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Comprendre ce qu'est ce qu'une vague ?

  vague verte

Une vague est une onde mécanique qui se propage à la surface de contact entre deux fluides, en l'occurrence l'eau et l'air. Comme toute onde digne de ce nom, elle est caractérisée par une longueur d'onde, une amplitude , une période et une célérité .
 
  Ainsi, voici quelques caractéristiques :

    • Plus la longueur d'onde d'une vague est importante, plus sa vitesse ou célérité est grande.
    • La célérité de la vague croît avec son amplitude. Cependant, lorsque la vague atteint le rivage, son amplitude varie en fonction du relief sous marin et de la configuration du rivage.

 La naissance de la vague


Beaucoup de personnes pensent que les marées sont à l'origine de la formation des vagues. Les marées sont dues à l'attraction des astres et sont d'amplitude plus ou moins forte selon l'alignement du soleil et de la lune à l'axe de la terre. Mais d'aucune façon les marées ne crées les vagues, même si, localement, elles peuvent influer sur leur déferlement.

La principale cause de la formation des vagues est le vent . Celui-ci est créé en se déplaçant d'un anticyclone (zone de haute pression) vers une dépression. Ainsi, à la surface de l'eau, le vent s'écoule de façon turbulente et provoque l'apparition d'ondulations plus ou moins marquées en fonction de sa force. En effet, même à une échelle locale, le champ des pressions n'est pas uniforme et entraîne donc cette turbulence.

tempete

La grosseur des vagues va donc dépendre de la force du vent, mais également de sa durée et de l'étendue, appelée le  FETCH , sur laquelle il souffle; en bref de l'énergie que le vent cède au milieu marin. A titre d'exemple, un vent de 40 km/h soufflant sur 200 km durant 15 heures engendre des creux de 2,5 mètres...et de 11 à 14 mètres s'il se met, pendant la même période, à souffler à 100 km/h sur un fetch de 400 km. Malheureusement, la formation puis la croissance de l'agitation sous l'effet du vent sont des processus encore mal connus.

D'amplitude, de longueur d'onde, et de célérité différentes, les vagues, formées au sein d'une dépression météorologique, rayonnent alors plus ou moins nettement à partir d'une 'zone centrale' ou encore appelée 'zone de génération'. Cependant, seules les vagues ayant une vitesse inférieure ou proche du vent peuvent être entretenues et voyageront à travers l'océan. Les autres déferleront et formeront ce que l'on appelle dans le langage océanographique 'les moutons', c'est à dire les mousses du large. En résumé, les dépressions et donc les tempêtes au large  sont à l'origine des ondes qui plissent la surface de l'océan, s'ordonnant alors en ondes successives, dites 'trains de houle'.  

Le voyage de la vague


A grande distance, les vagues se propagent dans des étendues marines où le vent n'a pas de rapport avec celui qui régnait dans la zone de génération. Les lames sont alors constituées d'ondulations relativement régulières en direction, comme en période, avec de longues crêtes, que l'on appelle la houle . Le mouvement de la houle résulte du transfert permanent de l'énergie liée à la pesanteur, et à la cinétique du mouvement elliptique des particules d'eau. Celles-ci tournent sur elles même à la verticale, la pesanteur faisant passer l'onde d'une colonne d'eau à l'autre. En effet, les particules d'eau ne se déplacent pas. Pour mieux comprendre, prenons l'exemple d'un bouchon sur l'eau; La houle le ballote mais ne le déplace pas.

L'action de la gravité va également quelque peu favoriser l'étalement de la houle et du coup augmenter sa longueur d'onde, élément déterminant de sa vitesse. Ainsi donc la houle est comparable à un mouvement pur dont la théorie indique que si rien ne l'altère, il est infini et surtout ne perd rien de son énergie de départ. Par exemple si rien ne venait la perturber, une vague en mer de 10 mètres mettrait 3 ans pour descendre à 4 mètres (puisqu'il y aurait tout de même une perte d'énergie par frottements entre les particules d'eau). Jusque sur nos côtes.

houle

Forte de son long voyage à travers l'océan, la houle est prête à déferler sur notre rivage et à faire le bonheur de tous les adeptes des sports de glisse. Une vague déferle lorsque sa courbure devient très accentuée, mathématiquement lorsque l'amplitude crête à creux dépasse 14 % de la longueur d'onde. Cette situation peut arriver en mer. C'est le cas des déferlantes rencontrées au large. Mais quelle est la cause du déferlement des vagues sur nos côtes ?

