Marée

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Icône de paronymie Cet article possède des paronymes ; voir : Marae, Maré et Marais.
Page d'aide sur l'homonymie Ne pas confondre avec la marée, arrivage frais de produits de la mer.

La marée désigne le processus de variation des hauteurs d'eau des mers et des océans, accompagnée d'un mouvement montant (flux ou flot) puis descendant (reflux ou jusant)[1]. Elle est causée par l'effet conjugué des forces de gravitation dues à la Lune, au Soleil et à la rotation de la Terre.

Le niveau le plus élevé atteint par la mer au cours d'un cycle de marée est appelé pleine mer (ou couramment « marée haute »). Par opposition, le niveau le plus bas se nomme basse mer (ou « marée basse »). On parle aussi d'« étale de haute mer » et d'« étale de basse mer ». Parler de « marée haute » et de « marée basse » est ce qui est le plus courant, bien que le mot marée désigne normalement un mouvement.

Selon l'endroit de la Terre, le cycle du flux et du reflux peut avoir lieu une fois (marée diurne) ou deux fois par jour (marée semi-diurne)[2] ou encore être de type mixte. Lors de la pleine lune et de la nouvelle lune, c'est-à-dire lorsque la Terre, la Lune et le Soleil sont sensiblement dans le même axe (on parle de syzygie), ces derniers agissent de concert et les marées sont de plus grande amplitude (vives-eaux). Au contraire, lors du premier et du dernier quartier, lorsque les trois astres sont en quadrature, l'amplitude est plus faible (mortes-eaux)[3].

Les marées les plus faibles de l'année se produisent normalement aux solstices d'hiver et d'été, les plus fortes aux équinoxes[4] de printemps et d'automne.

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. Par conséquent, 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 (Io, satellite rapproché de Jupiter, est soumis à des forces de marée colossales).

Marée basse devant le port de Saint-Hélier à Jersey.
Marée haute devant le port de Saint-Hélier à Jersey.
Cap Sizun, marée montante de coefficient 115, accélérée 600x

Origine du phénomène[modifier | modifier le code]

Le phénomène est dû à la déformation de la surface des océans par suite des attractions combinées de l'eau par la Terre et par les corps célestes voisins, et en raison de l'effet de la force centrifuge due à la rotation de la Terre. Il s'exprime de façon différente en différents points du globe, en raison de nombreux effets additionnels : inertie du déplacement de l'eau, effets induits par la marée elle-même et les déformations terrestres, propagation des ondes différentes induites par des facteurs tels que la force de Coriolis, la taille et la forme des bassins (ouverts ou fermés, profond ou pas), etc.[5].

Phénomène physique[modifier | modifier le code]

Théorie de la marée[modifier | modifier le code]

Mécanisme des marées

L'attraction gravitationnelle étant proportionnelle au produit des masses de deux corps concernés et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare, l'astre (principalement la Lune dans le cas de la Terre) attire les masses (liquides et solides) proches. En particulier, le point le plus proche de la Lune est plus attiré que le point à l'opposé. Dans le même temps, l'eau présente dans les mers est attirée par la Terre. Une première composante de la force de marée résulte donc de la différence d'attraction entre celle de la Terre et de celle de la lune, selon le barycentre Terre/Lune.

Le même phénomène existe pour l'ensemble des astres, et en particulier pour le soleil, qui bien qu'éloigné de la Terre, exerce une réelle influence en raison de sa masse élevée.

D'autre part, la Terre tourne sur son axe, ce qui soumet les objets situés à sa surface à une force centrifuge. De façon simplifiée, la marée résulte donc de la combinaison de ces deux forces :

C'est la combinaison de ces deux facteurs qui explique la présence de deux « bourrelets d'eau » de part et d'autre de la terre selon l'axe Terre-Lune[5]

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 ».

Le potentiel générateur[modifier | modifier le code]

La présence de la Lune et du Soleil est à l'origine de forces de gravitation qui génèrent les marées.

