La mesure du niveau de la mer par bouées GPS : l'expérience multi-capteurs de l'île d'Aix
Une expérience multi-capteurs s'est déroulée à l'île d'Aix les 27 et 28 Mars 2012. Lors de cette expérience organisée par le LIENSs, trois organismes (CNRS/INSU, IPGP et SHOM) ont déployé leur bouée équipée d'une antenne GPS, conçue pour mesurer le niveau de la mer. Les hauteurs d'eau obtenues avec les bouées ont été comparées avec celles fournies par le marégraphe permanent RONIM (LIENSs, SHOM, CG17, commune Île d'Aix) installé sur l'île afin d'évaluer leur précision. Les premiers résultats montrent une bonne correspondance entre les données de niveau de la mer fournies par ces deux types d'instruments.
Déploiement des 3 bouées GPS lors de la campagne multi-appareils organisée par LIENSs à l'observatoire marégraphique RONIM de l'île d'Aix. Au premier plan : le marégraphe RONIM ; en arrière-plan et de gauche à droite : la bouée GNSS du SHOM, la bouée GPS de l'IPGP, la bouée GPS du LEGOS/DT-INSU et le fort Boyard (Crédits SHOM, S. Enet, mars 2012). Cliquer sur la photo pour l'agrandir.
Présentation de la zone d'intercomparaion
Les 27 et 28 Mars 2012, trois prototypes de bouées GPS ont été déployées à l'île d'Aix (Charente-Maritime), aux abords de la jetée Barbotin, dans une zone relativement abritée à 10 mètres de profondeur à proximité du marégraphe permanent et d'une échelle de marée afin d'étudier la précision de ce type de capteur pour la mesure du niveau de la mer.
L'île d'Aix, un observatoire du niveau de la mer équipée d'un marégraphe radar, d'une station météorologique et d'une station GPS permanente. Tracé des trajectoires des bouées GPS (photos source Géoportail, 2013 modifié). Cliquer sur la figure pour l'agrandir
Présentation des bouées GPS et des autres appareils
Les trois bouées munies d'une antenne GPS utilisées lors de l'expérience ont été développées indépendamment par : le CNRS/INSU (Institut national des sciences de l'Univers du Centre national de la recherche scientifique, l'IPGP (Institut de Physique du Globe de Paris) et le SHOM (Service hydrographique et océanographique de la marine).
Présentation des trois bouées GPS avec de gauche à droite : la bouée SHOM, la bouée du CNRS/INSU et la bouée de l'IPGP. Cliquer sur la photo pour l'agrandir
A proximité de la zone de déploiement se trouve l'observatoire marégraphique permanent comprenant un marégraphe radar RONIM (LIENSs, SHOM, CG17, commune Île d'Aix) transmettant en temps réel les mesures du niveau de la mer et une échelle de marée. A noter également que le 28 Mars, les hauteurs d'eau ont également été mesurées manuellement sur un cycle de marée à l'aide de l'échelle de marée et avec une sonde lumineuse. D'autres mesures complémentaires (non exploitées par la suite) ont été réalisées comprenant des mesures gravimétriques, courantométriques et de nivellement.
Traitement des données
Les données des bouées GPS ont été traitées en mode différentiel par rapport à la station de référence ILDX du Réseau GNSS Permanent (RGP) de l'IGN. Premièrement, les données de la station de référence ont été traitées en mode statique en utilisant le logiciel GAMIT/GLOBK du MIT (Herring et al., 2006) et d'autre part, la position des bouées a été estimée par rapport à cette station de référence en utilisant le logiciel TRACK de la suite logicielle GAMIT/GLOBK. Les traitements ont été effectués en utilisant les orbites précises du Service International GNSS (IGS) et en appliquant un angle de coupure de 10°. Lors des traitements les deux fréquences L1 et L2 ont été utilisées séparément, ce qui offre de meilleurs résultats pour les lignes de base courtes par rapport à l'utilisation de la combinaison linéaire iono-free. Le traitement en mode différentiel suppose que la ionosphère et de la troposphère sont identiques entre la station de référence à terre et les bouées.