En eau profonde, une vague atteint en général quelques dizaines de centimètres de hauteur en surface, mais la hauteur de ses vagues augmente rapidement en eau peu profonde. L'énergie de la vague va de la surface au fond de la mer, même dans les eaux les plus profondes. Quand le tsunami attaque le bord de mer, l'énergie de la vague est comprimée sur une distance beaucoup plus courte et sur une profondeur beaucoup plus faible, ce qui engendre des vagues beaucoup plus grosses.

formation de vague

Les configurations de la côte et du littoral déterminent la hauteur et l'impact des vagues. Les récifs, les baies, les embouchures de rivières, les reliefs sous-marins et les pentes de la plage sont autant de paramètres qui modifient la vague à l'approche de la côte.

onde

Dans les régions où la profondeur de l'océan atteint plus de 6000 mètres, les vagues imperceptibles peuvent se déplacer à la vitesse d'un avion, approximativement 900 km/heure. Elles peuvent parcourir la distance d'un côté à l'autre du Pacifique en moins d'un jour.

mouvement de vague

Influence du fond sur les vagues

Lorsque la profondeur diminue à l'approche de la côte, les éléments de la houle varie et le profil de la houle se modifie.
Quand la profondeur de la mer devient inférieur à la moitié de la longueur d'onde, le fond a pour effet de ralentir la houle à son voisinage par frottement des particules d'eau. L'amplitude du mouvement augmente alors en même temps que la hauteur de crête, jusqu'à atteindre une courbure limite et provoquer un basculement de l'eau vers l'avant : C'est le déferlement 


La puissance du déferlement et la projection de la crête prennent des proportions d'autant plus impressionnantes que la houle est plus haute et la pente du plateau continental plus abrupte et rapide. En effet, avant d'atteindre les côtes la houle rencontre au large le plateau continental qui freine sa progression, diminuant ainsi la rapidité et la puissance des vagues

Les vagues seront donc plus au moins puissantes selon que la remontée du fond sera soudaine ou progressive

Lorsque les vagues s'approchent du rivage ou franchissent un obstacle (jetée, haut-fondů) elles changent de direction : 

Il y a réflexion lorsqu'elles rencontrent un obstacle et sont renvoyées sur elles-mêmes

Vidéo du phénoméne
video de reflexion

 Il y a diffraction lorsqu'elles contournent un obstacle

 Il y a réfraction lorsqu'elles subissent l'influence du fond exemple les chaudrons

Vidéo du phénoméne
video de refraction

Les vagues tendent alors à devenir parallèles aux courbes de niveau de fond. A l'approche de la côte, les vagues toucheront le fond d'abord en face des caps (qui se prolongent sous l'eau sous frme de hauts-fonds) ensuite dans le prolongement des baies. Etant donné qu'une crête de vague ne sera pas influencée par le fond au même moment, il en résulte une convergence vers les caps (on dit que les vagues s'enroulent autour du cap) et une divergence dans les baies (les vagues s'étalent dans la baie)

Outre ces changements de direction il existe différents types de déferlements dus à la remontée du fond à l'approche du rivage :

Glissant : typique des plages en pentes douce, ce type de deferlement donne des vagues avec un profil symetrique.

Vidéo du phénoméne
video de glissant

Plongeant : avec une pente plus forte la vague est asymetrique: le front s'eleve a la verticale et la crete se retourne avant que la vague ne deferle.

Gonflant : sur une plage tres inclinee la vague rencontre le courant retour de la precedente ceant un deferlement asymetrique .

A partir de là, on comprend la différence de puissance entre une vague déferlant sur l'île d'Hawaii, où les fonds marins plongent abrupts à quelques centaines de mètres du rivage et, par exemple, une vague atteignant notre côte Bretonne devant laquelle le plateau continental s'étend en pente douce sur plusieurs dizaines de kilomètres. En effet, au moment où la vague de grande longueur d'onde, allant donc très vite, frappe la côte nord d'Hawaii, la puissance de la vague est quasiment la même qu'en plein océan. Inversement, freinée par un fond remontant doucement, une vague de longueur d'onde identique sera considérablement moins forte en déferlant sur le rivage des plages Bretonnes.


Ces mêmes raisons expliquent la puissance des vagues en Aquitaine, le golfe de Gascogne plongeant très profondement au raz des côtes, notamment au niveau de la fosse de Capbreton. Nous avons pu noter durant cette étude que les eaux de mer étaient déplacées par un certain nombre de forces naturelles : les ondes de tempête et de marée, les ondes sismiques, et bien sur l'action du vent.
De plus nous avons pu montrer que la morphologie de la vague changer en fonction du lieu géographique où nous nous situons.

En effet, la morphologie de la vague dépend du relief sous-marin et de la configuration du rivage. Les marées et les vagues constituent des sources potentielles d'énergie et peuvent donc être bénéfiques. On sait qu'une houle, même modérée, peut fournir 40 kW par mètre de côte.


Cependant les scientifiques manquent de données quantitatives sur les caractéristiques des vagues en mer, car celles-ci ne sont observées et enregistrées systématiquement au large qu'en fort peu de points. Même si à bord des navires océanographiques stationnaires et sur les plates-formes off shore , les données climatologiques des vagues sont relevées régulièrement.

choc de vague

Un autre phénoméne ?