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Se protéger de la mer

Une nouvelle méthode de cartographie de l’herbier sous-marin (Hyères, France)

Utilisation d’un courantomètre profileur acoustique
A new method of mapping of the submarine herbarium (Hyères, France)
Use of an acoustic system of measurement stream prospinner
Anne-Éléonore Paquier and Samuel Meulé
p. 125-130

Abstracts

The Posidonia Oceanica meadow is known to be a natural attenuator of forcages’ impact (wave and current) on the bottom. A technique for precise mapping of Posidonia Oceanica meadow by acoustic current profiler has been established in order to assess the overall meadow impact on the sediment transport across the coastal system of La Capte beach, Hyeres (Var, France). It is now possible to spatially delineate the meadow’s limits and extract the meadow implantation depths and canopy heights.

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Full text

1La protection du trait de côte, enjeu économique majeur en Méditerranée, nécessite la compréhension des processus physiques associés à ses changements, qu’il s’agisse d’érosion ou d’engraissement. L’évolution morphodynamique du littoral est fortement conditionnée par la combinaison des houles et des courants sur le fond. L’impact de ces forçages varie en fonction de la rugosité de fond. Celle-ci dépend de la nature des sédiments et des formes de fond (granulométrie, rides, …) ou de la présence de végétation sous marine.

  • 1 Cf. glossaire en fin d'article.

2Alors que la littérature est riche en méthode d’analyse et de détermination de la rugosité sur substrat sédimentaire (Nikuradse, 1933 ; Li et al., 1996 ; Amos et al., 2009), il existe très peu de travaux sur les dynamiques affectant les substrats végétalisés à grande échelle. Pourtant, l’importance de la végétation sous marine sur les flux hydrologiques (Nepf et al., 1997) ou sédimentaires (Garcia  et Duarte, 2001) a été largement démontrée. En effet, la végétation sous-marine a un rôle de réduction des forçages hydrodynamiques et permet le piégeage des sédiments.Il est donc important de connaître l’extension des herbiers sous-marins pour comprendre la dynamique des systèmes littoraux. Sur les côtes françaises, les herbiers de Posidonia Oceanica, espèce endémique à la Méditerranée s’installent sur des fonds sableux ou rocheux. L’ensemble basal, constitué de rhizomes, de racines et de sédiments, se nomme matte. Au fur et à mesure du renouvellement et de la chute de ses feuilles et de la sédimentation, l’herbier de Posidonia Oceanica va s’exhausser. La matte morte(1)pourra servir de substrat pour la plante (Boudouresqueet al., 2006).À la Capte, l’herbier se développe sur un substrat hétérogène formé de sables de taille moyenne et d’affleurements rocheux. Il se caractérise également par la présence de nombreuses zones de matte morte et par un relief très complexe (Gratiot, 2009).

3L’objectif de ce travail est de mettre au point une méthode de cartographie tri-dimensionnelle de la végétation sous-marine et, plus particulièrement, de distinguer la présence de végétation sous-marine dans un environnement sableux. L’outil utilisé est un courantomètre profileur acoustique. Warren et Peterson (2007) ont montré qu’il était possible de cartographier l’abondance de végétation sous-marine avec cet outil, mais notre recherche va plus loin en réalisant une bathymétrie précise des fonds sous la végétation sous-marine et en évaluant la hauteur de la canopée(1).

1 - Contexte

4La plage de La Capte (fig.1) est située sur la commune d’Hyères-les-Palmiers, dans le Var (83). Elle s’étend sur plus d’un kilomètre du Nord au Sud, à l’Ouest du tombolo de Giens. Elle est limitée au Nord par la digue du port de La Capte. C’est une plage sableuse dissipative(1) à pente faible avec un système de barres d’avant côte(1) réduit, au large duquel s’étend un herbier à Posidonia Oceanica. Les digues du port bloquent les apports de la dérive littorale (orientée du Nord vers le Sud) depuis les embouchures des deux cours d’eau qui alimentent la rade en sédiments (le Gapeau et le Pansard-Maravenne). Les dynamiques perpendiculaires à la côte vont donc ici conditionner l’organisation des processus sédimentaires. La configuration physique de la rade d’Hyères (avancée du Cap Bénat et position des îles de Porquerolles et de Port-Cros influencent l’orientation des vents dominants. Les événements tempétueux liés à la Tramontane – vents de Sud-Ouest – ou au mistral – vents d’Ouest et de Nord-Ouest – affectent très peu le plan d’eau dans la rade, protégée par le tombolo. Les vents morphogènes seront ici les vents de Sud-Est, d’Est et de Nord-Est (fig.1).

