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Marée

Schéma simplifié de la seule composante lunaire des marées terrestres, montrant les marées hautes (exagérées) au point sublunaire et à son antipode dans le cas hypothétique d'un...

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Schéma simplifié de la seule composante lunaire des marées terrestres, montrant les marées hautes (exagérées) au point sublunaire et à son antipode dans le cas hypothétique d'un océan de profondeur constante sans terre émergée, et en supposant que la Terre ne tourne pas ; sinon, un angle de déphasage est présent. Les marées solaires ne sont pas représentées.
La rotation de la Terre décale la position du renflement de marée par rapport à sa position directement sous la Lune, ce qui explique l'angle de décalage.
Dans le Maine (États-Unis), la marée basse se produit approximativement au lever de la lune et la marée haute avec une lune haute, ce qui correspond au modèle de gravité simple de deux renflements de marée ; cependant, dans la plupart des endroits, la lune et les marées ont un déphasage .
Marée montante, la vidéo s'arrête vers 1+1 h 30 avant la marée haute
Marée montante

Les marées sont la montée et la descente périodiques du niveau de la mer résultant des forces gravitationnelles différentielles exercées principalement par la Lune et le Soleil , combinées aux effets d'inertie associés au mouvement orbital du système Terre-Lune et à la rotation de la Terre .

Alors que ces forçages astronomiques génèrent le potentiel de marée fondamental , les marées réellement observées sont fortement modifiées par des facteurs terrestres, notamment la géométrie des bassins océaniques , les limites continentales , la bathymétrie , l' effet Coriolis , la dissipation par friction dans les mers peu profondes et la résonance de marée des côtes .

Les marées varient sur des échelles de temps allant de quelques heures à plusieurs années en raison de nombreux facteurs qui déterminent l' intervalle luni-tidal . Pour effectuer des relevés précis, des marégraphes situés à des stations fixes mesurent le niveau de l'eau au fil du temps. Ces marégraphes ne tiennent pas compte des variations causées par les vagues dont la période est inférieure à la minute. Ces données sont comparées au niveau de référence (ou datum) généralement appelé niveau moyen de la mer .

Bien que les marées soient généralement la principale source de fluctuations à court terme du niveau de la mer, ce dernier est également sujet à des variations dues à la dilatation thermique , au vent et aux changements de pression barométrique, ce qui entraîne des ondes de tempête , notamment dans les mers peu profondes et près des côtes.

Les phénomènes de marée ne se limitent pas aux océans ; ils peuvent se produire dans d’autres systèmes dès lors qu’un champ gravitationnel variable dans le temps et l’espace est présent. Par exemple, la forme de la partie solide de la Terre est légèrement modifiée par la marée terrestre , bien que cela soit moins visible que les mouvements de marée de l’eau.

minimum local appelé marée basse .
  • zone intertidale ; inondation .
  • maximum local appelé marée haute .
  • Les courants oscillants produits par les marées sont appelés courants de marée . Le moment où le courant de marée cesse est appelé étale . La marée inverse alors son sens et on dit qu'elle est en train de s'inverser. L'étale se produit généralement près des marées hautes et basses, mais il existe des endroits où les moments de l'étale diffèrent sensiblement de ceux des marées hautes et basses.

    Les marées sont généralement semi-diurnes (deux pleines mers et deux basses mers par jour) ou diurnes (un cycle de marée par jour). Les deux pleines mers d'une même journée ne sont généralement pas de même hauteur (inégalité de marée) ; il s'agit de la pleine mer haute et de la basse mer haute indiquées dans les tables de marées . De même, les deux basses mers de chaque sont la basse mer haute et la basse mer basse . L'inégalité de marée n'est pas constante et est généralement faible lorsque la Lune est au-dessus équateur .

    Niveaux de référence

    Illustration réalisée au cours d'une quinzaine de jours.

