Normes pour les levés hydrographiques

4 Mesurage des profondeurs

4.1 Introduction

La navigation des bâtiments commerciaux requiert une connaissance de plus en plus précise et fiable des profondeurs afin d'exploiter en toute sécurité les capacités maximums en matière de chargement. Il est impératif que, dans des zones critiques, et tout particulièrement dans les zones où la profondeur d'eau sous quille est marginale et où existe la possibilité d'obstructions, les normes relatives à la détermination de la précision en matière de profondeur soient plus rigoureuses que celles établies dans le passé et que la question de l'investigation adéquate du fond soit prise en compte.

4.2 Étalonnage des systèmes

4.2.1 Systèmes d’échosondeurs multifaisceaux (SEMF)

Avant d’entreprendre tout levé hydrographique, certaines procédures terrain doivent être effectuées afin de déterminer tous biais résiduels et les corrections qui seront appliquées pour bien étalonner les SEMF. Connu sous le nom de « patch test » cette méthode implique l’enregistrement de différentes données alors que la plate-forme de sondage navigue le long de lignes de sondes prédéterminées ayant différents reliefs bathymétriques et contenant des cibles identifiables; ce travail est exécuté à différentes vitesses et dans des directions réciproques. Le but du « patch-test » est de déterminer tous résiduels des angles de roulis, tangage et azimut ainsi que les différences de temps entre les différents signaux du SEMF en accord avec la centrale d’attitude de référence. Ce même test est effectué à la fin du levé hydrographique afin de confirmer que les paramètres du système n’ont pas changé en cours de route. Ce test doit également être effectué lorsque des modifications majeures ont été apportées telles le remplacement ou la réparation de diverses composantes du système : mécanique, ordinateurs, logiciels, etc.

Des informations supplémentaires sur l’étalonnage utilisant la méthode du « Patch Test » peuvent être trouvées dans le document « The Calibration of Shallow Water Multibeam Echo-Sounding Systems » by André Godin.

4.2.2 Systèmes d’échosondeurs multi transducteurs (SEMT)

Au début de chaque saison sondage, avec un système multi transducteur, il est essentiel d’étalonner toutes les composantes du système. Les hydrographes devront mesurer et positionner les composantes du système sur l’embarcation, comme par exemple : coordonnées xyz des antennes GPS, du senseur de mouvement, des pieds de transducteurs incluant l’enfoncement dans l’eau de chacun des transducteurs. Il faudra par la suite étalonner les différents senseurs (centrale d’attitude, gyro, etc.) en effectuant des relevés sur un secteur connu et en analysant les résultats. L’établissement d’un banc d’essai est recommandé afin de valider le système et comparer l’exactitude des profondeurs obtenues avec d’autres systèmes

À chaque jour, il est nécessaire d’effectuer un étalonnage avec une plaque d’acier sur au moins un transducteur afin de déterminer la vitesse du son dans l’eau dans la zone de travail. Il est également requis de mesurer la variation du tirant d’eau de l’embarcation (varie en fonction des dépenses d’essence et d’eau et du ravitaillement).

4.2.3 Systèmes simple faisceau (SESF) et multi transducteurs (SEMT)

La procédure terrain pour étalonner les SESF et les SEMT consiste de suspendre une barre, un cône ou une plaque métallique à une séries de profondeurs connues, jusqu’à une profondeur maximale de 60 mètres, sous les transducteurs et d’enregistrer la valeur de la barre ainsi que la profondeur mesurée par le du système et par la suite produire une table de corrections qui sera utilisée pour corriger les profondeurs mesurées. La barre d’étalonnage peut être utilisée pour déterminer le tirant d’eau d’un système multifaisceaux si la taille et forme de l’embarcation le permet. Cette méthode, communément appelée « barre d’étalonnage » devrait être utilisée au moins une fois par jour et possiblement en fin de journée pour s’assurer qu’il n’y a pas eu de problème durant la journée.

4.2.4 Vélocimètres

Les vélocimètres doivent être étalonnés à l’usine de fabrication selon les critères et les spécifications du manufacturier au moins une fois l’an ou à tout autre moment si les données obtenues sont suspectes.