Fig. 1

Fig. 1

A. Localisation de la rade de Hyères. La rose des vents a été réalisée par Capanni (2010) à partir des données de la station du BAN.
B. Localisation du site d'étude
C. Contexte évolutif long terme

D'après Capanni et al., 2010, étude d’évolution du rivage, communication personnelle)

5Ils génèrent des houles à la côte, potentiellement érosives. Il est donc important de connaître l’extension exacte de l’herbier, susceptible de réduire leurs impacts. L’enjeu économique du maintien de la côte est en effet très important ici en raison d’une fréquentation touristique balnéaire intense. La municipalité de Hyères accueille ainsi chaque année environ 1,8 millions de touristes.

6Un état des lieux a été dressé par le GIS Posidonie (Gratiot, 2009). Cet organisme a dessiné une limite supérieure de l’herbier en 2006 sur la base d’une compilation de données de terrain et de travaux d’identification sur l’ortho-photographie de 2003. En 2007, le GIS Posidonie a délimité la limite haute de l’herbier par balisage acoustique avec un aquamètre D100 en 3 zones distinctes. En 2009, le suivi (Gratiot, 2009) montre qu’aucun recul réel n’a été observé, bien que de nombreuses mattes mortes aient été identifiées. Ce travail sert de base à la validation de notre méthode d’approche.

2 - Méthodologie

7La méthode de cartographie utilisée repose sur l’utilisation d’un profileur de courant à effet Doppler: l’Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP). Cet instrument, muni de quatre transducteurs acoustiques orientés vers des directions différentes, est employé en routine dans la mesure de profils de courant. Le profileur utilisé est plus puissant (1200 kHz) que celui utilisé par Warren et Peterson (2007) (600 kHz), ce qui permet une résolution verticale plus fine des mesures. Il est, de plus, équipé d’un module de détection de la profondeur du substrat, sur lequel se fixe l’herbier. Il est fixé sur un catamaran arrimé à l’embarcation principale (fig. 2).

Fig. 2

Fig. 2

Schéma du protocole de mesure par ADCP

Conception et réalisation A.-E. Paquier

8Les levés ont été réalisés le 27 octobre 2009, de la côte vers le large, au dessus de l’herbier de Posidonia Oceanica, dont les limites avaient été préalablement repérées par le GIS Posidonie. Un GPS différentiel RTK Trimble couplé au profileur acoustique a permis de géoréférencer chaque mesure.

9Les instruments ont été configurés afin d’obtenir des mesures toutes les 2 secondes et à des intervalles verticaux de 5 cm dans la colonne d’eau. On dispose de 4 profils par mesure, soit une par capteur. Chacune des données est d’abord repositionnée en fonction du roulis, du tangage, et de l’angle entre chacun des 4 faisceaux par rapport à la verticale. L’intensité du signal rétro-diffusé en décibels est utilisée comme indicateur de la présence de végétation. Ce signal est corrigé de l’atténuation acoustique par la colonne d’eau. Sur chaque profil vertical, l’analyse du signal est réalisée sur 175 cm au dessus du fond afin d’intégrer la hauteur maximum connue de l’herbier soit environ 110 cm à Hyères (Gratiot, communication personelle).

10La figure 3 présente différentes formes du signal rétrodiffusé, mesuré au dessus d'une zonne d’herbier ou de sable nu. Le signal est relativement constant au dessus du sable et augmente rapidement au niveau de l’interface eau-sédiment. La charge en suspension près du fond peut perturber le signal. Au dessus de l’herbier, le signal augmente au dessus de la canopée puis est relativement constant au sein même de l’herbier. Il est donc possible de distinguer la typologie du fond en fonction de la forme du signal rétro-diffusé. La hauteur de l’herbier ou de la couche de remise en suspension des sédiments peut être évaluée facilement à partir de la hauteur où l’intensité du signal augmente.

