Phénomènes de marée

Renseignez-vous sur les phénomènes de marée, y compris les marées et courants de marée, les effets des eaux peu profondes et les effets non liés à la marée.

Sur cette page

• Les marées et courants de marée
• Les effets des eaux peu profondes
• Les effets non liés à la marée

Les marées et courants de marée

Le courant de marée correspond au mouvement horizontal (vitesse des particules d'eau) dans une onde de marée, qui suit un mouvement de flux et de reflux. Il est opposé au mouvement vertical de la marée, qui est montante ou descendante. La direction du flux d'une marée est :

• progressive si elle est la même que la direction de propagation de l'onde
• une onde stationnaire, si le flux se dirige vers la terre (vers l'amont)

L'écoulement est le mouvement horizontal net de l'eau à un moment donné, quelle qu'en soit la cause. Le mot « courant » est souvent utilisé comme synonyme d'« écoulement ». L'expression « courant résiduel » s'applique à la portion de l'écoulement qui n'est pas incluse dans les courants de marée. Un courant de marée est :

• tournant si le vecteur vitesse trace une ellipse :
  • la plupart des courants de marée sont tournants (sauf dans certains passages côtiers)
  • la forme de l'ellipse de marée et le sens de rotation peuvent varier
• à renversement périodique s'il se déplace en va-et-vient en ligne droite

L'étale de courant fait référence à un écoulement nul, dans un régime de marée. L'étale de marée correspond à l'intervalle de temps autour de la pleine ou de la basse mer, durant lequel il y a peu de changement dans le niveau de l'eau. Il ne coïncide pas nécessairement avec l'étale de courant.

Variations des prédictions

La marée observée ne correspondra pratiquement jamais à l'un ou l'autre de nos modèles simples. C’est parce qu'elle consiste en une superposition d'un grand nombre d'ondes de marée dont la fréquence et l'amplitude varient.

On ne peut pas s'attendre à ce que les hauteurs de pleines mers et de basses mers successives soient identiques, même lorsqu'elles se produisent le même jour. Ainsi, les 2 pleines mers et les 2 basses mers se produisant le même jour sont désignées par les termes suivants :

• pleines mers supérieure et inférieure (PMS et PMI)
• basses mers supérieure et inférieure (BMS et BMI)

De la même façon, seul le courant de marée associé à une onde de fréquence unique trace une ellipse de marée parfaite. Le courant de marée composé trace chaque jour une figure se rapprochant plus d'une double spirale, et les figures ne sont jamais identiques d'un jour à l'autre.

Également, aucune marée n'est jamais une onde purement progressive ou purement stationnaire. L'étale de courant ne devrait pas se produire au même intervalle avant la pleine mer ou la basse mer, pour tous les endroits.

Les effets des eaux peu profondes

L'amplitude des marées est généralement beaucoup plus faible en pleine mer que le long des côtes. Cela est dû en partie à l'amplification par réflexion et par résonance. C'est plus souvent un effet des petites profondeurs.

Lorsque l'onde se propage dans les eaux moins profondes :

• sa vitesse diminue
• l'énergie emmagasinée entre les crêtes est comprimée sous les effets conjugués d’une :
  • plus faible profondeur
  • longueur d'onde plus courte

La hauteur de la marée et la force du courant de marée doivent donc augmenter en conséquence.

Si la marée se propage dans un goulet dont la largeur va en diminuant vers la tête, l'énergie de l'onde subit aussi une compression latérale. Cet effet, appelé effet d'entonnoir, provoque aussi un accroissement de la hauteur de la marée.

Les mascarets

Un mascaret se crée lorsque le front de la marée montante se propage vers l'amont d'un fleuve. Ce mur d'eau tumultueux et bouillonnant avance vers l'amont du fleuve à la manière d'une lame qui déferle sur une plage.

La formation d'un mascaret nécessite :

• une grosse marée montante à l'embouchure du fleuve
• quelques bancs de sable ou autres obstacles à l'entrée pour freiner la marée
• un fleuve peu profond avec un lit légèrement incliné

L'eau ne peut pas s'étaler uniformément dans la vaste zone intérieure peu profonde assez rapidement pour absorber la montée rapide à l'embouchure. Les frottements à la base du front qui avance forcent la partie supérieure du front à basculer vers l'avant. Les frottements s'ajoutent à la résistance offerte par la dernière partie du courant de jusant qui se retire encore du fleuve. Une telle activité donne parfois au mascaret l'apparence d'une cascade qui se déplace.