    Les niveaux de marée de référence suivants peuvent être définis, du niveau le plus haut au niveau le plus bas :

    • Marée astronomique maximale (MAM) – La marée la plus haute dont on peut prévoir l'occurrence. Notez que les conditions météorologiques peuvent ajouter une hauteur supplémentaire à la MAM.
    • Moyenne des hautes eaux de vives-eaux (MHWS) – La moyenne des deux marées hautes les jours de grandes marées.
    • Moyenne des hautes eaux de mortes-eaux (MHWN) – La moyenne des deux marées hautes les jours de mortes-eaux.
    • Niveau moyen de la mer (NMM) – Il s'agit du niveau moyen de la mer. Le NMM est constant pour un lieu donné sur une longue période.
    • Moyenne des basses eaux de mortes-eaux (MLWN) – La moyenne des deux marées basses les jours de marées de mortes-eaux.
    • Moyenne des basses eaux de vives-eaux (MLWS) – La moyenne des deux basses eaux les jours de grandes marées.
    • Marée astronomique la plus basse (LAT) – La marée la plus basse qui peut être prédite.

    Variation de l'amplitude thermique : printemps et mortes-eaux

    Les types de marées

    la nouvelle lune et de la pleine lune , lorsque le Soleil, la Lune et la Terre sont alignés (une configuration appelée syzygie ), la force de marée due au Soleil renforce celle due à la Lune. L'amplitude de la marée est alors maximale ; on parle alors de marée de vive-eau . Ce terme ne fait pas référence à la saison , mais, comme ce mot, il dérive du sens de « sauter, jaillir, s'élever », à l'image d'une source naturelle . Les marées de vive-eau sont parfois appelées marées de syzygie .

    premier ou au dernier quartier, le Soleil et la Lune sont séparés de 90° par rapport à la Terre (en quadrature ), et la force de marée solaire compense partiellement la force de marée lunaire. À ces phases du cycle lunaire, l'amplitude de la marée est minimale ; on parle alors de marée de morte - eau . Le terme « mort-eau » est d'origine anglo-saxonne et signifie « sans force ». Les marées de morte-eau sont parfois appelées marées en quadrature .

    Les grandes marées entraînent des marées hautes supérieures à la moyenne, des marées basses inférieures à la moyenne, une période d'étale plus courte que la moyenne et des courants de marée plus forts que la moyenne. Les mortes-eaux engendrent des marées plus douces. Il y a environ sept jours d'intervalle entre les grandes et les mortes-eaux.

    Marée de vive-eau : Soleil et Lune du même côté (0°)
    Marée de vive-eau : Soleil et Lune du même côté (0°)
  • Marée de morte-eau : Soleil et Lune à 90°
    Marée de morte-eau : Soleil et Lune à 90°
  • Marée de vive-eau : Soleil et Lune aux antipodes (180°)
    Marée de vive-eau : Soleil et Lune aux antipodes (180°)
  • Marée de morte-eau : Soleil et Lune à 270°
    Marée de morte-eau : Soleil et Lune à 270°
  • Marée de vive-eau : Soleil et Lune du même côté (le cycle recommence)
    Marée de vive-eau : Soleil et Lune du même côté (le cycle recommence)
  • la bathymétrie . Les variations dont la période est inférieure à une demi-journée sont appelées composantes harmoniques . À l'inverse, les cycles de jours, de mois ou d'années sont qualifiés de composantes de longue période .

    Les forces de marée agissent sur l'ensemble du système terrestre. Dans la croûte terrestre , ces forces produisent des déplacements verticaux périodiques de l'ordre du centimètre, un phénomène connu sous le nom de marée terrestre . Dans l'atmosphère, l'attraction gravitationnelle exercée par la Lune et le Soleil, combinée au réchauffement solaire, génère des oscillations à l'échelle globale de la pression, de la densité et des vents, appelées marée atmosphérique . Alors que les marées terrestres impliquent une déformation élastique , les marées atmosphériques sont principalement observées comme des oscillations des gradients de pression et des régimes de vent .

