LES MAREES

Introduction

La marée océanique est le phénomène le plus connu de l'attraction de la Lune et du Soleil sur la Terre (l'influence du Soleil correspond à 1/3 de celle de la Lune). Cependant, cette attraction n'agit pas seulement sur les eaux des océans. Elle agit aussi sur la croûte terrestre (marée terrestre) et sur l'atmosphère (marée atmosphérique).

Interactions Terre-Lune, Terre-Soleil

La loi d'attraction universelle de Newton démontre que deux corps exercent l'un sur l'autre une force d'attraction proportionnelle à la masse des astres et inversement proportionnelle au carré de leur distance.

Ainsi, l'importance de l'attraction solaire s'explique par le fait que sa masse est très importante, et celle de la Lune s'explique par le fait que sa distance à la Terre est faible.

Ensuite, il faut ajouter à cette force d'attraction, une force qui est due à rotation de la Terre et la Lune autour du centre de gravité de ce système. Cette force, qui est une force centrifuge s'oppose à la force d'attraction, qui est une force centripète. Ainsi, chaque point de la Terre est soumis la somme de ces deux forces (voir figure ci-dessous). Ces deux forces ne s'annulent qu'au centre de la Terre et les marées proviennent donc de la déformation des océans sous l'effet de ces deux forces qui tendent à disloquer la Terre.

Théorie de Laplace

La théorie de Laplace donne l'équation de l'élévation du niveau de la mer en un point du globe en fonction de la position de l'astre. Un développement complet de cette théorie est donnée sur le site : http://www.multimania.com/vinaro/maree/mareefin.html

Cette équation est la suivante:

cette équation se compose de la somme de 3 termes de périodicité différentes, multiplié par un coefficient dépendant de :

3 termes ondulatoires apparaissent dans cette équation:

Voici la courbe de l'évolution de la hauteur z sur 48h :

variations semi-diurne

+ variations diurnes

= variation totale

Il est à noter que d'un jour à l'autre, la marée a 50 mn de retard, car la Lune se retrouve à la même position par rapport à la Terre toutes les 24 h 50 mn.

Calcul des coefficients de marée

En France, le coefficient de marée est le quotient de l'élévation de la mer lors de la pleine mer semi-diurne (par rapport à son niveau moyen) par la hauteur moyenne de la mer dans le port de Brest. Pour obtenir ces coefficients, l'élévation est calculée pour le port de Brest et ensuite, connaissant la hauteur moyenne de la mer dans ce port (3.21 m), on en déduit les coefficients de marée qui sont exprimés en centièmes.

Il varie de 20 à 120. 95 correspond à la moyenne des coefficients de marée de vive-eau ( pour les pleines et nouvelles lunes) et 40 à celle des marées de morte-eau ( correspondant aux premier et dernier quartiers de la lune). (voir dessin ci dessous)

Lors des périodes d'équinoxe de mars et septembre (qui correspondent à un coefficient égal ou supérieur à 110), le soleil se trouve dans le plan de l'équateur, ce qui renforce son influence sur les ondes semi-diurnes et donc rend les marées plus fortes qu'en temps normal.

Une autre caractéristique de la marée est le marnage, c'est-à-dire la différence entre une pleine mer et une basse mer successives. Le plus grand marnage du monde est pour la baie de Fundy au Nouveau Brunswick, Canada, où elle atteint 16 mètres. Pour la France, c'est le mont Saint-Michel qui détient le record avec 13 mètres.

Représentation des marées

On a vu que la marée est une onde qui se propage à la surface du globe. Le sens de rotation de la Terre devrait provoquer une propagation de cette onde par l'Ouest. Cependant, la propagation de cette onde est plus complexe à déterminer car elle est déformée par les forces de Coriolis (forces provoquées par la rotation de la Terre), elle est bloquée par les continents et elle est ralentie par les frottements sur les fonds marins. Pour cela, Kelvin a développé une théorie tenant compte de la bathymétrie des fonds marins. Ainsi, il est possible d'établir des équations tenant compte des conditions locales. Ces équations aboutissent à des solutions d'ondes de Kelvin modélisant les marées localement. En un point donné, la marée résulte donc de la superposition de plusieurs ondes. C'est pourquoi, l'amplitude des marées dépend du lieu où l'on se trouve. Par exemple, les mers fermées ont une marée très faible, voire pas du tout. Ainsi, pour la Méditerranée, les masses d'eau ne peuvent pas se déplacer, car elles sont coincées entre les continents européens et africains. Pour terminer sur ce sujet, la marée en Méditerranée est également souvent perturbée par les coups de vent de la Tramontane ou du Mistral, qui peuvent masquer ses effets.

Une représentation des marées sur cartes consiste à tracer les lignes où la haute mer a lieu en même temps. Ces lignes s'appellent lignes cotidales. En certains points du globe, ces lignes se concourent en des points que l'on appelle points amphidromiques. En ces points, la marée ne se fait pas ressentir et donc, le niveau de la mer reste constant au cours du temps. On a recensé 16 points, le premier en 1839 dans la mer de Flandres par Whewell.

Sur la carte ci dessous représentant la mer du Nord, nous pouvons voir les lignes cotidales qui se rejoignent aux points amphidromiques. Il existe 3 points amphidromiques dans cette région. Les lignes coupant perpendiculairement les lignes cotidales sont les lignes d'égale amplitude.

Les mascarets