[PDF] Trois cents ans de mesures marégraphiques en France : outils

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THÈSE DE DOCTORAT DE L"UNIVERSITE DE LA ROCHELLE

Spécialité : géophysique

présentée par

Nicolas POUVREAU

Pour l"obtention du grade de

DOCTEUR de L"UNIVERSITÉ de LA ROCHELLE

Trois cents ans de mesures marégraphiques en France : outils, méthodes et tendances des composantes du niveau de la mer au port de Brest. soutenue le 26 septembre 2008 devant le jury composé de

Paolo PIRAZZOLI Rapporteur

Frédérique REMY Rapportrice

Guy BOISTEL Examinateur

Jean-Claude MERCIER Examinateur

Lucia PINEAU-GUILLOU Examinatrice

Guy WÖPPELMANN Directeur de thèse

THÈSE DE DOCTORAT DE L"UNIVERSITE DE LA ROCHELLE

Spécialité : géophysique

présentée par

Nicolas POUVREAU

Pour l"obtention du grade de

DOCTEUR DE L"UNIVERSITÉ de LA ROCHELLE

Trois cents ans de mesures marégraphiques en France : outils, méthodes et tendances des composantes du niveau de la mer au port de Brest. soutenue le 26 septembre 2008 devant le jury composé de

Paolo PIRAZZOLI Rapporteur

Frédérique REMY Rapportrice

Guy BOISTEL Examinateur

Jean-Claude MERCIER Examinateur

Lucia PINEAU-GUILLOU Examinatrice

Guy WÖPPELMANN Directeur de thèse

1

Remerciements

Je remercie tous ceux qui, de près ou de loin, m'ont soutenu durant cette thèse. 2 3

Table des matières

REMERCIEMENTS.................................................................................................... 1

TABLE DES FIGURES ............................................................................................ 11

LISTE DES TABLEAUX........................................................................................... 17

INTRODUCTION...................................................................................................... 21

CHAPITRE 1. POURQUOI S'INTERESSER AUX OBSERVATIONS HISTORIQUES

DU NIVEAU DE LA MER ?...................................................................................... 25

1.1. Pourquoi observer la marée ?.................................................................................................................. 26

1.1.1. Besoins en ingénierie......................................................................................................................... 26

1.1.1.1. Pour prédire la marée................................................................................................................ 27

1.1.1.2. Pour réduire les sondages bathymétriques................................................................................ 27

1.1.1.3. Pour la détermination du zéro hydrographique......................................................................... 27

1.1.1.4. Pour la calibration des mesures d"altimétrie satellitale............................................................. 28

1.1.1.5. Pour la réalisation d"un réseau d"alerte aux tsunamis............................................................... 28

1.1.2. Un Indicateur du changement climatique........................................................................................... 29

1.1.2.1. Evolution du niveau moyen de la mer...................................................................................... 30

1.1.2.2. Causes et tendances de l"augmentation du niveau de la mer.................................................... 32

1.1.2.3. Pour l"étude des surcotes et des décotes................................................................................... 32

1.2. Pourquoi s"intéresser aux mesures anciennes ? ...................................................................................... 33

1.3. Généralités sur la marée et sur son analyse............................................................................................. 35

1.3.1. Description du phénomène de marée................................................................................................. 36

1.3.1.1. La théorie statique : force génératrice de la marée................................................................... 36

1.3.1.2. La théorie dynamique : onde de marée..................................................................................... 36

1.3.2. Analyse harmonique de la marée....................................................................................................... 37

1.3.2.1. Présentation.............................................................................................................................. 37

1.3.2.2. MAS, logiciel pour analyser et prédire la marée...................................................................... 39

1.4. Quelques définitions............................................................................................................................... 41

1.4.1. Naissance et essor de la marégraphie................................................................................................. 41

1.4.1.1. Flux et reflux de la mer. ........................................................................................................... 41

1.4.1.2. Tydologie.................................................................................................................................. 41

1.4.1.3. Marégraphie.............................................................................................................................. 42

1.4.2. Matériel utilisé pour mesurer le niveau marin. .................................................................................. 44

1.4.2.1. Echelle de marée. ..................................................................................................................... 44

