II.3.a Référencement des données dans un repère géographique
Tous les ADCP ont été configurés en coordonnées instrumentales : les axes Ox et Oy instru-mentaux sont définis par rapport aux deux axes passant par les 4 oreilles, l’axe Oz correspond à l’axe vertical instrumental qui est orienté vers l’instrument, cet axe est différent de la verticale locale dans le cas où l’instrument est incliné par rapport à cette dernière. Il est nécessaire d’ef-fectuer quatre rotations successives sur les données pour se placer dans le repère géographique. Nous effectuons une première rotation autours de l’axe Oy instrumental afin d’avoir l’axe Oz dirigé vers la surface, puis 2 rotations successives utilisant les angles d’attitude de l’instrument (pitch et roll) afin d’avoir Ox et Oy dans le plan horizontal. La dernière rotation vise à placer l’axe Oy vers le nord, cette dernière transformation est commentée dans la section (II.3.e).
En 2008 et 2009, les ADCP sont fixés sur un cardan relié à une ligne de mouillage qui tend à incliner l’instrument selon les courants (figure 2.2). La profondeur de chaque bin change donc au cours du temps au gré de l’inclinaison prise par l’instrument et il est nécessaire d’une part d’éliminer les données pour lesquelles l’excursion de l’instrument était trop importante et d’autre part, d’interpoler les données valides sur une grille de profondeurs régulières.
Section II. Traitement des données ALBION 35 II.3.b Contrôle de qualité des données ADCP
Afin de contrôler la qualité des données ADCP, nous avons appliqué un ensemble de cri-tères proposés par Teledyne RD instruments. En fonction de différents paramètres, il est pos-sible de qualifier chaque point de donnée selon un degré de qualité (vert, jaune ou rouge). Les données vertes sont des données de bonne qualité, les jaunes sont des données à prendre avec précaution, et les rouges sont des données inutilisables. Nous avons rejeté les données "rouge", mais nous n’avons pas rejeté les données "jaune" car elle représentaient une grande quantité d’information. Nous avons par ailleurs éliminé une grande partie des données à la profon-deur des microcats car celle-ci ont pollué le signal acoustique des ADCP. On récapitule dans le tableau 2.2 l’impact du contrôle de qualité des données.
mouillage année nombre de
points avant filtrage nombre de points après filtrage pourcentage de données rejetées MG 2008 252028 213270 15% 2009 264816 229712 13% 2010 366999 156003 57% CB 2008 212803 187681 12% 2009 203649 173034 15% AS 2010 299443 220177 26%
TABLE2.2 – Bilan sur le contrôle de qualité des données ADCP
En 2008 et 2009, une grande partie de la perte de données est due à la présence de microcats dans la colonne d’eau. Alors qu’en 2010 au seuil, elle est due à la pollution liée à la présence de glace à la surface de l’océan. Une deuxième source de pollution des données est le passage d’icebergs au dessus du mouillage suite au vêlage de la langue glaciaire du Mertz. En 2010, dans la dépression(MG), le nombre de données rejetées pour cette raison est considérable. De plus, la durée de vie de la batterie de cet ADCP a été anormalement courte.
II.3.c Portée des données ADCP
À chaque pas de temps, nous définissons la portée de l’ADCP comme étant la profondeur du bin valide le plus éloigné de l’instrument. La porté de l’ADCP dépend de différents para-mètres : la quantité de particules dans la colonne d’eau (backscatter), l’état de la batterie de l’instrument, la présence ou non de macro cibles (baleine, iceberg, microcat, banquise) dans la colonne d’eau. Une statistique a été réalisée sur les profils de courant afin de quantifier la portée moyenne de l’instrument sur l’année ainsi que la variabilité saisonnière de cette portée dans le temps. Dans la sous-section II.3.b, on a constaté que la présence d’instrument fixés sur la ligne au dessus de l’ADCP de fond, polluait localement le signal. On constate que les microcats on également un effet sur les bins au delà de ces instruments. On a une diminution significative du nombre de profils valide au delà des microcats. L’impact de la présence d’instruments de mesure tels qu’une microcat est illustré par la figure (2.6). Au mouillage MG, on constate que plus de 500 profils s’arrêtent à 650 m de profondeur environ alors qu’à 700 m et 600 m de pro-fondeur le nombre de profils s’arrêtant par bin est compris entre 200 et 300. La portée médiane de l’ADCP 75 kHz dans la dépression est de l’ordre de 400 m. Au delà seuls 50% des profils restent valides. Les données ADCP dans la dépression et à CB ne décrivent donc le courant que dans la couche profonde (Figures 2.6 et 2.7). Au seuil la portée médiane annuelle qui
théori-quement atteint la surface est fortement réduite par la couverture de glace qui semble polluer une grande partie des bins entre la surface et 100 m de profondeur environ.
