méthode traditionnelle

Au cours des sondages hydrographiques réalisés de manière classiques, les deux surfaces directement accessibles sont la surface et le fond. Le fond peut être utilisé, mais très marginalement pour retrouver la cote du zéro hydrographique à proximité d'un marégraphe dont les repères de nivellement ont disparu. En pratique, pour les levés traditionnels, la seule référence accessible est la surface, qui présente évidemment l'inconvénient de ne pas être stable, ce qui ne peut lui conférer qu'un statut de référence provisoire.

La procédure utilisée classiquement est fondée sur la méthode des concordances qui modélise la correspondance entre les marées de deux points voisins par des régressions linéaires. Elle peut être également comprise comme un nivellement géométrique effectué par l'intermédiaire du niveau de la mer afin de rapporter les hauteurs d'eau aux seuls repères connus qui sont généralement implantés sur la côte à proximité des marégraphes. Il s'agit en fait de situer le zéro hydrographique par rapport à la surface de la mer, à l'endroit et à l'instant de la mesure, à l'aide des constantes harmoniques issues d'un modèle de marée et du décalage supposé constant dans l'espace entre le niveau moyen nominal et le niveau moyen instantané.

 

Accessibilité du zéro hydrographique grâce aux techniques spatiales

Les techniques spatiales apportent une solution différente au problème d'accessibilité du zéro hydrographique pour la réduction des sondes par exemple.

 

Repère terrestre

En premier lieu, il est possible de coter précisément le fond de la mer dans un repère terrestre sans passer par l'intermédiaire du niveau de la mer et donc sans modèle de marée du milieu liquide. C'est donc une cotation absolue et pérenne, et c'est l'un des grands avantages de ces techniques. Il n'est pas possible aujourd'hui d'effectuer cette cotation en temps réel dans un repère mondial (ITRS par exemple), mais il possible au voisinage d'une station de références terrestre et de se placer avec précision par rapport à cette station de référence.

Pour être précis, il faut aussi tenir compte des mouvements du socle, qu'on peut considérer comme identique dans une zone de quelques dizaine de kilomètres pour la marée terrestre, mais pas pour les flexions du socle provoquées par la surcharge océanique, où l'on a déjà observé des gradients de l'ordre du cm pour 10 km3. Contrairement à la méthode traditionnelle où le modèle de marée (calé sur des observations à la côte et en mers qui englobent à la fois des mouvement de la surface marine et de ceux du fond) compense aussi les mouvements du socle, la méthode spatiale, même dans certaines zones limitées, doit tenir compte de ceux-ci pour conserver la précision.

 

Surface moyenne océanique

Il est également possible de positionner précisément dans un repère géodésique (ellipsoïde) la surface moyenne océanique (SMO)  obtenue par altimétrie.Topex-Poséidon et les satellites Jasons ont déjà permis d'obtenir des résultats satisfaisants. La précision se dégrade près des côtes du fait de la faible résolution (10km) et de la prise en compte inopportune de portions de terre dans les calculs ; mais il est possible d'y remédier en tirant parti des observations de marée effectuées à la côte et de leur rattachement à un système géodésiques précis. Comme pour la méthode traditionnelle, la détermination du zéro hydrographique doit se faire également, dans les référentiels actuels qui restent locaux (zones de marée), par l'intermédiaire du niveau moyen nominal. Elle consiste à corriger la SMO des écarts entre le niveau moyen calculé au marégraphe de référence pendant la période de mesures altimétriques et le niveau moyen nominal et à appliquer les résultats de la modélisation de la marée pour positionner le zéro hydrographique en tout point de la zone de marée. Connaissant la cote ellipsoïdale de la SMO, on en déduit la cote ellipsoïdale du zéro hydrographique. La référence fondamentale est toujours le zéro hydrographique au port de référence.

 

 

Stabilité du zéro hydrographique

La notion de stabilité d'un repère, nécessite la réponse à la question suivante : stabilité par rapport à quoi ? Cela dépend généralement du problème à résoudre : pour la marégraphie, le critère de stabilité est tel que les valeurs de hauteur d'eau ne puissent pas être remises en cause par des réalisations successives de la référence. Cela concerne notamment la stabilité der repère matériels dont la cote par rapport au zéro hydrographique est déterminer avec précision.

