Les oscillations périodiques homogènes et continues

Signal de courte période (semi - diurne à diurne)

NB : Cette partie a fait l’objet d’une publication soumise au journal Continental Shelf Research, actuellement en révision. L’article intitulé: « Natural tidal processes modified by the existence of fringing reef impact on the hydrodynamic coast and the sea level variations”, se trouve en annexe VII°. Cet article repose sur une période courte de suivi, de 58 jours à la fin de l’été 2005, des hauteurs d’eau dans le récif. Nous proposons ici un résumé de la méthodologie utilisée (assimilable à celle décrite dans le paragraphe 2.3.2 et des principaux résultats. Ces résultats vont nous permettre de nous dégager de l’influence des oscillations marégraphiques de courte période (semi - diurne et diurne).

Par la suite le signal marégraphique de longue période (mensuelle et saisonnière) sera étudié grâce aux données récoltées durant nos 587 jours de suivi.

Les données marégraphiques enregistrées au Port ainsi que les données climatologiques sont utilisées pour étudier les fluctuations des hauteurs d’eau dans le récif de La Saline, durant 58 jours à la fin de l’été 2005 (cf. annexe VII). L’analyse statistique des principales composantes marégraphiques, du signal enregistré dans le récif et du signal au Port, est réalisé grâce à T-Tide (Pawlowicz et al., 2002). Nous obtenons ainsi deux signaux prédits considérant uniquement la marée que nous comparons. La comparaison de ces deux signaux permet de comprendre les variations de courte

période et de période mensuelle des hauteurs d’eau récifale. Finalement, le signal résiduel obtenu de l’analyse statistique et dû aux fluctuations non marégraphiques est comparé avec les enregistrements de la houle et du vent.

Les résultats montrent que la marée dans le récif est amortie en moyenne de 40% par rapport au signal marégraphique enregistré au Port et confirme le rôle de protection du front récifal. Le récif apparait comme un réservoir qui retient l’eau de mer à marée basse. Le cycle de mortes eaux - vives eaux apparait plus synchronisé avec le cycle Tropical lunaire qu’avec le cycle Synodique lunaire. Ce phénomène est dû à la faible profondeur du récif frangeant (rugosité) qui génère des interactions non linéaires et une amplification des ondes de marée de longue période : de type semi mensuel (Msf) et mensuel (Mm). Ce phénomène a une influence majeure sur les hauteurs d’eau dans le récif et génère des niveaux moyens hauts et bas de ± 0.05 m. Ce phénomène est d’autant plus important lorsqu’on se trouve en Périgée au niveau du cycle Anomalistique lunaire. Ces niveaux moyens hauts et bas de période mensuelle ont des rétroactions positives (niveau haut) ou négatives (niveau bas) sur la propagation et la modification du signal océanique dans la zone de récif. En période de niveaux hauts (vives eaux), le signal océanique se propage facilement, on n’observe une amplification des ondes de marée dans le récif qui ne sont amorties que de 32 %, tandis qu’en période de niveau bas (mortes eaux) le signal est amorti à 69 %. Ce phénomène se répercute par voie de conséquence sur l’impact de la houle qui a beaucoup plus d’impact en période de niveau haut. Durant cette courte période, les vents n’ont pas sembléavoir d’influence sur les variations des hauteurs d’eau enregistrées.

Cette étude préalable montre que les cycles de longue période (lunaire) vont avoir une influence majeure sur notre système peu profond et micro tidal et qu’ils ne peuvent être négligés.

Signal de longue période saisonnière (solaire) et mensuelle (lunaire)

Les résultats obtenus grâce à T-Tide et à l’analyse statistique des principales composantes marégraphiques des signaux enregistrés au Port, au port de St Gilles et dans le récif, pour les 587 jours de suivi, sont visibles sur la Figure 3.2. L’étude statistique montre que pour le signal du Port 89.6 % du signal peut être expliqué par les composantes de marée. Le signal résiduel obtenu montre un tracé pratiquement plat excepté pour la période du 20 janvier au 20 février 2011, où l’on note une augmentation du niveau moyen océanique brusque de 0.30 m. Le signal enregistré au niveau du port

Page 92 marégraphe du Port. On retrouve au niveau de St Gilles, l’augmentation brusque du niveau d’eau de 0.30 m. Dans le récif, les variations des hauteurs d’eau ne peuvent être expliquées qu’à 33.3 % par les composantes de marée ainsi la houle et les forçages météorologiques vont avoir un rôle prépondérant sur les variations de la hauteur d’eau. On notera que l’augmentation brusque du niveau océanique moyen non expliquée par les variations marégraphiques provoque également dans le récif une augmentation du niveau moyen d’environ 0.30 m du 20 janvier au 20 février 2011.