Différences entre la hauteur du niveau marin mesurée par les bouées et le marégraphe radar. La hauteur ellipsoïdale du niveau de la mer mesurée par le radar est représenté par la ligne noire avec l'axe des ordonnées à droite - Cliquer sur la figure pour l'agrandir
Des technologies différentes observant le niveau de la mer mais une même hauteur obtenue aux incertitudes près
Le test de Van de Casteele est utilisé pour évaluer la performance d'un marégraphe (COI , 1985 ; Martin Miguez et al., 2008). Il implique la mesure simultanée des hauteurs d'eau à la fois par le marégraphe en cours de calibration et par le capteur utilisé comme référence. Les différences entre les deux mesures sont calculées (ΔHe) et reportées dans l'axe X alors que la hauteur ellipsoïdale du niveau de la mer (He) est tracée dans l'axe Y. En supposant que le capteur de référence fournit des données précises, une ligne verticale centrée à zéro indiquerait que le marégraphe testé fournit également de bonnes données. Dans notre cas, les mesures visuelles prises à l'échelle de marée le 28 Mars ont été utilisées comme référence. Quoique rudimentaire, ce type de mesures visuelles prises par des opérateurs expérimentés dans des conditions de mer calme peut s'avérer très fiable.
Résultats du test de Van de Casteele pour les trois bouées GPS en utilisant le marégraphe radar comme une référence - Cliquer sur la figure pour l'agrandir
Après avoir vérifié la bonne qualité des mesures du marégraphe radar, celui-ci est utilisé comme référence pour évaluer la précision des mesures des bouées GPS. Plusieurs facteurs peuvent expliquer les différences de hauteur mesurées par les bouées GPS visibles sur les deux figures ci-dessus (André et al., 2013) :
- l'erreur de nivellement de la hauteur de l'antenne par rapport à la surface de l'eau,
- l'inclinaison de la bouée IPGP à marée basse,
- des différences de topographie dynamique locale en raison du vent et les courants.
En dépit de ces différences, l'ensemble des résultats montrent que les trois bouées donnent des mesures du niveau de la mer comparables à celles du marégraphe radar.
et après ?
Ces premiers résultats encourageants, obtenus au cours de cette expérience ouvrent de nouvelles perspectives passionnantes :
- Au-delà de la marée : les séries temporelles à 1 Hz seront étudiées afin d'évaluer la capacité des bouées pour la mesure d'autres phénomènes compris dans la gamme de fréquence supra-tidal comme les seiches ou des vagues.
- Traitement PPP : les données GPS seront traitées en mode PPP (Precise Point Positioning). Cette méthode moins précise que le mode différentiel pour de courtes lignes de base s'avère cependant d'une efficacité redoutable lorsque la bouée se situe loin d'une station de référence. Ainsi, si ce type de traitement fournit des résultats probants, l'utilisation de ce type de bouées ne serait alors plus limitée aux zones côtières.
Références
- André G, Martín Míguez B, Ballu V, Testut L, Wöppelmann G, 2013. Measuring sea-level with GPS-equipped buoys: A multi-instruments experiment at Aix Island. International Hydrographic Review, 27-38.
- Herring TA, King RW, McClusky SC, 2006. GAMIT: Reference Manual Version 10.34. Internal Memorandum, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge
- IOC, 1985. Manual on sea-level measurement and interpretation. Volume I: Basic procedures. Intergovernmental Oceanographic Commission, Manuals & Guides No 14, 84 pp. (fr)
- Martín Míguez B, Le Roy R, Wöppelmann G, 2008. The use of radar tide gauges to measure the sea level along the French coast. Journal of Coastal Research, 24, 4C, 61-68.