Fig. 3

Fig. 3

Différents types de signaux rétro-diffusés au dessus de l’herbier (à gauche) et au dessus de fonds sableux ( à droite)

Conception et réalisation A.-E. Paquier

11Sur chaque signal, une analyse spectrale fréquentielle a été réalisée afin de pouvoir calculer un coefficient Ib (unité m) compris entre 0 et 40. Ib est un indicateur du type de fond. En effet, une valeur seuil de 20 a pu être établie: lorsqu’ Ib est inférieur à 20, nous pouvons confirmer la présence d’herbier de Posidonia Oceanica sur le fond ; au-delà de 20, il s’agit de substrat nu. Une cartographie assez précise des fonds marins peut donc être élaborée à partir de ces données, puisque pour chaque faisceau, on peut définir la position géographique, la profondeur, le type de fond et la hauteur de végétation.

12La marge d’erreur horizontale associée au positionnement des points de mesure est estimée après interpolation entre les faisceaux à +/-80 cm. Aux limites spatiales de la cartographie, comme pour toute carte issue de données interpolées spatialement, la fiabilité des résultats est moindre et dépend de la résolution finale de la donnée générique maillée. La cartographie repose sur une interpolation spatiale de type triangulation Delauney, qui peut induire des exagérations dans les zones où la fréquence spatiale d’échantillonnage est peu dense.

3 - Résultats

13La figure 4 présente la cartographie par ADCP de l’herbier de Posidonia Oceanica (fig. 4A) et la bathymétrie sous l’herbier (fig. 4B) au large de la plage de La Capte, positionnées sur une ortho-photographie IGN de 2003. La limite haute de l’herbier identifiée par le Gis Posidonie en 2006 (sur orthophotographie 2003) et 2007 (3 zones mesurées par aquamètre), est reportée.

Fig. 4

Fig. 4

Résultat de la méthode de cartographie par profileur acoustique. À gauche (4A), la carte d’identification des typologies de fonds ; à droite (4B), la bathymétrie réalisée

Source Orthophoto IGN, 2003

14La limite supérieure de l’herbier réalisée par profileur acoustique suit de manière extrêmement satisfaisante la limite de l’herbier de 2006 et les limites obtenues par aquamètre 2007, sauf dans la partie Nord de la zone d’étude. Les irrégularités du tracé de la limite haute de l’herbier sont également bien représentées par notre méthode. Sur la partie nord de la zone d’étude, il y a une différence marquée entre les 3 méthodes : la limite haute de l’herbier aurait reculé de 10 m entre 2006 et 2007 et d’un peu plus de 10 m entre 2007 et 2009. Pourtant, les relevés du GIS Posidonie (Gratiot, 2009), ne mentionnent aucun recul, bien que de nombreuses mattes mortes aient été identifiées.

15À l’intérieur de la cartographie, de nombreuses zones semblent indiquer la présence de sables nus. D’après nos propres observations, ainsi que celles du GIS Posidonie, il existe au sein de l’herbier de nombreuses disparités (identifiables sur la figure 4B), induites par la topographie sous-jacente et par l’évolution de l’herbier en zone de matte morte. Il est ainsi possible d’identifier des zones d’accumulations sédimentaires. À partir de ce constat, nous pouvons conclure que l’herbier de Posidonia Oceanica est plus homogène dans la partie centrale et sud de la zone d’étude. Les relevés du GIS Posidonie (Gratiot, 2009) soulignent aussi que l’herbier est globalement stable ou en progression depuis 2007 dans la partie sud de la zone, avec peu de mattes mortes.

16La hauteur de la canopée est très variable (entre 25 cm et 98 cm), en fonction de la présence de juvéniles ou d’états dégradés. Sa valeur moyenne (55 cm) est  identique à celle indiqué par le GIS Posidonie pour la rade d’Hyères.