Mascarets impressionnants

On peut observer des mascarets spectaculaires d'un mètre ou plus dans plusieurs fleuves et estuaires du monde. Le plus connu au Canada est celui de la rivière Petitcodiac, près de Moncton au Nouveau-Brunswick. Il en existe un autre dans la rivière Shubéanacadie en Nouvelle-Écosse et un dans la rivière Salmon, près de Truro en Nouvelle-Écosse. Les 3 mascarets ont pour origine les importantes marées dans la baie de Fundy. Ils sont impressionnants (environ un mètre) seulement au moment des plus grandes marées mensuelles. Toutefois, pendant les plus faibles marées, ils peuvent ne former guère plus qu'une grosse ride.

Les chutes réversibles

Les chutes réversibles près de l'embouchure du fleuve Saint-Jean, à Saint John, au Nouveau-Brunswick, sont causées par :

• les grandes marées dans la baie de Fundy
• la configuration du fleuve

Une gorge étroite, à Saint John, sépare le port d'un large bassin intérieur. Lorsque la marée monte très rapidement à l'extérieur, l'eau ne peut pas passer assez rapidement dans la gorge pour élever le niveau du bassin intérieur à la même vitesse. L'eau s'engouffre alors dans la gorge, dévalant de plusieurs mètres sur la longueur de la gorge.

Lorsque la marée descend très rapidement, la situation est inversée. L'eau se précipite dans la direction opposée, dans la gorge, tombant encore de plusieurs mètres.

Les niveaux d'eau à l'intérieur et à l'extérieur de la gorge sont identiques deux fois durant chaque cycle de marée. À ce moment, l'eau est calme et navigable. Toutefois, la navigation dans la gorge est impossible au moment de l'écoulement maximum. La surface de l'eau est alors violemment agitée et l'écoulement est rapide et turbulent.

La photo du haut est une vue aérienne à l'étale de courant, et montre le :

• bassin intérieur
• port extérieur
• pont franchissant la gorge qui les sépare

La photo en bas à gauche montre la pénétration des eaux par la gorge à marée haute (7,6 m au-dessus du zéro des cartes au moment de la photo).

La photo en bas à droite montre la sortie des eaux par la gorge à marée basse (0,9 m au-dessus du zéro des cartes au moment de la photo). Les niveaux de pleine mer et de basse mer extrêmes enregistrés à Saint John sont de 9,0 et de -0,4 m respectivement, au-dessus du zéro des cartes. Au moment où les photos ont été prises, les débits auraient été alors plus forts.

Les rides de marée

Une ride de marée (ou raz de courant) est une zone de déferlement de vagues ou de violente agitation superficielle qui peut se produire à certains moments de la marée en présence d'un fort écoulement de marée.

Ces phénomènes peuvent être provoqués par :

• un écoulement rapide sur un fond irrégulier
• la conjonction de deux écoulements opposés
• l'accumulation de vagues ou de houle contre un écoulement de marée de direction opposée

Lorsque des ondes se déplacent à contre-courant, la forme et l'énergie de l'onde sont comprimées dans une longueur d'onde plus courte. Cela rend les vagues plus grosses et plus abruptes. Si le courant est assez fort, les vagues peuvent devenir suffisamment abruptes pour se briser et dissiper leur énergie dans une mer en furie.

Les effets non liés à la marée

Les effets non liés à la marée incluent :

• les effets des courants de vents et les effets de la pression atmosphérique (ondes de tempête)
• les seiches
• les tsunamis
• le gel et le dégel

Les effets des courants de vent et les effets de la pression atmosphérique (ondes de tempête)

Dans l'océan profond, les courants de surface provoqués par le vent ont une importance capitale pour la navigation, alors que les marées et les courants de marée ont peu ou pas d'effet sur elle.

Une onde de tempête est l'effet de la pression atmosphérique et du vent sur les niveaux de l'eau le long des :

• côtes des océans
• rivages des nappes d'eau intérieures

Les ondes de tempête sont des élévations prononcées du niveau de l'eau associées au passage de tempêtes. Cette élévation est en grande partie le résultat direct de la dénivellation due au vent et de l'effet de baromètre renversé dans la zone de basse pression, près du centre de la tempête.

