# Procédures de traitement de données pour houlographe marégraphe seadata modèle 635 et courantomètre électromagnétique s4 interocean

Yvon Riou

► To cite this version:

Yvon Riou. Procédures de traitement de données pour houlographe marégraphe seadata modèle 635 et courantomètre électromagnétique s4 interocean. Journal de la Recherche Océanographique, 1986, 11, pp.18-21. hal-01504112

HAL Id: hal-01504112

https://hal.science/hal-01504112v1

Submitted on 8 Apr 2017

HAL is a multi-disciplinary open access
archive for the deposit and dissemination of sci-
entific research documents, whether they are pub-
lished or not. The documents may come from
teaching and research institutions in France or
abroad, or from public or private research centers.

L'archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est
destinée au dépôt et à la diffusion de documents
scientifiques de niveau recherche, publiés ou non,
émanant des établissements d'enseignement et de
recherche français ou étrangers, des laboratoires
publics ou privés.

<figure><img src="image_1.png" /></figure>
PROCEDURES DE TRAITEMENT DE DONNEES
POUR HOULOGRAPHE MAREGRAPHE SEADATA
MODELE 635 ET COURANTOMETRE ELECTRO-
MAGNETIQUE S4 INTEROCEAN

Yvon RIOU

E.N.S.M., Laboratoire de Génie Civil, 1 rue de la Noé, 44072 NANTES Cédex

DATA PROCESSING FOR SEADATA model 635
WAWE AND TIDE RECORDER AND INTEROCEAN
S4 ELECTROMAGNETIC CURRENT-METER.

Key words : data processing, wawe, tide,
computer procedure.

During an investigation directed by IFREMER
relating to sandy bottom deposits, the Civil
Engineering laboratory of ENSM has been reques-
ted for data processing of wawe and tide, at
Carteret (France).

Considering the amount of information to be
treated and the graphical means required for
analysis, a DPS 6/92 Bull has been used. Transfer
procedures (magnetic tape, floppy disk IBM PC-
DPS 6/92) using readers available at IFREMER
and the University of Nantes, have been develop-
ed. The computer program written by R.
EZRATY & A. CAVANIE, and loading in the
"wave directional measure system", have been
adapted for the current data processing.

To illustrate this work, some results concerning
harmonic analysis of current and wave measured
on the site of Carteret at the beginning of 1985,
are presented.

Dans le cadre d'une étude réalisée par l'IFREMER*, concernant le transit de séiments littoraux, le laboratoire de Génie Civil s'est vu confier le dépouillement de mesures effectuées sur le site du CARTERET. L'instrumentation, mise à disposition du département Environnement littoral de l'IFREMER par l'Université LAVAL à RIMOUSKI (CANADA) comprenait :

- un houlographe marégraphe SEADATA modèle 635, d'une capacité d'environ 500000 mesures (pression, température)

- un courantomètre électromagnétique S4 INTER-OCEAN, permettant de stocker 18000 valeurs de vitesse : appareil n'ayant, à notre connaissance, jamais été utilisé en FRANCE.

Notre première préoccupation a été de développer une procédure de transfert sur système informatique suffisamment conséquent pour permettre de traiter l'ensemble des mesures réalisées. Compte tenu des moyens graphiques nécessaires à l'exploitation des résultats et des problèmes de

compatibilité entre les différents supports d'information à notre disposition, le choix s'est tourné vers un ordinateur BULL DPS 6/92 équivalent 1'ENSM.

Le principe de la procédure est décrit sur la figure 1.

