RAPPORT D'HYDRODYNAMIQUE MARINE

 

THEORIE DES MAREES OCEANIQUES

Bibliographie : Cours d'hydrodynamique marine, R.Bonnefille.
Encyclopédia universalis (Tome 14 p 517)


Sommaire:

1 INTRODUCTION
2 FORCES GENERATRICES DES MAREES
3 PRINCIPALES COMPOSANTES DES MAREES
4 REPRESENTATION MONDIALE DES MAREES


1. INTRODUCTION

Sur la terre, on appelle marée, le mouvement des masses d'eau sous l'effet de l'attraction de la lune et du soleil. Ce phénomène est donc bien une conséquence de l'attraction universelle mais nous verrons dans ce rapport que les différents océans ne réagissent pas de la même manière à ces sollicitations. Le phénomène de marées touche aussi la croûte terrestre mais ici nous considéreront en première approximation la partie solide de notre planète comme immobile.

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2. FORCES GENERATRICES DES MAREES

On détermine le mouvement relatif de la terre par rapport aux astres voisins en considérant que toute la masse est concentrée en son centre. Cependant, il existe une petite différence entre le potentiel d'attraction en un point M de la surface du globe et son centre. C'est cette différence qui est à l'origine des forces de marées puisque elle tend à éloigner le point M de sa position d'équilibre et crée un déplacement qui est effectif des que la liaison de M avec son environnement n'est pas rigide.

Des études quantitatives montrent que la lune et le soleil sont les seuls astres responsables des marées sur terre. Le premier en raison de sa proximité, le second grâce à sa masse. L'astrophysique explique donc bien la variation permanente du champs local de pesanteur qui est responsable de la déformation périodique des mers et des océans (rigoureusement identiques tous les 18 ans 2/3).

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3. PRINCIPALES COMPOSANTES DES MAREES

Après ce premier paragraphe, une question demeure : Comment expliquer que les marées sur nos côtes françaises sont semi-diurnes alors que sur le rivage de Tahiti, elles ne se produisent qu'une seule fois par jour?

Evidemment, c'est la forme des océans qui influe sur la réponse que le système donne à ces mêmes sollicitations.

Ce qu'il faut bien comprendre c'est que, en raison de la faible amplitude de ces ondes, on peut décomposer les forces d'attraction que subissent les océans en une suite infinie de termes rigoureusement périodiques, de périodes différentes. Chacune de ces forces élémentaires engendre une marée partielle de période et d'amplitude données et il faut voir l'onde de marée totale comme la superposition de toutes ces réponses harmoniques.

Plus précisément, la révolution de la terre, sa déclinaison par rapport à l'astre attracteur, les variations de distance par rapport à celui-ci seront trois causes différentes de marées créant trois composantes élémentaires de période T1=12h, T2=24h, T3=1an et d'amplitude A1, A2, A3. Selon les conditions aux limites du bassin, les réponses A1, A2, A3 seront différentes et l'onde résultante aura des caractéristiques variables.

Les deux schémas suivants représentent la superposition des deux ondes élémentaires: diurnes solaires et mensuelles.

Généralement, on distingue 3 types de marées principales: les marées diurnes, semi-diurnes ou les marées mixtes.

Il est intéressant de voir que chacune de ces ondes élémentaires peut devenir la partie prépondérante de l'onde totale sous l'effet es conditions aux limites. Sur les côtes de l'océan Atlantique, principalement au large de l'Europe et de l'Afrique, la marée diurne est faible, c'est la marée semi-diurne qui est la seule visible. On y constate deux pleines mers et deux faibles mers quotidiennement. L'amplitude est plus grande aux syzygies (pleine et nouvelle lune), quand les effets de la lune et du soleil s'ajoutent (ondes en phase), elle est minimale quand la lune approche de ses quartiers (ondes en opposition de phase) (CF schéma plus haut). Dans le Pacifique, au contraire, la marée diurne est la plus importante et impose son allure à la marée globale.

Nature de l'onde

Amplitude

Période

semi-diurne lunaire

0.45

12.4 h

semi-diurne solaire

0.21

12 h

diurne lunaire

0.18

25.8 h

diurne solaire

0.08

24 h

bi-mensuelle

0.08

18.7 j

mensuelle

0.04

27.5 j

Pour conclure ce thème, soulignons la complexité des phénomènes en jeu en exposant le cas suivant:

nous savons maintenant que généralement, dans le pacifique, l'amplitude de l'onde semi-diurne est deux fois plus faible que celle de l'onde diurne. Mais dans la partie de ce bassin comprise entre l'Australie et le continent Antarctique, c'est l'onde semi-diurne qui prédomine pour des raisons de résonance locale avec les frontières du domaine.

On peut retenir les ordres de grandeur suivants : La marée semi-diurne atteint 17 m dans la baie du Fundi au Canada. Dans la mer d'Okhostsh la plus grande marée diurne est de 11.5 m. Les amplitudes associées aux ondes de plus longues périodes sont beaucoup plus faibles.

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4. REPRESENTATION MONDIALE DES MAREES

On se limite à la représentation de la composante prépondérante dans une région donnée.

On se sert de deux réseaux de courbes : Premièrement, celles ou la marée présente la même amplitude , le même marnage en un lieu géographique donné. Deuxièmement, les lignes où l'onde présente la même phase à la date t de la pleine mer. Ce sont les lignes cotidales. En passant d'une ligne cotidale à une autre, on visualise la propagation de la marée.

__ ligne cotidales

- - ligne d'égale amplitude

Si, sur la figure 3, on suit la côte Est de la Grande Bretagne, on remarque que la marée a sensiblement l'allure d'une onde progressive qui se propage dans un canal (pour plus de détails). Cependant, on remarque ensuite des points isolés d'où les lignes cotidales semblent partir. Ces points sont les amphidromiques, le marnage y est nul. Leur présence est à associer à la structure de l'onde stationnaire qui elle aussi présente de tels points.

Si ces resaux de courbes, établis empiriquement, permettent de prédire les marées très précisément grâce à leur périodicité, on n'arrive pas encore à résoudre théoriquement le problème des marées dans les océans. Même en leur associant des contours très simples, une profondeur constante et en négligeant la rotation de la terre, il reste beaucoup de découvertes à venir.

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