Article | 17/06/2020
Le Mont Saint-Michel et sa baie, au rythme des marées
17/06/2020
Résumé
Marées dans une baie macrotidale (grands marnages), tri sédimentaire, phénomènes de mascaret et de thixotropie (sables mouvants).
Table des matières
Le Mont-Saint-Michel est un monument français du département de la Manche, en Normandie. C'est un lieu d'une grande valeur culturelle, historique, et patrimoniale. Une première église est construite sur le mont dès 709 et l'ouvrage est agrandi et modifié régulièrement depuis, aboutissant au village visible aujourd'hui. En 1979, le Mont-Saint-Michel est inscrit au patrimoine mondial de l'Unesco. Ce lieu reçoit aujourd'hui 2,5 millions de visiteurs par an et jusqu'à 20 000 visiteurs par jour en période estivale.
Ce rocher posé au milieu de la baie et séparé du continent à marée haute est célèbre des touristes et des artistes. Mais un géologue de passage ne peut s'empêcher de s'interroger sur l'origine géologique de ce paysage hors du commun.
Le Mont-Saint-Michel fait l'objet de trois articles.
- Le premier article (Le Mont-Saint-Michel et sa baie, une longue histoire géologique) est consacré à un tour d'horizon géologique de la baie, présentant le cadre général et recomposant l'histoire de la mise en place de ce paysage. Il traite de la baie sur de longues échelles de temps géologiques.
- Le deuxième article (Le Mont-Saint-Michel et sa baie, une histoire sédimentaire entre terre et mer) s'intéresse aux problématiques d'érosion et de sédimentation de la baie. Il traite des échelles moyennes de temps géologiques et des problématiques actuelles de gestion de l'ensablement du littoral.
- Enfin, cet article, le troisième de la série, est consacré aux phénomènes de marées et notamment au célèbre phénomène de “mascaret” de la baie, lorsque l'onde de marée remonte dans les terres. Il s'agit donc de se pencher sur les très courtes échelles de temps.
Dans cet article, nous rappellerons rapidement les origines des marées puis nous présenterons les caractéristiques des marées dans la baie du Mont-Saint-Michel ainsi que les conséquences pour la sédimentation. Nous aborderons le phénomène de mascaret, particulièrement impressionnant au Mont-Saint-Michel, puis nous terminerons avec les célèbres sables mouvants. Nous nous appuierons sur le cadre géologique de la baie décrit dans le premier article et surtout sur la dynamique d'érosion-sédimentation de la baie présentée dans le deuxième article de cette série consacrée au Mont-Saint-Michel. Sauf mention contraire, toutes les photographies et vidéos de cet article ont été prises en octobre 2019.
Lexique
- Un marnage (ou amplitude de la marée) : différence de niveau entre une pleine mer et une basse mer consécutive.
- Un mascaret : lame déferlante occupant tout le lit d'un fleuve ou d'un estuaire et remontant ces derniers au tout début du flot en période de vives-eaux (forts coefficients).
- Le flot : marée montante, par opposition au jusant, marée descendante.
- Le zéro hydrographique : niveau théoriquement atteint par les plus basses mers de vives-eaux (coefficient de 120).
Rappel sur les phénomènes de marée et le vocabulaire associé
Source - © 2020 D'après Horaires des marées – Shom, modifié | Source - © 2020 D'après maree.info, modifié |
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 = hmax − hmin, avec hmax la hauteur maximale d’eau (en pleine mer), et hmin 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.
- La position relative Terre-Lune-Soleil : il y a marées de vives-eaux lorsque la Terre, la Lune et le Soleil sont alignés, et marées de mortes-eaux lorsque la Lune et le Soleil sont à 90° par rapport à la Terre (figure 4).
- L'orientation de l'axe de rotation de la Terre par rapport au Soleil explique les variations saisonnières. Aux équinoxes, l'axe de rotation de la Terre forme un angle droit avec l'axe Terre-Soleil ; la déclinaison, angle entre l'axe Terre-Soleil et le plan de l'équateur, est alors nulle, la force exercée par le Soleil est donc perpendiculaire à l'axe de rotation et la somme « force centrifuge » + « composante perpendiculaire de l'attraction solaire » est alors maximale, d'où les grandes marées de vives-eaux d'équinoxes. Aux solstices, c'est l'inverse, la déclinaison est maximale, la composante perpendiculaire de l'attraction solaire est minimale, d'où les marées de mortes-eaux de solstices.
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.
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.
Ces prédictions de marées sont calculées avec une précision de quelques centimètres pour les hauteurs et quelques minutes pour les heures.
Les différences qui pourraient être observées avec les prédictions fournies par les Annuaires des marées du SHOM, sont dues aux règles d'arrondis appliqués dans les différents produits. Celles-ci sont au maximum de 3 minutes pour les heures, de 5 centimètres pour les hauteurs et 1 unité pour le coefficient.
Toutefois, la hauteur d'eau réelle peut s'écarter notablement de la prédiction (jusqu'à plusieurs dizaines de centimètres) en raison notamment des perturbations atmosphériques.
En effet, ces prédictions de marée sont calculées pour une pression moyenne standard d'environ 1013 hPa. Or, le niveau marin réagit en « baromètre inversé » à la pression atmosphérique, c'est-à-dire que si la pression atmosphérique diminue (dépression), le niveau d'eau augmente. Ainsi, une baisse de 10 hectopascals entraîne une élévation (surcote) du niveau marin d'à peu près 10 cm, et inversement, en cas d'augmentation de la pression.
Effet des marées dans la baie
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.
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).
Le mascaret
Source - © 2019 Pierre Marchand
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).
Les sables mouvants et les dangers de la baie
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.
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 !
Remerciements
Merci à l'écomusée de la baie du Mont-Saint-Michel (route du Grouin du Sud, 50300 Vains) pour m'avoir permis d'utiliser des photos de son exposition. Merci également au SHOM pour m'avoir permis d'utiliser et de présenter certaines de leurs données. Merci, enfin, à Thibault Lorin et Pierre Thomas pour leur relecture, leur aide et leurs suggestions
Liens aux programmes de SVT (2016-2020)
- Cycle 4 : la Terre dans le système solaire.
- Seconde : érosion / sédimentation et étude du paysage.
Bibliographie
Site Horaires des marées – SHOM, consulté le 7/6/2020
Site maree.info, consulté le 7/6/2020
Site data.shom.fr, consulté le 7/6/2020
Écomusée de la baie du Mont Saint-Michel, Vains – Département de la Manche
A. Chomer, S. Courbouleix, J. Chantraine, ,J.P. Deroin, 1999. Notice explicative de la feuille baie du Mont-Saint-Michel à 1/50 000, Éditions du BRGM, 186p
P. Thomas, 2007. La Lune et ses relations avec la Terre, Planet-Terre - ISSN 2552-9250
F. Chambat, 2014. La marée, approche descriptive : une première explication, Planet-Terre - ISSN 2552-9250