Système Caribéen d Information Environnementale : du satellite à l acteur

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1 Système Caribéen d Information Environnementale : du satellite à l acteur Action N 7 Type RDM (rapport de mission) Titre Rapport de mission 21/11/2011 au 3/12/2011 Partenaire IRD Auteur Mathieu Jeanson Date 3/12/ caribsat- action7- rdm- uag- mj.pdf CARIBSAT Project web site : 1

2 Campagne d instrumentation «chevalier-diamant» 21 novembre - 03 décembre 2011 ; Martinique 1 - Instrumentation et déploiement Matériels utilisés Pour cette campagne de mesures, des capteurs à pression (SP2T) de marque NKE (Fig. 1.a) ont été utilisés ( instrumentation.fr). Ces capteurs de petites dimensions (120 mm x 25 mm) permettent un déploiement ne nécessitant pas de lourds moyens logistiques pour leur mise en place. Leur précision est de 3cm et leur résolution de 0,3 cm pour une profondeur maximale d utilisation de 30 mètres. Au total, six capteurs ont été déployés, les numéros de série des instruments utilisés sont les suivants : (puis 31097) et pour l anse Diamant ; 31040, et pour l anse Michel. Les capteurs ont été fixés à des tiges en métal afin de pouvoir les installer sur les fonds sableux ou les récifs coralliens (Fig. 1.b).. Figure 1 : (a) Photographie d un capteur à pression SP2T de NKE (cliché NKE), (b) exemples de déploiements au cours de la mission (clichés M. Jeanson). Les instruments ont été déployés de façon à appréhender l évolution et les différences spatiales et temporelles des conditions d agitation sur les deux sites étudiés. Les déploiements des capteurs ont été effectués en PMT aussi bien à l anse Diamant qu à l anse Michel. Les instruments employés lors de la campagne de mesures ont été programmés de façon identique. La durée d enregistrement (burst) choisie correspondait à 9 minutes de mesures toutes les 15 minutes avec une fréquence de 2 CARIBSAT Project web site : 2

3 Hz (soit 1080 mesures pour 15 minutes). Ce choix a été privilégié afin d obtenir une bonne représentativité des paramètres des vagues et de leurs variations en prenant en considération la limitation d utilisation liée aux batteries et aux capacités de stockage des données. Ce format standard de burst permet également de comparer nos données à celles issues de publications internationales concernant notre thématique de recherche Traitement des données Les données brutes de ces appareils ont été traitées par le logiciel WaveWin 3.0, après un prétraitement à l aide d une macro Excel développée par Olivier Monfort de l UMR 6143 «Morphodynamique Continentale et Côtière» de l Université de Caen, qui permet la création de fichiers exploitables par le logiciel. En regard de la configuration d installation des appareils sur les différents sites, les limites de la gamme de fréquences ont été définies à 0,01 et 0,3 Hz pour l ensemble des instruments. Cette gamme de fréquence permet d avoir une bonne représentativité des principales composantes spectrales des vagues reflétant les différentes conditions de génération et d énergie des vagues présentes dans la zone intertropicale (vagues de fetch local et régional : 0,3-0,125 Hz ; houles : 0,125-0,05 Hz, et vagues infragravitaires : 0,01-0,05 Hz) 2 Site de l anse Diamant Les instruments de mesures ont été installés sur le site de l anse Diamant entre le 24 novembre et le 03 décembre 2011 à proximité du poste de secours (Fig. 2). Ces capteurs à pression ont été déployés dans l axe du profil topographique. Le premier capteur (n puis n à la suite du disfonctionnement du premier) a été mis en place dans la zone de déferlement des vagues au niveau d une barre et à environ 1 m de profondeur moyenne (Fig. 3.c). Le second capteur (n 31095) a, lui, été installé plus au large, à environ une centaine de mètres de la plage par une profonde moyenne de 5,2 m. Le substrat du fond est sableux pour le capteur au niveau de la plage alors qu au niveau du capteur au large il présente une proportion modérée de particules fines associées à du sable grossier. Figure 2 : Photographie aérienne verticale (Géoportail, IGN) montrant le déploiement des capteurs à pressions sur le site de l anse Diamant, Commine du Diamant. CARIBSAT Project web site : 3

4 La vitesse du vent moyen lors de cette campagne a varié de 0 à 11 m.s - 1 (Fig. 3.a) avec des rafales atteignant 16,5 m.s - 1 lors du passage de grains. La direction des vents est principalement de secteur nord- est et dans une moindre mesure de secteur nord- ouest (Fig. 3.b). La figure 3.d présente l évolution des conditions de houle enregistrées par les capteurs. Les hauteurs significatives maximales sont de l ordre de 0,8 à 0,9 m et elles ont été enregistrées entre le 26 et le 28 novembre. Nous pouvons remarquer que les variations de Hs sont similaires dans le temps pour les deux capteurs et sont fortement liées à la force des vents (moyens et rafales) enregistrée par la station météorologique installée au niveau du poste de secours. Autre élément à relever, les hauteurs des houles au niveau du capteur installé sur le bas de plage sont très souvent supérieures à celles enregistrées au large. Ceci est probablement engendré pas le fait que le capteur est installé dans la zone de gonflement et de déferlement des vagues. Les périodes pics enregistrées (Fig. 3e) ont tendance à augmenter entre le début et la fin de la campagne en lien avec les conditions météorologiques rencontrées, elles sont de l ordre de 4 à 9 secondes. Ces périodes pics sont souvent supérieures au niveau du capteur sur le bas de plage certainement en raison de la réflexion des vagues sur la plage. La figure 4 montre les spectres de houles associés à une sélection de bursts représentatifs d un temps calme et d un temps agité. Par temps calme, le spectre de houle présente une succession de pics (entre 0,10 et 0,20 Hz soit de 5 et 10 s) correspondant certainement aux houles engendrées par les alizés dans la région de la Martinique et dans l Atlantique. A noter que l énergie spectrale est plus importante au niveau du capteur sur le bas de plage qu au large (capteur 31095) notamment pour les basses fréquences à partir de 0,10 Hz. Lors des conditions de plus forte agitation, le spectre de houle montre une augmentation importante de l énergie et un large pic à 0,16 Hz (6 s) pour le capteur au large, pic lié à des vagues de période courte générées à proximité de l île par les grains. On remarque également que le spectre de houle enregistré par le capteur montre une gamme de fréquences plus étendue et des basses fréquences plus importantes qu au niveau du capteur CARIBSAT Project web site : 4