    Constituant semi-diurne lunaire principal

    Élévation globale de la surface de la marée océanique M2 (NASA)

    Dans la plupart des régions, la composante principale est la marée semi-diurne lunaire , également appelée composante M2 . Sa période est d'environ 12 heures et 25,2 minutes, soit exactement la moitié d'un jour lunaire de marée . Ce dernier correspond au temps moyen séparant deux zéniths lunaires consécutifs , et donc au temps nécessaire à la Terre pour effectuer une rotation complète autour de la Lune. Les horloges de marée simples permettent de suivre cette composante. Le jour lunaire est plus long que le jour solaire car la Lune orbite dans le même sens que la rotation de la Terre.

    La Lune orbite autour de la Terre dans le même sens que la rotation de la Terre sur son axe. Il lui faut donc un peu plus d'une journée – environ 24 heures et 50 minutes – pour revenir à la même position dans le ciel. Pendant ce temps, elle passe une fois au zénith ( culmination ) et une fois au nadir ( respectivement à 00h00 et 12h00). Ainsi, en de nombreux endroits, la période de marée la plus forte correspond à celle mentionnée précédemment, soit environ 12 heures et 25 minutes. Le moment de la marée haute ne correspond pas nécessairement au point le plus proche du zénith ou du nadir de la Lune , mais la période de la marée détermine néanmoins l'intervalle entre deux marées hautes.

    Le champ gravitationnel de la Lune s'affaiblissant avec la distance, il exerce une force légèrement supérieure à la moyenne sur la face de la Terre exposée à la Lune, et une force légèrement inférieure sur la face opposée. La Lune tend ainsi à « étirer » légèrement la Terre le long de la ligne reliant les deux astres. La Terre solide se déforme légèrement, mais l'eau des océans, étant fluide, est beaucoup plus libre de se déplacer sous l'effet de la force de marée, notamment horizontalement (voir marée d'équilibre ).

    Du fait de la rotation de la Terre, l'intensité et la direction de la force de marée en un point donné de sa surface changent constamment ; bien que l'océan n'atteigne jamais l'équilibre — le fluide n'a jamais le temps de « rattraper » l'état qu'il atteindrait finalement si la force de marée était constante —, la variation de cette force de marée provoque néanmoins des changements rythmiques de la hauteur de la surface de la mer.

    Trois graphiques. Le premier illustre le cycle des marées, avec deux montées et descentes quotidiennes et des niveaux de marée haute et basse quasi réguliers. Le deuxième montre les marées mixtes, caractérisées par des variations importantes de ces niveaux. Le troisième représente la période diurne d'une marée.
    Types de marées (Voir la section « Horaires » ci-dessous pour la carte côtière)

    Lorsque deux marées hautes par jour de hauteurs différentes (et deux marées basses également de hauteurs différentes), le modèle est appelé marée semi-diurne mixte .

    Distance lunaire

    Marée basse dans la zone touristique de Bangchuidao, à Dalian , dans la province du Liaoning , en Chine.
    Marée basse à Ocean Beach , San Francisco , Californie , États-Unis
    Marée basse à Bar Harbor , Maine , États-Unis (2014)

    La variation de la distance entre la Lune et la Terre influe également sur la hauteur des marées. Lorsque la Lune est au plus près de la Terre, au périgée , l'amplitude des marées augmente, et lorsqu'elle est à l'apogée , elle diminue. Six à huit fois par an, le périgée coïncide avec une nouvelle lune ou une pleine lune, ce qui provoque les grandes marées de vives-eaux périgéennes, caractérisées par une amplitude maximale . La différence de hauteur entre une marée de vives-eaux périgéenne et une marée de vives-eaux lorsque la Lune est à l'apogée dépend du lieu, mais peut atteindre 30 centimètres de plus.

    Autres électeurs

    Environ 62 constituants sont d'une taille suffisante pour être considérés comme utiles dans la prédiction des marées marines, ceux-ci comprennent les effets gravitationnels solaires, l'obliquité (inclinaison) de l'équateur et de l'axe de rotation de la Terre, l'inclinaison du plan de l'orbite lunaire et la forme elliptique de l'orbite terrestre autour du Soleil.

