Le Mont Saint-Michel et sa baie, au rythme des marées

Source - © 2019 Théo Marchand

Figure 1. La baie du Mont-Saint-Michel, une heure avant, et au moment de la pleine mer

Montage réalisé à partir des figures 14 et 15. Les photos ont été prises à partir de la pointe du Grouin du Sud au Sud-Est de la baie (figure 10), à ne pas confondre avec la Pointe du Grouin à l'extrême Nord-Ouest de la baie, le dimanche 27 octobre 2019 au soir. Le coefficient de marée était de 106 (marée de vives-eaux). Sur la photo du haut (une heure avant la pleine mer), on voit Tombelaine à gauche. Un kayakiste à peine visible au milieu du chenal donne l'échelle. En une heure, le niveau de l'eau dans le chenal du fleuve (La Sée et la Sélune) a considérablement monté jusqu'à recouvrir une vingtaine de mètres de plage (à droite), et la majorité de la baie (à gauche).

Source - © 2020 D'après Horaires des marées – Shom, modifié Figure 2. Calendrier des marées de Cancale (port de la baie du Mont-Saint-Michel) réalisé par le Shom (Service hydrographique et océanographique de la marine) On constate plusieurs choses sur le rythme des marées : (1) il y a deux marées par jour, et (2) l'amplitude des marées (coefficient, lié au code couleur) varie au cours du temps de manière cyclique. Le week-end du dimanche 27 octobre 2019 (jour où ont été prises les photos et la vidéo de cet article) marquait le début d'une série de grandes marées (coefficients supérieurs à 105, tons rouges).

Source - © 2020 D'après maree.info, modifié Figure 3. Marégramme à Cancale, le dimanche 27 octobre 2019 Un marégramme représente la courbe de la hauteur d'eau mesurée en fonction du temps. On voit que les deux marées journalières (séparées d'environ 12h20min) ne sont pas identiques. La marée du matin avait un coefficient de 101, et celle du soir avait un coefficient de 106 (marées de vives-eaux). Le Mont-Saint-Michel se situant environ 12 m au-dessus du zéro hydrographique, il a été encerclé deux fois par la marée ce jour-là, comme on le voit sur la figure en se basant sur les données du port de Cancale, port de la baie situé à seulement 25 km plus à l'Ouest.

Les marées dans la baie du Mont-Saint-Michel, comme partout ailleurs dans le monde sont principalement dues à l'attraction de la Lune sur la masse d'eau océanique.

En passant une journée sur n'importe quelle plage Atlantique (et de la Manche) française, ou en consultant les prédictions d'horaires de marée (figure 2), ou les enregistrements (marégrammes, figure 3), on constate qu'il se produit deux marées par jour séparées d'environ 12h20min : on parle de marées semi-diurnes. Ces deux marées par jour sont expliquées par deux phénomènes intimement liés. L'attraction directe de la Lune sur l'océan « attire » une bosse d'eau vers le haut. De plus, la force centrifuge de la Terre liée à la rotation de la planète autour du barycentre (centre de gravité) du système Terre-Lune, « expulse » une bosse d'eau vers l'extérieur (figure 4). Pour plus de précisions, consulter la conférence La Lune et ses relations avec la Terre et l'article Déformation des océans sous l'effet de la force de marée qui fait partie d'une série sur les marées.

L'effet sur les continents est moins visible mais existe bel et bien et le sol se soulève de quelques décimètres lors des fortes marées. Le marnage est donc, en toute rigueur, la différence entre la variation d'élévation de la mer et l'élévation du sol.

À certains endroits du monde comme dans le Golfe du Mexique (cf. data.shom.fr), il se produit une seule marée par jour : on parle de marée diurne. Ce phénomène journalier illustre le fait que les mécanismes de marées sont complexes et dépendent aussi d'autres paramètres comme les reliefs marin et côtier.

De plus, en observant les marées sur plusieurs jours, on s'aperçoit que la force de la marée (les limites atteintes à marée haute et à marée basse) varie au cours du temps. Pour préciser ces variations, on peut suivre le marnage de chaque marée. Le marnage M est la différence de hauteur d'eau entre la pleine et la basse mer, on a M = h_max − h_min, avec h_max la hauteur maximale d’eau (en pleine mer), et h_min la hauteur minimale d’eau (en basse mer). C’est cette valeur qui est utilisée pour calculer le coefficient de marée C défini comme C = (M / U) × 100, avec M le marnage et U le marnage moyen des marées de vives-eaux d’équinoxe (6,1 m à Brest). La dénomination des marées en vives-eaux et mortes-eaux et leurs dérivées est définie en fonction du coefficient de marée (figure 5).

