Qu'est-ce que les levés hydrographiques?

Les levés hydrographiques sont la collecte et l'analyse systématiques de données décrivant les caractéristiques physiques des plans d'eau, principalement la profondeur, la forme du fond marin et la nature des sédiments de fond. Ces levés constituent la couche fondamentale de connaissances pour toute activité qui se déroule dans les eaux côtières et océaniques ou interagit avec elles.

Les données recueillies lors d'un relevé hydrographique dépassent largement les simples mesures de profondeur.Les relevés modernes captent la bathymétrie à haute résolution, l'intensité de la dispersion (qui révèle la composition du fond marin), les propriétés de la colonne d'eau (température, salinité, profils courants) et même les sites du patrimoine culturel submergé.Cette riche série de données soutient une large gamme d'applications, allant de la navigation sûre au développement énergétique en mer, à la surveillance environnementale et à la recherche scientifique.

Des organismes tels que l'Organisation hydrographique internationale (OHI) ont établi des normes pour la collecte de données et la cartographie, en veillant à ce que les enquêtes menées par différentes parties puissent être intégrées dans des produits cohérents.Dans de nombreux pays, les enquêtes hydrographiques sont prescrites par la loi pour certaines activités, telles que le développement portuaire, l'acheminement des pipelines ou le dragage, afin d'assurer la sécurité et le respect des lois.

L'importance des relevés hydrographiques est amplifiée lorsqu'on les comprend non pas comme des projets isolés, mais comme un processus continu d'acquisition, de gestion et de mise à jour de l'information sur le milieu marin. Cette perspective à long terme s'harmonise parfaitement avec le concept d'infrastructure de données spatiales marines (IDSM), où des données cohérentes, faisant autorité et accessibles appuient la prise de décisions dans plusieurs secteurs.

La Fondation de l'infrastructure de données spatiales marines (IDSM)

L'infrastructure de données spatiales marines (IDSM) est le cadre des politiques, technologies, normes et arrangements institutionnels qui permettent la collecte, la gestion, le partage et l'application de données géospatiales marines. Elle est la contrepartie maritime d'une infrastructure nationale de données spatiales (IDSM), étendant les principes d'interopérabilité et d'accessibilité des données dans les domaines côtier et océanique.

Sans une MSDI robuste, les décisions concernant la localisation des parcs éoliens en mer, la désignation des zones marines protégées ou la planification d'infrastructures côtières résilientes sont prises avec des informations incomplètes ou incompatibles. Les relevés hydrographiques constituent l'épine dorsale spatiale essentielle de MSDI, ils fournissent le «où» qui ancre toutes les autres couches de données.

Définition de l'IDM

Elle repose sur un ensemble de composantes fondamentales : données (mesures brutes et produits dérivés), métadonnées (descriptions des données), normes (p. ex. OGC, IHO S-100), politique (licence, restrictions d'accès) et technologie (services Web, bases de données, SIG). L'OHI a été un moteur du développement de l'IDSM par le biais de son S-100 Universal Hydrographic Data Model, qui fournit un cadre pour l'encodage des informations hydrographiques et géospatiales marines dans un format normalisé et lisible par machine.

La mise en oeuvre réussie de l'IDSM exige une coopération entre les bureaux hydrographiques, les organismes environnementaux, les autorités portuaires, les services de défense et les intervenants du secteur privé. Cette approche collaborative permet de s'assurer que les mêmes données bathymétriques de haute qualité utilisées pour une carte nautique peuvent également servir de données pour les modèles de transport des sédiments, la cartographie de l'habitat et la planification des interventions d'urgence.

Le rôle de l'hydrographie

Les données hydrographiques sont souvent décrites comme la « couche de fondation » d'une IDSM. Sans une connaissance précise de la profondeur de l'eau et des caractéristiques des fonds marins, presque tous les autres ensembles de données marines perdent leur contexte géographique. Par exemple, un modèle de courants océaniques n'est bon que pour la bathymétrie sur laquelle il repose; une carte des habitats benthiques repose sur des classifications de types de fonds marins qui proviennent directement des relevés hydrographiques; et la délimitation des frontières maritimes nécessite des sondages précis pour définir le niveau de référence et le plateau continental.

La Commission hydrographique de l'OHI et son groupe de travail sur l'IDSM ont publié des documents d'orientation qui décrivent comment les bureaux hydrographiques peuvent passer de la production de cartes papier autonomes à la gestion de données géospatiales marines à usages multiples, ce qui suppose de moderniser les opérations d'arpentage, d'adopter les spécifications du produit S-100 et d'investir dans des systèmes de gestion des données qui appuient la diffusion sur le Web.