La force génératrice de la marée dérive d'un potentiel lié à la distance de la Terre à la Lune, soit environ 380 000 km alors que le rayon de la Terre est d'environ 6 400 km. La Terre peut donc être représentée par un point matériel placé au centre de notre globe et affecté de toute la masse terrestre. Cependant l'attraction que subit une particule en un point quelconque du globe diffère en amplitude.

schéma explicatif du potentiel générateur
Représentation schématique du système Terre-Lune utilisée pour décrire le potentiel générateur

Notons \Pi, le potentiel dont dérive la force génératrice de la marée. Dans un repère géocentrique on écrit ce potentiel appliqué à un point P de la surface du globe, affecté des coordonnées (a,\lambda, \phi) sous la forme :


\Pi_{P_{(a,\lambda, \phi)}}= - G M_{Lune} \Big ( \frac {1}{d} \Big )
(eq : 1.1)

avec :

  • G, la constante de gravitation
  • M_{Lune}, la masse de l'astre perturbateur
  • d, la distance entre le point P_{(a,\lambda, \phi)} et le centre de l'astre perturbateur
  • R_{Lune}, la distance entre le centre de la Terre et celui de l'astre perturbateur
  • a, le rayon de la Terre
  • \psi, l'angle zénithal de l'astre perturbateur au point P_{(a,\lambda, \phi)}

On peut exprimer d en fonction de a, R_{Lune} et \psi par la relation issue du théorème d'Al Kashi (voir figure représentation Terre - Lune) :


d^{2} = a^{2} + R_{Lune}^{2}- 2a{R_{Lune}}\cos\psi
(eq : 1.2)

si on exprime 1/d, l'équation précédente (eq 1.2) devient :


\frac {1}{d} = \frac {1}{ R_{Lune} \sqrt{ 1 - 2\frac{a}{ R_{Lune}}\cos\psi + \frac{a^{2}}{R_{Lune}^{2}} }}
(eq : 1.3)

La Lune et le Soleil sont les seuls astres dont l'influence est notable dans la génération des marées sur la Terre, l'un en raison de sa proximité, l'autre en raison de sa masse.

Le terme a/R_{Lune} vaut environ 1/60 pour la lune et 1/2,5.10^{4} pour le Soleil. On peut donc estimer que :

\frac {a}{R_{Lune}}<<1

Il devient donc possible, avec cette supposition de décomposer (eq 1.3) sous la forme d'une série en a/R_{Lune} à l'aide de polynômes de Legendre.


\frac {1}{d} = \frac {1}{ R_{Lune}} \sum_{n=0}^{\infty}{\Big ( P_{n}(\cos\psi) \big ( \frac{a}{R_{Lune}} \big )^{n} \Big ) }

avec les polynômes de Legendre définis par :

  • P_{0}^{ }(\cos\psi)    =  1
  • P_{1}^{ }(\cos\psi)    = \cos\psi
  • P_{2}^{ }(\cos\psi)    = \frac{3}{2}\cos^{2}\psi-\frac{1}{2}
  • P_{n+1}(\cos\psi)  = \frac{2n+1}{n+1}\cos\psi .  P_{n}(\cos\psi) - \frac{n}{n+1} . P_{n-1}(\cos\psi)

C'est là qu'intervient une subtilité. Le terme principal de la série est celui d'ordre 1, qui est proportionnel à \cos\psi . Ce terme a une période angulaire de 360 degrés, ce qui signifie qu'il décrit un cycle de marée haute-marée basse en 24 heures. Or le cycle des marées est d'environ 12 heures. Pour résoudre cette question, il convient de préciser que le référentiel dans lequel on analyse le problème n'est pas galiléen, car la Terre et la Lune ne sont pas immobiles (comme montré dans la figure), mais elles sont en rotation autour de leur centre de gravité commun. L'analyse rigoureuse des forces oblige donc à ajouter au potentiel décrit par (eq 1.1) un terme de potentiel décrivant la force d'entraînement de notre référentiel (qui est en l’occurrence une force centrifuge) pour pouvoir appliquer les lois de la mécanique. Or ce terme centrifuge compense et annule exactement le terme d'ordre 1 de la série. Le terme le plus grand de la série devient alors celui d'ordre 2.

Si on se limite à l'ordre 2 qui représente déjà 98 % du signal[6], on peut écrire le potentiel (eq 1.1) sous la forme :


\Pi_{P_{(a,\lambda, \phi)}}= - G M_{Lune} \Big ( \frac {1}{d} \Big ) \simeq -\frac{3}{2}G M_{Lune} \frac {a^{2}}{R_{Lune}^{3}} \Big (\cos^{2}\psi - \frac{1}{3} \Big ) 
(eq : 1.4)

On donne les coordonnées (R_{Lune}, \lambda_{Lune}, \phi_{Lune}) à l'astre et les coordonnées (R_{P}, \lambda_{P}, \phi_{P}) au point du globe P, on peut donc exprimer \cos(\psi) sous la forme :


\cos\psi=\sin\phi_{Lune} \sin\phi_{P}^{ } + \cos\phi_{Lune} \cos\phi_{P} \cos(\lambda_{P}-\lambda_{Lune})

