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Nouvelle-Calédonie

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Claude E. Payri

Partie 1. Les récifs coralliens : une dynamique complexe dans un environnement changeant

Chapitre 4. La valse des masses d’eau dans le lagon néo-calédonien

Pascal Douillet, Jérôme Aucan, Jérôme Lefèvre, Romain Le Gendre, Térence Desclaux et Marion Drouzy

Texte intégral

Vagues se brisant sur le platier récifal bordant le litoral, Ile des Pins. © P.-A. Pantz

1La circulation lagonaire est le résultat du mouvement des masses d’eau déformé par la géomorphologie compliquée du lagon. Les grands courants et tourbillons océaniques (encadré 1) (CRAVATTE et al., 2015) et côtiers (MARCHESIELLO et al., 2010), la marée (OUILLON et al., 2010), le vent local (LEFEVRE et al., 2010) et la houle sont les principaux moteurs à l’origine de cette mise en mouvement. Bien que la marée imprime aux masses d’eau un mouvement alternatif qui nous est familier, les courants et propriétés des masses d’eau sont en réalité le résultat d’interactions non-linéaires complexes. Les modèles numériques ont permis de démontrer l’action déterminante de la marée et du vent sur la pulsation du lagon. Le renouvellement des masses d’eau, les propriétés et formes de la matière organique, le transport des larves sont par exemple contrôlés par ces deux moteurs.

2Les effets de la houle océanique combinée à la houle levée par le vent local sur le lagon (la mer de vent) et dont la transmission de l’énergie est modulée par la marée, commencent à être étudiés par modélisation. Les modèles sont calibrés et validés à l’aide de précieuses observations mesurées par les océanographes et biologistes marins du centre IRD de Nouméa au cours de ces 20 dernières années. Les observations proviennent de dispositifs immergés (marégraphes, courantomètres, bouées dérivantes, houlomètres, capteurs de température et de salinité), de stations météorologiques automatiques et de campagnes de mesures des propriétés physico-chimiques des masses d’eau. Ces observations sont complétées par celles de Météo-France, de l’Ifremer et celles issues de données satellitaires (vent, houle, température, turbidité et distribution du phytoplancton en surface).

Le va-et-vient dû aux planètes

3La marée dans les lagons est constituée par l’ensemble des ondes de marée résultant des attractions exercées par les astres situés à proximité de la Terre. Les courants de marée sont générés principalement par l’onde semi-diurne lunaire, engendrée par la force de la lune (onde M2) et, dans une moindre mesure, par l’onde semi-diurne solaire, engendrée par la force du soleil (onde S2) et l’onde diurne lunaire-solaire, engendrée par la force conjointe du soleil et de la lune (onde K1). Les courants générés par l’onde M2 (de l’ordre de 20 cm/s) sont trois fois plus forts que ceux induits par l’onde S2. Les courants liés à l’onde K1 sont 10 fois plus faibles, de l’ordre du centimètre par seconde, sauf dans les passes où ils peuvent atteindre 5 cm/s (OUILLON et al., 2010).

4L’amplitude et la phase des ondes M2 et S2, qui représentent respectivement la variation du niveau de la mer et la direction de propagation des courants, sont illustrées par les fig. 2 et 3. L’onde M2 se propage d’est en ouest, perpendiculairement à la Grande Terre avec une propagation plus rapide au centre de celle-ci. Elle se propage au nord et au sud en la contournant. Elle pénètre dans le lagon sud-ouest principalement par le canal de la Havannah.

Figure 2 : Phase et amplitude (en mètres) de l’onde M2.

Figure 3 : Phase et amplitude de l’onde S2

5L’amplitude de l’onde M2 est supérieure sur la côte Ouest mais croît de la même façon du nord au sud le long des deux côtes. Dans le lagon sud-ouest, l’amplitude de la marée diminue au niveau du canal de la Havannah puis recroît à l’intérieur du lagon. La propagation de l’onde S2 diffère entre les côtes Est et Ouest. La Grande Terre agit comme une frontière, en particulier le long d’une ligne entre la Grande Terre et l’île des Pins. La Grande Terre a le même effet sur l’amplitude de l’onde S2 que sur celle de M2. Dans le lagon sud-ouest, l’onde croît de la Corne Sud et du canal de la Havannah vers l’intérieur du lagon.