5 Figure 3 : Synthèse des conditions hydrodynamiques enregistrées sur le site de l anse Diamant, Commune du Diamant, entre le 24 novembre et le 03 décembre (a) vitesse des vents moyens et des rafales, (b) direction des vents, (c) variations du niveau d eau, (d) hauteur significative et (e) fréquence pic de la houle. CARIBSAT Project web site : 5

6 Figure 4 : Sélection de spectres de houles associés aux bursts représentatifs des conditions calmes (a) et agitées (b). A noter la différence de l échelle de l énergie spectrale entre les deux graphiques. 3 Site de l anse Michel, Cap Chevalier Trois capteurs à pression ont été déployés sur le site de l anse Michel entre le 25 novembre et le 03 décembre 2011 (Fig. 5). Ces capteurs à pression ont été déployés dans l axe du profil topographique et d un chemin d accès à la plage. Le premier capteur (n 31040) a été mis en place sur le bas de la plage sur une zone sableuse à environ 0,3 m de profondeur moyenne (Fig. 5.a). Ce premier appareil n a pas pu être mis en place au début de la mission en raison des forts courants dans la petite passe qui nous servait de passage pour nous rendre sur le côté externe du récif à la nage. Le deuxième capteur (n 31041) a été installé sur le coté interne du récif corallien, à environ 250 m de la plage par une profondeur moyenne de 1,65 m. Il a été placé juste en arrière du platier corallien sur une zone sableuse colonisée par un herbier de phanérogames peu dense. Le capteur n a pas fonctionné à partir du 30 novembre lors de son quatrième redéploiement. Enfin, le troisième appareil (n 31042) a été déployé du côté océanique du récif corallien sur la pente externe à une profondeur de 1,35 m. Il a été fixé, en raison de l absence du substrat meuble, sur ce qui semble être un ancien arbre moteur de bateau. Figure 5 : Photographie aérienne verticale (Géoportail, IGN) montrant le déploiement des capteurs à pressions sur le site de l anse Michel, Cap Chevalier. CARIBSAT Project web site : 6

7 La figure 6 présente une synthèse des conditions hydrodynamiques au cours de la campagne. Pour le capteur situé du côté externe du récif (n 31042), la hauteur significative de la houle varie entre 0,6 à 0,9 m (Fig. 6.b). Pour cet appareil, il n existe pas de lien apparent entre la hauteur significative des houles et l élévation tidale, suggérant ainsi que les vagues enregistrées représentent bien les vagues incidentes océaniques. A l inverse, pour les deux autres capteurs situés en arrière de la barrière récifale, les hauteurs des vagues sont très fortement influencées par les variations du niveau d eau, même si ces dernières sont très faibles dans l environnement microtidal de la Martinique. Ces hauteurs de vague sont, pour le capteur en arrière du platier corallien, de l ordre de 0,22 à 0,32 m à marée haute et de 0,07 à 0,12 lors des basses mers. Pour l appareil en bas de plage, les hauteurs maximales varient de 0,15 à 0,25 à marée haute alors qu au cours des basses mers, les hauteurs de vagues enregistrées sont proches de 0. La différence de la hauteur significative des vagues mesurée entre la pente externe du récif et les zones internes met en évidence une importante réduction de l énergie des vagues lors de la propagation en direction de la côte. L analyse des périodes pics (Fig.6.c) montre que celles- ci présentent une grande variabilité en fonction des appareils. Les périodes pics des vagues enregistrées du côté externe du récif corallien varient entre 8 et 9 secondes, ce qui correspond aux houles générées sur l Atlantique par les alizés. A l arrière du récif, les périodes pics sont beaucoup plus variables. Si on peut toujours constater une dominance des vagues de périodes de 8 à 9 secondes, à marée basse les périodes pics sont beaucoup plus longues (entre 30 et 90 s) en raison du filtrage des vagues et du transfert d énergie des hautes fréquences vers les basses fréquences lors des faibles niveaux d eau sur le platier récifal. Ce phénomène est encore plus visible sur le bas de plage où les périodes pics sont presqu exclusivement comprises entre 30 et 90 secondes et où les phénomènes infragravitaires sont donc prépondérants. Ceci est également bien visible lors de l analyse des spectres de houles (Fig. 7) qui montre, outre la réduction de l énergie des vagues, la transformation du spectre à travers la structure récifale. CARIBSAT Project web site : 7

8 Figure 6 : Synthèse des conditions hydrodynamiques enregistrées sur le site de l anse Michel, Cap Chevalier, entre le 25 novembre et le 03 décembre (a) variations du niveau d eau, (b) hauteur significative et (c) fréquence pic de la houle. CARIBSAT Project web site : 8

9 Figure 6 : Sélection de spectres de houles associés aux bursts de pleine mer mettant en évidence l importante réduction de l énergie des vagues entre la pente externe du récif corallien et le littoral. CARIBSAT Project web site : 9