mouillage année profondeur
instrument (en m) profondeur médiane atteinte (en m) portée de l’appareil (en m) MG 2008 910 524 386 2009 888 488 400 2010 920 624 296 CB 2008 701 329 372 2009 654 338 316 AS 2010 582 110 472
TABLE2.3 – Portée médiane de chaque mouillage
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 distribution function [%] −800 −700 −600 −500 −400 0 100 200 300 400 500 600 700 ADCP range [m] number of profils
FIGURE2.6 – Profondeur du bin valide le plus éloigné de l’instrument à MG en 2008
(histo-gramme) et fonction de répartition (rouge) associée à cette distribution
La portée de l’instrument a également une variation au cours du temps, à cause de la varia-bilité saisonnière de la quantité de particules dans la colonne d’eau. Plusieurs facteurs jouent sur cette quantité, le mélange dans la colonne d’eau, l’activité biologique, la fonte de glace de mer ou de glacier qui vont potentiellement relâcher des particules dans la colonne (la dimi-nution de la batterie au cours du temps peut aussi entraîner une dimidimi-nution de la portée de l’instrument comme en 2010 à MG).
Section II. Traitement des données ALBION 37 La figure (2.7) représente la portée médiane mensuelle de chaque ADCP pour chaque année et mouillage :
• MG : La variation saisonnière de la portée est assez semblable en 2008 et en 2009. La portée augmente d’environ 150 m de janvier à avril et ensuite diminue d’environ 100 à 150 m de mai jusqu’à août, puis, elle reste relativement stable d’août jusqu’à janvier. En 2010, la variation saisonnière de la portée de l’instrument est totalement différente, avec une diminution persistante de la portée de l’instrument tout au long de l’année, soit au total sur l’année entre 200 et 300 m.
• CB : On observe aussi une évolution saisonnière en 2008 et en 2009. La portée de l’ins-trument diminue d’environ 75 m entre février et mars puis augmente entre mars et avril. D’avril jusqu’à octobre (août) pour 2008 (2009), on observe une diminution de la por-tée de l’ordre de 250 m. Puis la porpor-tée ré-augmente d’environ 250m jusqu’à janvier. On remarque que les minima de portée des années 2008 et 2009 sont décalés de 2 mois. • AS : Enfin au seuil en 2010, on observe une diminution de la portée d’environ 150 m
d’août à novembre, puis une augmentation d’environ 100 m de novembre à décembre. Pour les 3 mouillages on a une variation au cours de l’année de la portée de l’ADCP caractérisée par un minimum saisonnier au printemps pour les mouillages CB et AS, et un maximum en début d’automne pour le mouillage MG (sauf pour 2010).
J F M A M J J A S O N D J −800 −700 −600 −500 −400 −300 2008 2009 2010 (a) MG J F M A M J J A S O N D J −650 −600 −550 −500 −450 −400 −350 −300 −250 −200 −150 −100 2008 2009 (b) CB J F M A M J J A S O N D J −550 −500 −450 −400 −350 −300 −250 −200 −150 −100 −50 0 2010 (c) AS
FIGURE 2.7 – Variation saisonnière de la portée médiane mensuelle des ADCP aux trois
mouillages (courbes rouge, verte et bleue selon l’année). La portée médiane sur la période d’acquisition est indiquée par une ligne horizontale rouge.