    Les composantes des marées de faible profondeur comprennent les surmarées , qui sont des harmoniques supérieures d'une fréquence de marée dominante unique, et les marées composées , qui résultent des interactions entre les composantes lunaires et solaires primaires. Bien que généralement d'amplitude inférieure à celle du potentiel de marée fondamental , ces composantes modifient les asymétries entre les marées montantes et descendantes dans les estuaires et les régions du plateau continental .

    Phase et amplitude

    Carte montrant l'amplitude relative des marées dans différentes zones océaniques
    Composante de marée M2 . Le rouge représente les valeurs les plus extrêmes (hautes mers, basses mers), le bleu les valeurs les moins extrêmes. Les lignes blanches de marée convergent dans les zones bleues, indiquant une marée faible ou nulle. Autour de ces points de convergence, appelés points amphidromiques , des flèches courbes indiquent le sens des marées, chacune correspondant à une période synchronisée de 6 heures. L'amplitude des marées augmente généralement avec la distance aux points amphidromiques. Les ondes de marée se déplacent autour de ces points, généralement dans le sens antihoraire dans l'hémisphère Nord et dans le sens horaire dans l'hémisphère Sud

    Étant donné que la composante de marée M2 domine dans la plupart des endroits, la notion de phase de marée, exprimée en heures après la pleine mer, est utile. La phase de marée est également mesurée en degrés, avec 360° par cycle de marée. Les lignes de phase de marée constante sont appelées lignes cotidales ; elles sont analogues aux courbes de niveau d'altitude constante sur les cartes topographiques et, une fois tracées, forment une carte ou un diagramme cotidal . La pleine mer est atteinte simultanément le long des lignes cotidales qui s'étendent de la côte vers l'océan, et ces lignes (et donc les phases de marée) progressent le long de la côte. Les composantes semi-diurnes et de phase longue sont mesurées à partir de la pleine mer, la composante diurne à partir du flot maximal. Ceci, ainsi que la discussion qui suit, n'est valable que pour une seule composante de marée.

    Pour un océan en forme de bassin circulaire délimité par une côte, les lignes de marée convergent radialement vers l'intérieur et finissent par se rejoindre en un point commun : le point amphidromique . Ce point est à la fois cotigeux avec les hautes et basses eaux, ce qui correspond à une amplitude de marée nulle . (Une rare exception se produit lorsque la marée encercle une île, comme c'est le cas autour de la Nouvelle-Zélande, de l'Islande et de Madagascar .) L'amplitude de la marée diminue généralement à mesure qu'on s'éloigne des côtes continentales, de sorte que les lignes de marée sont des isobares d' amplitude constante (la moitié de la distance entre la haute et la basse mer) qui s'annulent au point amphidromique. Pour une marée semi-diurne, le point amphidromique peut être comparé au centre d'un cadran d'horloge, l'aiguille des heures pointant dans la direction de la ligne de marée haute, opposée à celle de la ligne de marée basse. La marée haute effectue une rotation autour du point amphidromique en 12 heures environ, dans le sens de la marée montante et à l'opposé de la marée descendante. Cette rotation, due à l' effet Coriolis , est généralement horaire dans l'hémisphère sud et antihoraire dans l'hémisphère nord. La différence de phase entre la marée montante et la marée de référence correspond à l' époque . La marée de référence est la marée d'équilibre hypothétique sur une Terre sans terres émergées, mesurée au méridien de Greenwich (0° de longitude).

    Dans l'Atlantique Nord, comme les lignes de marée circulent dans le sens inverse des aiguilles d'une montre autour du point amphidromique , la marée haute passe dans le port de New York environ une heure avant celle du port de Norfolk. Au sud du cap Hatteras, les forces de marée sont plus complexes et ne peuvent être prédites avec précision à partir des lignes de marée de l'Atlantique Nord.