L'équation (eq 1.4) devient alors :


\Pi_{P_{(a,\lambda, \phi)}} = - \frac{3}{4}G M_{Lune} \frac {a^{2}}{R_{Lune}^{3}} \Big [ \frac{1}{3}(1-3\sin^{2}\phi_{Lune})(1-3\sin^{2}\phi_{P})
 
+\sin(2\phi_{Lune})\sin(2\phi_{P}^{ })\cos(\lambda_{P}-\lambda_{Lune})
 
+\cos^{2}\phi_{Lune}\cos^{2}\phi_{P} \cos2(\lambda_{P}-\lambda_{Lune}) \Big]
(eq : 1.5)

Si on détaille chacun des trois termes de l'équation (eq 1.5), et que l'on ne considère que le mouvement de rotation de la Terre en un jour, nous pouvons obtenir les termes de génération des premières ondes de marée.

En effet :

  1. Le terme \cos^{2}\phi_{Lune}\cos^{2}\phi_{P}^{ } \cos2(\lambda_{P}-\lambda_{Lune}) effectue deux périodes lors d'une rotation de l'angle (\lambda_{P}-\lambda_{Lune}) de 2\pi (rotation de la terre en 1 jour), il décrit donc une fonction semi-diurne.
  2. Le terme \sin(2\phi_{Lune})\sin(2\phi_{P})\cos(\lambda_{P}-\lambda_{Lune}^{ }) n'effectue qu'une période lors d'une rotation, il décrit donc une formule diurne.
  3. Enfin le terme  (1-3\sin^{2}\phi_{Lune})(1-3\sin^{2}\phi_{P}^{ }) ne dépend pas de la longitude mais uniquement de la latitude de l'astre et du point de mesure, ce terme varie en fonction du mouvement de déclinaison de l'astre (période  >> 24h), il décrit donc une fonction longue période.

Nous ne développerons pas davantage ici le potentiel en fonction de tous les mouvements orbitaux des deux astres perturbateurs. Nous ne citerons que les travaux de Darwin :

  • En 1883, il a effectué ce précédent calcul et a extrait 59 termes solaires et 32 termes lunaires. Ce travail est repris par Doodson qui a déduit près de 400 termes et plus récemment par bien d'autres chercheurs notamment Schureman en 1958.

Ce sont Darwin et Doodson qui ont nommé les termes du développement du potentiel, ces noms sont toujours utilisés pour nommer les ondes. Les noms correspondent à un assemblage d'informations, ainsi M_{2} vient de M (Moon) un terme lunaire et 2 un terme semi-diurne, il en est de même pour l'onde solaire S_{2}.

Pourquoi deux bourrelets opposés ?[modifier | modifier le code]

Schéma pédagogique d'explication des marées.

Prenons deux objets ronds A et B attirés l'un vers l'autre, sans vitesse transversale (pas de rotation l'un autour de l'autre). Pour l'objet A, son centre de gravité se dirige vers le centre de gravité de B, à une accélération déterminée par les lois de l'attraction universelles (g sur le schéma). Cette accélération est plus importante sur la partie la plus proche de B (g + \Lambda sur le schéma), donc cette partie va bomber sa forme en direction de B , sa force d'attraction est plus importante que celle au centre de gravité. Par contre sur la partie de A la plus éloignée de B, l'attraction étant moins forte cette partie va moins accélérer que le centre de gravité, donc son accélération sera moins élevée (g - \Lambda sur le schéma), vu que la force d'attraction est plus faible, et cette partie éloignée va bomber sa forme de l'autre côté de la planète B , cette partie éloignée « rechigne » en quelque sorte à accélérer autant. Les forces de cohésion vont transmettre de l'accélération pour que l'ensemble de l'objet A avance. La rotation libre de la Terre et de la Lune étant identique à une chute libre (le système tourne autour du centre de gravité Terre-Lune qui se situe à l'intérieur de la Terre), le résultat est le même avec 2 marées dans la direction Terre-Lune. Comme la Terre tourne sur elle-même, le phénomène se produit avec un rythme égal au jour lunaire (temps entre 2 passages de la Lune au-dessus d'un même méridien terrestre).

La Lune subit aussi un effet de marée venant de la Terre, beaucoup plus important que sur Terre, compte tenu de la masse bien plus importante de la Terre par rapport à la Lune. C'est pourquoi petit à petit le mouvement de rotation de la Lune sur elle-même s'est synchronisé au mouvement de la Lune autour de la Terre, nous présentant désormais, à une petite oscillation près (libration), toujours la même face. La Lune subit donc toujours l'effet de marée au même endroit, ce qui explique que sa forme n'est pas parfaitement sphérique, mais ellipsoïdale.