Ces variations de marnage sont principalement dues aux variations de certains paramètres astronomiques.

Ce sont ces paramètres astronomiques qui sont pris en compte pour établir les calendriers de marées.

En plus ce ces paramètres, le marnage dépend fortement de la forme des côtes et de la profondeur des fonds marins. Dans la baie du Mont-Saint-Michel, le marnage est particulièrement important car il y a peu de fond (plateau continental avec une bathymétrie de −20 m à l'entrée de la baie par rapport au zéro hydrographique). De plus, l'onde de marée montante arrive à la fois de l'Est et de l'Ouest, et butte sur la presqu'ile du Cotentin (côte Est de la baie) : elle est donc considérablement amplifiée (figure 6). À l'échelle du globe, l'onde de marée se déplace globalement d'Ouest en Est. L'arrivée d'une onde de marée par l'Est est donc contre-intuitive. Ce phénomène est probablement dû à la forme d'entonnoir de la Manche. On peut supposer que les courants de jusant (marée basse) se retrouvent bloqués au niveau du goulot d'étranglement de Calais. Ils seraient alors renvoyés en sens inverse, et leur arrivée dans le Golf de Saint-Malo coïncide avec l'arrivée du flot venant de l'Ouest.

Source - © 2020 Théo Marchand

Figure 4. Principaux paramètres astronomiques des marées dans le cas d'une marée statique

La différence entre marées de mortes-eaux et de vives-eaux (coefficient respectivement inférieur et supérieur à 70) est principalement due aux positions relatives de la Lune, de la Terre et du Soleil. L'onde de marée a été représentée en bleu clair. Lorsque la Lune, la Terre et le Soleil sont alignés, les forces d'attraction de la Lune et du Soleil s'additionnent et on obtient des marées de vives-eaux. La force centrifuge due à la rotation de la Terre autour du barycentre (centre de gravité) du système Terre-Lune (en rouge) explique la deuxième marée journalière. Attention, cette figure représente une marée statique, théorique, ne prenant en compte que 3 paramètres (la Lune, le Soleil, la force centrifuge terrestre). La réalité est plus complexe. Du fait, entre autres, de la présence de continents et de forces de frottement de l'eau, la réponse dynamique de l'océan aboutit à un décalage de la réponse de l'océan aux différentes sollicitations, et les marées hautes sont en quadrature par rapport à la Lune (cf. Déformation des océans sous l'effet de la force de marée).

Enfin, des paramètres comme le vent, les courants marins et la pression atmosphérique influent également sur le marnage. Sur le site du Shom (consulté le 7/6/2020), on peut lire l'explication suivante.

Source - © 1999 D'après Chomer et al. [5], modifié Figure 5. Amplitude des marées en fonction de leur coefficient et critères de référence On voit que le marnage pour un lieu donné dépend du coefficient de marée. Pour un autre site, un même coefficient entraine un marnage différent. Par exemple, à coefficient égal, le marnage est deux fois plus faibles à Brest qu'au Mont-Saint-Michel. Les dénominations « vives-eaux », « mortes-eaux » et leurs dérivées sont basées sur les coefficients de marée. Le zéro hydrographique est le niveau théoriquement atteint par les plus basses mers de vives-eaux (coefficient de 120).

Source - © 2019 Shom – Autorisation n°54/2020 Figure 6. Marnage et courants de marée Carte centrée sur le Golfe de Saint-Malo. Le marnage d'une marée de coefficient 95 (marée de vives-eaux moyenne) est représenté en couleur (légende de droite) : le marnage est de plus de 12 mètres dans la baie du Mont-Saint-Michel. Les flèches représentent la direction et la vitesse (légende de gauche) des courants de flot lors d'une marée de vives-eaux, une heure avant la pleine mer. On voit que la marée vient à la fois de l'Est (au Nord, au large de Cherbourg) et de l'Ouest (au Sud, au large de Perros-Guirec), ce qui peut expliquer en partie le marnage si important dans cette région. À noter également qu'il n'y a pas de corrélation directe entre la vitesse des courants de marée et le marnage local.

Le Mont-Saint-Michel, ainsi que l'ensemble de la baie, sont connus pour les marées de grande amplitude que l'on peut y observer. Le marnage moyen y est de 10 mètres (avec des maxima théoriques possibles à plus de 14 mètres). C'est l'une des valeurs les plus importantes en Europe occidentale (le marnage maximum dans le monde est dans la baie de Fundy, au Canada, et peut atteindre plus de 16 mètres), ce qui classe la baie du Mont-Saint-Michel parmi les baies dites macrotidales. Associé au caractère sableux, et donc plutôt plat, de cette côte, les marées montantes et descendantes peuvent atteindre des vitesses élevées, de l'ordre de 8 à10 km/h au maximum localement (cette vitesse est bien inférieure à celle, “légendaire”, d'un cheval au galop, supérieure, elle, à 30 km/h). Ainsi, dans la baie du Mont-Saint-Michel plus qu'ailleurs, les courants de flot et de jusant jouent un rôle majeur dans la mobilisation des particules sédimentaires.