Figure 3.2 : Analyse statistique, réalisée sous T-Tide, des principales composantes marégraphiques des signaux enregistrés : a) au Port, b) au port de St Gilles et c) dans le récif, du 20 février 2010 au 29 septembre 2011.

Page 94

Commentaires de la figure précédente : comparaison des signaux bruts, prédits et résiduels avec les différents cycles lunaires : cycle Synodique (Pleine Lune - Nouvelle Lune), cycle Tropical : Eq : équateur, Ds : déclinaison Sud et Dn : déclinaison Nord, et cycle Anomalistique : A : Apogée et P : Périgée.

Le signal enregistré dans le récif ne peut être expliqué qu’à 33.3 % par les composantes de marée, comparé aux 89.6 % du signal enregistré au Port et aux 71.1 % du signal enregistré au port de St Gilles, ce qui signifie que la houle et les forçages météorologiques ont un rôle prépondérant sur les variations des hauteurs d’eau.

Notons que les 3 signaux résiduels montrent pour la période du 20 janvier au 20 février 2011 une augmentation du niveau moyen des hauteurs d’eau de 0.30 m.

L’analyse en harmonique révèle un total de 9 composantes (Sa, Ssa, Mm, O1, K1, M2, S2, N2, K2) significatives (snr ≥ 50) pour les trois enregistrements (la signification des composantes et le détail de l’analyse en harmonique est visible en annexe VIII).

On retrouve les composantes astronomiques majeures de courte période semi - diurne (M2 S2 : lunaire et solaire moyenne, N2 K2 : elliptique majeure lunaire et déclinationnelle lunaire et solaire) et diurne (O1 K1 : lunaire principale et déclinationnelle lunaire et solaire) pour les 3 stations (cf. annexe VIII).

Ces résultats sont comparables à l’analyse de courte période décrit dans le paragraphe précédent.

Observons dans le détail les composantes de Marée de Longue Période (MLP=

Sa+Ssa+Msm+Mm+Msf+Mf) et leurs contributions relatives sur les variations des hauteurs d’eau enregistrées dans le récif, au Port et dans le port de St Gilles.

Figure 3.3 : Compréhension des variations saisonnières de la hauteur d’eau dans le récif, du 20 février 2010 au 29 septembre 2011.

Page 96

Commentaires de la figure précédente : a) Variations des hauteurs d’eau expliquées par les composantes saisonnières de la marée (Sa+Ssa) : au Port, dans le port de St Gilles et dans le récif ; b) Vitesse (km.h^-1) et direction (°) des vents enregistrées au niveau de la station météo de « Trois Bassins » (moyenne journalière) et c) T atm : température atmosphérique (°C) enregistrée au niveau de la station météo de « Trois Bassins » (moyenne journalière).

En mai, le récif enregistre la hauteur d’eau moyenne la plus élevée de l’année tandis qu’à cette période Le Port et le Port de St Gilles enregistrent les niveaux les plus bas. Cette hauteur d’eau maximale enregistrée dans le récif en mai - juin est due aux forçages météorologiques (dilatation thermique due au réchauffement progressif de la masse d’eau récifale pendant l’été + apport d’eau dans le récif dû aux vents d’Alizés qui soufflent SSE – SE et poussent les eaux océaniques sur le front récifal).

Les variations saisonnières

Les variations saisonnières sont marquées par la présence des composantes Sa et Ssa (rotation de la terre autour du Soleil et variante déclinationnelle). Les cycles de marée semi - annuelles ou annuelles dépendent principalement de l’évolution du soleil. Ces composantes de longue période de la marée astronomique ont généralement une influence très faible sur la variation des hauteurs d’eau.