6La marée génère un courant quasiment uniforme de la surface au fond. Les courants créés par ces ondes ont la même vitesse sur toute la colonne d’eau. Un exemple de champs de courants dans le canal de la Havannah au sud de la Grande Terre est donné à différentes périodes de la marée (encadré 2).

Les vagues jouent aussi

7La Nouvelle-Calédonie est soumise à des vagues d’origine multiple, à cause de sa position au milieu du Pacifique sud-ouest et dans la zone inter-tropicale. Les tempêtes hivernales des deux hémisphères génèrent des houles longues qui peuvent traverser l’océan. Ainsi, les récifs-barrières de la côte ouest de la Grande Terre sont impactés par des houles de sud-ouest qui sont générées par les tempêtes au large de l’Australie ou de la Nouvelle-Zélande et qui peuvent dépasser 4 m de hauteur. L’île d’Ouvéa, aux îles Loyauté, reçoit des houles de nord-ouest, plus petites, générées par les tempêtes au large du Japon. Tout autour de la Nouvelle-Calédonie, les alizés, vents dominants, produisent localement des vagues. Dans le Grand Lagon Sud-Ouest, cette « mer du vent » peut atteindre 2 m. Enfin, Les cyclones tropicaux peuvent générer des vagues extrêmes, supérieures à 10 m. L’effet des vagues est donc multiple. Elles peuvent affecter la circulation de l’eau dans les lagons (encadré 3) et être responsables de l’évolution des plages et des îlots. En plus des courants engendrés par la marée et les vents tempétueux, le déferlement de la houle sur les édifices récifaux et les plages induit la formation d’une surcote de déferlement accompagnée de courants violents, notamment lors d’épisodes cycloniques.

Figure 4 : Cyclone Cook à son paroxysme lors de son arrivée sur Kouaoua (côte est de la Grande Terre), le 9 avril 2017.
A : Hauteurs maximales (en mètres) de la houle simulée avec le modèle de houle SWAN, à 300 m de résolution.
B : Surcote de déferlement (en centimètres) et courants induits par le déferlement simulés moyennant une modélisation couplée vague-courant utilisant les modèles SWAN et FVCOM.
Les données proviennent de Météo-France pour les vents cycloniques, du gouvernement de la Nouvelle-Calédonie (Direction des technologies et des services de l’information) pour la bathymétrie. Le modèle a été au préalable validé avec les observations de houle enregistrées à la passe de la Fourmi, Poindimié. Source : IRD/J. Lefèvre

Effet cyclonique

8Situés dans la bordure sud de la zone de convection du Pacifique sud, les lagons sont exposés à l’aléa cyclonique. Les obstacles récifaux (récifs-barrières et frangeants) et les mangroves procurent des services inestimables face aux menaces d’érosion et de submersion. Cependant, la résilience de ces écosystèmes à l’augmentation du niveau de la mer reste méconnue. La simulation de la houle cyclonique générée par le cyclone Cook lors de son arrivée sur Kouaoua détaille comment les édifices récifaux atténuent l’énergie transportée par la houle (fig. 4, A). Les littoraux jouissant d’une double protection (barrière et récifs intermédiaires, exemple embouchure de La Monéo) sont relativement préservés de la houle cyclonique (hauteur des vagues de 3 m contre 13 m au large), contrairement aux rivages situés en face des larges passes de Kouaoua et Canala, plus durement exposés (9 m à la côte contre 13 m au large). Cet exemple illustre comment une diversité de configuration récifale entraîne une diversité d’exposition au risque « submersion » sur de courtes distances. Les mouvements d’eau engendrés par la houle cyclonique sont à l’origine d’une redistribution spectaculaire des sables et débris coralliens. La simulation couplée vagues-courants permet de restituer l’action du déferlement prédit par le modèle de houle sur les quantités de mouvement simulées. Les surcotes et courants uniquement associés au processus de déferlement lié au cyclone Cook sont présentés sur la figure 4, B : sur le récif-barrière, une barre d’eau se forme entraînant une surcote de déferlement de 25 cm, compensée par de puissants courants de retour portant vers le large, de 1 à 2 m/s. Dans la zone de déferlement proche des plages, on assiste à la formation de veines de courant parallèles au rivage, capables de charrier les sédiments arrachés à la côte. Dans les baies abritées de la houle cyclonique (par exemple, la baie étroite de Kouaoua), le déferlement à l’entrée de la baie agit contre les courants sortant. C’est le phénomène d’ensachage, entraînant une élévation supplémentaire du niveau moyen de 20 à 30 cm.

