ondes océaniques (suite)

Les lames de tempête

Ce sont des surélévations anormales de la mer produites au passage d’une dépression atmosphérique vers laquelle convergent les vents soufflant en rafales. La surface de l’eau subit alors une double action : d’abord elle gonfle en réponse à la baisse de la pression locale, c’est-à-dire qu’elle réagit comme un baromètre inversé ; puis l’onde formée est poussée vers la côte et amplifiée par les vents. L’intumescence peut dépasser plusieurs mètres au-dessus du niveau local de la marée. Aussi menace-t-elle particulièrement les côtes basses, où elle provoque des inondations souvent catastrophiques. Les lames de tempête sont fréquentes en deux régions du monde : dans les mers tropicales soumises au passage des cyclones, comme les Caraïbes, le golfe du Mexique (v. Atlantique [océan]) ou le golfe du Bengale (v. Indien [océan] ; les mers du nord-ouest de l’Europe, comme la Baltique (v. Atlantique [océan]) et surtout la mer du Nord*.

Les vagues et les houles

Ce sont des trains d’ondes progressives que le vent soulève en cédant à la mer une part de son énergie. On les considère comme les ondes de surface les plus importantes par leur extension et leur fréquence. Aux observations visuelles (à partir des sémaphores et des navires) ont succédé les mesures faites sur stéréophotographies ou à l’aide d’enregistreurs posés sur le fond (mesure de la fluctuation de pression) ou sur le flanc des navires (enregistrement des variations du niveau de la mer). On distingue deux types de mouvements.

• Les vagues. Elles sont formées sur des régions océaniques (dites « aires de génération ») où souffle le vent. La vague est donc une « onde forcée », dont la longueur et la hauteur sont proportionnelles à la vitesse du vent. Celui-ci creuse la surface par pulsations successives tout en donnant naissance à des tourbillons qui accroissent la hauteur des vagues. On dit que la mer « se creuse » à mesure que le vent « force » (v. encadré). Si celui-ci devient trop fort, la lame soulevée ne peut plus dissiper le surplus d’énergie reçue : elle se cambre, déferle, et sa crête se couronne d’une écume (les « moutons ») qui finit par recouvrir toute la mer démontée. C’est la « mer du vent » des météorologistes, formée de grosses lames discontinues (parfois pyramidales) parcourues par de petites crêtes désordonnées. Lames et crêtes progressent à des vitesses différentes, se rejoignent, interfèrent, se superposent et se contrarient pour former un véritable chaos hydraulique qui défie la description. La comparaison empirique des données météorologiques responsables et des caractéristiques des vagues induites les plus fréquentes a montré qu’il fallait tenir compte non seulement de la force du vent, mais également de sa durée et de sa course, c’est-à-dire de la distance sur laquelle il agit dans une direction constante et en dehors de tout obstacle. On a pu ainsi se livrer à une véritable prévision des vagues.

• Les houles. Lorsque le vent tombe ou lorsque la vague quitte son aire de génération, l’agitation continue à se diffuser dans un domaine géographique plus vaste en consommant l’énergie acquise dans la mer du vent. La vague devient houle. Hors de la portée du vent, la surface de la mer change : les petites crêtes s’atténuent au profit des plus grosses lames, qui, peu à peu, s’alignent sous formes d’ondulations régulières en direction comme en période. La houle est une « onde libre » qui résulte d’un « filtrage » (ou triage) naturel opéré sur la mer du vent. En plus des trois paramètres précités, on utilise, pour caractériser ce mouvement ondulatoire individualisé, les notions de vitesse de propagation (ou célérité : ), de cambrure et de direction. Le profil de la houle peut être rapproché des courbes mathématiques connues et a été analysé par les hydrodynamiciens.
1. Des relations ont été établies entre divers paramètres caractéristiques, comme celle qui relie P, L et C pour une hauteur d’eau donnée.
2. Le mouvement des particules a été étudié. Les molécules d’eau décrivent une orbite circulaire (fig. 7) dont le diamètre décroît rapidement vers le bas jusqu’à devenir infime à des immersions supérieures à À la fin du mouvement, la molécule est revenue à sa place. On peut dire que l’onde s’est propagée sans déplacer le liquide : une mouette posée sur la mer est alternativement soulevée, puis abaissée par la houle sans être entraînée par elle. En parvenant dans des eaux peu profondes (inférieures à la moitié de la longueur d’onde), le mouvement circulaire devient elliptique, puis simplement alternatif au voisinage du fond (v. littoral).
3. L’amortissement de la houle en dehors de la mer du vent a été mis en évidence. À mesure qu’elle s’éloigne de l’aire de génération, la houle perd de son amplitude tout en augmentant de période. Finalement, la mer a repris son calme initial.

Tous ces travaux mathématiques ont été transcrits en formules et en abaques qui ont permis d’établir une véritable prédiction à partir des conditions météorologiques sévissant sur la mer du vent.

Les ondes d’origine astronomique

Ce sont les ondes de marée, ou mouvement ondulatoire d’origine gravitationnelle qui affectent la totalité de l’océan mondial. Cette continuité dans le temps et l’espace permet d’opposer l’onde de marée à toutes celles qui viennent d’être décrites. L’onde de marée demeure encore imparfaitement décrite (on ne la connaît bien qu’à la côte) et expliquée, car elle pose encore de très difficiles problèmes d’observation (les marégraphes de grande profondeur font encore l’objet de mises au point) et d’analyses, qui n’ont pas encore reçu de solution complète en dépit des remarquables travaux des mathématiciens et des techniciens (v. marée).

La force

Comme cela est reconnu depuis l’Antiquité, les marées sont produites par l’attraction subie par la Terre au cours de sa migration dans le champ gravitationnel d’autres astres, notamment la Lune et le Soleil. La force agissante est la résultante entre cette attraction astronomique et la force centrifuge terrestre. En fonction de la rotation de notre globe et du mouvement de l’astre perturbateur, cette force varie de deux façons.