Pour en savoir plus
- Page instrumentation REFMAR : "Marégraphie par Bouée GNSS"
- Page application REFMAR "Les références de hauteur"
- Page REFMAR du marégraphe de l'île d'Aix
- Réseau de marégraphes RONIM
- Poster "Measuring sea level with GPS-equipped buoys: a multi-instruments experiment at Aix island" présenté à l'occasion du Workshop célébrant le 80ème anniversaire du PSMSL en 2013
- Poster "Measuring sea level with GPS‐equipped buoys: a multicomparison experiment at Aix island" présenté aux Journées REFMAR 2013
- 2019
- 2017
- 2016
- 2015
- 2014
- 2014_T4
- 2014_T3
- 2014_T2
- 2014_T1
- Rapport sur la caractérisation d'événements de tempêtes de l'automne-hiver 2013-2014 à partir des mesures marégraphiques
- Colloque - débat : réduire les risques littoraux et s'adapter au changement climatique La Rochelle 2-4 avril 2014
- Installation d'un nouveau marégraphe permanent à Makemo - Polynésie française
- tempete Ulla et incidence sur le niveau de la mer
- Bilan des grandes marées et des effets de la dépression les 1 et 2 février et incidence sur le niveau de la mer
- Annuaires des marées 2015 et SHOMAR édition 2014-2015 disponibles
- la mesure du niveau de la mer par bouées GPS : l'expérience multi-appareils de l'île d'Aix
- coefficients des grandes marées 2014 calculées pour Brest
- egu 2014 sessions scientifiques s'appuyant sur les observations marégraphiques
- Comparaison des effets de la depression de ce début d'année sur le niveau marin avec d'autres évènements extrêmes
- Compte rendu d'activité 2013 du GRGS
- Tempêtes de début d'année et incidence sur le niveau de la mer de l'ouest de la France
- Cyclone Bejisa et incidence sur le niveau de la mer à l'île de la Réunion
- 2013
- 2013_T4
- SHOM Bathyelli : le produit du zéro hydrographique référencé à l'ellipsoïde sur data.shom.fr
- Offre de formation à l'information géographique maritime et littorale
- Tempête Xaver et incidence sur le niveau de la mer à Dunkerque Calais et Boulogne-sur-Mer
- Document sur l'Analyse statistique des niveaux d'eau extrêmes - Environnements maritime et estuarien
- Offre de stage : surfaces de références verticales marines. Analyse à partir de l'altimétrie spatiale et des données marégraphiques
- Retour sur le workshop du PSMSL organisé en marge de la session des experts GLOSS
- Journées nationales génie côtier génie civil JNGCGC juillet 2014 Dunkerque
- Offre de stage : Caractérisation des seiches portuaires le long du littoral français
- Bilan du XIe groupe intergouvernemental de coordination pour la mise en place de l'alerte aux tsunamis en Méditerranée et Atlantique Nord-Est
- Bilan français de la 13ème session GLOSS et 80ème anniversaire du PSMSL
- Ouvage de référence sur la théorie et la pratique de la marée (version française et anglaise)
- Courants de surface : questionnaire d'évaluation des besoins des utilisateurs proposé par l'OHI
- nouvelle édition du produit RAM 2013 SHOM
- 13ème session groupe experts GLOSS et 80ème anniversaire PSMSL
- Vidéos en ligne changement climatique et niveau de la mer ; Vulnérabilité côtière et enjeux sociétaux
- 2013_T3
- 2013_T2
- Journées REFMAR 2013 : Merci aux 134 participants
- Reconstruction du niveau moyen de la mer au port de Brest présentée aux Journées REFMAR 2013
- nouveau marégraphe RONIM à Port-la-Nouvelle
- Rapport annuel d'activité 2012 REFMAR
- Nouvelle fiche technique REFMAR Description d'une fiche d'observatoire de marée FOM
- 2013_T1
- Compte rendu d'activité 2012 du GRGS
- DREAL Languedoc Roussillon : producteur d'observations marégraphiques et nouveau partenaire de REFMAR
- coefficients de marée 2013
- Statistiques 2012 des niveaux marins extrêmes des côtes de France (Manche et Atlantique)
- Colloque coastal dynamics 2013
- Observations marégraphiques du tsunami généré par le séisme au large des îles Salomon le 06 février 2013
- Colloque Hausse du niveau de la mer et risques côtiers - ANR CECILE
- Annonce 14eme Congres Francais de Sedimentologie
- Plan de mise en oeuvre 2012 du programme GLOSS
