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Les marées
Généralités
La marée est le mouvement montant puis descendant des eaux des mers et des océans causé par l'effet conjugué des forces de gravitation de la Lune et du Soleil. Lorsque la Terre et ces deux astres sont sensiblement dans le même axe, c'est-à-dire lors de la pleine Lune et de la nouvelle Lune, ceux-ci agissent de concert et les marées sont de plus grande amplitude (vives eaux) ; au contraire, lors du premier et du dernier quartiers, l'amplitude est plus faible (mortes eaux).
Selon l'endroit, le cycle du flux et du reflux peut avoir lieu une fois ou deux fois par jour. Les marées les plus faibles de l'année se produisent normalement aux solstices d'hiver et d'été, les plus fortes aux équinoxes. Le passage de la Lune au méridien du lieu et à celui opposé explique le cycle semi-diurne. La période de ce phénomène est de 0,517525050 jour (12 heures 25 minutes 14 secondes), moitié de la durée du jour lunaire moyen.
Ce mouvement de marée n'est pas limité aux eaux, mais affecte toute la croûte terrestre (on parle de « marées crustales »), bien que dans une moindre mesure. Ce qui fait que ce que nous percevons sur les côtes est en fait la différence entre la marée crustale et la marée océanique. Plus généralement, les objets célestes sont l'objet de forces de marée à proximité d'autres corps.
Parler de « marée haute » et « marée basse » est un abus de langage. En effet, la marée est un mouvement. On parle de « basse mer » ou « haute mer », d'« étale de basse mer » ou d'« étale de haute mer ».
Description du phénomène
L'attraction gravitationnelle étant inversement proportionnelle au carré de la distance, l'astre attire plus fortement les masses proches. En particulier, le point le plus proche de la Lune est plus attiré que le point à l'opposé. Si l'on fait la moyenne des actions, on peut décomposer la force en chaque point de l'axe Terre-Lune en deux forces :
- une force d'attraction moyenne
- une force centripète par rapport au barycentre Terre / Lune.
Il s'ensuit une déformation de la surface des mers mais aussi des sols qui diffère donc de ce qu'elle serait sans la présence de notre satellite et du soleil. Pour la mer, on peut comparer cette déformation à une énorme vague qui serait de forme régulière si les fonds des océans étaient réguliers et s'il n'y avait pas de côtes.
Une explication historique très répandue ajoute que la Lune et la Terre tournent autour du centre d'inertie de l'ensemble Terre-Lune et ce mouvement provoque une autre déformation par force centrifuge ce qui explique qu'il y ait deux marées par jour.
Les sources des grandes marées
Plusieurs phénomènes astronomiques contribuent à la variation de l'amplitude des marées :
- La syzygie du Soleil et de la Lune ( la nouvelle ou pleine lune ). Cela se produit essentiellement lorsque la longitude du Soleil et de la Lune sont voisines ou voisines de l'opposition l'une de l'autre, soit deux fois par mois. Précisément, la période de ce phénomène est de 14,7652944 jours, moitié de la durée que l'on qualifie de mois synodique.
- Le passage du Soleil au nœud lunaire, c'est-à-dire le passage du Soleil dans le plan de l'orbite lunaire. Celui-ci se produit deux fois par an et détermine les « saisons à éclipse », ce sont pendant celles-ci que les éclipses de soleil ou de lune se produisent. Les marées sont alors plus importantes en syzygie en raison du meilleur alignement Terre-Lune-Soleil. La période précise est de 173,310038 jours, moitié de la durée que l'on qualifie d'année draconitique.
- Le passage du Soleil dans le plan équatorial qui se fait aux équinoxes, donc deux fois par an. La période précise est de 182,621095 jours, la moitié d'une année tropique. Le phénomène des marées d’équinoxes n’a rien à voir avec l’alignement Lune-Terre-Soleil, qui a lieu toutes les deux semaines à la pleine lune et à la nouvelle lune et se réalise d’autant mieux lorsqu’il coïncide avec le cycle draconitique de 173 jours. Le soleil se trouve au dessus de l’Équateur lors des équinoxes alors qu’il est au dessus du tropique du Cancer lors du solstice de juin et au dessus du tropique du Capricorne lors du solstice de décembre. Rappelons que l’effet de marée d’un astre est maximal au point de la terre se trouvant le plus proche de cet astre et au point se trouvant le plus éloigné. Aux moments des solstices, un des points où l’effet de marée du soleil est maximal se trouvera en permanence sur le tropique du Cancer, pendant que l’autre se trouvera aux antipodes, sur le tropique du Capricorne. Chaque point se trouvant sur un des deux tropiques sera donc soumis à un effet de marée maximal du Soleil une seule fois par jour ( on parle d’onde diurne ). Au moment des équinoxes, ces deux points seront en permanence sur l’Équateur. Chaque point de l’équateur sera donc soumis à un effet de marée maximal du Soleil deux fois par jour ( on parle d’onde semi-diurne). À ce moment-là, le terme diurne s'annule dans le calcul des marées, et le terme semi-diurne est maximal.