II.3.d Extraction de la marée
Dans la zone d’étude, la marée présente des composantes dominantes diurnes et semi diurnes (Mayet et al., 2013). Afin d’extraire les différentes composantes de la marée de nos séries temporelles de courant, nous utilisons le logiciel T_TIDE développé par Pawlowicz et al. (2002). L’extraction est basée sur une analyse en harmoniques, le signal de marée est décomposé en une somme finie de signaux sinusoïdaux ayant chacun une fréquence spécifique associée aux paramètres astronomiques.
On remarque que la marée est fortement dissipée au fond. Dans ce qui suit, lorsque nous comparons la marée déduite des courants mesurées à la marée issue du modèle T-UGOm, nous considérons les bins assez éloignés du fond afin de s’éloigner de la couche dissipative de fond et considérer les ellipses de marée indépendantes de la profondeur. Cependant il faut être vigilant à ne prendre en compte que les niveaux pour lesquels il y a encore suffisamment de données pour avoir une extraction correcte de la marée.
II.3.e Orientation des mouillages
Comme on peut le voir sur la figure (2.8), le pôle sud magnétique est proche de la zone d’étude (environ 430 km). La déclinaison magnétique est l’angle formé par le méridien géogra-phique et le méridien magnétique. L’inclinaison magnétique est quant à elle l’angle que fait le champ magnétique terrestre avec l’horizontale. La déclinaison magnétique5 dans notre zone d’étude est de l’ordre de 125˚E (MG) à 146˚E (CB) entre 2008 et 2009, c’est la correction qu’il faudrait apporter au compas de l’ADCP pour recaler les données avec le nord géographique. Cependant, l’inclinaison magnétique étant très importante (environ -88˚), la composante hori-zontale du champ magnétique terrestre est très petite par rapport à la composante verticale, la mesure du compas est donc peu fiable. De plus les compas sont sujets aux fluctuations journa-lières de la déclinaison magnétique ; elles sont de plus en plus importantes à mesure que l’on s’approche du pôle sud magnétique.
Pour s’affranchir se ce problème sur les compas, tous les ADCP ont été configurés en coor-données instrumentales. Afin de connaître l’orientation des courants, nous avons donc dû esti-mer l’orientation de chaque instrument indirectement. Nous avons comparé les ellipses de ma-rée extraites des courants mesurés par l’ADCP dans le référentiel de l’instrument aux ellipses de marées modélisées par le modèle T-UGOm. Seules ont été utilisées les harmoniques ex-traites de manière satisfaisante selon le critère SNR (inverse de l’erreur relative sur l’amplitude de l’axe majeur de l’ellipse de marée) de T_TIDE. Nous avons ensuite cherché la correction op-timale d’angle en prenant en compte l’erreur données pas T_TIDE sur l’orientation de chaque ellipse (voir figure 2.9). Nous faisons l’hypothèse ici que les ellipses de marée extraites du mo-dèle T-UGOm sont parfaites. L’ensemble des angles correctifs apportés aux données brutes afin d’orienter correctement le mouillage dans le repère géographique sont reportés dans le tableau 2.4.
Section II. Traitement des données ALBION 39
FIGURE2.8 – Localisation du pôle sud magnétique par rapport à la zone d’étude.
FIGURE2.9 – Orientation du mouillage.
mouillage année orientation déclinaison correction instrument magnétique (01 juillet) T-UGOm
MG 2008 106.3˚ 125.8˚E -90.2˚±6 2009 98.8˚ 125.6˚E 159.1˚±7 2010 110.9 125.4˚E -96.5˚±5 CB 2008 39.4˚ 146.4˚E 83.1˚±10 2009 -168.6/-10.6 145.3˚E 175.3401˚/17.4˚±13 AS 2010 161.5 143.3˚E -112.5˚±5
TABLE 2.4 – Orientation des mouillages estimée à partir de la comparaison des ellipses des composantes de marée issue des données avec celles issues du modèle de marée T-UGOm