L'arrivée de l'onde de marée depuis le Nord-Ouest, frappe la côte Est de la baie, engendrant une érosion et un important recul des côtes à cet endroit. Ailleurs, l'onde de marée et la houle se dispersent dans la baie et perdent de leur énergie. En effet, la baie ayant une forme d'éventail, l'énergie des ondes se disperse sur de plus grandes distances. Ainsi, en arrivant sur la côte Sud, la vitesse des courants a déjà fortement diminué. Une heure avant la pleine mer (quand les courants sont les plus rapides), la vitesse des courants de flot est presque divisée par trois, à leur entrée dans la baie (de 2-3 nœuds à Cancale – pointe Ouest de la baie) – à 1-1,5 nœuds au centre de la baie – data.shom.fr). De plus, des obstacles sur le fond, tels que des massifs à hermelles peuvent encore absorber une partie de l'énergie des courants. Cette perte d'énergie favorise un dépôt sédimentaire menant à une progradation (voir l'article 2, Le Mont-Saint-Michel et sa baie, une histoire sédimentaire entre terre et mer).

Cette diminution progressive d'énergie du flot au fur et à mesure que l'onde de marée pénètre dans la baie est à l'origine d'un phénomène très particulier de granoclassement des sédiments. Ainsi, les sédiments les plus grossiers sont retrouvés au large de la baie, là où l'énergie est la plus élevée. Seules les particules les plus fines sont acheminées jusqu'au rivage, là où l'énergie est la plus faible (figure 7). La diminution de la force de la houle participe aussi, mais dans une moindre mesure à ce tri sédimentaire particulier. Le jusant (courant de marée descendante) joue un rôle beaucoup moins important que le flot dans les mécanismes d'érosion, de sédimentation et de tri, car les courants de jusant sont plus lents (1,3 fois) que ceux du flot, le tri granulométrique est donc lié aux courants de flot, du large vers la côte.

Source - © 2019 Écomusée de la Baie du Mont Saint-Michel (Vains)) / Département de la Manche

Figure 7. Tri sédimentaire dans la baie du Mont-Saint-Michel

Les courants forts du flot s'amortissent après leur entrée dans la baie, ce qui, combiné à des courants de jusant plus faibles, explique le gradient de granulométrie des sédiments qui sont plus fins au fond de la baie.

La variation de l'amplitude des marées fait que le Mont-Saint-Michel est entouré d'eau seulement lors des marées hautes à fort coefficient. Sur les cartes littorales, le mont est situé entre 10,8 et 12,3 mètres au-dessus du zéro hydrographique. D'après le marégramme de Cancale, le dimanche 27 octobre 2019, le mont devait donc être encerclé pendant environ 2h30 (entre 5h30 et 7h du matin, coefficient 101) puis 2h45 (entre 17h15 et 20h, coefficient 106) (figure 2).

En vue d'une exploitation potentielle de l'énergie marémotrice, plusieurs études ont été réalisées par le SEUM (Service d'Études des Usines Marémotrices) et EDF entre 1956 et 1958 (voir à ce sujet un reportage de 5 min réalisé en 1964, hébergé sur le site de l'INA : Le projet de barrage du Mont Saint Michel).

La vidéo montre une vague remontant le chenal d'un fleuve (celui de la Sée et de la Sélune réunies) : il s'agit d'un mascaret, onde de marée remontant le cours d'un fleuve en perdant très peu d'énergie.

En entrant dans le chenal de la Sée et de la Sélune (figure 9), le fond remonte et la hauteur d'eau dans laquelle se déplace l'onde diminue. La vitesse de la plupart des ondes hydrodynamiques dans ces conditions peut être approchée par la formule v = √(g.h), avec v la vitesse de l'onde, g la pesanteur, et h la hauteur d'eau. Quand h diminue, la vitesse de propagation de l'onde diminue également. Les différentes ondes du flot de la marée perdent donc leur vitesse en entrant dans le chenal et se rejoignent : elles s'additionnent alors jusqu'à former la lame déferlante du mascaret.