- Le passage de la Lune au périgée, moment auquel les forces de marée exercées par la Lune sont donc les plus importantes. À la différence du nœud lunaire, qui régresse sur l'écliptique, le périgée, lui, avance. Le temps entre deux passages de la Lune au périgée est le mois anomalistique, de 27,5545499 jours. Le calcul de la position du périgée lunaire est soumis à énormément de perturbations.
- Le passage de la Terre au périhélie, moment auquel les forces de marée exercées par le Soleil sont donc les plus importantes. Le périhélie terrestre progresse sur l'écliptique ; ceci dit, la majeure partie (environ 5/6) de cette progression est en réalité due à la régression (« précession ») de l'équinoxe par rapport aux étoiles fixes. Le temps séparant deux passages de la Terre au périhélie est l'année anomalistique de 365,259636 jours. Il se produit actuellement le 3 janvier de l'année.
Les facteurs influant sur les marées
Pour la Terre, seule la Lune et le Soleil ont des impacts significatifs, qui s'additionnent ou se contrarient selon les positions respectives de la Terre, de la Lune et du Soleil. En fait, la Lune est beaucoup plus proche de la Terre que le Soleil, mais a aussi une masse beaucoup plus petite, de telle sorte que leurs attractions sont d'ordres de grandeur comparables, celle du Soleil est environ la moitié de celle de la Lune. Les autres corps célestes sont trop éloignés pour que leur influence soit sensible.
Cette attraction combinée de la Lune et du Soleil est cependant perturbée ou même parfois contrariée par d'autres phénomènes physiques comme l'inertie des masses d'eau, la forme des côtes, les courants marins, la profondeur des mers, ou encore le sens du vent local.
De plus, un cycle long s’établit aussi sur une période de 18,6 ans durant lequel le niveau moyen des pleines mers augmente de 3% par an durant 9 ans, puis diminue de 3% durant 9 ans, et ainsi de suite. Ce cycle exacerbe puis diminue les effets de la montée des océans induite par le réchauffement climatique. Selon l'IRD, là où l'amplitude des marées est naturellement forte (ex : Baie du Mont Saint-Michel) ce cycle contribuera dans les années 2008-2015 proportionnellement plus à l'élévation du niveau de la pleine mer, ou des grandes marées hautes que le seul réchauffement climatique (jusqu'à + 50 cm, c'est à dire 20 fois l'expansion thermique de l'océan consécutive au réchauffement climatique global). Inversement de 2015 à 2025 la phase décroissante de ce cycle devrait conduire à un ralentissement apparent du phénomène de montée de l'océan, et probablement de l'érosion du trait de côte qui lui est généralement lié.
Les courants marins
La Terre se déplace au cours de sa circonvolution entre deux lignes de circonférence formant une couronne dont l'écartement est le diamètre de la Terre, environ 12 756 km. Ceci nous amène à constater que la circonférence intérieure est plus courte que l'extérieure. Cette différence se traduit par 80 150 km en 1 an soit environ 220 km par jour et un peu plus de 9 km/h qui correspond à la différence de vitesse de déplacement dans l'espace entre l'intérieur et extérieur de la couronne, soit la face midi et la face minuit de notre globe terrestre. Cette différence est à l’origine des courants marins à contresens de la rotation le long de l'équateur.
L'inertie
C'est une force qui s'oppose au mouvement d'une masse que l'on veut déplacer (augmentation de vitesse) ou arrêter (diminution de vitesse). Plus la masse est grande, plus l'inertie sera importante. C'est le cas de la masse d'eau de tous les océans du globe, qui tente de contrarier les mouvements auxquels elle est soumise par attraction combinée de la lune et du soleil.
Il y a généralement deux cycles de marée par jour (il y a des exceptions) dont les instants de haute mer et de basse mer varient avec la lune (attraction prépondérante).
La marée se manifeste essentiellement sur les côtes maritimes, où la mer monte ou se retire suivant un cycle lié, d'une part à la rotation de la Terre et à sa révolution autour du Soleil, d'autre part à la rotation de la Lune autour de la Terre. Ce cycle complet (marée basse et marée haute) dure environ 12 heures 25 minutes.
L'effet piston
Lorsque les côtes se resserrent en entonnoir, comme dans le fond de certaines baies (baie du Mont-Saint-Michel, baie de Fundy, etc.), il y a amplification de la hauteur des marées qui peuvent dépasser 14 mètres entre les basses eaux et les hautes eaux. Il s'y produit aussi un retard horaire progressif comme en Manche, de l'entrée à Dunkerque.
Les mers intracontinentales et intérieures sont peu sujettes aux marées car les masses d'eau et les distances entre les côtes concernées sont beaucoup plus faibles que dans les océans. C'est notamment le cas de la Méditerranée où l'étroitesse du détroit de Gibraltar empêche le passage de l'onde de marée.
La Terre subit aussi l'influence des marées puisque les roches du manteau terrestre, bien que solides, sont déformables et, de ce fait, se déplacent comme les océans. À Paris, aux heures de marée haute, on se trouve environ 30 centimètres plus haut qu'aux heures de marée basse.
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