4.3 Mesurage de la vitesse du son

4.3.1 Introduction

La vitesse de propagation du son dans la colonne d’eau doit être mesurée soit directement en utilisant un senseur de vitesse du son ou calculée indirectement à partir de mesures de conductivité, de température et de pression. Lors de la planification des mesures de profils de vitesse du son, il est important de considérer le type d’instrument acoustique utilisé lors du levé. Les autres utilisations potentielles des données de vitesse du son doivent également être considérées.

4.3.2 Levé hydrographique avec échosondeurs à simple faisceau

La mesure de profils de célérité utilisés lors d’un levé hydrographique avec échosondeur à simple faisceau est faite pour corriger les différences de propagation du son dans l’eau causée les changements de vitesses du son dans la colonne d’eau. Ces corrections ne s’appliquent que pour l’axe vertical. Des profils de célérité doivent être mesurés à un intervalle dicté par la variabilité des conditions dans la zone où le levé hydrographique est effectué. Lorsque possible, la totalité des valeurs mesurées du profil de célérité sera utilisé par l’échosondeur pour corriger les profondeurs. Dans le cas où seulement une valeur peut être utilisée, celle-ci proviendra d’un calcul harmonique de la vitesse du son. Une vérification à l’aide d’une « barre d’étalonnage » sera faite à une fréquence suffisante pour valider la vitesse de son utilisée.

4.3.3 Levé hydrographique avec échosondeurs multifaisceaux

La mesure de profils de célérité utilisée lors d’un levé hydrographique avec échosondeur multifaisceaux est requise pour corriger les différences de propagation du son ainsi que la variabilité du trajet de l’onde sonore dans la colonne d’eau. Ceci permet de corriger pour l’axe vertical et les erreurs transversales. Les profils de célérité seront mesurés à une fréquence suffisante pour assurer que les précisions de l’horizontale et des profondeurs prescrites par l’ordre du levé hydrographique choisi rencontrent les exigences définies dans le Tableau 1. Si un système de mesure de profil de célérité en mode continu est disponible, des profils seront mesurés à une fréquence maximale possible compte tenu des méthodes de travail et du volume de trafic maritime.

Une surveillance continue doit être faite afin de déterminer tout changement possible de la vitesse du son dans l’eau. Il existe deux moyens principaux pour détecter des changements, l’analyse des données enregistrées et l’observation des conditions de la masse d’eau. L’analyse de données consiste à remarquer les effets de réfraction dans les données. Ceci inclus un décalage des profondeurs dans les zones à recouvrement des lignes de sonde et une tendance vers des profils d’impulsion arqués. L’observation des conditions de la masse d’eau consiste à remarquer les effets qui donnent des indications d’un changement possible dans la vitesse de propagation du son dans l’eau. Ceci inclus, mais n’est pas exhaustif, les observations suivantes : un changement dans la mesure de la vitesse du son à la surface, un débit entrant d’eau fraîche ou chargée de sédiments, l’action du vent causant un mélange des eaux de surface, de fortes chutes de pluie, des courants latéraux, des changements dans la température de l’eau de surface, etc. Si une ou plusieurs de ces conditions sont observées, il sera nécessaire de mesurer à nouveau un profil de célérité.

4.3.3.1 Vitesse de son à la surface

La vitesse du son à la surface de l’eau doit toujours être mesurée et appliquée en temps réel pour tous les systèmes de sondage multifaisceaux, peu importe que le transducteur soit de forme arquée (ex. baril) ou plate (ex. Mills cross).

4.3.4 Besoins océanographiques

Toutes les données obtenues des profils de célérité seront enregistrées ainsi que le temps UTC et la position géographique où la mesure a été prise. Lorsque la vitesse de propagation est mesurée directement, il est désirable d’également mesurer la température afin de pouvoir calculer la salinité pour des fins océanographiques. Lorsque la vitesse de propagation est calculée à partir des mesures de la conductivité, la température, et la pression, ces valeurs seront incluses avec les valeurs de vitesse du son calculées.

4.4 Densité des sondes

4.4.1 Introduction

Lors de la planification de la densité des sondes, il faut tenir compte aussi bien de la nature du fond dans la zone levée que des besoins des utilisateurs afin d'assurer une investigation adéquate du fond.