<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>Fig. 1.- Schéma des procédures de transfert et de traitement.</figcaption></figure>

On notera que le courantomètre utilise un support parfaitement normalisé et largement diffusé, à savoir la disquette 5"1/4 au format IBM. Le transfert sur DPS 6/92 par l'intermédiaire d'un IBM PC ou compatible et selon le protocole de la carte BSC 2780 ne pose aucune difficulté si le conditionnement des blocs de mesures est conforme à la programmation du courantomètre et aux spécifications de la liaison synchrone. Par contre l'exploitation des données du houlographe nécessite l'utilisation d'un décodeur particulier et peu courant en FRANCE. A cet effet, le SEADATA modèle 12 dont dispose l'IFREMER pour ses données météorologiques a été adapté aux caractéristiques des enregistrements de houle et de marée. D'autre part, nous avons conçu un logiciel de prétraitement assurant la réorganisation des fichiers suivant le conditionnement propre au décodeur.

Avant de procéder à leur analyse, les mesures ont été contrôlées par une représentation graphique des différents signaux enregistrés : voir figures 2 et 3.

Ces tests nous ont permis de déceler quelques enregistrements de pression défectueux, reconstitués par la suite en tenant compte de la fréquence principale du signal.

Afin de tester la validité des hypothèses nécessaires au calcul de la hauteur significative de la houle, et notamment la distribution gausienne, nous avons procédé à l'analyse statis-
<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>Fig. 2.- Evolution des vitesses du courant sur 9 mn.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>Fig. 3.- Evolution des pressions du houlographe sur 9 mn.</figcaption></figure>

tique de certains enregistrements effectués à SCIAMOT par 10 mètres de fond. Dans le cas présent, nous avons estimé, au vu des coefficients de dissymétrie et d'aplatissement, que ces conditions étaient globalement satisfaites en présence d'une houle.

L'analyse harmonique des 2 vitesses de courant (Nord, Est), caractérisée par l'énergie cinéti-que et la direction de chacune de ses composan-tes, est ensuite réalisée par une adaptation du programme de R. EZRATY et A. CAVANIE (IFREMER - BREST) : programme développé pour le système de mesure de houle directionnelle. Ce logiciel a été complété par la détermination de la puissance transmise par mètre de côte et l'énergie de la houle par unité de surface de mer. Pour ce faire nous avons considéré la théorie des ondes de gra-vité supposant une houle irrotationnelle de fai-ble amplitude. La contribution de chaque bande de fréquence a été définie en adoptant le modèle de houle cylindrique en onde monochromatique.

Energie : $E = \frac{w.(E4+E6) \cdot sh^2 (K.H)}{w^2 \cdot ch^2 (K.(Z+H))}$

Puissance : $P = \frac{E \cdot w}{2 \cdot K} \cdot (1 + \frac{2 \cdot K \cdot H}{sh(2 \cdot K \cdot H)})$

avec H : hauteur d'eau moyenne

Z : hauteur d'eau au dessus de l'ap-pareil

w : p.g K = nombre d'ondes

E4, E6 : variances non nulles obtenues par combinaison des parties en phase et quadrature des 2 signaux

L'ensemble de ces résultats se prêtant bien à une représentation graphique, nous les avons compilés sur des figures semblables à la figu- re 4, établies à l'aide des hauteurs d'eau rele-vées au marégraphe.

Le même principe de dépouillement a été appli-qué aux enregistrements de pression fournis par le houlographe marégraphe. Le traitement effec-tué sur le signal consiste en une analyse de FOURIER classique dont les périodes centrales sont identiques aux précédentes. Avec les hypo-thèses émises plus haut, le carré de l'amplitude

<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>Fig. 4.- Chronologie des di-rections et vitesses de cou-rant : analyse harmonique, compilation sur 17 jours.</figcaption></figure>
<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>Fig. 5.- Chronologie, sur 24 heures, des puissances transmises par la houle : hauteur significative, hauteur d'eau.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>Fig. 6.- Etude comparative des puissances obtenues à partir du courantomètre S4 et du houlographe SEADATA.</figcaption></figure>

de l'onde moyenne, l'énergie et la puissance sont évalués sur chaque bande de fréquence.