Leurs origines sont donc la plus part du temps météorologiques. Ainsi, les variations saisonnières de l’ensoleillement provoquent une marée dite «radiationnelle» dilatation de la masse d’eau océanique en été et donc une augmentation du niveau océanique moyen. On peut également observer l’action du vent qui est due aux variations saisonnières des vents d'Alizés (Bouzinac et al., 2003; Leeuwenburgh et al., 1999; Marcos and Tsimplis, 2007). La Figure 3.3 compare les variations saisonnières des hauteurs d’eau (m NGR) (composantes de marée Sa+Ssa) pour les 3 stations (Le Port, St Gilles et le récif), avec les variations saisonnières des paramètres météorologiques : vent (vitesse (km.h^-1) et direction (°)) et température atmosphérique (Tatm (°C)). Les hauteurs d’eau pour les 3 stations montrent des évolutions différentes dues à l’action relative du vent et des températures sur les différentes masses d’eau.

Au niveau du Port (Fig.3.3a), situé à 20 km au Nord du site de suivi, les variations saisonnières des hauteurs d’eau sont marquées par une variation du niveau marin moyen de 0.08 m. Le niveau le plus bas est atteint en mai tandis que le niveau le plus haut s’observe en janvier. Si l’on compare avec les forçages météorologiques les niveaux les plus bas s’enregistre au Port lorsque les vents d’Alizés soufflent SSE - SE (Fig.3.3b). Puis, le niveau océanique moyen ré - augmente par étape une première fois lorsque les vents d’Alizés soufflent SE - E en août - septembre puis parallèlement à l’augmentation des températures atmosphériques signifiant qu’au fur et à mesure que les masses d’eau se réchauffent on observe une augmentation du niveau moyen due à la dilatation thermique (Fig.3.3c).

Finalement le niveau moyen re - diminue lorsque les vents d’Alizés se remettent à souffler SSE - SE.

Pour le port de St Gilles (Fig.3.3a), situé à 4 km au Nord du site de suivi dans une zone non influencée par le récif, les variations saisonnières des hauteurs d’eau sont marquées par une variation du niveau marin moyen de 0.12 m. Le niveau le plus bas est atteint en juin tandis que le niveau le plus haut s’observe en février. Ainsi, il apparait que les deux enregistrements marégraphiques montrent un déphasage saisonnier de 1 mois. Si l’on compare avec les forçages météorologiques, on s’aperçoit que le signal enregistré au niveau du port de St Gilles est beaucoup plus influencé par les forçages

« radiationnelles » que le signal au Port. Les amplitudes des variations des hauteurs d’eau sont plus fortes et le niveau le plus haut maximum atteint coïncide parfaitement avec la température maximale enregistrée par la station météo en février (au milieu de la saison des pluies) (Fig.3.3c).

Au niveau du récif (Fig.3.3a), les variations saisonnières des hauteurs d’eau sont marquées par une variation du niveau moyen de 0.09 m. Le niveau le plus bas est atteint en septembre - octobre tandis que le niveau le plus haut s’observe en mai. Les niveaux les plus hauts dans le récif sont en opposition de phase avec les hauteurs d’eau enregistrées au Port et dans le port de St Gilles qui durant cette période enregistre les niveaux les plus bas. Si l’on compare avec les forçages météorologiques, le signal enregistré dans le récif va être fortement influencé par les forçages « radiationnelles » et venteux. Ces deux paramètres météorologiques vont avoir une influence concomitante qui va se manifester par des rétroactions positives ou négatives sur les hauteurs d’eau moyennes enregistrées dans le récif (Fig.3.3b et c). Durant notre période d’enregistrement, le premier niveau moyen haut dans le récif a été atteint en mai 2010, la masse d’eau a bien été réchauffée pendant l’été cependant le niveau le plus haut n’est pas atteint comme pour le Port de St Gilles lorsque les températures sont maximales en mars. Le niveau le plus haut est atteint lorsque les masses d’eau ont été réchauffés et que les vents d’Alizés soufflent SSE - SE, durant cette période on enregistre des vents orientés plein Sud dépassant régulièrement les 10 km.h^-1. Sur la côte

