Variation du niveau d’eau en bassin semi-ouvert : effets combinés du vent, des vagues et de la bathymétrie

Thèse de doctorat de Caroline Paugam (M.I.O. Institut Méditerranéen d'Océanologie)

La variation du niveau de la mer et ses causes sont des sujets au cœur de l’actualité. Le GIPREB collabore avec les scientifiques du MIO (Institut Méditerranéen d'Océanologie) sur ce sujet passionnant et à ce jour inexploré sur l'étang de Berre. Il va donc suivre avec attention la nouvelle thèse commencée par Caroline PAUGAM.

Début de thèse de Caroline PAUGAM : Décembre 2018

Encadrants : Vincent Rey (M.I.O.), Damien Sous (M.I.O.) et Samuel Meulé (CEREGE)

Résumé

La variation du niveau de la mer et ses causes sont des sujets au cœur de l’actualité. De nombreux phénomènes d’échelles temporelles et spatiales différentes interviennent dans les processus d’élévation ou de diminution du niveau marin : augmentation de la température globale, réchauffement saisonnier de la mer, météo-tsunamis, variations de pression, marée ou encore vagues… L’étude de ces divers phénomènes est primordiale pour permettre de prévoir les évènements de submersion et d’érosion pouvant avoir des conséquences catastrophiques.

Dans ce travail de thèse, nous nous intéressons à la contribution des ondes longues ayant des échelles temporelles de l’ordre de l’heure/la journée. Le but est de mieux comprendre la contribution des seiches (ondes de résonance) et du basculement des plans d’eau dans la région, afin de mieux anticiper les variations du niveau en fonction des conditions climatiques.

Les sites étudiés sont les baies semi-ouvertes de la région varoise ainsi que les étangs de Berre et de Vaccarès dans les Bouches du Rhône. Les données de niveau d’eau du réseau d’observation HTM-NET présent dans le Var et les Bouches-du-Rhône, ainsi que les données issues de campagnes expérimentales sont utilisées pour cette étude. Le réseau HTM-NET a pour mission de fournir des données d’observation de niveau d’eau et de température sur le long terme le long des côtes provençales. Implanté initialement en 2013 dans la rade de Toulon, le réseau s’est étendu et compte désormais 15 stations de l’étang de Berre jusqu’à Port-Cros (voir figure 1)

Pour le moment, seulement le phénomène de basculement du plan d’eau a commencé à être étudié pour l’étang de Berre.

Figure 1: Carte du réseau Htmnet

 

Deux stations sont présentes dans l’étang de Berre : à Saint-Chamas et au Jaï. Les données sont disponibles depuis le 08 février 2019, à une période d’échantillonnage de 2 minutes. Ces deux stations fournissent des données de pression atmosphérique, température de l’air, pression dans l’eau, température de l’eau ainsi que la salinité, et sont transmises par GSM. La différence de pression entre l’air et l’eau permet de connaître la variation relative du niveau de l’eau. La figure 2 présente les données de variation de niveau d’eau récoltées depuis la mise en place des deux stations.

Figure 2 : Données de niveau d’eau aux stations de Saint-Chamas et le Jaï
Figure 2 : Données de niveau d’eau aux stations de Saint-Chamas et le Jaï

 

En observant les données de niveau de la station HTM-NET Carro située à l’est du golfe de Fos, on remarque que les marées dans l’étang sont forcées par la mer méditerranée à travers le canal de Caronte, avec un déphasage et une diminution de l’amplitude de marée. Les changements de niveau d’eau en mer à l’échelle des épisodes météorologiques de quelques jours sont liés aux variations de pression atmosphérique. Ces variations de niveau sont également transmises dans l’étang via le canal de Caronte (voir figure 3).

Figure 3 : Niveaux d’eau à Saint-Chamas, au Jaï et à Carro
Figure 3 : Niveaux d’eau à Saint-Chamas, au Jaï et à Carro

 

En plus des données du réseau HTM-NET, une campagne expérimentale est prévue dans l’étang de Berre pour la fin de l’année 2019. Il s’agira de mettre en place des capteurs de pression à plus haute fréquence que les stations HTM-NET sur le pourtour de l’étang ainsi que dans son axe nord-sud. Des ADCP seront également déployés afin d’obtenir des données de courant et ainsi nous permettre d’appréhender les processus de recirculation des masses d’eau suite aux basculements.

Le basculement du plan d’eau (niveau moyenné sur 3 h au Jaï – niveau moyenné sur 3 h à Saint-Chamas) en fonction de la composante de vitesse moyenne du vent projetée selon l’axe du bassin (140°) est présenté par la figure 4. Un événement de mistral est associé à une vitesse de vent positive et un vent de sud-est une vitesse négative. On observe une corrélation entre surcote/décote et les conditions de vent, le niveau d’eau diminue à Saint-Chamas et augmente au Jaï en cas de mistral, inversement pour les événements de sud-est.

Figure 4 : Basculement en fonction de la vitesse projetée du vent
Figure 4 : Basculement en fonction de la vitesse projetée du vent

 

Pour le moment, les incertitudes sur le basculement n’ont pas été prises en compte. Il peut s’agir de l’incertitude des capteurs ou encore l’incertitude due au déphasage de la marée entre Saint-Chamas et le Jaï.

Par la suite, l’étude va également porter sur les seiches dans l’étang de Berre. Nous nous intéresserons à leurs périodes ainsi qu’à leurs amplitudes. Nous analyserons les mécanismes de création de ces ondes.

Les résultats obtenus à partir de données in-situ seront comparés aux données de modélisation numérique provenant du modèle TELEMAC3D du GIPREB.

 

Article modifié le 20/08/2019