1.4.2.2. Marégraphe............................................................................................................................... 45

1.4.2.3. Médimarémètre. ....................................................................................................................... 47

1.4.3. Niveaux moyens de la mer................................................................................................................. 47

1.4.3.1. Niveau moyen de la mer........................................................................................................... 48

1.4.3.2. Niveau moyen de mi-marée...................................................................................................... 51

1.4.3.3. Niveau moyen de mi-marnage.................................................................................................. 52

1.4.3.4. Niveau moyen de la pleine mer et niveau moyen de la basse mer............................................ 52

4 PARTIE I. Evolution des méthodes d'observation du niveau marin en France CHAPITRE 2. DE L'ECLOSION DES ACADEMIES NAISSENT LES PREMIERS

PROTOCOLES. ....................................................................................................... 57

2.1. 1666 : Première procédure pour observer le niveau marin. .................................................................... 57

2.2. 1675 : Première description d"appareil et première spécification publiée dans un journal français....... 60

2.3. 1679 : Premières mesures et première méthode confrontée au terrain.................................................... 61

2.4. Bilan au crépuscule du 17ème siècle......................................................................................................... 63

CHAPITRE 3. POUVOIR ABSOLU DES SAVANTS DE L'ACADEMIE ROYALE DES SCIENCES SUR LES MESURES DU NIVEAU MARIN. ................................. 65

3.1. Diffusion du premier manuel recommandé par l"Académie Royale des Sciences (1701) et réponses

obtenues. ............................................................................................................................................................... 65

3.1.1. Détails sur le mémoire. ...................................................................................................................... 66

3.1.2. 1701-1702 : Premiers résultats obtenus. ............................................................................................ 67

3.1.2.1. Protocole suivi par Baërt à Dunkerque entre 1701 et 1702...................................................... 68

3.1.2.2. Protocole retenu par Du Bocage au Havre en 1701 et 1702..................................................... 69

3.1.2.3. Confrontations entre le mémoire et les réalités du terrain........................................................ 70

3.2. Protocole modifié, nouvelles demandes et nouvelles observations. ....................................................... 70

3.2.1. Détails sur le mémoire. ...................................................................................................................... 71

3.2.2. Réactions aux demandes d"observation du niveau de la mer en 1710. .............................................. 72

3.2.2.1. Au Havre avec Champigny....................................................................................................... 72

3.2.2.2. A Brest avec Coubard............................................................................................................... 73

3.2.3. Observations faites à Brest entre 1711 et 1716.................................................................................. 74

3.2.4. Autres sites d"observations. ............................................................................................................... 75

3.3. Protocole mis en place par Cassini II en 1716 : méthodes, réponses et observations............................. 76

3.3.1. Principes du second imprimé, sur la manière d"observer les marées................................................. 77

3.3.2. Réactions aux demandes du mémoire et observations obtenues........................................................ 79

3.3.2.1. Réponses reçues par M. de Luzancay à Nantes........................................................................ 79

3.3.2.2. Réaction de M. Champigny au Havre....................................................................................... 81

3.3.2.3. Observations réalisées à Lorient............................................................................................... 81

3.3.2.4. Autres observatoires................................................................................................................. 82

3.3.3. Bilan de cette seconde demande d"observation.................................................................................. 82

3.4. 1720-1771 : Désintérêt des savants à observer le niveau marin ?........................................................... 82

3.4.1. Observations ponctuelles et personnelles du niveau de la mer. ......................................................... 82

3.4.1.1. Nouvelles de Saint Malo en 1729............................................................................................. 83

3.4.1.2. Evénements notables au Havre en 1732................................................................................... 85

3.4.2. Singularités pour trois zones du royaume entre 1750 et 1772............................................................ 86

3.4.2.1. Premières observations en Méditerranée.................................................................................. 86

3.4.2.2. de Fourcroy de Ramecourt, un ingénieur aux idées révolutionnaires....................................... 87

3.4.2.3. Observations faites à Fouras pour le compte de l"arsenal de Rochefort................................... 90

3.5. Renouveau d"étudier le flux et reflux de la mer à la fin du 18ème siècle. ................................................ 91

3.5.1. 1763 : La "révélation" de Lalande...................................................................................................... 91