Figure 5 : Instantanés de distribution de la salinité de surface simulée par le modèle MARS3D (http://wwz.ifremer.fr/​mars3d/​), en unité PSU.
A : Pendant la dépression tropicale modérée June (janvier 2014) avec un vent de nord-ouest.
B : Suite à une crue début février 2014 en régime d’alizés. Seules les rivières les plus importantes ont été intégrées dans la modélisation. Source : Ifremer/R. Legendre

Le sens du vent et la dispersion des apports terrigènes

9Outre son rôle pour la formation des vagues, le vent agit aussi sur le transport et la dispersion des apports terrestres dans les eaux du lagon. Les écosystèmes coralliens sont exposés aux apports en nutriments, sédiments et polluants émanant de la terre et induisant des effets néfastes sur le corail. Toute altération anthropique du biotope terrestre (fertilisants, augmentation de l’« érodabilité » des sols, pesticides, contaminants) engendre des stress importants pouvant aller jusqu’à l’étouffement par la sédimentation. Les lagons néo-calédoniens ne font pas exception. Les rivières néocalédoniennes présentent un fonctionnement hydrologique caractéristique des îles tropicales hautes, à savoir une montée en charge rapide et intense.

10Les interactions atmosphériques avec la topographie locale induisent une disparité assez forte entre la côte est (plus arrosée) et la côte ouest de la Grande Terre (LEFEVRE et al., 2010). OUILLON et al. (2010), les facteurs influençant la variabilité basse fréquence de la salinité au sein des lagons sont en premier lieu le rythme saisonnier (saison sèche/humide), suivi des conséquences d’Enso (El Niño-Southern Oscillation). À plus haute fréquence, les processus majeurs structurant la distribution de la salinité au sein des lagons sont les vents et les débits rencontrés. Les modèles hydrodynamiques permettent d’appréhender la distribution spatio-temporelle des panaches émanant des différents fleuves de la Grande Terre.

11La figure 5 illustre l’extension spatiale des panaches sur la côte Est, simulés par modèle après deux épisodes pluvieux importants. Sur la côte Est, en situation de vents d’alizés de sud-est, les panaches sont rabattus vers le nord, le long de la côte, tandis qu’un vent de nord-ouest transporte les panaches vers l’est et le sud, vers le milieu océanique.

Bibliographie

Références bibliographiques

BONNETON P. et al., 2007 Tidal modulation of wave-setup and wave-induced currents on the Aboré coral reef, New Caledonia. J. Coastal Research, Special Issue 50 : 762-766.

CRAVATTE S. et al., 2015 Regional circulation around New Caledonia from two decades of observations. Journal of Marine Systems, 148 : 249-271.

DOUILLET P. et al., 2013 « L’hydrodynamique du lagon sud-ouest ». In : Bonvallot J. (coord.), Gay J.-C. (coord.), Habert E. (coord.), Atlas de la Nouvelle-Calédonie, Marseille, Nouméa, IRD Éditions, Congrès de la Nouvelle-Calédonie : 41-44.

LEFÈVRE J. et al., 2010 Weather regimes and orographic circulation around New Caledonia. Marine Pollution Bulletin, Numéro spécial, New Caledonia tropical lagoons : an overview of multidisciplinary investigations, 61 : 413-431.

MARCHESIELLO P. et al., 2010 Coastal upwelling, circulation and heat balance around New Caledonia’s barrier reef. Marine pollution bulletin, 61 (7) : 432-480.