4 - Discussion et conclusion

17L’objectif de ce travail était de mettre au point une méthode de cartographie tri-dimensionnelle de la végétation sous-marine, afin d’évaluer son impact sur le système sédimentaire côtier. La modélisation des dynamiques sédimentaires s’appuie en effet sur le calcul d’un coefficient de friction, qui intègre l’interaction entre l’hydrodynamisme et la canopée de la végétation immergée (Chen et al., 2007). Les caractéristiques nécessaires au calcul de ce coefficient sont la densité des faisceaux végétaux par m², la largeur des feuilles (en moyenne égale à un centimètre sur l’herbier de Posidonia Oceanica), la hauteur de la canopée et la profondeur d’eau. Ces paramètres peuvent être désormais extraits de la méthodologie développée.

18En effet, les deux méthodes jusqu’ici utilisées pour cartographier la végétation sous-marine présentent des inconvénients. Le balisage acoustique par aquamètre D100 fournit une image incomplète puisqu’il n’indique généralement que les limites de l’herbier. De plus, il est complexe et coûteux à mettre en place puisqu’il est réalisé en plongée. Sa précision (2 à 20 cm pour un aquamètre D100 en conditions optimales) peut diminuer à cause des difficultés de géoréférencement d’un point en profondeur depuis la surface. Les erreurs associées peuvent être ainsi estimés de l’ordre de 5 à 10 mètres.

19Les méthodes d’imagerie par sonar latéral ou multifaisceaux donnent généralement une bonne image du fond. Elles impliquent de lourds investissements techniques mais offrent une acquisition rapide et en eau profonde. Les publications actuelles ne nous permettent pas de connaître précisément les marges d’erreur de ces techniques. Néanmoins, ces deux méthodes étant basées sur l’utilisation d’outils similaires nous pouvons considérer les marges d’erreur comme égale à la notre, en considérant une ouverture de faisceaux identique.

20La méthode de cartographie que nous avons mise au point permet une cartographie précise de l’herbier sous marin de Posidonia Oceanica, en termes de présence, de profondeur d’implantation. Il est déjà possible d’évaluer la hauteur de végétation même si un travail d’automatisation reste à faire pour pouvoir en produire une cartographie. Par ailleurs, il semble nécessaire de développer une étude plus poussée de la morphologie de chaque type d’herbier, couplée éventuellement à une reconnaissance du fond par plongée, afin de définir si les hauteurs mesurées correspondent à un état dégradé, juvénile ou mature. En effet, la connaissance de l’état de l’herbier a des implications importantes en termes de protection de cet écosystème et, par conséquent, sur la protection des littoraux.

Remerciements

21Cette étude est financée à travers deux programmes:

22- MICROLIT RELIEFS INSU/SHOM (Institut National des Sciences de l'Univers/Service Hydrologique et Océanographique de la Marine) piloté par le SHOM et l’université de Perpignan.

23- IMAHGEO (IMplantation d’Atténuateur de Houle en GEOtextile) financé par la municipalité de Hyères.

24Sur la figure 4, les données de cette étude sont surimposées à une ortho-photographie IGN® 2003.

25Nous remercions le GIS Posidonie, et plus particulièrement Julien Gratiot pour leurs données et le temps qu'il nous ont consacrés.

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Bibliography

Amos C., Bowen A., Huntley D., Judge J., Li M., (1999), Ripple migration and sand transport under quasi-orthogonal combined flows on the scotian shelf, Journal of Coastal Research, 15(1), p. 1-14.

Boudouresque C. et al., (2006), Préservation et conservation des herbiers à Posidonia Oceanica, Ramoge pub., p. 200.

Capanni R., Provansal M., Sabatier F., Dufour S., (2010), Étude et gestion intégrée des transferts sédimentaires dans le système Gapeau/rade d'Hyères, rapport final Agence de l'Eau, RMC, 58 p.

Chen S., Sanford L.P., Koch E.W., Shi F., North E.W., (2007), A nearshore model to investigate the effects of seagrass bed geometry on wave attenuation and suspended sediment transport, Estuaries and Coasts, vol. 30, p. 296-310.

Certain R., (2002), Morphodynamique d’une côte sableuse microtidale à barres : le Golfe du Lion (Languedoc-Roussillon), thèse d’Océanologie-Géologie, université de Perpignan, p. 209.

Gacia E., Duarte C.M., (2001), Sediment Retention by a Mediterranean Posidonia Oceanica Meadow: The Balance between Deposition and Resuspension, Estuarine Coastal and Shelf Science, vol. 52, p. 505-514.