Principales applications des levés hydrographiques dans l'IDM

L'intégration des relevés hydrographiques dans un cadre de l'IDSM permet de dégager une cascade d'avantages dans les secteurs maritimes. Les sous-sections suivantes décrivent en détail les applications les plus critiques, qui dépendent chacune de la fiabilité et de l'accessibilité des données hydrographiques.

Chaque année, le commerce maritime fait circuler plus de 80 % du commerce mondial en volume, et les navires comptent sur des cartes précises pour éviter les échouements, les collisions et d'autres dangers. Les relevés hydrographiques identifient des caractéristiques telles que les épaves, les bancs, les récifs et les roches submergées, qui sont ensuite représentées sur les cartes électroniques de navigation (CEN) et les cartes papier. La norme internationale de cartographie, établie par l'OHI, exige que les relevés répondent à des critères de densité et de précision spécifiques selon l'importance de la navigation dans la région (p. ex., approches portuaires par rapport à l'océan ouvert).

La cartographie moderne passe des produits statiques aux mises à jour dynamiques en temps réel via le cadre S-100 de l'OHI. Cela permet aux bureaux hydrographiques de publier des mises à jour continues basées sur de nouvelles données d'enquête, des changements de port ou des événements naturels. L'intégration des CEN dans les systèmes de navigation à bord des navires, combinée aux données du Système d'identification automatique (AIS), fournit un puissant outil de sensibilisation de la situation qui réduit considérablement les accidents maritimes.

Surveillance de l ' environnement et de l ' habitat

Les relevés hydrographiques sont indispensables pour comprendre et gérer les écosystèmes marins.Les données bathymétriques et rétrodiffusions à haute résolution permettent aux scientifiques de cartographier les habitats benthiques, tels que les prairies de prairies, les récifs coralliens et les communautés à fond mou.Ces cartes sont essentielles pour concevoir des aires marines protégées (ZPM), évaluer l'impact du chalutage ou du dragage de fond et surveiller les changements causés par le changement climatique ou les espèces envahissantes.

Par exemple, des relevés multifaisceaux répétés dans une zone de récifs coralliens peuvent révéler des étouffements, des dommages causés par les tempêtes ou des taux de récupération.Les données peuvent être intégrées dans une IDSM, en plus des images satellitaires, des statistiques sur les prises de pêche et des capteurs de qualité de l'eau, afin de créer une image globale de la santé des écosystèmes.

Gestion des zones côtières et infrastructure

Le développement côtier, y compris les ports, les ponts, les pipelines et les défenses maritimes, exige une connaissance précise du fond marin pour assurer l'intégrité structurelle et minimiser les impacts environnementaux.Les relevés hydrographiques servent à évaluer les volumes de dragage, à surveiller l'érosion des plages et à concevoir la protection de l'affouillement autour des structures en mer.

Un exemple puissant est l'utilisation de relevés hydrographiques dans l'évaluation des risques d'inondation. En combinant la bathymétrie à haute résolution avec les modèles numériques de terrain de LiDAR des terres côtières, les ingénieurs peuvent créer des modèles détaillés d'inondation qui prédisent les risques dans les scénarios d'élévation du niveau de la mer.

Extraction d'énergie et de ressources en mer

La croissance des énergies renouvelables en mer, qu'il s'agisse de la technologie éolienne, marémotrice ou des technologies des vagues, dépend fortement des données hydrographiques pour la sélection des sites, la conception des fondations et l'acheminement des câbles. Les relevés doivent cartographier non seulement la topographie des fonds marins, mais aussi la géologie souterraine (par des techniques comme le profilage des sous-fonds) pour identifier les dangers tels que les poches de gaz, les failles ou les blocs enfouis.

L'intégration de ces données d'enquête dans une IDME permet aux entreprises énergétiques de recouper leurs informations sur le site avec d'autres utilisations, par exemple les voies de navigation, les zones de pêche ou les zones marines protégées, facilitant l'aménagement du territoire et la résolution des conflits. Les organismes de réglementation profitent de l'existence d'une source unique et faisant autorité de données bathymétriques lors de l'examen des demandes de permis.

Changements climatiques et études sur l'élévation du niveau de la mer

Les relevés hydrographiques fournissent des données essentielles pour surveiller l'élévation du niveau de la mer grâce à l'analyse des déplacements verticaux des terres et des repères de marée. Les relevés répétés dans les zones sensibles, comme les côtes deltaïques, les îles-barrières et les régions polaires, constituent des éléments essentiels pour les modèles qui projettent les positions futures du littoral et l'impact des ondes de tempête.