Les effets de marée existent aussi sur la croute terrestre qui se soulève au passage de la Lune. Dans les années 1990, une énigme a été résolue au CERN dans le LEP : les faisceaux de particule faisaient un trajet plus long à cause de ce soulèvement avec un rythme identique à celui des marées. Cette différence de trajet modifiait périodiquement les mesures. On parle de + ou - 40 cm de déplacement de la croûte terrestre[7].

Grandes marées[modifier | modifier le code]

Le passage de la Lune au méridien du lieu (éventuellement avec un certain retard dans les oscillations forcées ; on appellera « méridien de marée » le méridien qui correspond à l'angle horaire de retard des marées) ou à opposition 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. La différence de temps (le retard), pour un port donné, entre le passage de Lune au méridien et l'heure de la pleine mer est appelé établissement du port[8]. Les grandes marées se produisent habituellement à l'automne et au printemps[9].

Grande marée à Wimereux (département du Pas-de-Calais, France)

Plusieurs phénomènes astronomiques contribuent à la variation de l'amplitude des marées :

  • La syzygie du Soleil et de la Lune (autrement dit, 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 (à la régression du nœud près), 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 (voir le point précédent) 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 au nœud lunaire s'est par exemple produit le 25 janvier 2000, le 16 juillet 2000, le 5 janvier 2001, le 28 juin 2001 (plus précisément, cela sont les dates de coïncidence des longitudes moyennes ; notamment, le calcul des anomalies est omis ; mais on reconnaît le voisinage de l'éclipse de lune du 9 janvier 2001 et de l'éclipse de Soleil du 21 juin 2001). Comme on le constate, ces dates sont actuellement proches des solstices mais évoluent rapidement dans l'année au cours du temps.
  • 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 (Éclipse#Principes mécaniques). 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 ; cela 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.

Il est possible d'avoir des conjonctions assez bonnes entre tous ces phénomènes.

L'énergie des marées en chiffres[modifier | modifier le code]

Le phénomène des marées crée des mouvements de la structure terrestre et des océans qui engendrent des frottements et donc des pertes d’énergies sous forme de chaleur venant diminuer l’énergie cinétique de rotation de la terre. Cette perte d’énergie cinétique amène un ralentissement de la vitesse de rotation de celle-ci ce qui produit  un rallongement progressif de la durée des jours.

Sur les 100 derniers millions d’années, la durée de la journée a augmenté d’une heure. Pour ramener ce chiffre à une dimension plus humaine cela correspond à une augmentation de la durée d’une journée de 2ms par siècle.

Il est intéressant d’estimer l’ordre de grandeur de l’énergie perdue par la terre sur une durée donnée pour en déduire la puissance du phénomène des marées.

La terre a une masse M de 5,97 1024 Kg, son rayon R est de 6371Km et elle effectue actuellement un tour en une journée (86400s) soit une vitesse de rotation de  ω=2 π /86400 soit 7,27 10-7 rad/s

Son inertie (formule proche de la sphère pleine) est donnée par  Y= 0,33 M R2 soit 8 1037 m2

Nous avons maintenant les éléments pour calculer son énergie cinétique de rotation  actuelle

E=½ Y ω2 soit 2,11 1029Joules

Il y a 100 millions d’années, la durée d’une journée valait 23h (82800s). En effectuant les mêmes calculs que ci-dessus on trouve que son énergie cinétique de rotation était supérieure de  1,97 1028Joules à ce qu’elle est aujourd’hui ce qui représente l’énergie perdue sur cette durée par le phénomène des marées.

En divisant cette énergie perdue par le nombre de secondes  équivalentes à 100 millions d’années, nous trouvons la puissance mise en œuvre par le phénomène des marées soit 6 millions de MW ou l’équivalent 6000 tranches de réacteurs de centrales nucléaires.  

Enfin si nous ramenons ce chiffre à la surface de la terre, nous trouvons que le phénomène des marées engendre une déperdition de puissance de 12 mW/m2 ce qui est infime et ne participe en aucune façon  au bilan thermique global de la terre.

Autres facteurs influant sur les marées[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Calcul de marée.

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 possèdent un rapport masse/distance trop faible 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[10] 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. Cela 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, ou dans l'estuaire du fleuve Saint-Laurent au Canada. 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, mais pas celui du Golfe du Morbihan, qui connait un fort effet retard et où la mrée génère des courants violents.