L'onde de tempête peut devenir plus accentuée si :

• la dépression se déplace au-dessus de la surface de l'eau et est accompagnée d'une longue onde de surface
• le trajet de la tempête est tel que cette onde est dirigée vers le rivage et que l'onde devient plus abrupte et grossit à cause des effets des petites profondeurs et d'entonnoir (effets des eaux peu profondes)

On utilise parfois l'expression « lame de houle négative » pour décrire une diminution prononcée du niveau de l'eau non associée à la marée. Ces diminutions :

• ne sont pas aussi prononcées que les ondes de tempête
• peuvent être associées à un vent de terre et à un système de haute pression en mouvement
• peuvent entraîner une baisse inhabituelle du niveau de l'eau si elles se produisent au moment de la marée basse (ce qui peut avoir une importance considérable pour les marins)

La différence de niveau sur la côte est généralement plus faible si l'on compare avec la marée. L'importance du phénomène peut ne devenir apparente que lorsqu'un extrême des fluctuations non liées à la marée coïncide avec un extrême correspondant (haut ou bas) de la fluctuation de la marée.

Les prédictions de marée, comme celles contenues dans les Tables des marées et courants au Canada, ne tiennent pas compte des effets non liés à la marée. Cependant, elles tiennent compte de la variation saisonnière moyenne du niveau moyen de l'eau.

Les seiches

Une seiche est une oscillation libre de l'eau, dans un bassin fermé ou semi-fermé, correspondant à sa période naturelle. Les seiches sont souvent observées dans les :

• baies
• lacs
• ports
• bassins de taille moyenne

Elles peuvent être causées par :

• le passage d'un système de pression au-dessus du bassin
• la formation et la disparition subséquente d'une dénivellation due au vent dans le bassin

Après le déclenchement du phénomène, l'eau clapote jusqu'à ce que l'oscillation soit amortie par frottement.

Les seiches ne sont pas apparentes dans les principaux bassins océaniques. Il n'y a pas de force suffisamment coordonnée dans l'océan pour provoquer ce phénomène. Les marées ne sont pas des seiches.

Si la période naturelle (ou période de seiche) est proche de la période de l'une des espèces de marée, les composantes de cette espèce (diurne ou semi-diurne) seront plus amplifiées par résonance que celles des autres espèces. La composante dont la période est la plus proche de celle de la seiche subira la plus grande amplification. La réponse reste une oscillation forcée, alors qu'une seiche est une oscillation libre.

Plusieurs périodes de seiche peuvent apparaître dans le même enregistrement du niveau de l'eau, pour les raisons suivantes :

• la principale nappe d'eau peut osciller :
  • longitudinalement ou latéralement à des périodes différentes
  • elle peut aussi osciller dans les deux modes, ouvert et fermé, si l'ouverture est quelque peu réduite
• les baies et les ports en dehors de la principale nappe d'eau peuvent osciller localement suivant leur période de seiche particulière

Généralement, les seiches ont des demi-vies de quelques périodes seulement, mais elles peuvent être souvent régénérées.

On observe habituellement les plus grandes amplitudes de seiche dans les nappes d'eau peu profonde très étendues. C'est probablement parce que ces conditions favorisent la dénivellation due au vent qui est à l'origine des seiches.

Les tsunamis

Un tsunami est une perturbation de la surface de l'eau consécutive à un déplacement du fond marin ou à un affaissement de terrain sous-marin. Il est généralement provoqué par un tremblement de terre ou une éruption volcanique sous-marine. La perturbation se propage en surface, à partir de l'origine, de la même façon que les rides à la surface d'une mare dans laquelle on a jeté une pierre.

Dans certaines directions, les ondes peuvent dissiper presque immédiatement leur énergie sur un rivage proche. Dans d'autres directions, elles peuvent se propager librement à travers l'océan sur des milliers de kilomètres, sous forme de plusieurs dizaines de crêtes d'ondes longues. Étant donné qu'il s'agit d'ondes longues, elles voyagent à une vitesse (gD)½, ce qui donne une vitesse de plus de 700 km/h (presque 400 nœuds) lorsqu'elles voyagent à une profondeur de 4 000 m. La période entre les crêtes peut varier de quelques minutes à environ une heure. À une profondeur de 4 000 m, la distance entre les crêtes peut être inférieure à une centaine de kilomètres ou égale à plusieurs centaines de kilomètres.