Amplitude : $A^2 = \frac{(F1^2 + F2^2)}{W^2} \cdot \left[ \frac{\operatorname{ch}(K_H H)}{\operatorname{ch}(K_H(Z_H))} \right]^2$

Energie : $E = \frac{W}{2} \cdot A^2$

Puissance : $P = \frac{W}{4} \cdot C \cdot A^2 \cdot \left(1 + \frac{2 \cdot K \cdot H}{\operatorname{sh}(2 \cdot K \cdot H)}\right)$

avec F1 et F2 les termes en cosinus et sinus de la décomposition en série.

En supposant que la répartition statistique des hauteurs de houle suive la loi de RAYLEIGH, nous pouvons déterminer la hauteur significative

$$HS = 1.6.HM = 1.6\sqrt{2.\pi.MO}, \text{ avec } MO = 0.5.\frac{H}{n}A_n^2$$

Comme précédemment, ces caractéristiques sont reportées sur une figure analogue à la figure 5. On remarquera dans le cas présent, les corrélations existant entre la hauteur HS et la hauteur d'eau.

Il convient de signaler que l'analyse en fréquence a été volontairement limitée à 0.2 HZ, valeur au-delà de laquelle le terme en $(F1^2+FC^2)/|CH(K_H.H)/CH(K_H.(Z_H.H))|^2$ n'est plus significatif du fait de la présence de bruit sur le signal et des hauteurs d'eau importantes au dessus de l'appareil.
Afin de valider l'ensemble des procédures et développements abordés ici, nous avons comparé les puissances obtenues par le houlographe et par le courantomètre : voir figure 6. Dans le cas présent, HATTAINVILLE le 20.02.85 sur estran. on peut estimer que l'analogie est tout à fait acceptable, malgré un écart sensible mais constant sur toutes les valeurs de puissance proposées. Après étude des spectres, il semblerait que cet écart provienne d'une surestimation, ou sous-estimation suivant l'appareil, de la puissance liée à la bande de fréquence prépondérante. Lorsque ces appareils sont placés dans des conditions plus dévaforables (plus de 10 mètres de fond), cette différence s'accentue et peut atteindre, en présence d'une forte houle, 50 % des valeurs obtenues sur le S4. Ce phénomène peut également s'accompagner d'un léger décalage dans le spectre, décalage non explicité pour l'instant.

En marge de cette présentation dont la caractérisation porte essentiellement sur les énergies, nous avons introduit la possibilité de visualiser les courbes de température et de marée. Ces dernières valeurs digitalisées et stockées sur disques ou bandes magnétiques pourraient être traitées, par la suite, dans le but de définir les constantes harmoniques.

A l'heure actuelle, les dépouillement réalisés sur le site de CARTERET et HATTAINVILLE, font l'objet d'une exploitation systématique de la part de l'IFREMER. Le but est d'interpréter l'évolution de la topographie de l'estran : topographie étudiée par marquage radioactif et autres procédés. En ce qui concerne l'ENSM, il resterait à mettre en forme les procédures de transfert et de traitement afin de les rendre transparentes vis à vis de l'utilisateur qui pourra de la sorte se consacrer à l'analyse océanographique proprement dite. Comme développement

possible, on pourra envisager un traitement simultané des 2 signaux en vue de préciser le spectre directionnel. Toutefois cette extension nécessiterait au préalable un synchronisme parfait des 2 appareils, qui n'a pu être réalisé pour l'instant.

* Contrat IFREMER/ENSM n° 85.2.43/4016-DFRQ/EJ

REFERENCES

EZMATY, R., CAVANIE, A., GOUILLOU, J.P. ; 1983 ; Système de mesure de houle directionnelle ; Publication du CNEXO, rapports scientifiques et techniques n° 53.

GUEVEL, P., DELHOMMEAU, G. ; 1978 ; Théorie des ondes de gravité ; Rapport interne, ENSM, laboratoire d'Hydrodynamique Navale.

<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>Fig. 7.- Site des essais : Département de la Manche.</figcaption></figure>