Voir , sonder et mesurer les milieux profonds

1.     Mesurer la profondeur

Méthode ancienne 

Pour mesurer la profondeur, les marins jetaient à l'eau une ligne plombée (la sonde) et la remontaient du fond en comptant le nombre de fois qu'il fallait ramener la ligne d'un poignet à l'autre. On obtenait ainsi le nombre de brasses (soit 1.625m avec nos unités actuelles) de profondeur.

Pour avoir une idée de la nature du fond, la base du plomb de sonde était creuse et remplie de suif et en la remontant, on pouvait voir ce qui était resté collé (sable, gravillon, vase).

Suggestion d’activités : ficelle + masse marquée de 1kg + chewing-gum (difficile de trouver du suif!)

Méthode moderne 

Un sondeur bathymétrique est un appareil servant à mesurer la profondeur. 

Principe de cartographie bathymétrique par écho-sondeur

La profondeur est déduite de la mesure du temps de trajet d'un signal réfléchi par le fond.

Pour balayer le fond sur une bande plus large, l’émission se fait sur différentes fréquences.

Ces méthodes permettent de connaitre en partie la nature du fond et éventuellement des couches sédimentaires.

2.     « Voir » le fond

documents extraits du Service Hydrographique et Océanographique de la Marine (SHOM)
http://www.shom.fr/les-activites/activites-scientifiques/sedimentologie/imagerie-acoustique/

Le sonar latéral

 Le sonar latéral est un émetteur-récepteur d'ondes acoustiques qui présente l'avantage de visualiser les fonds sur une largeur importante. Le signal acoustique réfléchi par les fonds marins est restitué à bord du navire sur écran. Sont ainsi obtenues des informations sur la morphologie et la nature texturale du fond. Ce système utilisé par les hydrographes pour rechercher les épaves et obstructions, est un outil très utile pour les applications de sédimentologie car il apporte une vision du fond comparable à de la photographie aérienne du sol.

Exemple de l’image sonar d’une épave

Le Sondeur Multifaisceaux (SMF)

Contrairement aux sonars latéraux qui n'offrent que des images, les sondeurs multifaisceaux sont des sondeurs bathymétriques ayant en complément une fonction imagerie. De tels systèmes imageurs sont désormais utilisés en routine, et permettent, comme le faisait le plomb suiffé au début du XXe siècle, d'acquérir simultanément l'information sur la profondeur et la nature du fond.

Un système tel que le SMF EM120 grand-fonds permet de fournir une image acoustique du fond jusqu'à des profondeurs de 11 000 m. Avec une largeur d'exploration de 20 km, les superficies couvertes sont importantes et peuvent atteindre 8 000 km2 par jour. L'image des fonds marins obtenue (exemple : haut fond du nord de l'Océan Indien) est en première approche semblable à une image sonar latéral.

En imagerie acoustique, la réflectivité (traduite en niveaux de gris) varie en fonction de l'angle d'incidence de l'onde acoustique sur le fond marin. Elle est très forte en incidence verticale (spéculaire), et beaucoup plus faible en incidence rasante (bordure de fauchée). Le signal rétrodiffusé est enregistré sous la forme de profil d'imagerie acoustique constitué de nombreux pixels géo référencés contenant comme information une valeur de rétrodiffusion. Cette valeur corrigée de la rasance varie suivant la nature du fond, et va permettre de classifier les fonds gris foncé en fonds très réfléchissants (roches, cailloutis, fonds hétérogènes, sédiments contenant du gaz, sédiments indurés,… ), et les zones gris clair en fonds très absorbants (vase, sables vaseux, sédiments très homogènes, …).

La capacité de l'imagerie SMF EM12 pour caractériser la variabilité des fonds est bien illustrée par la mosaïque d'un haut fond du nord de l'Océan Indien, sur laquelle s'observent des zones sombres, des zones grises et des zones blanches, avec un plateau situé à 500 mètres de profondeur encerclé par un talus abrupt, lui-même incisé par des canyons responsables du transit des sédiments du plateau jusqu'aux fonds de 3500 mètres. Cette mosaïque très riche en information demeure toutefois insuffisante pour réaliser une carte des sédiments sans l'apport de prélèvements et d'études complémentaires approfondies.

exemple d'un haut fond du nord de l'Océan Indien

La sismique

Les principes de la sismique sont globalement les mêmes que l'on soit en domaine terrestre ou en domaine marin. La sismique est basée sur le principe de la propagation d'ondes acoustiques basse fréquence dans un milieu continu et élastique. Les vitesses de propagation dépendent des propriétés d'élasticité des couches traversées et de leur densité ainsi que des conditions du milieu (pression, température, …). A partir de la mesure du temps de propagation des ondes dans le sous-sol et du signal retour obtenu, on déduit les propriétés et les épaisseurs des couches traversées. La prospection sismique mise en oeuvre par le SHOM concerne l'étude des ondes réfléchies par le sous-sol : sismique réflexion.
La sismique apporte des réponses aux besoins :

• de caractérisation du sous-sol marin et de détection des réflecteurs à des fins de modélisation 3D,
• de définition de la profondeur maximum d'enfouissement,
• de caractérisation de l'atténuation et de la célérité des couches sédimentaires,
• de détection des environnements sédimentaires contenant du gaz,
• de l'étude des avalanches sous-marines pour la cartographie des épandages profonds à forte réflectivité et la prévention des tsunamis,
• de délimitations des plateaux continentaux (projet EXTRAPLAC),
• de détermination des points de carottage.

Le SHOM utilise deux systèmes de sismique réflexion : les sondeurs 3,5 kHz et le SBP120.

Impact du système de sismique sur la donnée obtenue : Profil aux abords des Pertuis charentais effectué avec 3 systèmes différents (a : Sondeur de sédiments du BH2 Lapérouse (1996) Chirp centré sur 3,5 kHz ; b : Sparker de 50 joules - Chirp 0,2 à 1,2 kHz ; c : Boomer IKB Seistec - Chirp 1 à 10 kHz)

https://blogs.ifremer.fr/bicose/fiches-scientifiques/la-bathymetrie/
http://www.shom.fr/les-activites/activites-scientifiques/sedimentologie/imagerie-acoustique/

Suggestions d’activité
en physique  / informatique: calcul sur tableur de la profondeur et de l’abscisse en fonction de l’angle et du temps de réponse et de la célérité de l’onde

A partir de ces mesures, on établit des cartes et / ou des modélisations en 3D
carte littorale détaillée de la Réunion  https://www.geoportail.gouv.fr/donnees/carte-littorale

carte marine du Port

Les profondeurs sont écrites en italique, les lignes représentent le trait de côte et les lignes d’égale profondeur (500m , 200m , 100m , 50m, 30m , 20m , 10m , et 5m)

Activité :
à partir de la carte littorale de géoportail : https://www.geoportail.gouv.fr/donnees/carte-littorale 
- Sur la carte de la Réunion rechercher les lignes d égales profondeur
- Dessiner une coupe verticale