La Terre subit aussi l'influence des marées, puisque les plaques du manteau terrestre bien que solides, sont élastiques et déformables, et de ce fait se déplacent comme le niveau des océans[5]. À Paris, aux heures qui correspondraient à une marée haute, le niveau terrestre est ainsi plus éloigné du centre de la terre d'environ 30 centimètres[réf. souhaitée] en comparaison avec une position par rapport à la lune correspondant à une marée basse.

Historique de l'étude des facteurs causaux des marées[modifier | modifier le code]

De l'antiquité au VIe siècle[modifier | modifier le code]

Dans l'Antiquité, le phénomène de marée est remarqué par Hérodote dans la mer Rouge, et les Grecs avaient également noté les courants capricieux de certains détroits méditerranéens. Ils prirent pleinement conscience du phénomène en s'aventurant en dehors de la Méditerranée, au IVe siècle av. J.-C. (Pythéas en Atlantique, Alexandre le Grand en Inde). Un lien avec la position de la Lune est proposé par le même Pythéas[11], celui-ci se fondant sur ses propres observations ainsi que sur celles des Celtes de la côte Atlantique.

Platon pensait que les marées étaient provoquées par des oscillations de la Terre[réf. nécessaire]. Mais les observations les plus précises sont effectuées par Posidonios au Ier siècle av. J.-C. à Cadix. Il décrit trois phénomènes périodiques liées aux marées[12] : les deux marées quotidiennes, correspondant aux deux culminations (inférieure et supérieure) de la Lune ; la période semi-mensuelle correspondant aux syzygies avec le Soleil ; la période semi-annuelle correspondant aux marées d'équinoxe. Il évalue correctement le décalage entre le passage de la Lune et le soulèvement des eaux.

Posidonios voit dans ce phénomène la manifestation d'une sympathie, d'une attirance des flots pour la Lune réputée humide. Cicéron, Pline l'Ancien[13], Strabon, Ptolémée affirment que le phénomène des marées dépend des cours de la Lune et du Soleil.

Du VIIe au XVIIIe siècle[modifier | modifier le code]

Au VIIe siècle, avec Augustin Erigène, les termes de morte-eau (ledo) et de vive-eau (malina) et leur corrélation avec les phases de la Lune apparaissent pour la première fois[14].

Au VIIIe siècle, Bède le Vénérable approfondit les observations de Posidonios et étudie les variations des marées d'un point à l'autre de la côte anglaise[15]. Il est le premier à « affirmer l'existence et la constance, en chaque lieu, d'un retard de la marée sur l'heure lunaire »[16] : l'établissement du port. Il constate que « des vents favorables ou contraires peuvent avancer ou retarder les heures du flux et du reflux... »[17].

Au IXe siècle, l'astronome perse Albumasar décrit de façon détaillée dans son Introductorium magnum ad Astronomiam les corrélations entre marée et Lune[18].

Toutefois, si l'explication par l'attirance a la faveur des astrologues et des médecins pour qui la Lune est l'astre humide par excellence[19], elle n'est pas reçue par les disciples d'Aristote qui limitent à la lumière et au mouvement l'action des astres sur la Terre.

À partir du XIVe siècle, se développe la théorie aimantique des marées qui compare l'action de la Lune sur les eaux de la mer à l'action de l'aimant sur le fer.

C'est aux médecins et astrologues du XVIe siècle qu'il faut attribuer l'idée de décomposer la marée totale en deux marées de même nature, l'une produite par la Lune, l'autre par le Soleil[20].

Au XVIIe siècle, Kepler adopte le concept d’une force d’attraction de la Lune, de nature magnétique, qui engendrerait le phénomène des marées[21]. Galilée se moque de la position de Kepler quant à l'attraction lunaire[22] et explique le flux et le reflux de l’océan par les actions qu‘engendrent la rotation de la Terre. Malgré les objections[23], Galilée considère prouver le mouvement de la Terre par cette explication.

La théorie de la gravitation de Newton permit de revenir à l'influence lunaire et solaire, fondée sur des principes scientifiques. Cette théorie fut largement adoptée au cours du XVIIIe siècle, même si, au début du XIXe siècle, Bernardin de Saint-Pierre tenta de persuader l'Académie des sciences française que ce n'était pas la Lune mais la fonte (alternée avec le gel nocturne) des glaciers qui provoquait les marées. Poussant jusqu'au bout son raisonnement, il justifiait la grande amplitude des marées d'équinoxe par l'action conjuguée des glaciers arctiques et antarctiques[réf. nécessaire].