La plateforme MSDI permet aux chercheurs de combiner des séries chronologiques hydrographiques avec des données satellitaires altimétriques, des relevés marégraphiques et des résultats de modèles climatiques. Par exemple, la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) aux États-Unis tient à jour une base de données sur les levés hydrographiques qui est utilisée par les climatologues pour recalibrer les tendances historiques du niveau de la mer et valider les modèles d'inondation côtière.

Défis dans les levés hydrographiques et l'intégration de l'IDSM

Malgré la valeur évidente, plusieurs obstacles entravent l'intégration complète des enquêtes hydrographiques dans l'IDM, qui couvrent des domaines techniques, financiers et institutionnels et exigent des efforts coordonnés dans l'ensemble du gouvernement, de l'industrie et du milieu universitaire.

Hugues technologiques et opérationnelles

Les navires de levé traditionnels ne sont pas en mesure d'opérer en toute sécurité dans ces zones, et d'autres plates-formes (p. ex., de petits bateaux autonomes ou capteurs aéroportés) sont encore en voie de maturation. Les planeurs sous-marins et les VAV deviennent plus capables, mais leur endurance est limitée, ils exigent des bouées ou des navires de surface pour le déchargement des données et ils sont coûteux à déployer. La qualité des données peut également être affectée par des facteurs environnementaux – la pluie, le vent, les marées et les bulles de surface interfèrent avec les signaux acoustiques.

Un autre obstacle technique est l'intégration des données provenant de plusieurs capteurs et plates-formes dans un MSDI unifié. Il faut harmoniser les systèmes de coordonnées, les données et les formats de données. Le passage au modèle S-100 est une étape positive, mais il impose des coûts de transition importants aux organisations qui ont investi beaucoup dans les systèmes existants. De plus, le volume de données à haute résolution (les systèmes multifaisceaux modernes peuvent générer des centaines de gigaoctets par jour) impose des exigences sur le stockage, le traitement et l'infrastructure de transmission des données que de nombreux bureaux hydrographiques ne sont pas entièrement équipés pour gérer.

Qualité des données et normalisation

Pour qu'une IDSM soit fiable, les données hydrographiques sous-jacentes doivent respecter des normes de qualité documentées. Toutefois, les enquêtes effectuées par différentes entités utilisent souvent des équipements, des méthodes et des procédures de contrôle de la qualité variables. Une enquête effectuée selon des normes hydrographiques internationales (p. ex., l'ordre 1a de l'OHI pour la navigation) peut être plus précise qu'une enquête effectuée pour des recherches scientifiques ayant des objectifs différents.

Les normes de métadonnées telles que la norme ISO 19115 pour l'information géographique aident à communiquer la lignée de données, mais elles ne sont pas toujours appliquées de façon uniforme. Le modèle S-100 de l'OHI introduit un cadre pour les métadonnées de qualité propres à l'hydrographie, mais une adoption généralisée est toujours en cours.

Coût et accessibilité

La mobilisation d'un navire d'arpentage doté d'un système sonar multifaisceaux complet, d'équipement de positionnement et d'équipage de soutien peut coûter des dizaines de milliers de dollars par jour. Pour de nombreux pays en développement ou petits États côtiers, ce coût est prohibitif, ce qui conduit à une mauvaise investigation des vastes régions, notamment dans le Sud mondial.

Des initiatives internationales comme le programme de bathymétrie à source crowdienne (BEC) de l'OHI visent à combler certaines lacunes en encourageant les contributions volontaires de données de profondeur provenant de navires commerciaux, de bateaux de pêche et de yachts. Bien que les données de BEC ne répondent pas aux mêmes normes de précision que les enquêtes spécialisées, elles peuvent fournir une couverture précieuse dans les régions où les données sont diffusées.

Questions juridiques et juridictionnelles

Les zones économiques exclusives (ZEE), les revendications du plateau continental et les eaux intérieures partagées créent des complexités en matière de souveraineté, d'accès et de délivrance de permis. Une étude hydrographique menée par un pays dans sa ZEE peut être considérée comme une information sensible sur la sécurité nationale, limitant ainsi son inclusion dans les efforts régionaux ou mondiaux de l'IDSM.

De plus, le statut juridique des données provenant de sources crowd et des données d'enquêtes commerciales est souvent incertain.Les termes de l'octroi de licences de données peuvent restreindre la redistribution ou l'utilisation commerciale, ce qui entrave les principes de l'ouverture des données qui sous-tendent l'IDM. Des initiatives comme le Processus régulier de notification et d'évaluation mondiales de l'état du milieu marin[ ont mis en évidence la nécessité de protocoles d'interopérabilité et de partage de données juridiques qui respectent les intérêts nationaux tout en favorisant les connaissances collectives.