- Offre d'emploi docteur ou ingénieur chargé d'étude en reconstruction et analyse d'une série historique du niveau de la mer
- EGU 2013 sessions scientifiques s'appuyant sur les observations marégraphiques
- Offre stage estimation de l'évolution du niveau moyen de la mer à partir des mesures marégraphiques
- Colloque Evénements extrêmes d’inondation SHF
- 2013_T4
- 2012
- 2012_T4
- 2012_T3
- Un grand pas pour le système d’alerte aux tsunamis dans l’Atlantique du Nord-Est et la Méditerranée
- Bilan de la 9ème réunion du groupe intergouvernemental de coordination sur l'alerte aux tsunamis en Atlantique Nord-Est et Méditerranée
- Conférence internationale sur la numérisation et la préservation des archives analogiques dont archives marégraphiques
- Observation d’un météo-tsunami le 27 juillet 2012 en Méditerranée Occidentale
- Exposés scientifiques sur les variations du niveau de la mer
- Prédictions de marées disponibles sous Android
- le président de la république au stand marégraphie lors des tonnerres de Brest
- la marégraphie présente aux Tonnerres de Brest 2012
- Rapport annuel d'activité 2011 REFMAR
- CENALT CENtre d’Alerte aux Tsunamis
- 2012_T2
- évolution des composantes du niveau marin en charente maritime : thèse en ligne
- Coordonner l'alerte aux tsunamis dans les Petites Antilles (Source DEAL Guadeloupe)
- XIIème Journées Nationales Génie Côtier Génie Civil à Cherbourg
- Déploiement d'un nouvel observatoire marégraphique à l'île Saint-Pierre (Iles Saint-Pierre-et-Miquelon)
- Déploiement d'un nouvel observatoire marégraphique à Maré en Nouvelle-Calédonie (Îles Loyauté - Maré)
- 9ème édition des journées scientifiques et techniques du CETMEF
- Les pompages en eau douce, responsable d'une partie de la hausse du niveau des mers
- Programme de recherche japonais sur des radars à tsunamis
- 7ème réunion sur le système d'alerte aux tsunamis en Caraïbe
- Incidences des séismes survenus au large de Sumatra, le 11 avril 2012, sur les mesures du niveau de la mer
- Installation d'un nouveau marégraphe à Port Ferréol (Les Issambres)
- Une remontée exceptionnelle du niveau des mers dévoilée
- 2012_T1
- Parution du tome 3 de la série le climat de la france au 21eme siècle Evolution du niveau de la mer
- Action d'inventaire des données du niveau de la mer en Corse
- EGU 2012
- Evolution des composantes du niveau marin en charente-maritime : soutenance de thèse
- Nouveau portlet REFMAR : le puits de tranquillisation
- Variations du niveau de la mer le long des îles du Pacifique tropical Ouest
- Rapport d'activité quinquennal du GRGS 2007-2011
- Demi-journée scientifique organisée par le CNFGG portant sur les variations du niveau de la mer - 6 mars - Paris
- 34es journées de l'hydraulique portant sur les événements extrêmes fluviaux et maritimes - 1 et 2 février - Paris
- Assises nationales des risques naturels 2012 - 19 et 20 janvier - Bordeaux
- Journée d'échange sur les données marégraphiques en France dans le cadre du projet CRATANEM
- Action d'inventaire des données historiques du niveau de la mer sous format papier
- EGU 2012
- Coefficients de marée 2012
- Incidence du passage de la dépression Andréa sur le niveau de la mer en France (5-6/01/2012)
- 2011
- 2011_T4
- Edition 2011 - Produit RAM | REFMAR
- Compte rendu du GIC/SATANEM à Santander, Espagne - 22-24/11/2011
- Bilan français de la 12ème session du Groupe d'experts et workshops associés de GLOSS
- Les observations du niveau de la mer : un rouage majeur dans la mise en place de la vigilance vagues-submersion
- 12ème session du Groupe d'experts et workshops associés de GLOSS [7-11/11/2011]
- XIIèmes journées nationales Génie Côtier - Génie Civil à Cherbourg
- Numéro spécial des annales hydrographiques consacré à l'observation et à l'étude du niveau de la mer
- Subsidence lente de l'île de Tahiti détectée en utilisant notamment des données marégraphiques
- 2011_T3
- Janvier 2012 : Première édition des Assises nationales des risques naturels
- Le niveau de la mer : mesure phare du plan français d'adaptation au changement climatique
- Conférence : Faut-il craindre une montée du niveau de la mer ?
