3 - Phénomène intervenant dans la propagation de la houle

 

Les différents phénomènes que nous allons voir (réflexion, diffraction, réfraction) s'interprètent de façon relativement aisée à l'aide de l'analogie rayon d'onde/rayon lumineux. La propagation de la houle au même titre que la lumière est régit par la physique des ondes.

En fait, on considère, en première approximation que l'énergie se conserve entre les rayons d'onde. Ainsi lorsque les rayons d'onde se resserent, la densité d'énergie augmente et vis et versa.

 

 

3.1-La réflexion

Ce phénomène intervient lorsque la houle aborde une paroi sans déferler. Il peut être comparé à la réflexion d'onde électromagnétique tel que la lumière. Dans notre cas, l'onde progressive est la houle et la réflexion se fait comme pour l'onde électromagnétique au niveau de l'interface, ici fluide/paroi. Pour toute les questions de direction, la réflexion de la houle se fait de la même manière que pour la lumière c'est à dire suivant les lois de Descartes.

 

La réflexion peut être totale lorsque la paroi est imperméable et verticale. Pour une paroi normale à la direction de propagation de la houle, une onde identique à l'onde incidente mais de sens opposée prend alors naissance. La superposition de ces deux ondes génère le phénomène de clapotis, avec apparition de nuds et de ventres

 

La réflexion peut être partielle lorsque la paroi est plus ou moins perméable ou lorsque la paroi réfléchissante fait un angle avec l'horizontale. On peut remarquer que lorsque la cambrure est suffisamment forte la houle va déferler avant d'atteindre la paroi réfléchissante et donc perdre une grande partie de son énergie.

 

3.2-La diffraction

Le phénomène de diffraction apparaît lorsque le front d'onde incident rencontre un obstacle tel qu'une jetée. Des oscillations apparaissent alors derrière la jetée, la houle diffracte (elle contourne la jetée). Le phénomène apparaît aussi lorsque les rayons d'onde se croisent. En effet, lorsque la houle attaque une jetée ou lorsque les rayons d'onde se croisent, la première approximations concernant la conservation de la densité de la houle entre les rayons d'onde n'est plus valable.

 En effet, lorsque la houle attaque une jetée il y aurait discontinuité au niveau de la densité d'énergie: elle passerait d'une valeur constante à une valeur nulle. On comprend bien que ce phénomène n'est pas possible dans la nature (qui a tendance à uniformiser ce genre de discontinuité). Ainsi la densité d'énergie diffuse-t-elle au travers des rayons, c'est le phénomène de diffraction en formant des oscillations.

Lorsque les rayons d'onde se croisent, par exemple quand une houle se propage au-dessus d'un haut fond, la densité d'énergie deviendrait dans ce cas infinie. Là encore ce phénomène n'est pas observable dans la nature, en effet cela reviendrait (puisque la densité d'énergie est proportionnelle à H2 ) à avoir une hauteur de houle infinie. Ainsi, la densité d'énergie diffuse de nouveau au travers des rayons, la houle diffracte.

 

 

3.3-La réfraction bathymétrique

La réfraction est un phénomène qui intervient lorsque une houle approche une côte. En fait, ce phénomène est directement lié à la réaction de la houle à la présence de plus en plus pressante du fond (celui ci a tendance à freiner l'onde). La célérité de la houle est donnée par la relation générale de dispersion .

En effet, lorsque la houle se propage en eau profonde la célérité de l'onde est de l'ordre de soit , les houles courtes (de période plus petite) se déplacent alors plus lentement que les longues. Dès que la profondeur est égale à la moitié de la longueur d'onde, le fond se fait sentir sur la propagation de la houle et la célérité de l'onde est donné par la relation de dispersion . Dans des zones de faibles profondeurs (inférieures à 4% de la longueur d'onde) la célérité de l'onde est la même quelque soit sa période .La diminution de la célérité en fonction de la profondeur a pour conséquences:

 

On peut noter que dans le cas d'une houle se propageant sur une singularité du fond telle qu'un haut fond, la réfraction bathymétrique implique une convergence des rayons d'onde. La hauteur de houle augmente donc du fait de la conservation de l'énergie entre les rayons et la houle peut même aller jusqu'à déferler. Cette convergence des rayons peut aussi impliquer un phénomène de diffraction. La réfraction implique aussi souvent une focalisation de l'énergie de la houle sur les caps convergence des rayons et un déferlement beaucoup plus calme dans le fond des baies.