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Aperçu | Pour tout un chacun, les marées correspondent en premier lieu au mouvement journalier et régulier d'oscillation par lequel la masse de l'océan se soulève et s'abaisse alternativement, de sorte que les eaux couvrent et abandonnent alternativement une partie du littoral. Ce phénomène est produit par l'action attractive du Soleil et de la Lune. Typiquement, les eaux montent pendant six heures environ, en inondant les rivages et en se précipitant dans l'intérieur des fleuves jusqu'à de grandes distances de leurs embouchures, après s'être maintenues quelques instants à leur plus grande élévation, elles descendent aussi pendant six heures, avant d'amorcer une nouvelle remontée, et ainsi de suite. La durée de chaque oscillation est d'un peu plus de 12 heures : la durée moyenne de deux oscillations est d'un jour et 50 minutes, temps moyen qui s'écoule entre le passage de la Lune au méridien d'un lieu et son retour à ce même méridien. -
L'action attractive sur la Terre du Soleil et de la Lune par rapport à la Terre a des effets sur le déplacement des masses océaniques, qui est à l'origine des marées proprement dites. Mais ce n'est pas le seul effet à résulter des mêmes mécanismes. Il existe ainsi des marées atmosphériques, rythmées par le cycle de la Lune, qui se manifestent par des variations de la pression de l'air, et des marées terrestres, qui se traduisent en particulier par des élèvements et des affaissements du niveau du sol d'une amplitude de quelques centimètres, qui obéissent elles aussi à une périodicité lunaire.
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Mise en ordre | Les marées océaniques Les marées océaniques sont de loin celles qui s'imposent avec le plus d'évidence. Elles se manifestent sur les côtes de l'océan par un abaissement et un surélèvement des eaux, véritable oscillation régulière, analogue en tout à une respiration de la mer. En général, l'intervalle entre une marée et la suivante est de douze heures vingt-cinq minutes en moyenne. On voit pendant un temps d'environ six heures (6 h 5 à 6 h 20) l'eau s'abaisser graduellement, laissant à sec les rochers, les bancs de sable, etc.; arrivée à un certain point, elle s'arrête un moment, puis pendant un temps à peu près égal au premier elle remonte, venant peu à peu recouvrir les roches, les sables, qu'elle avait abandonnés précédemment. Précisons quelques points de vocabulaire : Marée montante, marée descendante - On appelle marée montante, flux, montant, flot, le moment où les eaux s'élèvent; on appelle reflux, jusant, èbe, perdant, marée descendante, le moment où les eaux s'abaissent. Les anciens auteurs disaient "le flux et le reflux", pour désigner ce que l'on appelle aujourd'hui plus simplement la marée.L'amplitude des marées. La différence de niveau qu'on observe entre la haute et la basse mer, ainsi que la distance jusqu'à laquelle la mer abandonne les côtes sont affectées par différentes causes, principalement par la configuration des terres et de celle la pente de ces côtes, et varient considérablement suivant les lieux. Ainsi les marées sont différentes dans la mer Méditerranée et la Manche, par exemple. En haute mer, le marnage n'est en général que de un mètre. Dans les petites îles de l'océan Pacifique, la marée ne monte parfois que de 0,65 m; dans les îles africaines de l'Atlantique, elle varie de 1 à 3 m; au Nord de l'Europe, elle est de 1,50 m; au Nord de l'Amérique, elle n'est quelquefois que de 0,9 m. Dans la Méditerranée les marées sont faibles (quelques décimètres en général), mais existent aussi : les inondations périodiques de Venise, tiennent ainsi à la fois des marées et des conditions de circulation des eaux particulières à l'Adriatique, signe que quantité de facteurs jouent un rôle (non seulement l'étendue et la profondeur des mers, le gisement des côtes et la disposition des anfractuosités qu'elles présentent, mais aussi la direction des courants, la puissance des vents, etc.). Certaines mers resserrées ou d'une faible étendue, comme la Baltique, la mer Noire et la Caspienne, n'ont pas de marées véritablement appréciables, mais on les signale sur le lac Michigan. Le tableau suivant consigne les hauteurs moyennes de quelques unes des plus hautes marées : Il y a même parfois des différences notables dans un même endroit. Dans les découpures profondes du rivage, lorsqu'elles s'ouvrent dans la direction de la vague, puis se rétrécissent graduellement en entonnoir, la convergence des eaux détermine dans un espace parfois très restreint, une très grande augmentation dans la hauteur de la marée. Telles sont, par exemple, les marées qui ont lieu, dans la baie de St-Malo, où les eaux s'élèvent parfois à 15 m, ou dans le canal de Bristol, où les marées sont parmi les plus hautes du monde. Chose remarquable, vis-à-vis de ce canal, en certains points de la côte sud-est de l'Irlande, la marée peut n'atteindre que 94 cm, tandis qu'à une petite distance, de chaque côté, elle s'élève à 4 m. Au Canada, sur les côtes de la Nouvelle-Écosse, au fond de la baie de Fundy, il y a des marées qui peuvent dépasser les 20 mètres (en moyenne 15 m seulement, mais c'est déjà le record mondial), alors qu'à l'entrée de la baie, elles atteignent à peine 3 m. Les caps exercent, dans certaines circonstances, une influence opposée et diminuent le marnage. Amplitudes des marées en centimètres. Les lignes "arachnoïdes" correspondent aux courbes cotidales. (Source : Legos). -