La hauteur des ondes en mer est seulement de l'ordre du mètre. Cela ne constitue pas une déformation importante de la surface de la mer sur une longueur d'onde de plusieurs centaines de kilomètres. Cependant, lorsque ces ondes arrivent en eau peu profonde, leur énergie est concentrée par l'effet des eaux peu profondes et par l'effet possible d'entonnoir. Les vagues se creusent alors et s'élèvent à plusieurs mètres.

Les ondes de tsunamis sont hautes et massives quand elles arrivent sur le rivage. Elles sont capables de provoquer des destructions considérables dans les endroits peuplés. Les tsunamis étant relativement doux en eau plus profonde, les bateaux devraient toujours quitter le port et gagner les eaux plus profondes au large lorsqu'un tsunami est annoncé.

Le mot tsunami vient en fait d'une expression japonaise signifiant « onde de port ». Le mot a été adopté pour remplacer l'expression populaire « raz de marée », qui est à rejeter puisque l'origine du tsunami n'est pas du tout liée à la marée. On utilise parfois l'expression « onde sismique », qui indique l'origine de la plupart des tsunamis (tremblement de terre ou éruption volcanique).

Système d'alerte

Les États-Unis ont mis sur pied un système destiné à avertir de l'arrivée d'un tsunami dans le Pacifique, dont la direction est basée à Honolulu (Hawaï). D'autres pays en bordure du Pacifique, dont le Canada, participent au système.

La contribution directe du Canada consiste en deux indicateurs automatiques de niveau d'eau programmés pour :

• reconnaître des variations anormales du niveau de l'eau susceptibles d'indiquer le passage d'un tsunami
• transmettre le message à Honolulu

Les indicateurs sont installés à Tofino, sur la côte ouest de l'île de Vancouver, et à l'île Langara, à l'extrémité nord-ouest des îles de la Reine-Charlotte.

Le centre de Honolulu reçoit des informations immédiates des stations séismiques dispersées autour du Pacifique sur tout tremblement de terre susceptible de provoquer un tsunami :

• il calcule alors :
  • l'épicentre et l'intensité du tremblement de terre
  • l'heure d'arrivée du tsunami encore hypothétique dans les stations de mesure du niveau de l'eau du réseau
• il donne le signal d'une « veille de tsunami » dans toutes les stations situées sur le passage du tsunami, pour un intervalle de temps calculé généreusement autour de l'heure prévue d'arrivée du tsunami hypothétique
• il prévient les autorités compétentes dans les endroits menacés, si l'interprétation des mesures du niveau d'eau indique qu'un tsunami a effectivement pris naissance

Le gel et le dégel

Lorsque l'eau de mer gèle, c'est seulement l'eau qui forme les cristaux de glace. Le sel est emprisonné entre les cristaux, dans une saumure concentrée. Cette saumure finit par s'échapper, laissant la glace pratiquement pure flotter à la surface, entourée par l'eau de mer dont la salinité et la masse volumique ont augmenté.

Le gel

Étant donné que la glace déplace son propre poids dans cette eau plus dense, elle déplace un volume inférieur à celui que l'eau occupait avant de geler. À cause de cela, le gel a un effet identique à celui de l'évaporation. Il abaisse le niveau de l'eau et il augmente la salinité et la masse volumique en surface.

L'eau en surface doit donc se diriger vers une région de gel, tandis que l'eau salée froide qui s'est formée doit s'enfoncer et s'écouler loin de cette région.

Dans les régions polaires, en particulier dans l'Antarctique, le gel produit une eau salée froide qui s'enfonce et s'écoule le long du fond de l'océan sur des milliers de kilomètres.

Le dégel

La fonte de la glace libère de l'eau pratiquement non salée. Ceci entraîne une diminution de la salinité et de la masse volumique de l'eau avoisinante. La fonte de la glace a donc un effet similaire à celui de précipitations. Elle élève le niveau de l'eau et elle diminue la salinité et la masse volumique en surface.

L'eau de surface doit donc s'écouler en dehors de la région de fonte des glaces. Les vitesses des courants associés au gel et au dégel dans l'océan ne sont jamais très grandes.