    Histoire

    Histoire de la théorie des marées

    les traditions pré-scientifiques , les marées étaient attribuées à des causes mythologiques ou animistes , la littérature indienne et est-asiatique décrivant la mer comme respirant ou palpitant comme un être vivant, d'autres récits invoquaient l'activité d'une puissance marine surnaturelle pour expliquer la montée et la descente périodiques des eaux.

    L'étude de la physique des marées a joué un rôle important dans les débuts de la mécanique céleste , l'existence de deux marées quotidiennes étant expliquée par la gravité lunaire. Plus tard, on a expliqué plus précisément ces marées par l'interaction des forces gravitationnelles de la Lune et du Soleil.

    Séleucos de Séleucie a émis l'hypothèse, vers 150 av. J.-C., que les marées étaient causées par la Lune. L'influence de la Lune sur les masses d'eau est également mentionnée dans le Tetrabiblos de Ptolémée .

    Dans son Calcul du temps ), daté de 725, Bède établit un lien entre les marées semi-diurnes et le phénomène de variation de leur hauteur, et les phases de la Lune. Il commence par observer que les marées montent et descendent avec un décalage de quatre cinquièmes d'heure chaque jour, tout comme la Lune se lève et se couche avec un décalage de quatre cinquièmes d'heure. Il souligne ensuite qu'en deux mois lunaires (59 jours), la Lune effectue 57 révolutions autour de la Terre, ce qui engendre 114 marées. Bède observe alors que la hauteur des marées varie au cours du mois. Les marées montantes sont appelées « malinae » et les marées descendantes « ledones » , et le mois est divisé en quatre parties de sept ou huit jours, alternant malinae et ledones . Dans le même passage, il mentionne également l'effet des vents qui freinent les marées. Bède rapporte également que l'heure des marées varie d'un endroit à l'autre. Au nord de l'endroit où se trouvait Bède ( Monkwearmouth ), les marées sont plus précoces, au sud plus tardives. Il explique que la marée « déserte ces rivages afin de pouvoir d'autant plus inonder d'autres [rivages] lorsqu'elle y arrive », notant que « la Lune qui signale la marée montante ici, signale sa marée descendante dans d'autres régions, loin de cette partie du ciel ».

    La compréhension des marées à la fin du Moyen Âge reposait principalement sur les travaux d' astronomes musulmans , rendus accessibles par la traduction latine à partir du XIIe siècle. Abu Ma'shar al-Balkhi (mort vers 886), dans son al-Bitruji (mort vers 1204) apporta l'idée que les marées étaient dues à la circulation générale des astres.

    Simon Stevin , dans son ouvrage de 1608 intitulé de marée de vive-eau et de marée de morte-eau , tout en soulignant la nécessité de poursuivre les recherches.

    En 1609, Johannes Kepler suggéra également, à juste titre, que la gravitation de la Lune était à l'origine des marées, sur la base d'observations et de corrélations anciennes.

    Dans son Dialogue sur les deux grands systèmes du monde (1632 ), intitulé provisoirement Dialogue sur les marées , Galilée fit de sa théorie des marées un élément clé de sa défense physique de l'héliocentrisme copernicien , proposant que les marées résultent des mouvements combinés de la rotation et de la révolution de la Terre. Il rejeta explicitement l'hypothèse de Kepler selon laquelle la Lune influence les mers , considérant cette attraction lunaire comme un recours à des propriétés occultes plutôt qu'à une cause mécaniquement intelligible.