Orientations futures en hydrographie et en IDEM

À mesure que la technologie et les politiques évolueront, les relevés hydrographiques deviendront plus efficaces, accessibles et intégrés à une DSM globale qui appuie l'économie bleue et la durabilité des océans.

Systèmes autonomes et navires sans équipage

Les véhicules sous-marins autonomes (AVA), les navires de surface sans équipage (USV) et les drones aéroportés équipés de capteurs lidar ou hyperspectraux révolutionnent l'hydrographie. Ces plates-formes peuvent fonctionner dans des zones dangereuses ou éloignées sans mettre en danger la vie humaine, et elles peuvent surveiller de grandes zones de manière plus rentable que les navires habités.

La prochaine frontière est persistante levé autonome[, où des flottes de petits véhicules utilitaires à propulsion solaire restent en mer pendant des mois, mettant continuellement à jour la bathymétrie dans des environnements dynamiques. Ces flux de données, normalisés et alimentés directement en un MSDI, pourraient transformer la fiabilité des cartes et soutenir les services de navigation en temps réel.

Bathymétrie par satellite

La télédétection par satellite est une source complémentaire de données bathymétriques, en particulier dans les eaux claires et peu profondes (d'environ 20 à 30 mètres). Des techniques telles que l'imagerie multispectrale ou hyperspectrale peuvent extraire des informations de profondeur du rapport de réflexion dans différentes bandes spectrales, calibrées par un nombre limité de sondes in situ. Bien que la bathymétrie par satellite (SDB) soit moins précise que les levés acoustiques, elle offre une large couverture spatiale à un coût moindre.

L'intégration du SDB dans l'IDM nécessite une propagation et des métadonnées prudentes. Les missions futures, comme le satellite SWOT NASA-CNES prévu, mesureront l'élévation de la surface de l'eau à l'échelle mondiale, ce qui permettra d'améliorer l'estimation de la topographie du plancher océanique par inversion de champ gravitationnel.

Intelligence artificielle et traitement des données

Le volume de données générées par les levés hydrographiques modernes est un volume de travail considérable de traitement manuel. L'intelligence artificielle (IA) et les algorithmes d'apprentissage automatique (ML) sont en cours de développement pour automatiser des tâches telles que la classification des fonds marins, la détection des caractéristiques (par exemple, les épaves, les pipelines) et la détection des anomalies.

Dans le contexte de l'IDM, l'IA peut soutenir la production de métadonnées, la fusion de données et même la cartographie prédictive. Par exemple, un modèle d'apprentissage automatique formé à des relevés à haute résolution dans une zone pourrait estimer la répartition de l'habitat dans des zones adjacentes non étudiées en fonction des variables du terrain et de la profondeur de l'eau. Ces techniques doivent être validées par rapport aux données de terrain, mais elles offrent une voie pour tirer le meilleur parti des ressources hydrographiques limitées.

Systèmes intégrés d'observation des océans

La vision ultime de l'IDSM est un système d'observation des océans entièrement intégré qui comprend des réseaux de capteurs en temps réel (boues, marégraphes, stations météorologiques), une couche hydrographique dynamique (mise à jour continue par des plates-formes autonomes) et des données socioéconomiques liées (ports, navigation, pêche, tourisme).

Les levés hydrographiques seront l'ancrage spatial de ce système, fournissant le contrôle géodésique et la bathymétrie de base auxquels sont référencées toutes les mesures dynamiques. À mesure que les réseaux de capteurs s'étendent, le rôle des bureaux hydrographiques évoluera de la cartographie statique à la gestion dynamique des données, fournissant des produits qui se mettent automatiquement à jour comme nouveaux flux d'information. Des initiatives mondiales comme la Décennie des océans des Nations Unies (Décennie océanique) font la promotion de cette vision en appuyant des projets qui font progresser les jumeaux numériques de l'océan – représentations virtuelles qui intègrent l'hydrographie, l'océanographie et les activités humaines dans une plateforme interactive de soutien aux décisions.

Conclusion

En fournissant des informations précises, normalisées et accessibles sur le fond marin, l'hydrographie permet de développer des infrastructures solides de données spatiales marines qui servent à la navigation, à la conservation de l'environnement, au développement énergétique et à l'adaptation au climat. Les défis liés au coût, à la technologie et à l'intégration des données sont importants, mais les solutions émergentes – plates-formes autonomes, bathymétrie par satellite, AI et collaboration internationale – réduisent constamment les obstacles.