Données bathymétriques

Les données bathymétriques proviennent de deux sources : la compilation des minutes de sondes du Service Hydrographique et Océanographique de la Marine (SHOM) et les campagnes de l’IFREMER ayant mis en oeuvre différents sondeurs multifaisceaux.

III.1.1.1. Données SHOM de la plate-forme

La plupart des données de la zone située entre la côte et l’isobathe 150 m provient d'une compilation des minutes de sondes du Service Hydrographique et Océanographique de la Marine (SHOM), réalisée par le groupe de cartographie de l'IFREMER et récemment publiée dans la “ carte bathy-morphologique du golfe du Lion ” (Berné et al., 2002). Les cartes fournies par le SHOM sont issues de 76 minutes de sonde à l’échelle du 1/10000 pour la partie la plus côtière (0-50m) et de 54 minutes au 1/20000 pour la partie 50-150 m (Figure III-1).

Le travail comprend : (i) l'interprétation des données et le contourage manuel des isobathes, tous les mètres (jusqu'à la profondeur de 140m) et tous les 2 mètres (entre les profondeurs de 140 et 150m). Cette phase permet de corriger certains décalages liés au positionnement et éviter ceux qui pourraient être générés par un contourage automatique. Ce contourage manuel fait intervenir une connaissance “ a priori ” de la morphologie des fonds qui s’appuie sur une importante base de données géophysiques et sédimentologiques ; (ii) la

numérisation de ces courbes de niveau ; (iii) l’interpolation géostatistique, le maillage, la correction des données et la création d’un “ Modèle Numérique de Terrain ” (MNT) au pas de 50 m par feuille ; (iiii) la création d’un MNT global à l’échelle 1/100000 et au pas de 100 m.

Figure III-1: Localisation de feuilles des minutes de sonde fournies par le SHOM pour la compilation réalisée par le groupe de cartographie de l'IFREMER (Berné et al., 2002) et utilisée dans cette étude.

C'est sur le modèle numérique final (avec un pas de grille de 100m) et sur quelques feuilles de résultats intermédiaires (avec un pas de grille de 50 m) que mon travail d’interprétation sur la plate-forme (moyenne et externe) a été réalisé.

III.1.1.2. Données multifaisceaux IFREMER

III.1.1.2.1. L'acquisition

Les données de sondeur multifaisceaux utilisées sont issues des différentes campagnes océanographiques de l’IFREMER. Les caractéristiques des sondeurs présentées ici sont

empruntées principalement aux travaux présentés sur le site : <http://www.ifremer.fr/flotte> et de

la thèse d’Unterseh (Unterseh, 1999).

L’outil par excellence pour cartographier les fonds océaniques est le sondeur multifaisceaux. Il travaille suivant une large ouverture angulaire perpendiculairement à la route du navire, et a en conséquence une couverture spatiale très importante par rapport aux systèmes monofaisceaux. Le signal est émis sur l’ensemble du couloir angulaire, et il est en retour électroniquement discrétisé en un grand nombre de faisceaux représentant autant de points de mesures. Le temps de propagation des ondes fournit une information bathymétrique, tandis que l’énergie renvoyée par le fond permet la confection d’une image acoustique(Unterseh, 1999).

Un sondeur multifaisceaux est caractérisé par :

La fréquence acoustique : c'est la fréquence de l'impulsion sonore émise. La fréquence

est un élément important dans la définition d’un échosondeur, elle détermine : la portée du sondeur (l’amortissement du son dans l’eau augmente très vite avec la fréquence), la pénétration (plus la fréquence est basse, plus elle pénètre les matériaux mous) tels que les sédiments.

La résolution spatiale (liée à la finesse des faisceaux), d’autant meilleure que la

fréquence est élevée.

Le nombre de faisceaux : il varie, selon les équipements, d’une dizaine à plusieurs

centaines.

L’ouverture angulaire : elle représente la largeur angulaire de la fauchée. C'est l'angle

entre les faisceaux extrêmes. Elle varie généralement de 90° à 150°.

La largeur angulaire des faisceaux où l’on distingue : la largeur longitudinale (dans

l'axe du bâtiment ; c’est la largeur angulaire longitudinale du faisceau d’émission) et la largeur transversale (perpendiculaire à l'axe du navire ; c’est la largeur angulaire du faisceau de réception). Ces largeurs varient typiquement de 1 à 5 degrés.

La répartition des faisceaux, elle peut être : équiangulaire (l’angle entre l’axe de deux

faisceaux consécutifs est constant) ou équidistante (l’angle entre l’axe de deux faisceaux consécutifs est tel que la distance entre les centres des pieds de faisceaux est constante).

La durée de l'impulsion sonore émise : Les signaux les plus couramment utilisés sont

des “ pings ” ou portions de signaux sinusoïdaux de durée limitée. Plus la durée d’émission est longue, plus la portée est grande, plus la résolution est faible. Elle varie couramment de 1 ms à 10 ms.