- Observation par les marégraphes français du meteotsunami du 27 juin en Cornouailles
- Installation d'un nouveau maregraphe en Nouvelle Calédonie sur l'île de Lifou
- 2011_T2
- Grandes basses mers du lundi 21 mars 2011
- Marée basse sur les plages de la côte Ouest de La Réunion
- Installation de deux marégraphes en Nouvelle-Calédonie
- Centenaire de la SHF Evenement fluviaux extrèmes et maritimes
- Installation de nouveaux marégraphes à l'île Rousse et à La Figueirette Théoule-sur-Mer
- IAPSO Commission on Mean Sea Level
- Controle des marégraphe de l'observatoire de marseille
- Colloque vulnérabilité des écosystèmes côtiers
- Conférence sur l'océanographie côtière operationnelle
- 2011_T1
- Modernisation du marégraphe de Port-Tudy (Ile de Groix)
- Installation d'un nouveau observatoire marégraphique sur l'île d'Aix
- Observations du tsunami trans-Pacifique du 11 mars 2011 par les marégraphes de Polynésie Française et de Nouvelle-Calédonie.
- Seiche dans le port de Royan durant la nuit du 15 au 16 février 2011
- Les multiples facettes du changement climatique (SMF)
- EGU 2011
- Recueil des actes de colloques des Journées Impacts du Changement Climatique sur les Risques Côtiers organisé par le BRGM en novembre 2010.
- Sortie du nouveau SHOMAR - prédictions de marées
- Article relatif à l'observation du niveau de la mer à l'île Saint-Paul (Océan Indien austral)
- Réseau de marégraphes dans le Pacifique
- 2011_T4
- 2010
- Installation d'un nouveau marégraphe à Monaco
- Installation de deux nouveaux marégraphes en Corse à Centuri et Solenzara
- 4ème Workshop sur l'altimétrie côtière Meeting OST-ST Altimétrie des océans et hydrologie
- journees impacts des changements climatiques sur les risques cotiers
- Les littoraux à l'heure du changement climatique
- Projet de plan de prévention des submersions marines et des crues rapides
- Installation d'un marégraphe RONIM à Fos-sur-Mer
- Coordination nationale de l'observation du niveau de la mer
- Installation d'un marégraphe à Toamasina
- Hauteurs d'eau observées par le SHOM lors du passage de la tempête Xynthia
- 2009
- 2008
- Installation d'un marégraphe à Mayotte pour le système d'alerte aux tsunamis dans l'Océan Indien
- Le SHOM participera à la mise en place d'un système d'alerte aux tsunamis
- Le Marégraphe de Brest : 300 ans d'observations
- Numérisation de marégrammes par NUNIEAU
- maregraphes radar en france et controle des performances des maregraphes
- Modernisation des marégraphes de Toulon et de Nice les 20 et 26 mai 2008