L'utilisation de la vidéo permet d'estimer la vitesse de propagation du mascaret (figure 11). On trouve alors une vitesse d'environ 3 m/s, soit 11 km/h. Les vitesses des mascarets sont typiquement comprises entre une dizaine et une vingtaine de km/h. Cette vitesse dépend de la hauteur d'eau mais aussi de certains paramètres comme la vitesse du vent. La hauteur de la vague peut être visuellement estimée à une trentaine de centimètres. Le mascaret de la Sée et de la Sélune a typiquement une hauteur comprise entre 20 et 70 cm selon le coefficient de marée et la configuration du chenal.

Un mascaret peut se déplacer sur plusieurs kilomètres sans faiblir. Cette propagation avec très peu de pertes d'énergie caractérise ce qu'on appelle un soliton ou « onde solitaire » (cf. Illustration expérimentale de la propagation de solitons le long d'une chaîne de pendules couplés pour des considérations physiques et le rappel d'une observation historique d'un mascaret).

D'après le marégramme de Cancale, ce dimanche 27 octobre 2019 à 17h54, au moment du mascaret, la marée était presque à son apogée à Cancale (figure 3). La prédiction de l'heure d'apparition du mascaret est difficile et dépend de différentes conditions météorologiques. Il est conseillé de venir au moins 1h30 avant la pleine mer pour y assister.

Pour résumer, les conditions nécessaires pour voir un mascaret sont : (1) une marée de forte amplitude (coefficient > 100 dans la baie, ce dimanche 27 octobre 2019 au soir, le coefficient était de 106), (2) une eau peu profonde et peu large (un chenal, un canal…), (3) être présent au moins 1h30 avant la pleine mer (le dimanche 27 octobre 2019, le mascaret a eu lieu à 17h54 et la pleine mer était à 18h30, le phénomène a donc eu lieu 35 min avant la pleine mer).

Le mascaret le plus célèbre de France était celui de l'estuaire de la Seine. Celui-ci n'existe plus depuis le creusement du lit de l'estuaire pour laisser remonter les gros cargos jusqu'à Rouen. Le mascaret actuellement le plus surfé de France est celui de la Dordogne, en amont de son confluent avec la Garonne au Bec d'Ambes (cf. Gironde : le mascaret est de retour ce week-end, 21/07/2017).

Source - © 2019 Théo Marchand Figure 8. Mascaret arrivant de face, chenal de la Sée et de la Sélune, baie du Mont-Saint-Michel Photo prise le dimanche 27 octobre à 17h53. Des surfeurs, kayakistes et paddlers surfent sur la vague du mascaret.

Source - © 2019 Pierre Marchand Figure 9. Mascaret vu de profil, chenal de la Sée et de la Sélune, baie du Mont-Saint-Michel Photo prise le dimanche 27 octobre à 17h55. Des surfeurs, kayakistes et paddlers surfent sur la vague du mascaret. La vague fait une trentaine de centimètres de haut.

Source - © 2020 D'après IGN / Géoportail, modifié Figure 10. Trajet du mascaret observé, tracé sur une photographie aérienne de la baie La pointe du Grouin du Sud est localisée par une étoile rouge. C'est de là qu'ont été prises les photos et la vidéo du mascaret. Les traits rouges indiquent l'angle de vue général des photos et de la vidéo. Le trajet approximatif du mascaret est représenté par la flèche bleue. La légende de la carte indiquait que ces photos aériennes (du département de la Manche) étaient datées de 2019 (sans mention du mois). En octobre 2019, le chenal de la Sée et de la Sélune n'était déjà plus exactement au même endroit (il passait plus près de la côte). Ceci illustre à quel point les chenaux de la baie sont mobiles et dynamiques au cours du temps. Les guides disent que pour connaitre la baie il faut s'y rendre tous les jours, rapport au fait que le paysage et les chenaux peuvent changer très rapidement.

Source - © 2020 Théo Marchand

Figure 11. Calcul de la vitesse du mascaret, à partir de la vidéo

La dernière portion de la vidéo a été isolée afin que (1) il n'y ait pas de zoom qui modifie l'échelle, (2) le déplacement du mascaret et des surfeurs soit rectiligne, (3) le déplacement soit perpendiculaire à la caméra afin qu'il n'y ait pas d'effet de perspective.

Un surfeur en particulier a été pris comme référence car (1) il est bien visible et facilement identifiable, (2) il se tient à peu près au milieu de l'onde du mascaret, (3) il est debout, ce qui permet de prendre sa taille comme référence, (4) il va à la même vitesse que l'onde. Sa taille ne change pas de manière visible au cours de la séquence choisie, ce qui confirme qu'il n'y a pas de gros effet de perspective.