La cadence d’émission : C’est la durée entre deux émissions consécutives du sondeur.

Elle est au moins plus longue que la durée du trajet aller/retour des faisceaux extrêmes (moins d’un dixième de seconde par petits fonds). Elle est soit constante (par exemple fixée par l’opérateur), soit réglée automatiquement, en fonction du trajet des faisceaux extrêmes.

La cadence d’échantillonnage du signal : c’est la cadence d’échantillonnage des

signaux reçus par chaque transducteur élémentaire. La distance inter-échantillon augmente lorsque l’incidence diminue.

Le sondeur proprement dit comprend : (i) des antennes d’émission et de réception. Dans le cas des sondeurs à haute fréquence, on utilise une même antenne pour l’émission et la réception ; (ii) une unité d’émission / réception générant le faisceau d’émission, assurant la réception des signaux et leur traitement et (iii) une interface homme-machine : généralement une station de travail qui permet à l’opérateur de piloter le sondeur et de contrôler son bon fonctionnement.

Un sondeur multifaisceaux est caractérisé par :

- Sa portée (Figure III-2) : c’est la profondeur limite au delà de laquelle le système est incapable de fournir des mesures fiables. La portée est généralement représentée par une courbe représentant la largeur de fauchée en fonction de la profondeur.

- Sa résolution (Figure III-3) : c’est la capacité du système à distinguer 2 objets proches. Elle dépend principalement de la largeur des faisceaux et de la taille de la “ pastille insonifiée ” (plus les faisceaux sont fins, meilleure est la résolution).

Figure III-3 : Résolution des sondeurs (source <www.ifremer.fr>).

- Sa précision (Figure III-4) : la précision du sondeur traduit la qualité d’estimation de la profondeur (précision verticale) et de la position des sondes (précision horizontale) déterminées par le système.

Figure III-4 : Précision des sondeurs (source <www.ifremer.fr>).

- La précision globale dépend d’une part de la précision du sondeur (précision des mesures d’angles et de distance), d’autre part de la précision des capteurs ou mesures auxiliaires (système de positionnement, centrale d’attitude, mesure de marée, de célérité, vitesse du navire). Les caractéristiques des sondeurs multifaisceaux sont présentées dans le Tableau III-1.

Sondeur EM12 D EM 300 EM 1000 Constructeur Kongsberg Simrad (N) Kongsberg Simrad (N) Kongsberg Simrad (N)

Antennes Planes (en V) Planes horizontales Circulaires Plage de profondeur 50-12 000 m 20 – 4 000 m 0 – 1 500 m

Fréquence 13 kHz 32 kHz 95 kHz

Nombre de faisceaux 162 135 60

Ouverture angulaire 150° 140° 150°

Largeur des faisceaux (émission x réception)

1,8 x 3,5° 1 x 2° 3,3 x 3,3 °

CAMPAGNES CALMAR-97 CALMAR-99

MARION-2000 STRATAFORM-2002

CALMAR-99 MARION-2000 STRATAFORM-2002

Tableau III-1 : Caractéristiques des sondeurs multifaisceaux et liste des campagnes durant lesquelles ils ont été utilisés.

Les données de bathymétrie issues du sondeur sont traitées à bord pour permettre une première interprétation et un contrôle de qualité ; stockées numériquement, elles seront re-traitées de manière plus poussée à terre afin d'établir des cartes bathymétriques de grande qualité (Modèles Numériques de Terrain (MNT)) à l'aide du logiciel CARAIBES de l’Ifremer.

III.1.1.2.2. Le traitement

Les traitements sont réalisés à l’aide du logiciel CARAIBES développés par l’Ifremer, avec l’objectif final de filtrer les données aberrantes et d’établir un modèle numérique de terrain le plus adéquat à nos besoins. La partie fondamentale du traitement et l’homogénéisation des données ont été réalisés par B. Loubrieu (au sein du groupe de cartographie de l’Ifremer). Des traitements particuliers ont été réalisés pour la campagne CALMAR-97 (campagne qui recouvre la presque totalité de la pente continentale de la zone étudiée). Les étapes essentielles du traitement des données de bathymétrie sont le contrôle, la validation et le filtrage des données brutes (Bourillet et al., 1996).

Les données brutes peuvent être dégradées soit par la présence de sondes aberrantes, soit par des bruits de mesure. Les bruits de mesure sont généralement liés aux paramètres d’environnement que sont en particulier l’attitude, le positionnement du navire et la mesure de la célérité du son dans l’eau.

Un modèle numérique de terrain est une grille régulière de valeurs bathymétriques interpolées à partir des données brutes du voisinage. Sa qualité est directement liée à la qualité des données brutes et aux opérations d’élimination d’erreurs appliquées à celles-ci, ainsi qu’au choix du pas de grille qui permet d’adapter le modèle à l’espacement des sondes et à l’échelle de la carte.