OUILLON S. et al., 2010 Circulation and suspended sediment transport in a coral reef lagoon : the southwest lagoon of New Caledonia. Marine Pollution Bulletin, 61 (7-12) : 269-296.

Annexes

Encadré 1. Les récifs calédoniens baignés par les courants. Christophe Menkes

Le moteur principal de la circulation océanique dans la région du Pacifique sud est le courant sud équatorial (SEC) qui transporte vers l’ouest et redistribue les eaux des régions subtropicales vers l’Équateur et l’océan austral. La Nouvelle-Calédonie, comme tout archipel, constitue un obstacle au transport des eaux et génère des courants côtiers. Le courant sud équatorial se divise en deux branches en arrivant sur les rides des Loyauté et de Nouvelle-Calédonie (MARCHESIELLO et al., 2010 ; CRAVATTE et al., 2015). Une branche s’écoule vers l’ouest en contournant le sud de la Nouvelle-Calédonie pour former le jet sud calédonien (SCJ). Un faible courant variable, qui porte en général vers le sud-est, le courant du Vauban, longe la côte est de la Grande Terre. La branche principale du courant sud équatorial à l’est de la Nouvelle-Calédonie, appelée courant est calédonien (ECC), contourne la ride de Nouvelle-Calédonie par le nord et contribue au jet nord calédonien (NCJ), dans le Grand Passage et au nord des récifs d’Entrecasteaux. Ce courant continue vers l’ouest, passe au nord des îles Chesterfield et, en arrivant sur la côte est australienne, se divise en une branche nord et une branche sud, le courant est australien (EAC), se séparant à son tour en formant le contre-courant subtropical (STCC) qui reflue vers l’est au sud de la Nouvelle-Calédonie. Ce contre-courant alimente en partie le courant Alis (ACNC, Alis Current of New Caledonia) qui s’écoule vers le sud-est le long de la marge ouest de la Grande Terre. Par ailleurs, pendant la saison chaude, de novembre à avril, les alizés soufflant du sud-est créent une remontée des eaux vers la surface (upwelling) le long de la côte ouest de la Grande Terre (HENIN et CRESSWELL, 2005 ; MARCHESIELLO et al., 2010).

Références bibliographiques

CRAVATTE S. et al., 2015 Regional circulation around New Caledonia from two decades of observations. Journal of Marine Systems, 148 : 249-271.

HÉNIN C., CRESSWELL G.R., 2005 Upwelling along the western barrier reef of New Caledonia. Marine and Freshwater Research, 56: 1005-1010.

MARCHESIELLO P. et al., 2010 Coastal upwelling, circulation and heat balance around New Caledonia’s barrier reef. Marine and Pollution Bulletin, 61 : 432-448.

Circulation océanique autour de la Nouvelle-Calédonie. Source : CRAVATTE et al., 2015

Encadré 2. Va-et-vient dans le canal de la Havannah

Les courants de marée dans le canal de la Havannah sont très forts. Ils suivent un rythme bien particulier en relation avec la hauteur de la marée. Lors de la basse mer, les courants sont sortants avec une force qui augmente en s’approchant de la passe (de l’ordre de 1 m/s). 4 h après la marée basse, les courants sont fortement rentrants dans le canal. Ils dépassent 1,5 m/s et ils font entrer des masses d’eaux importantes au sud, dans la réserve Merlet. 1 h après la haute mer, les courants sont toujours entrants au centre du canal et deux tourbillons se créent sur les côtés nord et sud du canal. C’est par les côtés que la renverse des courants débute. 3 h après, le courant est sortant avec un maximum en sortie de passe à plus de 1,5 m/s. En final, la marée crée un courant global, résiduel, entrant dans le lagon et dirigé vers le sud-ouest. Sa force est de l’ordre de quelques centimètres par seconde.

Courants de marée dans le canal de la Havannah. A : basse mer. B : basse mer + 4 h. C : haute mer + 1 h. D : haute mer + 4 h. Source : IRD/P. Douillet

Encadré 3. Influence de la houle sur la vidange du lagon

Schéma représentant le déferlement de la houle par-dessus la barrière récifale.