Marnage[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Hauteur de marée.

Le marnage est, pour un jour donné et dans un intervalle pleine mer - basse mer, la différence de hauteur d'eau entre le niveau de la pleine mer et celui de la basse mer (ex : marnage de 6,0 m). Le marnage varie continuellement. La zone alternativement couverte et découverte par la mer, limitée par ces deux niveaux lorsqu'ils sont à leur maximum, est appelée l'estran ou zone de marnage, ou encore « zone de balancement des marées ».

Le marnage est parfois confondu avec l'amplitude de marée mais ce dernier terme est tantôt assimilé au terme anglais tidal range désignant le marnage[24], tantôt assimilé au terme tide amplitude désignant le demi-marnage (différence de hauteur d'eau à pleine mer ou à basse mer avec celle de la mi-marée)[25]

Aspects biologiques[modifier | modifier le code]

Les marées terrestres ont une influence sur l'écologie intertidale (en), notamment sur la dynamique et les potentiels des milieux estuariens et littoraux.

Contrairement à une légende, leur influence est négligeable sur le corps humain pourtant constitué de 75 % d'eau. En effet, la force de marée sur un volume d'eau ne dépend pas de la valeur de la force d'attraction gravitationnelle de la lune mais de la distance et de la différence exercée par cette force gravitationnelle entre les deux faces de ce volume. Ainsi, la montagne, la Tour Eiffel et le médecin accoucheur ont une force d'attraction respectivement 100 000, 1 600 et 80 000 fois plus importante que la Lune sur l'être humain

Tableau comparatif des forces de gravitation et de marée exercées sur un être humain [26]
Objet Masse (kg) Distance (m) Force de gravitation 1/{d^2}

(Lune=1)

Force de marée 1/{d^3}

(Lune=1)

Lune 7.1022 4.108 1 1
Soleil 2.1030 1,511 200 0,5
Mars 6.1023 8.1010 2.10-4 1.10-6
Jupiter 2.1027 6,5.1011 1.10-2 6.10-6
Montagne 1012 2 000 0,5 100 000
Tour Eiffel 2.108 500 2.10-3 1 600
Médecin accoucheur 100 1 2.10-4 80 000

Coefficient de marées[modifier | modifier le code]

Il s'exprime en centièmes et varie de 20 à 120, et indique la force de la marée. Le coefficient moyen est 70.

Les grandes marées ou marées de vives-eaux se produisent lorsque la Lune et le Soleil se trouvent en conjonction ou opposition (on parle de syzygie) par rapport à la Terre (situation de pleine ou de nouvelle lune) : leurs forces d'attraction s'ajoutent. Ce phénomène explique que les plus grandes marées (marées d'équinoxes ) ont lieu lors de la première syzygie qui suit l'équinoxe (21 mars et 21 septembre).

Inversement, les marées sont faibles (marées de mortes-eaux) lorsque la Lune est à 90° de l'axe Soleil-Terre (situation de premier ou dernier quartier). De même, les plus faibles ont lieu aux alentours des solstices d'été et d'hiver (21 juin et 21 décembre).

C = 20 la plus faible marée possible
C = 45 définit une morte-eau moyenne
C = 70 définit la séparation entre vive-eau et morte-eau
C = 95 une vive-eau moyenne
C = 100 une vive-eau équinoxiale moyenne
C = 120 la plus forte marée possible

Si U est, en un lieu donné, le demi marnage de la plus forte marée de vive-eau survenant après une syzygie équinoxiale moyenne (C = 100), alors la hauteur d'eau (h) à la pleine mer d'une marée de coefficient (C) est d'environ :

hpm = (1,2 + C)*U
de même la hauteur d'eau à la basse mer sera approximativement: hbm = (1,2 - C)*U

Note :

  • Dans ces deux précédentes formules, le coefficient C ne doit pas être exprimé en centièmes. C variant de 20 à 120, dans ces formules il prendra les valeurs de 0,2 à 1,2.
  • U est également appelé Unité de hauteur du lieu considéré.

Exemple pratique: La hauteur d'eau à pleine mer en un lieu où l'unité de hauteur U=5,50 m, lorsque le coefficient C=95 sera approximativement : hpm = (1,2 + 0,95) * 5,50 = 11,825 m. De même la hauteur d'eau à basse mer sera hbm = (1,2 - 0,95 ) * 5,50 = 1,375 m.

