Principe de fonctionnement des marégraphes à capteur de pression

Les marégraphes à capteur de pression sont destinés à mesurer la pression de l'eau au dessus du capteur. Qu'il soit de type pneumatique, à jauge de contrainte mécanique, ou à cristaux de quartz, ils fonctionnement sans puits de tranquillisation. De plus, lors de leur déploiement, ils doivent être immergés à une profondeur suffisante pour ne pas qu'il se retrouver à découvert lors des plus basses mer d'équinoxes. Placés au fond de l'eau, ils mesurent la pression environnante. Cette pression est caractéristique de la hauteur de la colonne d'eau et de la pression atmosphérique en surface. La connaissance de la pression atmosphérique et de la densité de l'eau est indispensable pour obtenir les hauteurs d'eau.

 

Marégraphe à jauge de contrainte et à quartz Suber mis à l'eau depuis le BHO Beautemps-Beaupré - Golfe Persique (Crédits SHOM, 2004). Cliquer sur l'image pour l'agrandir

 

Un peu de physique

Considérons le capteur de pression posé sur le fond de la mer.

Soit :

  • H : la profondeur du lieu de la mesure (immersion moyenne du capteur),
  • h(t) : la variation du niveau marin, fonction du temps t et de la moyenne nulle h(t) = 0
  • p(t) la pression mesurée par le capteur
  • Pa (t) : la pression atmosphérique au niveau de la mer,
  • : la masse volumique moyenne de l'eau de mer (fonction de la température, de la salinité, de l'effet de la pression étant négligé pour les immersions inférieures à quelques centaines de mètre) sur la hauteur H + h(t),
  • G : l'accélération de la pesanteur.

 

La pression donnée par le capteur est ainsi égale à la somme de la pression atmosphérique et de la pression hydrostatique, soit :

La hauteur d'eau au-dessus du capteur de fond est donc :

Certains appareils mesurent directement la pression différentielle p(t) – pa (t) qui est égale à la pression hydrostatique de la colonne d'eau. Mais il faut alors que la mesure de la pression atmosphérique doit disponible au niveau du capteur différentiel par l'intermédiaire d'une prise d'air, ce qui est difficilement réalisable lorsque l'appareil est immergé loin du rivage. Par ailleurs, dans certaines applications, notamment dans le domaine de l'océanographie physique, c'est la pression p(t) qui constitue la donnée utile. Ainsi, l'étude des fluctuations du niveau de la mer h(t) au large à partir de la mesure de la pression au fond p(t) implique la connaissance des trois paramètres :

  • g
  • pa (t)
  •          

En ce qui concerne l'accélarateur de la pesanteur g, elle varie avec la latitude L selon la formule (en m/s²)

 

g = 9.7803185 (1 + 0.005302357 sin²L – 0.0000059 sin² 2L) m/s²

 

De l'équateur au pole, son intensité augmente donc approximativement de 0.5%. Cela correspond, pour une même amplitude de variation de pression hydrostatique, à une diminution relative du marnage de 5mm/m ; Si l'on adopte une valeur de g correspondant à une latitude moyenne, l'erreur maximal possible est de 2.5mm/m de marnage. Cette erreur n'est pas négligeable. En particulier, elle se répercute intégralement sur la détermination de la profondeur H dont la détermination précise est à la base des études liées aux évolutions climatiques (sous réserve d'apporter les corrections induites par les éventuels mouvements tectoniques).

La masse volumique moyenne  de l'eau de mer est voisine de 1,028 . 103 kg/m3. Elle est fonction de la température, de la salinité et de la pression. En raisons des fortes pressions en jeu, il y a lieu de tenir compte de la compressibilité de l'eau de mer par très grandes profondeurs, mais l'effet de la pression sur p est négligeable dans les couches superficielles.

Les courbes de même salinité de figure, ont été tracées sans tenir compte de la compression adiabatique de l'eau de mer et en prenant pour valeur de la pesanteur g = 9.81 m/s². Ainsi, à titre d'exemple, une pression hydrostatique de 104 Pa pour une colonne d'eau à 4°C correspond à une hauteur de 101.94 cm d'eau douce (S = 0) et à 99.34 cm pour une eau de mer dont la salinité est égale à S = 37 , soit un écart de 2.6 cm. Rappelons que c'est ce même type d'erreur qui intervient aussi dans l'évaluation de la hauteur de la mer à partir de la mesure du niveau dans le puits de tranquillisation.

 

Pour en savoir plus

 

Référence

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

 

 

Dernière mise à jour : 12/12/2012