3.5.2. 1777 : Mémoire sur les observations à faire du Flux et Reflux de la Mer. ........................................ 93

3.5.3. Réactions et conséquences du mémoire pour différents ports de France........................................... 97

3.5.3.1. A Lorient. ................................................................................................................................. 97

5

3.5.3.2. A Saint-Malo.......................................................................................................................... 100

3.5.3.3. Au Havre................................................................................................................................ 101

3.5.3.4. A La Rochelle......................................................................................................................... 102

3.5.3.5. A Toulon. ............................................................................................................................... 105

3.5.3.6. A Brest.................................................................................................................................... 107

3.5.3.7. Bilan des mesures obtenues par l"Académie. ......................................................................... 111

3.5.4. Observations éparses entre 1780 jusqu"en 1803.............................................................................. 112

3.5.4.1. Sur les côtes de basse Normandie........................................................................................... 112

3.5.4.2. A Bordeaux............................................................................................................................. 113

3.5.4.3. En Guadeloupe....................................................................................................................... 114

3.5.4.4. A Brest.................................................................................................................................... 115

CHAPITRE 4. L'INSTITUT DE FRANCE ET LE BUREAU DES LONGITUDES, NOUVEAUX COMMANDITAIRES D'OBSERVATIONS, POUR LE COMPTE DE LA

REPUBLIQUE........................................................................................................ 119

4.1. Présentation des deux entités................................................................................................................ 119

4.2. Méthode proposée en prairial, an XI (avril-mai 1803) par la commission de l"Institut........................ 120

4.2.1. Origine............................................................................................................................................. 120

4.2.2. Mémoire rédigé par Lévêque, Rochon et Laplace le 26 Floréal an XI. ........................................... 121

4.3. Réponses et portées de cette suite de recommandations....................................................................... 129

4.4. Suivi singulier des mesures faites au port de Brest par le Bureau des Longitudes. .............................. 132

4.4.1. Demandes faites avant 1803. ........................................................................................................... 132

4.4.2. Traitement particulier de Brest dans le mémoire de 1803................................................................ 133

4.4.3. Premier ouvrage portant exclusivement sur des observations du niveau de la mer. ........................ 133

4.5. Bilan d"action des académiciens........................................................................................................... 146

CHAPITRE 5. NOUVEAUX BESOINS DE LA MARINE : NAISSANCE DE

L'HYDROGRAPHIE MODERNE............................................................................ 149

5.1. Naissance de la tydologie ..................................................................................................................... 150

5.2. Les hydrographes, ces marins qui mesurent la mer. ............................................................................. 152

5.2.1. Besoin de mesurer le niveau de la mer pour la réalisation des cartes bathymétriques..................... 153

5.2.2. Comment observer le niveau marin lors des levés bathymétriques ?............................................... 154

5.3. Chazallon, "père" du premier réseau marégraphique français.............................................................. 157

5.3.1. Biographie de l"hydrographe. .......................................................................................................... 157

5.3.2. Pourquoi un tel réseau ?................................................................................................................... 160

5.3.2.1. Perfectionnement des connaissances sur la marée.................................................................. 160

5.3.2.2. Compétition "positive" avec les anglais. ................................................................................ 162

5.3.2.3. Limites des observations financées avec les fonds votés annuellement par l"Assemblée...... 163

5.3.2.4. Prédire et propager : naissance de l'Annuaire des marées. .................................................... 165

5.3.3. Présentation de la structure.............................................................................................................. 167

5.3.3.1. Sa mise en place..................................................................................................................... 167

5.3.3.2. Son évolution.......................................................................................................................... 174

5.3.3.3. Les autres réseaux de mesures du niveau de la mer. .............................................................. 176

5.3.4. Observatoires marégraphiques......................................................................................................... 179

5.3.4.1. Automatisation des observations grâce à l"invention du marégraphe.....................................179

5.3.4.2. Pérennité des échelles de marée, la référence verticale.......................................................... 182

5.3.4.3. Les observateurs, garants de mesures précises....................................................................... 182

5.3.4.4. Réglages en temps des appareils. ........................................................................................... 190

5.3.4.5. Principales erreurs liées aux mesures du MCM...................................................................... 192