Classement des composantes de la marée[modifier | modifier le code]

Harmoniques principales de la marée océanique[27]
Nom Cause Période Amplitude
Semi-diurnes
M2 Principale lunaire 12 h 25 100 %
S2 Principale solaire 12 h 00 46,5 %
N2 Majeure lunaire elliptique 12 h 40 19,1 %
K2 Déclinaison luni-solaire 11 h 58 12,6 %
Diurnes
O1 Principale lunaire 25 h 49 41,5 %
K1 Déclinaison luni-solaire 23 h 56 58,4 %
P1 Principale solaire 24 h 04 19,3 %
Q1 Majeure lunaire elliptique 26 h 52 7,9 %

Lieux de marées remarquables[modifier | modifier le code]

Carte des marées M2
Les couleurs indiquent la composante M2 des marées. Deux lignes cotidales diffèrent d'une heure. Les centres sont les points amphidromiques.

Les modèles de marées[modifier | modifier le code]

Caractéristique de l'onde de marée[modifier | modifier le code]

L'attraction de la lune et du Soleil crée une onde de marée qui, en se propageant, crée le phénomène de marée. La vitesse de propagation est élevée dans les eaux profondes (400 nœuds en Atlantique, soit environ 200 mètres par seconde), beaucoup plus faible dans les eaux peu profondes (30 nœuds en Manche, soit environ 15 mètres par seconde). Cette vitesse détermine le décalage des horaires de pleine mer en différents lieux.

De plus, la marée subit un retard par rapport aux situations astrales; on parle d'âge de la marée. Sur les côtes françaises, elle vaut environ 36 h. À Brest, on verra donc les grandes marées 36 heures après la pleine lune. Cette notion d'âge de la marée ne doit pas être confondue avec le temps de propagation de l'onde de marée décrite au paragraphe précédent.

L'ampleur et la périodicité de la marée dépendent du lieu : ils sont déterminés par de nombreux facteurs dont la taille du bassin maritime, sa profondeur, le profil des fonds marins, l'existence de bras de mer, la latitude, etc. Dans certaines mers, comme la Méditerranée, tous ces facteurs sont à l'origine d'une marée tellement faible qu'elle peut être négligée. Ailleurs les marées peuvent atteindre 15 mètres de marnage.

Selon la latitude du lieu et la morphologie de sa côte (caractéristiques ci-dessus), on distingue des marées de quatre types[32] :

  • Régime de marée semi-diurne : deux pleines mers et deux basses mers ont lieu chaque jour lunaire (24 h 50 min), cas typique des côtes atlantiques européennes avec des amplitudes similaires ;
  • Régime de marée semi-diurne à inégalité diurne : régime similaire au précédent mais les hauteurs des pleines mers et des basses mers consécutives ont des amplitudes différentes (océan Indien) ;
  • Régime de marée diurne : régime plutôt rare dans lequel on observe une pleine mer et une basse mer par jour (golfes du Mexique, de Finlande, mer Baltique, mers d'Indochine);
  • Régime marée mixte : au cours de la lunaison, succession de marées marquant une transition progressive entre le type diurne et le type à inégalité diurne (côtes de l'océan Pacifique, mer Égée, mer Adriatique).

La marée en France métropolitaine[modifier | modifier le code]

Elle est du type « semi-diurne », avec une période moyenne de 12 h 25. Il y a donc un décalage chaque jour des heures de basse et pleine mer.