La caméra n'étant pas fixe, un petit relief (caillou ?) sur le bord opposé du chenal a été pris comme référence pour aligner les différentes images : il s'agit du trait bleu.

Une image par seconde a été extraite, sur une séquence de 6 secondes (7 images au total). Seules les trois premières et la dernière images ont été représentées ici. La position du surfeur a été identifiée par les traits roses après alignement des images sur le trait bleu. La distance à la position d'origine a été mesurée grâce au logiciel. Une régression, passant par l'origine, donne une vitesse v = 53 px/s. Remarquons au passage que le R² de 0,9998 confirme qu'il n'y a pas de biais important et que la vitesse est bien constante.

La taille du surfeur, lorsqu'il est bien redressé est de 30 px. Si on suppose que cela correspond à la taille moyenne d'un homme, on obtient une référence : 30 px sur l'image équivaut à 1,7 m dans la réalité. La vitesse de l'onde du mascaret est donc de 3 m/s, soit 11 km/h. De même, on peut estimer la hauteur réelle de l'onde à une trentaine de centimètres.

Source - © 2019 Théo Marchand Figure 12. La pointe du Grouin du Sud avant le mascaret (27/10/2019, 17h09) On retrouve le socle de schistes briovériens (voir le premier article, Le Mont-Saint-Michel et sa baie, une longue histoire géologique). Un kayakiste est en train de descendre avec le courant de la Sée et de la Sélune pour ensuite surfer sur le mascaret le plus longtemps possible.	Source - © 2019 Théo Marchand Figure 13. La pointe du Grouin du Sud après le mascaret (27/10/2019, 18h11) Sans surprise, l'eau est bien montée et recouvre une vingtaine de mètres de plage par rapport à une heure plus tôt. Au loin, le Mont-Saint-Michel (à gauche) et Tombelaine (à droite) sont visibles.
Source - © 2019 Théo Marchand Figure 14. La baie du Mont-Saint-Michel avant le mascaret (27/10/2019, 17h10) Un kayakiste est en train de descendre avec le courant de la Sée et de la Sélune pour ensuite surfer sur le mascaret le plus longtemps possible. Au loin, Tombelaine est visible. On voit que le chenal est plus proche de la côte que sur la photographie aérienne de la figure 10.	Source - © 2019 Théo Marchand Figure 15. La baie du Mont-Saint-Michel après le mascaret (27/10/2019, 18h03) Sans surprise, l'eau est bien montée et recouvre une vingtaine de mètres de plage par rapport à heure plus tôt.

Les sables mouvants sont un phénomène bien connu des habitués de la baie. Il se produit à marée basse, particulièrement en période de vives-eaux. Lorsqu'une personne marche sur un banc de sable gorgé d'eau en profondeur, typiquement un chenal abandonné récemment comblé, le sol semble élastique. En tapant dessus avec les pieds, il est très facile de s'enfoncer doucement dans le sable. Se faisant, notre corps prend la place de l'eau qui est évacuée. Le danger survient lorsque le sable est vidé de son eau : il devient alors sec et il n'est plus possible de bouger. Bien qu'impressionnants et célèbres, les sables mouvants, et ce phénomène de thixotropie, ne sont pas le plus grand danger de la baie. En effet, il suffit de s'allonger sur le sable, pour répartir la masse du corps sur une plus grande surface, et de bouger doucement les pieds pour se dégager. Le vrai risque est de se faire prendre au moment où la marée arrive.

Source - © 2019 Théo Marchand

Figure 16. Sables mouvants, baie du Mont-Saint-Michel

Le guide (avec le sac à pardessus vert) s'enfonce volontairement dans le sable gorgé d'eau. Au fur et à mesure qu'il prend la place de l'eau, celle-ci s'évacue (remarquez les petites rigoles rayonnant depuis les jambes du guide) jusqu'à ce que le sable devienne complètement sec et qu'il ne puisse plus bouger.

Parmi les autres dangers (plus graves) de la baie du Mont-Saint-Michel, on peut citer les courants dans les chenaux à marée basse et le risque d'encerclement.

Dans les chenaux à marée basse, les courants peuvent être forts (jusqu'à 8 km/h, soit 2,2 m/s), et il est facile de perdre l'équilibre simplement en regardant le courant. On peut alors se retrouver en danger, même dans quelques centimètres d'eau. D'autre part, la marée monte très vite (une dizaine de km/h) et il est malheureusement fréquent que des touristes se fassent piéger sur un blanc de sable sans voir que la marée les encercle. C'est pourquoi des sauveteurs en hélicoptère patrouillent dans la baie. Pour se promener dans la baie sans risque et de manière ludique et instructive, il est fortement recommandé de faire appel à un guide attesté !