Il convient de noter qu'aucune méthode, pas même l'investigation du fond à 100%, qui est souhaitable, ne garantit par elle-même la fiabilité d'un levé. De plus, elles ne peuvent pas réfuter avec certitude l'existence de dangers pour la navigation, en particulier en égard à l'existence ou la non existence, entre les lignes de sonde, de risques naturels ou d'objets artificiels isolés (épaves par exemple).

4.4.2 Espacement entre profils

Le Tableau 1 propose un espacement entre profils approprié, pour les divers ordres de levés. Les résultats d'un levé doivent être évalués en utilisant les procédures mises au point par le chargé de projet responsable de la qualité des levés. Sur la base de ces procédures il convient de décider si l'étendue de l'investigation du fond est adéquate et si l'espacement entre profils doit être réduit ou amplifié. Ces procédures peuvent inclure une analyse d'erreur statistique appropriée prenant en considération les erreurs d'interpolation ainsi que les erreurs de profondeur et de positionnement des profondeurs mesurées (voir 8.5 Sources et budgets d’erreurs). Pour les SEMF, l’espacement des lignes est remplacé par le pourcentage de recouvrement ou la densité de sondage par cellule carrée. Pour assurer une densité de sondage adéquate en eaux peu profondes (<50m de profondeur) qui sont jugées critiques pour la navigation, il est recommandé qu’un recouvrement de 200% ou un chevauchement de 100% soit effectué. La densité de sondage devrait être d’au moins 5 sondages par cellule pour atteindre la résolution tel que décrit dans le tableau 1 du document CUBE - Traitement et analyse de données – (SHC Février 2012).

4.4.3 Examen des hauts-fonds

Un haut-fond est une élévation distincte du fond marin pouvant être considéré comme un obstacle à la navigation. Considérant le tirant d’eau de certains navires moderne, toute indication permettant de croire que des profondeurs de moins de 50m peuvent exister est suffisante pour justifier l’examen d’un éventuel haut-fond. Une élévation de 10% du fond en fonction de la profondeur, du caractère relatif ou le type de navigation (tirant d’eau maximum, etc.) de la zone environnante peut indiquer l’existence d’un haut-fond ou d’un sérieux obstacle à la navigation et doit être examiné.

Une méthode pour effectuer l’examen d’un haut-fond consiste à effectuer un patron de lignes de sondage au-dessus de la zone du haut-fond. Le patron de lignes et la densité est déterminé par les profondeurs environnantes, le système utilisé et le caractère relatif de la zone environnante. Une autre méthode consiste à balayer une zone à 100% soit par méthode mécanique ou système électronique de balayage.

En fonction de la caractéristique du fond, des systèmes et des besoins des clients, le chargé de projet déterminera si la profondeur moindre obtenu sur chaque haut-fond examiné devra être vérifiée par une méthode indépendante et si la nature du fond devra être relevée.

Pour les levés réalisés avec un SEMF, s’assurer qu’il y a suffisamment de données au sommet des hauts fonds pour garantir que la profondeur moindre a été déterminée précisément.

4.4.4 Mesurage de la profondeur au dessus des obstructions

La détermination de la topographie générale du fond de la mer, la réduction de la marée ainsi que la détection, la classification et le mesurage des dangers présentés par le fond de la mer sont des opérations fondamentales lors de levés hydrographiques. Les profondeurs au-dessus des dangers doivent être déterminées avec, au moins, une précision de profondeur égale à celle spécifiée pour l'ordre 1a du Tableau 1.

Pour les épaves et les obstructions susceptibles d'avoir moins de 50 m de profondeur d’eau au-dessus d'elles et pouvant présenter un danger pour la navigation de surface, la profondeur minimale doit être déterminée soit par examen au sonar haute définition soit par examen physique (plongée). Le balayage mécanique peut être utilisé lorsqu'il garantit une profondeur de brassiage minimum sûre.

Tous les éléments anormaux auparavant signalés dans la zone levée ainsi que ceux détectés au cours du levé devront être examinés en détail et, s'ils sont confirmés, leur profondeur minimale devrait être déterminée. Le chargé de projet responsable de la qualité du levé peut définir une limite de profondeur au-delà de laquelle une investigation détaillée du fond de la mer et, donc, un examen des éléments anormaux, n'est pas requis.

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