Le marnage est très variable. Celui-ci peut atteindre 14 mètres dans la baie du mont Saint-Michel lors des grandes marées, et n'être que de quelques dizaines de centimètres en Méditerranée en mortes eaux.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Pêches et Océans Canada, « Les marées et courants de marée », Gouvernement du Canada
  2. La marée
  3. Pourquoi y a-t-il alternance des vives et des mortes-eaux ?
  4. Pourquoi le cycle des vives-eaux est-il de 14 jours ?
  5. a, b, c et d Gilles Roulet « La Marée », Cours Ifremer de Master 2011-2012 [1] [PDF]
  6. Christian Le Provost, Contribution à l'étude des marées dans les mers littorales: Application à la Manche, Univ. Sci. et Médicale de Grenoble et Inst. Nat. Polytech., Grenoble, 1973
  7. Comment les marées solides et la gravimétrie influent sur la sismicité
  8. Shom
  9. Jean-François Cliche, « Les grandes marées », Le Soleil,‎ 30 octobre 2011
  10. Synthèse d'une étude IRD (N. Gratiot, E. J. Anthony, A. Gardel, C. Gaucherel, C. Proisy, J. T. Wells, Significant contribution of the 18.6 year tidal cycle to regional coastal changes, Nature Geoscience, volume 1, mars 2008 Doi : 10.1038/ngeo127, Letter), Université de Dunkerque. (Univers-Nature).
  11. Hugues Journès, Yvon Georgelin, Jean-Marie Gassend, Pythéas, Les Éditions de la Nerthe (2000), p. 69-70.
  12. René Taton, La Science antique et médiévale, Quadrige/PUF (1994), p. 319, 381-382.
  13. « La cause de ce phénomène, qui offre beaucoup de variétés, est dans le Soleil et dans la lune. La mer, entre deux levers de lune, monte et redescend deux fois, toujours en vingt-quatre heures. À mesure que le ciel s'élève avec la lune, les flots se gonflent ; puis ils reviennent sur eux-mêmes lorsque, après son passage au méridien, elle descend vers le couchant; derechef, quand elle passe dans les parties inférieurs du ciel et gagne le méridien opposé, l'inondation recommence, et enfin le flot se retire jusqu'au lever suivant. La marée ne se fait jamais au même temps que le jour précédent, comme si elle était l'esclave de cet astre avide qui attire à lui les mers, et qui, chaque jour, se lève à un autre endroit que la veille. Le flux et le reflux alternent à des intervalles toujours égaux, qui sont de six heures chacun, non pas des heures d'un jour, d'une nuit ou d'un lieu quelconque, mais des heures équinoxiales. Aussi ces intervalles, évalués en heures vulgaires, paraissent-ils inégaux suivant le rapport des heures équinoxiales avec les heures vulgaires du jour et de la nuit; ils ne sont égaux partout qu'aux équinoxes » L'Histoire naturelle L. 2 99.
  14. Pierre Duhem, Le système du Monde, L’astronomie latine au Moyen Âge, chap.II, 2, Hermann, 1958, p. 13.
  15. René Taton, La Science antique et médiévale, Quadrige/PUF (1994), p. 584
  16. Pierre Duhem, Le système du Monde, L’astronomie latine au Moyen Âge, chap.II, 2, Hermann, 1958, p. 20.
  17. ibidem
  18. « Introduction à l'astronomie, contenant les huit livres divisés d'Abu Ma'shar Abalachus », sur World Digital Library,‎ 1506 (consulté le 16 juillet 2013)
  19. Pierre Duhem, La théorie physique. Vrin 2007, p. 324.
  20. Pierre Duhem, La théorie physique. Vrin 2007, p. 332.
  21. « La Lune attire les eaux de mer par une action magnétique » cité par Pierre Duhem, La théorie physique. Vrin 2007, p. 326.
  22. « Mais de tous les grands hommes qui ont philosophé sur cet effet si étonnant de la nature, c’est Kepler qui m’étonne le plus : cet esprit libre et pénétrant avait à sa disposition les mouvements attribués à la Terre, il a pourtant prêté l’oreille et donné son assentiment à un empire de la Lune sur l’eau, des propriétés occultes et autres enfantillages du même genre. » Dialogue sur les deux grands systèmes du monde, Seuil, 1992, p. 652.
  23. « L’explication était insoutenable car elle voulait que l’intervalle de deux marées hautes fut égal à la moitie d’un jour sidéral, tandis que les observations les plus obvies montrent qu’il est égal à une demi-journée lunaire. » Pierre Duhem, La théorie physique. Vrin 2007, p. 330.
  24. Isabelle Cojan, Maurice Renard, Sédimentologie, Dunod,‎ 2013 (lire en ligne), p. 134
  25. Magdeleine Moureau, Gerald Brace, Dictionnaire des Science de la Terre, Éditions Technip,‎ 2000, p. 517
  26. Action comparée des forces de gravitation et de marée
  27. Bulletin d'information de l'Institut géographique national no 73
  28. Projet de parc national de la Baie-aux-Feuilles
  29. Portrait régional du Nord-du-Québec - Régions hydrographiques
  30. Chantal Bonnot-Courtois, Bruno Caline, Alain L'Homer, Monique Le Vot, La Baie du Mont-Saint-Michel et l’estuaire de la Rance - Environnements sédimentaires, aménagements et évolution récente, Elf Exploration (Éditions),‎ 2002, p. 12
  31. réseaux de référence des observations marégraphiques (REFMAR)
  32. Isabelle Cojan, Maurice Renard, Sédimentologie, Dunod,‎ 2013 (lire en ligne), p. 134

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Bibliographie[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]