Gratiot J., (2009), Impacts potentiels sur les herbiers de posidonies d’un rechargement en sable associé à la mise en place d’un atténuateur de houle en géotextile devant la plage de la Capte (Hyères), rapport GIS-POSIDONIE, p. 1-28.

Li M., Wright L., Amos C., (1996), Predicting ripple roughness and sand resuspension under combined flows in a shoreface environment, Marine Geology, vol. 130, p. 139-161.

Nepf H.M., Mugnier C.G., Zavistoski R.A., (1997), The Effects of Vegetation on Longitudinal Dispersion, Estuarine, Coastal and Shelf Science, vol. 44, p. 675-684.

Nikuradse, J. (1933). "Strömungsgesetze in Rauhen Rohren." 'Laws of Turbulent Pipe Flow in Rough Pipes.' VDI-Forschungsheft, no 361 (in German) (translated in NACA Tech. Memo. No. 1292, 1950).

Warren J.D., Peterson B.J., (2007), Use of a 600-kHz Acoustic Doppler Current Profiler to measure estuarine bottom type, relative abundance of submerged aquatic vegetation, and eelgrass canopy height, Estuarine Coastal and Shelf Science, vol. 72, p. 53-62.

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Annex

Glossaire

Barre d’avant côte: morphologie sédimentaire créée dans la zone de déferlement par la convergence de courants induits par la houle. Elles peuvent être rectilignes (parallèles au rivage), en festons ou obliques, (Certain, 2002).

Canopée: partie sommitale de la végétation.

Matte morte: ensemble basal de certaines espèces d’herbiers sous marins (dont Posidonia Oceanica), constitué de rhizomes, de racines et de sédiments et abandonné lors de l’exhaussement de la matte ou de la mort de la plante.

Plage dissipative: plage sur laquelle l’énergie des vagues se dissipe. Elle présente donc généralement une pente faible.

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Notes

1 Cf. glossaire en fin d'article.

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List of illustrations

Title Fig. 1
Caption A. Localisation de la rade de Hyères. La rose des vents a été réalisée par Capanni (2010) à partir des données de la station du BAN.B. Localisation du site d'étudeC. Contexte évolutif long terme
Credits D'après Capanni et al., 2010, étude d’évolution du rivage, communication personnelle)
URL http://mediterranee.revues.org/docannexe/image/5242/img-1.png
File image/png, 208k
Title Fig. 2
Caption Schéma du protocole de mesure par ADCP
Credits Conception et réalisation A.-E. Paquier
URL http://mediterranee.revues.org/docannexe/image/5242/img-2.png
File image/png, 1.7M
Title Fig. 3
Caption Différents types de signaux rétro-diffusés au dessus de l’herbier (à gauche) et au dessus de fonds sableux ( à droite)
Credits Conception et réalisation A.-E. Paquier
URL http://mediterranee.revues.org/docannexe/image/5242/img-3.png
File image/png, 131k
Title Fig. 4
Caption Résultat de la méthode de cartographie par profileur acoustique. À gauche (4A), la carte d’identification des typologies de fonds ; à droite (4B), la bathymétrie réalisée
Credits Source Orthophoto IGN, 2003
URL http://mediterranee.revues.org/docannexe/image/5242/img-4.png
File image/png, 2.6M
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References

Electronic reference

Anne-Éléonore Paquier and Samuel Meulé, « Une nouvelle méthode de cartographie de l’herbier sous-marin (Hyères, France) », Méditerranée [Online], 115 | 2010, Online since 30 December 2012, connection on 17 August 2017. URL : http://mediterranee.revues.org/5242 ; DOI : 10.4000/mediterranee.5242

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About the authors

Anne-Éléonore Paquier

Ingénieur d’études, M2P2 (UMR 6181), Université Aix-Marseille 3, CEREGE (UMR CNRS 6635), Université Aix-Marseille 1, paquier@cerege.fr

Samuel Meulé

Maître de conférence en Géographie, CEREGE (UMR CNRS 6635), Universités Aix-Marseille 1 et 3, CNRS, IRD, Collège de France, meule@cerege.fr

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