6

5.4. Evolution des besoins de la marine depuis la fin de la première guerre mondiale. .............................. 193

5.4.1. L"âge sombre de la marégraphie française : 1920 - 1980................................................................ 193

5.4.1.1. Situation mondiale.................................................................................................................. 193

5.4.1.2. Protocole établi en 1961 par le PSMSL.................................................................................. 195

5.4.2. Les années 1980 : Regain d"intérêt pour l"observation du niveau de la mer en France...................196

5.4.2.1. Contexte. ................................................................................................................................ 197

5.4.2.2. Inventaire des observatoires marégraphiques en France en 1984........................................... 198

5.4.2.3. Position du SHOM vis-à-vis des programmes marégraphiques internationaux. .................... 201

5.4.3. Naissance du second réseau marégraphique français : RONIM. ..................................................... 202

5.4.3.1. Eléments déclencheurs. .......................................................................................................... 202

5.4.3.2. RONIM................................................................................................................................... 204

5.5. Bilan de deux cents années d"intimes relations entre la Marine française et la marégraphie. .............. 206

7 PARTIE II. Outils, méthodes et tendances des composantes du niveau de la mer. CHAPITRE 6. PRESENTATION DE LA RADE DE BREST ET INVENTAIRE DES OBSERVATIONS MAREGRAPHIQUES. .............................................................. 211

6.1. Portrait de la zone d"étude.................................................................................................................... 211

6.1.1. Cadre géographique. ........................................................................................................................ 212

6.1.2. Cadre géologique............................................................................................................................. 213

6.1.3. Cadre géomorphologique................................................................................................................. 214

6.1.4. Cadre bathymétrique........................................................................................................................ 214

6.1.5. Action anthropique........................................................................................................................... 215

6.1.6. Cadre hydrologique.......................................................................................................................... 219

6.1.6.1. Présentation générale.............................................................................................................. 219

6.1.6.2. Détails sur la Penfeld.............................................................................................................. 220

6.1.7. Cadre hydrodynamique et météorologique...................................................................................... 222

6.1.7.1. Marée...................................................................................................................................... 222

6.1.7.2. Courants. ................................................................................................................................ 223

6.1.7.3. Houles et vagues..................................................................................................................... 223

6.2. Synthèse des données. .......................................................................................................................... 226

6.2.1. Hauteurs horaires............................................................................................................................. 226

6.2.1.1. Présentation générale.............................................................................................................. 226

6.2.1.2. Détail sur les marégraphes utilisés. ........................................................................................ 230

6.2.1.3. Les puits de tranquillisation et leur effet sur les mesures....................................................... 233

6.2.1.4. Eléments de réponses sur les lacunes d"observation.............................................................. 237

6.2.1.5. Listing du personnel en relation avec le marégraphe.............................................................. 241

6.2.2. Mesures des PM et des BM.............................................................................................................. 243

6.2.2.1. Détail sur les observations...................................................................................................... 243

6.2.2.2. Techniques d"observation....................................................................................................... 245

6.2.2.3. Personnel ayant participé aux mesures................................................................................... 247

6.2.3. Présentation des différents observatoires......................................................................................... 248

6.2.3.1. Le Jardin du roy - le rocher de la Rose.................................................................................. 250

6.2.3.2. Le bassin de Brest - Bassin Tourville. ................................................................................... 251

6.2.3.3. La mâture................................................................................................................................ 256

6.2.3.4. Bilan sur la localisation des observatoires depuis 1711.......................................................... 260

6.3. Pourquoi Brest ? ................................................................................................................................... 260

6.3.1. Intérêt des scientifiques pour cette série marégraphique.................................................................. 261

6.3.2. Recouvrement temporel de la série.................................................................................................. 262

6.3.3. Métadonnées accompagnant les observations.................................................................................. 263

6.3.4. Caractéristiques du site. ................................................................................................................... 263

CHAPITRE 7. CONSTRUCTION D'UNE SERIE TEMPORELLE HOMOGENE ET CONTROLES DE LA QUALITE DES DONNEES.................................................. 265

7.1. Article paru en 2006 dans Ocean Dynamics......................................................................................... 266

7.2. Compléments d"information sur l"article.............................................................................................. 278

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