Page 98 Ouest, ces vents bloquent la masse d’eau océanique au niveau du littoral. Dans le récif, ce phénomène se traduit par l’apport d’une quantité d’eau supplémentaire constante au niveau du front récifal. Cette quantité d’eau supplémentaire va être lentement évacuée à cause de la forme de bassin semi - fermé du récif (quantité d’eau apportée au niveau du front récifal beaucoup plus importante que la quantité d’eau évacuée au niveau des passes) (Brander et al., 2004). Cet apport d’eau supplémentaire se traduit par une augmentation des hauteurs d’eau moyenne dans le récif. Ainsi à la fin de la saison des pluies, lorsque les masses d’eau ont été réchauffées et que les niveaux moyens sont hauts, la propagation de la masse d’eau océanique dans le récif est facilitée et l’influence des Alizés est maximale.

Progressivement, au cours de la saison sèche les masses d’eau refroidissent et la hauteur d’eau moyenne baisse. La propagation dans le récif de la masse d’eau bloquée au niveau de la barrière récifale se fait de moins en moins bien. Finalement, le niveau le plus bas s’enregistre à la fin de la saison sèche lorsque les vents d’Alizés soufflent SE - E et que les masses d’eau ont été complètement refroidies.

En fonction de l’intensité (vitesse, fréquence et direction) du vent, qui souffle durant une saison sèche, les hauteurs d’eau moyennes enregistrées peuvent être différentes d’une saison à l’autre.

Durant notre période de suivi, nous avons pu observer deux saisons sèches montrant un comportement distinct. Pour la saison sèche 2010, la moyenne des hauteurs d’eau entre juin et octobre est de 0.14 m NGR elle apparait haute et est similaire à la moyenne de 0.13 m NGR de la saison des pluies de novembre 2010 à mai 2011, tandis que pour la saison sèche de 2011, la moyenne est basse et de 0.07 m NGR (Tab.3.1). Durant, la saison sèche de 2010, de juin à septembre la fréquence des vents orientés plein sud et dépassant les 10 km.h^-1 a été beaucoup plus importante que durant la saison sèche de 2011 provoquant ainsi un niveau d’eau dans le récif anormalement haut pour la saison (Fig.3.3b).

Les variations mensuelles

Les variations semi - mensuelles et mensuelles (Msm, Mm, Msf, Mf) enregistrent les variations de longue période mensuelle dues à l’astre lunaire (Fig.3.4) qui sont mises en évidence par la présence de Mm (lunaire mensuelle). Tout comme dans l’analyse de courte période précédemment décrite Msf (lunaire variationnelle) est amplifiée dans le récif et devient significative. Les variations semi - mensuelles et mensuelles génèrent au Port et dans le port de St Gilles des variations d’amplitudes de 0.03 m alors que dans le récif elles génèrent des variations de 0.07 m.

L’influence des composantes de marée de longue période (mensuelle et saisonnière) sur les hauteurs d’eau est visible dans la Figure 3.4. Au total, ces composantes génèrent des variations des hauteurs d’eau moyenne pour le Port de 0.11 m, pour le Port de St Gilles de 0.15 m et pour le récif de 0.16 m.

Page 100 Figure 3.4 : Variations de la hauteur d’eau dans le récif due aux oscillations marégraphiques de longue période (saisonnière et mensuelle), du 20 février 2010

au 29 septembre 2011.

Commentaires de la figure précédente : variations des hauteurs d’eau expliquées par les composante de la Marée de Longue Période (MLP=Sa+Ssa+Mm+Msm+Mf+Msf) : au Port, dans le port de St Gilles et dans le récif.

Comparaison des variations mensuelles des hauteurs d’eau avec les différents cycles lunaires: Cycle Tropical : Eq : Equateur, Ds : déclinaison Sud et Dn : déclinaison Nord ; cycle Anomalistique : A : Apogée et P : Périgée.

Les hauteurs moyennes hautes sont observées en période de vives eaux et les hauteurs moyennes basses en période de mortes eaux.

Les composantes de marée de longue période génèrent des variations de la hauteur d’eau moyenne dans le récif de 0.16 m.

3.1.2. Les oscillations brusques et ponctuelles (quelques heures à