Les rythmes du flux et du reflux. La période annuelle consiste en ce qu'aux équinoxes les marées sont les plus grandes vers les nouvelles et pleines Lunes; et celles des quartiers sont moins grandes qu'aux autres lunaisons; au contraire, aux solstices, les marées des nouvelles et pleines Lunes ne font pas si grandes qu'aux autres lunaisons; au lieu que les marées des quartiers sont plus grandes qu'aux autres lunaisons. Dans la période annuelle, on observe : 1° que les marées du solstice d'hiver sont plus grandes que celles du solstice d'été;La période mensuelle consiste en ce que les marées sont plus importantes au moment des syzygies (nouvelles et pleines lunes), qu'au moment des quadratures (quand la Lune est en quartier), ou, pour parler plus exactement, les marées sont plus importantes dans chaque lunaison, quand la Lune est environ à 18 degrés au-delà des pleines et nouvelles Lunes, et les plus petites, quand elle est environ à 18 degrés au-delà du premier et du dernier quartier. Dans la période mensuelle, on observe : La période journalière est de 24 heures 50 minutes et correspond au temps que la Lune met à faire sa révolution diurne autour de la Terre, ou, pour parler plus exactement, le temps qui s'écoule entre son passage par le méridien et son retour au même méridien. Dans la période journalière on observe encore :1° que la haute mer arrive aux rades orientales plutôt qu'aux rades occidentales;Au cours de cette période journalière, l'évolution de la hauteur d'eau peut être avoir un aspect différent d'un point à un autre du globe. C'est ce qui a fait définir quatre types de marées : Les marées atmosphériques et terrestres Les marées atmosphériques ressemblent aux marées océaniques. Surtout pour ce qui concerne la marée semi-diurne lunaire. De faible amplitude, elle a une importance croissante des pôles vers l'équateur, et se manifeste par de petites variations de la pression atmosphérique; des modifications de la ionosphère lui sont également imputables. Quant à la marée semi-diurne solaire, elle possède les mêmes aspects dynamiques que les marées océaniques et la marée atmosphérique lunaire, mais l'aspect thermique est ici prépondérant, et est la principale cause de l'évolution journalière de la pression atmosphérique. La matière relativement élastique qui constitue le globe terrestre rend la forme générale de ce dernier sensible aux marées luni-solaires. La déformation, de la planète (qui tend à s'allonger selon l'axe Terre-Lune) est minime : de l'ordre du décimètre. Elle a cependant pu être mise en évidence de plusieurs manières. Par exemple, par des variations de la pesanteur, par des variations de la direction de la verticale en un lieu donné, par de petites variations de la rotation terrestre, ou encore de façon plus inattendue par l'introduction d'effets indésirables dans certaines expériences conduites avec des accélérateurs de particules. C'est ainsi, en particulier, que les physiciens du CERN ont eu la surprise de constater en entre 1992 et 1993, que la déformation infligée à la Terre par l'action gravitationnelle de la Lune et du Soleil, introduisait dans les 26,7 kilomètres de circonférence du LEP (l'accélérateur avec lequel ils testaient à l'époque les propriétés du boson Z), une variation de l'ordre d'un millimètre... | ||||||
Rouages | Théorie des marées. On peut appréhender de manière intuitive les principaux aspects du phénomène de marée en considérant pour commencer le seul couple Terre-Lune, et les seuls océans supposés représenter une enveloppe uniforme autour de notre planète. Ces deux astres gravitent autour de leur centre de gravité commun. Il résulte de ce mouvement, une force centrifuge qui tend en particulier à repousser à l'opposé de la Lune les masses d'eau océaniques. Un premier bourrelet, qui se manifeste par une montée des eaux, se forme donc à l'opposé de la direction de la Lune, dirigée vers le point pour lequel la Lune est au nadir. Lorsque l'on combine les deux effets, ils ne s'annulent pas, bien qu'ils agissent en des sens opposés. La Terre ayant une certaine extension spatiale, la force d'attraction et la force centrifuge ne se compensent pas exactement en tous ces points. Leur réunion compose le champ des forces génératrices des marées, dont l'allure est donnée par la figure ci-dessous. L'effet résultant est un étirement de la masse terrestre qui affecte non seulement sur la composante liquide, mais aussi sur la composante solide et la composante gazeuse. Lorsqu'on considère non plus seulement le Système Terre-Lune, mais la révolution de la Terre autour du Soleil, le même raisonnement peut être tenu. L'effet est de moindre importance, mais il s'ajoute au précédent et module l'amplitude des marées au fil du mois et au fil de l'année. Ajoutons qu'ailleurs que sur Terre, les effets de marée peuvent être bien plus considérables, et l'étirement qu'il implique peut détruire le corps