Evolution de la vie d'une vague
Nous sommes parfois surpris de trouver de très grosses vagues sur la plage où nous allons nous baigner alors qu’il fait un temps magnifique et sans vent; à l’inverse lors d’une tempête, les vagues peuvent être de moindre importance. Il y a toutefois bien une relation entre les vagues et le vent mais une tempête n'entraîne pas forcément une mer déchaînée comme nous le pensons. Mais alors, comment les vagues arrivent-elles à nos côtes? Quel chemin parcourent-elles?
Nous avons vu auparavant ce qui caractérise une vague, mais afin de mieux comprendre ce phénomène, il est essentiel de s'intéresser à son évolution au fil du temps qui se découpe en trois parties bien définies que nous allons développer ici : la formation, la propagation et le déferlement. La compréhension de ces trois étapes notamment le déferlement est essentielle pour étudier les moyens côtiers mis en place pour s'en protéger. Malheureusement, la simulation d'expériences de ce type ne nous a pas été possible avec les moyens du lycée. Nous nous sommes rendus à IRPHE, site qui a les installations permettant ce type de simulations.
FormationContrairement a ce que l'on pourrait croire, la formation des vagues classiques n'est pas influencée par la lune ou les marées mais bien par les conditions météorologiques, surtout le vent. Elles se forment souvent au large, loin de leur zone de déferlement. Le moindre vent génère de petites ondulations en surface, mais il faut un vent beaucoup plus fort pour que des vagues apparaissent.
En se déplaçant d'un anticyclone vers une dépression, le vent exerce une pression sur la surface de la mer, poussant les particules d'eau devant lui qui s'élèvent à l'avant alors qu'un creux se forme à l'arrière; il se forme des rides. Le vent forme d'abord un frémissement léger, des vaguelettes également appelées vagues capillaires qui peu à peu vont se développer et s'amplifier pour devenir des vagues. L'amplitude des vagues est proportionnelle au vent, leur hauteur et période dépendra des 3 facteurs suivants qui interviennent dans la formation des vagues : - La force du vent, qui doit être d'au-moins deux mètres par seconde afin de créer des ondulations - La durée pendant laquelle il souffle - L'espace sur lequel il prend son élan (fetch) On peut donc dire que l'énergie du vent est transmise à la mer. En fonction de la variation de ces 3 paramètres, les vagues prennent des formes différentes, telles que les rouleaux classiques à ondulation régulières que l'on peut observer sur les plages, aussi bien que des déferlantes qui s’élèvent et prennent des formes insolites. |
Propagation Lorsque de nombreuses vagues se déplacent dans des directions différentes elles se heurtent, se chevauchent ou s'unissent pour former des vagues plus grosses. Dans ce chaos, le vent dominant prend le dessus et finit par instaurer un ordre qui détermine une direction commune, le mouvement des vagues n'a plus besoin d'être entretenu, il est sans perte d'énergie. A mesure que les vagues s'éloignent de leur zone de génération, leur cambrure diminue, elles deviennent donc plus stables. Ce mouvement est appelé houle (une vague qui a quitté sa zone de génération due au vent).
Il existe des groupes de vagues, la vitesse de groupe étant 2 fois plus faible que celle des vagues donc les vagues rentrent dans plusieurs groupes; avant de rentrer dans un groupe, les vagues sont petites, elles rentrent dedans et deviennent grandes, le dépassent, redeviennent petites et ainsi de suite; des équations décrivent l'évolution des groupes mais elles sont trop complexes pour des élèves de première. La notion de vitesse de groupe est très importante car l'énergie des vagues est comprise dans les groupes et non dans les vagues directement. Ce déplacement conserve son énergie grâce à plusieurs équations trop complexes pour nous mais notamment à la pesanteur: nous avons vu que les particules d'eau restaient immobiles, donc quand elles arrivent au somment de la vague, elles s'affaissent sous l'action de leur poids, gardant cette vitesse constante et permettant à la houle de traverser des océans entiers sur plusieurs milliers de kilomètres. La vitesse de propagation quant à elle, détermine leur place: les vagues les plus longues et rapides se déplacent en tête tandis que les plus courtes et lentes se situent à l'arrière. Le schéma régulier qui forme la houle est alors constitué. Malgré tout, l'allure de la houle peut-être perturbée par l'intrusion de vagues plus hautes engendrées par des vents de directions très différentes. Du point de vue de la trajectoire, elle ne dévie presque plus une fois la houle lancée à moins de rencontrer des obstacles majeurs tels que des îles ou des courants puissants. Les houles se déplacent en mouvement ondulatoire à la surface. De plus, quand la houle arrive près du rivage, elle subit un phénomène de réfraction; en fait, la célérité étant influencée par la profondeur, à l'approche des côtes, les frottements au sol ralentissent les ondes, ce qui explique pourquoi les vagues arrivent toujours de façon parallèle au littoral. La houle va subir une légère rotation, ce qui est très visible sur cette photo prise de Google Maps d'une plage au Brésil. A l'approche des côtes, lorsque la profondeur diminue, survient le déferlement. Dès lors la houle devient une vague. |
DéferlementLorsque la vague atteint une profondeur inférieure à la moitié de sa longueur d'onde, la houle est perturbée comme nous l'avons vu dans notre 1ère partie. Les conséquences de cela sont:
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