CARACTERISTIQUES DE LA HOULE

Vagues et houle 

Vagues

 Les vagues sont un mouvement ondulatoire de la surface de la mer. Elles sont créées par le vent qui transfère de l’énergie de l’atmosphère dans la mer. Les phénomènes en jeu sont très compliqués, et les études théoriques se poursuivent encore maintenant. En un lieu et à un moment donné, la force des vagues définit ce qu’on nomme un état de mer. Celles-ci sont caractérisées par leur hauteur, leur période et la direction de leur propagation. Toutes les vagues ne sont pas de la même hauteur. Pour décrire un état de mer, on parle de hauteur significative des vagues Hs. En pratique, si on mesure toutes les vagues de crête à creux durant l’événement, on trouve qu’un tiers des vagues sont plus hautes que Hs et les autres plus basses. C’est pourquoi certains parlent aussi de H1/3 pour désigner la hauteur significative. La hauteur des vagues maximales est typiquement égale à 1,8 x Hs. Plus le vent est fort, plus il souffle longtemps, plus la hauteur des vagues est importante. L’étendue de la surface marine sur laquelle le vent souffle est dénommée « fetch ». Celui-ci est un paramètre influant, comme on peut le voir sur la figure 1 qui donne la hauteur significative des vagues en fonction des principaux facteurs à condition que la profondeur d’eau soit suffisante. Ces valeurs théoriques correspondent à un état de mer dit développé. Si les paramètres sont plus faibles que ceux du diagramme, la hauteur des vagues est plus faible. Par exemple, pour un vent de 15 m/s soufflant durant 7 h, la hauteur des vagues est de 3 m à condition que le fetch soit au moins de 100 km. Par contre, si le fetch n’est que de 30 km, la hauteur des vagues sera de 2 m ; celle-ci sera d’ailleurs atteinte après 3 h. Si la profondeur d’eau est réduite, les phénomènes sont différents, comme on va le voir ci-dessous. 4 Figure 1: Diagramme théorique donnant la hauteur significative et la période des vagues – Reproduction d’après Gröen et Dorrestein (1976) La figure 1 doit être considérée comme une simplification de la réalité. Durant les fortes tempêtes, on observe parfois des vagues bien plus grosses que les autres. Voir figure 3. On observe dans certaines conditions des vagues monstrueuses, ou freak waves, parfois appelées aussi vagues scélérates, traduction directe du nom en anglais rogue waves. Elles atteignent 30m de crête à creux. On remarque sur la figure 1 que les grosses vagues ne peuvent pas avoir de courtes périodes.

Houles 

Les vagues se propagent sur l’océan. Quand elles quittent la zone ventée qui leur a donné naissance, elles se transforment en un mouvement plus régulier qui est la houle. La houle est une onde qui agite la surface de façon périodique. Lorsque la profondeur est suffisante, les particules d’eau suivent des trajectoires circulaires, comme schématisé sur la figure 2 suivante. Figure 2: Schéma d’une houle se propageant de gauche à droite. Source : http://www.clubdesargonautes.org/ 5 Les mouvements des particules d’eau sont des trajectoires circulaires dont le rayon de giration diminue avec la profondeur. Les flotteurs sur la surface visualisent le mouvement à différents instants. La période de la houle T est le nombre de secondes qui sépare le passage de 2 crêtes successives. La longueur d’onde λ est la distance entre 2 crêtes successives. Elle est liée à la période : λ = 1,56.T2 (m) T : période de la houle λ : longueur d’onde L’onde se propage à la vitesse c : c = 1,56. T (m/s) Les ondes longues se déplacent plus vite que les autres. Elles peuvent voyager sur des milliers de kilomètres. Si la hauteur de la houle au large dépasse 0,14 λ (λ : longueur d’onde) (par exemple parce que le vent souffle), la houle devient instable et déferle à son sommet, formant des « moutons ». Plusieurs trains de houle créés en des endroits différents peuvent se rencontrer et se superposer. Une situation similaire existe lorsque le vent crée localement des vagues dont la direction est différente de celle de la houle provenant du large. On parle de mer croisée ou de mer hachée (Fig.3). Les états de mer correspondants sont dangereux pour la navigation. Figure 3: Exemple de mer croisée avec 2 trains de houle de directions différentes Source : Waitwow.com 6 ▪ Houle en faible profondeur La figure 4 ci-après illustre une houle en faible profondeur. Lorsque la houle s’approche de la côte, la profondeur d’eau diminue. La proximité du fond modifie le mouvement de la houle à partir du moment où la profondeur est inférieure à la moitié de la longueur d’onde. Les trajectoires des particules d’eau ne sont plus circulaires mais elliptiques. Sur le fond, l’eau suit un mouvement alternatif. La vitesse de l’onde diminue lorsque la profondeur se réduit. Par faible fond, cette vitesse s’approche de la valeur limite : 𝑪 = √𝒈. 𝒛 g : accélération de la pesanteur = 9,81m/s2 ; z : profondeur d’eau locale (m) On remarque que cette célérité ne dépend plus de la hauteur de la vague. La période reste inchangée, la longueur d’onde diminue aussi, si bien que l’énergie se concentre dans une vague plus courte mais plus haute.