Le récif-barrière est plus haut sur la côte Ouest que sur la côte Est. Sur la côte Ouest, il affleure aux marées basses. Le déferlement de la houle du large agit sur le lagon comme une barrière physique empêchant la sortie des eaux du lagon par-dessus la barrière. Ce sont les eaux du large qui pénètrent ainsi dans le lagon. Ce flux est de l’ordre de 0,25 m/s par mètre linéaire de barrière pour une houle moyenne (BONNETON et al., 2007) et influence les temps de résidence des eaux dans le lagon. Dans la partie nord du lagon sud-ouest, cette modification est particulièrement visible, les temps de résidence passe de 25 jours à moins d’un jour le long de la barrière avec l’ajout de la houle et a contrario augmente de la même proportion à la côte.

Temps de résidence dans le lagon sud-ouest. A : sans déferlement. B : avec déferlement.

Table des illustrations

Légende Vagues se brisant sur le platier récifal bordant le litoral, Ile des Pins. © P.-A. Pantz
URL http://books.openedition.org/irdeditions/docannexe/image/27878/img-1.jpg
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Légende Figure 2 : Phase et amplitude (en mètres) de l’onde M2.
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Légende Figure 3 : Phase et amplitude de l’onde S2
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Légende Figure 4 : Cyclone Cook à son paroxysme lors de son arrivée sur Kouaoua (côte est de la Grande Terre), le 9 avril 2017.A : Hauteurs maximales (en mètres) de la houle simulée avec le modèle de houle SWAN, à 300 m de résolution.B : Surcote de déferlement (en centimètres) et courants induits par le déferlement simulés moyennant une modélisation couplée vague-courant utilisant les modèles SWAN et FVCOM.Les données proviennent de Météo-France pour les vents cycloniques, du gouvernement de la Nouvelle-Calédonie (Direction des technologies et des services de l’information) pour la bathymétrie. Le modèle a été au préalable validé avec les observations de houle enregistrées à la passe de la Fourmi, Poindimié. Source : IRD/J. Lefèvre
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Légende Figure 5 : Instantanés de distribution de la salinité de surface simulée par le modèle MARS3D (http://wwz.ifremer.fr/​mars3d/​), en unité PSU.A : Pendant la dépression tropicale modérée June (janvier 2014) avec un vent de nord-ouest.B : Suite à une crue début février 2014 en régime d’alizés. Seules les rivières les plus importantes ont été intégrées dans la modélisation. Source : Ifremer/R. Legendre
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Légende Circulation océanique autour de la Nouvelle-Calédonie. Source : CRAVATTE et al., 2015
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Légende Courants de marée dans le canal de la Havannah. A : basse mer. B : basse mer + 4 h. C : haute mer + 1 h. D : haute mer + 4 h. Source : IRD/P. Douillet
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Légende Schéma représentant le déferlement de la houle par-dessus la barrière récifale.
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Légende Temps de résidence dans le lagon sud-ouest. A : sans déferlement. B : avec déferlement.
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Auteurs

Physique océanographique
IRD
UMR MIO (IRD, CNRS, Aix-Marseille Université)
BP A5
98848 Nouméa, Nouvelle-Calédonie

Physique océanographique
IRD
UMR LEGOS (Université Paul Sabatier-Toulouse III, CNES, CNRS, IRD)
BP A5
98848 Nouméa, Nouvelle-Calédonie

Physique océanographique
IRD
UMR Legos (Université Paul Sabatier Toulouse III, CNES, CNRS, IRD)
BP A5
98848 Nouméa, Nouvelle-Calédonie

Physique océanographique
Ifremer,
Unité de Recherche « Lagons, écosystèmes et aquaculture durable »
BP A5
98848 Nouméa, Nouvelle-Calédonie

Physique océanographique
Ifremer,
Unité de Recherche « Lagons, écosystèmes et aquaculture durable »
BP A5
98848 Nouméa, Nouvelle-Calédonie

Physique océanographique
Analytical and Environmetal Laboratory (AEL)
BP A5
98800 Nouméa, Nouvelle-Calédonie

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