qui y est soumis. C'est ainsi d'ailleurs que l'on explique la formation des anneaux autour des planètes géantes, c'est-à-dire en invoquant un petit satellite brisé par l'effet d'écartèlement des marées. Voici maintenant ce que cela donne de façon plus détaillée : Action de la lune. Supposons donc que la mer soit répartie également à la surface de la Terre, hypothèse fausse dont nous aurons plus tard à rectifier les conséquences; les eaux de la mer formeront autour du globe de la Terre un globe concentrique. Joignons le centre de la Terre au centre de la Lune (fig. ci-dessus), nous voyons que, suivant la ligne TL, les parties de la Terre les plus proches de la Lune seront attirées davantage ou tomberont davantage vers elle que le centre T, de même que les parties les plus éloignées seront moins attirées que ce centre. Et, comme les parties solides, par leur cohésion, résistent à cette action, ce sera sur les eaux de la mer que se produira un effet sensible, et cet effet donnera lieu aux marées. Suivant le diamètre perpendiculaire à TL, par compensation, les marées seront inverses des autres. En somme, la simple action de la Lune transforme la sphère liquide en un ellipsoïde dont le grand axe est constamment dirigé vers le centre de la Lune. Si l'on suppose donc, comme on l'a fait, que l'océan consiste dans un canal autour de l'équateur, et que l'attraction de la Lune engendre une grande onde, cette onde voyagera le long du canal avec une rapidité qui, on le sait, dépend de la profondeur; c'est cette ondulation qui, se propageant dans tous les sens, produira les marées dans les différentes mers. Marée de Syzygie (pleine lune). Action du Soleil. Marée de quadrature (premier et second quartier). De plus, c'est aux équinoxes, quand la Lune et le Soleil sont en même temps le plus près possible de l'équateur, que les marées de vives eaux atteignent leur amplitude maxima; on désigne ces maxima sous le nom populaire de grandes marées. Le Soleil a également, en effet, une action efficace, et les marées sont les combinaisons des deux actions. Mais, malgré l'énorme masse du Soleil, ses effets sont deux fois et demie plus petits que ceux de la Lune; nous le démontrons de la façon suivante, l'attraction de la lune pour un point situé à une distance d étant : fm/d², f, force attractive de l'unité de masse m placée à l'unité de distance sur élément égal à l'unité de masse, on voit que les actions lunaires auxquelles sont dues les marées sont respectivement, en prenant pour d la distance du centre de la mer à la Lune : fm ((1/(d-r)²) - (1/d²)) et fm((1/d²) - (1/(d+r)²)), Or r/d = env. 1/60, et par conséquent peut être négligé vis-à-vis de l'unité, de sorte que les actions considérées seront sensiblement égales à 2fmr/d3. Pour le Soleil, l'ellipsoïde de révolution auquel son action donnera lieu aura le grand axe passant par son centre et l'action exercée sera 2fMr/d3. Le rapport entre ces actions de la Lune et du Soleil sont donc : (2fmr/d3)/ (2fMr/d3) = (m/M).(D3/d3) = 1/ 2655000 x 4003 = 2,41. Quand le Soleil est sur le méridien en même temps que la Lune (syzygies), les actions des deux astres s'ajouteront et auront leur maximum aux équinoxes; si le Soleil passe au méridien six heures avant ou six heures après la Lune (quadratures), l'attraction du Soleil soulève un peu le milieu de l'ellipsoïde engendré par la Lune; les marées sont moins considérables, car alors la haute mer lunaire coïncide avec la basse mer solaire. On peut ajouter qu'aux pôles il ne doit pas y avoir de marées considérables, car la lune s'écarte peu de l'équateur et que les pôles seront toujours placés près de la ceinture équatoriale de l'ellipsoïde aqueux. Les aspects énergétiques Les marées océaniques, qui correspondent à de perpétuels déplacements de grandes masses d'eau mettent en jeu des énergies énormes, qui vont être dissipées de diverses manières. La première étant le frottement, frottement peut-être de l'eau avec elle-même, mais surtout frottement de l'eau avec les fonds des mers peu profondes et près des rivages. L'énergie mécanique de la marée se dissipe ainsi en chaleur. On estime ainsi que la puissance moyenne dissipée dans les marées est de l'ordre de un milliard de kilowatts. Pas de quoi, sans doute, transformer le climat de notre planète, mais largement suffisant, en revanche, pour ralentir sa rotation : le jour s'allonge ainsi d'environ 0,002 secondes par siècle. Pour le même motif, les marées (qui ne sont pas l'affaire exclusive de notre planète mais concernent aussi leur agent principal, la Lune) sont à l'origine d'un éloignement de la Terre et de son satellite naturel, au rythme de 3,7 centimètres par an. Les marées ont également une action plus locale sur les échanges énergétiques dans les océans, comme ceux, par exemple, qui sont à l'origine la formation de ces grandes vagues barrant le détroit de Gibraltar mises en évidence en 1992 par le satellite ERS (image ci-dessous) : un tel phénomène implique deux couches de salinités différentes et un courant produit par les marées. Vagues à l'entrée du détroit de Gibraltar. Leur taille est d'environ deux kilomètres. (Source : ESA / ERS). |
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