Une excellente précision dans le positionnement du niveau des plus basses mers n'est pas requise, mais une fois fixée, la cote du zéro hydrographique définit celui-ci très précisément et, sauf accident exceptionnel, définitivement, indépendamment d'une détermination ultérieure éventuellement plus précise du niveau des plus basses mers

 

Accessibilité du zéro hydrographique par méthodes traditionnelles

Le niveau moyen nominal a acquis, au cours des procédures de positionnement du zéro hydrographique selon les techniques traditionnelles, le statut de référence verticale. Son accessibilité au large est assurée par l'intermédiaire d'un modèle qui permet de calculer sa cote par rapport à la surface libre au lieu et à l'instant du sondage.

 

Stabilité pour la réduction des sondages

La question de la stabilité du niveau moyen nominal choisi comme référence verticale, ne se pose pas en termes de précision de sa cotation par rapport à la surface libre (qui se traduit en fait par une incertitude sur les sondes réduites), mais en termes de pertinence du choix de cette surface de référence pour résoudre le problème de réduction des sondages. Pour les observatoires côtiers, la référence verticale est matérialisée par les repères du marégraphe. Ce chois est pertinent car leurs mouvements verticaux éventuels devraient être proches de ceux affectant les zones côtières voisines. C'est le cas également pour le niveau moyen nominal, dont la cote par rapport à des repères côtiers est fixe.

En raison des procédures de réduction, les mouvements verticaux éventuels du marégraphe ont une incidence sur la stabilité de la référence verticale pour les points éloignés où les mouvements verticaux du socle terrestre peuvent ne pas être identiques à ceux du marégraphe. Ce problème ne peut être résolu correctement que par la prise en compte du positionnement géodésique de marégraphes côtiers entourant la zone de sondage et par la modélisation des éventuels mouvements, au large comme à terre. Enfin, dans l'utilisation des marégraphes immergés, une difficulté autre relative à la stabilité provient d'une possible évolution lente, non décelée pendant la période des mesures, de la pente moyenne du plan d'eau entre la zone du sondage et le port de référence. Les systèmes de modélisation côtière des effets (couplés) météorologiques et océanographiques devraient permettre de quantifier cette pente.

 

Stabilité pour la prédiction de la marée

Le but final est le besoin du navigateur qui n'a le plus souvent à sa disposition qu'une prédiction de marée rapportée au niveau moyen nominal et non au niveau moyen instantané. La « correction de baromètre inverse » préconisée dans les annuaires des marées permet d'améliorer la précision, mais il serait préférable de disposer de la valeur de δh (écart entre le niveau moyen instantané et le niveau moyen nominal) mesurée au marégraphe, ce que pratiquent les services de pilotages de certains ports.

 

Accéssibilité du zéro hydrographique grâce aux techniques spatiales

Les critères de stabilités et de précision amènent à préférer l'ITRS au WGS 84 pour les références issues des techniques spatiales. Pour positionner le zéro hydrographique, il est encore nécessaire de recourir à un niveau moyen nominal, local et étendu par l'intermédiaire de la Surface Moyenne Océanique (SMO), translatée pour s'ajuster au niveau moyen nominal au port de référence) tant que les zones de marée actuelles seront en vigueur, SMO (établie sur une longue période « bien choisie ») lorsque l'on évoluera vers un zéro hydrographique continu généralisé. Mais le niveau moyen nominal perd alors son statut de référence, car après qu'on l'aura utilisé pour situer dans le repère « ellipsoïdal » le niveau des plus basses mers, celui-ci acquiert le statut de zéro hydrographique dont la cote ellipsoïdale peut être fixée définitivement, ce qui résout le problème de la stabilité de la référence. Mais la question de la pertinence du choix de la référence ellipsoïdale se pose, car à la différence du niveau moyen nominal, qui s'appuie sur les repères côtiers, l'ellipsoïde est indépendant des mouvements verticaux des repères terrestres qui, s'ils existent, peuvent induire des variations des valeurs des sondes. L'utilisation de cette technique doit s'accompagner, si nécessaire, d'une surveillance géodésique des mouvement verticaux des repères des marégraphes proches (qui doit être prise en compte dans les diverses relations de l'ITRS) et de la modélisation des mouvements du socle.

 

Pour en savoir plus

 

Référence

  • Simon B. (2007). La Marée - La marée océanique et côtière. Edition Institut océanographique, 434pp.

 

Dernière mise à jour de la page : 12/12/2012