    Isaac Newton (1642-1727) fut le premier à expliquer les marées comme le produit de l'attraction gravitationnelle de masses astronomiques. Son explication des marées (et de nombreux autres phénomènes) fut publiée dans les Principia (1687) et il utilisa sa théorie de la gravitation universelle pour expliquer les attractions lunaire et solaire comme étant à l'origine des forces génératrices de marée. Newton et d'autres avant Pierre-Simon Laplace abordèrent le problème du point de vue d'un système statique (théorie de l'équilibre), ce qui fournissait une approximation décrivant les marées qui se produiraient dans un océan non inertiel recouvrant uniformément toute la Terre. La force génératrice de marée (ou son potentiel correspondant ) reste pertinente pour la théorie des marées, mais en tant que grandeur intermédiaire (fonction de forçage) plutôt qu'en tant que résultat final ; La théorie doit également prendre en compte la réponse dynamique cumulée de la Terre aux forces appliquées, cette réponse étant influencée par la profondeur de l'océan, la rotation de la Terre et d'autres facteurs.

    En 1740, l’ Académie royale des sciences de Paris offrit un prix pour le meilleur essai théorique sur les marées. Daniel Bernoulli , Leonhard Euler , Colin Maclaurin et Antoine Cavalleri se partagèrent le prix.

    Maclaurin utilisa la théorie de Newton pour démontrer qu'une sphère lisse, recouverte par un océan suffisamment profond et soumise à la force de marée d'un corps unique en déformation, est un sphéroïde allongé (essentiellement un ovale tridimensionnel) dont le grand axe est dirigé vers le corps en déformation. Maclaurin fut le premier à décrire les effets de la rotation terrestre sur le mouvement. Euler comprit que la composante horizontale de la force de marée (prédominante par rapport à la verticale) est à l'origine de la marée. En 1744, Jean le Rond d'Alembert étudia les équations de marée pour l'atmosphère sans tenir compte de la rotation.

    En 1770, le trois-mâts barque de James Cook , le HMS Endeavour, s'échoua sur la Grande Barrière de corail . Des tentatives furent faites pour le renflouer à la marée suivante, mais elles échouèrent. La marée d'après le renfloua sans difficulté. Pendant les réparations à l'embouchure de la rivière Endeavour, Cook observa les marées pendant sept semaines. Aux marées de mortes-eaux, les deux marées d'une même journée étaient similaires, mais aux marées de vives-eaux, la marée montait de équations aux dérivées partielles reliant le courant horizontal de l'océan à la hauteur de sa surface, constituant ainsi la première théorie dynamique majeure des marées. Les équations de marée de Laplace sont encore utilisées aujourd'hui. William Thomson, 1er baron Kelvin , a reformulé les équations de Laplace en termes de vorticité , ce qui a permis d'obtenir des solutions décrivant les ondes côtières piégées par la marée, connues sous le nom d'ondes de Kelvin .

    D'autres, dont Kelvin et Henri Poincaré, ont approfondi la théorie de Laplace. S'appuyant sur ces développements et sur la théorie lunaire d' E.W. Brown décrivant les mouvements de la Lune, Arthur Thomas Doodson a élaboré et publié en 1921 la première formulation moderne du potentiel de marée sous forme harmonique : Doodson a identifié 388 fréquences de marée. Certaines de ses méthodes sont encore utilisées aujourd'hui.

    Histoire de l'observation des marées

    Almanach de Brouscon de 1546 : Relèvements au compas des hautes eaux dans le golfe de Gascogne (à gauche) et la côte de Bretagne à Douvres (à droite).
    Almanach de Brouscon de 1546 : Diagrammes des marées « selon l’âge de la lune ».

    Depuis l'Antiquité, l'observation et l'étude des marées n'ont cessé de se perfectionner, en commençant par la reconnaissance de leur cycle quotidien, puis en s'intéressant à leur relation avec le Soleil et la Lune.

    Les premiers récits conservés d'observations de marées suggèrent que lors de son voyage vers les îles Britanniques vers 325 av. J.-C., Pythéas a observé un comportement des marées qui variait avec le cycle lunaire, des fragments attribués à son ouvrage Sur l'Océan indiquent un lien précoce entre l'amplitude des marées et les phases lunaires .

    Au IIe siècle avant J.-C., l' astronome hellénistique Séleucos de Séleucie décrivit avec justesse le phénomène des marées afin d'étayer sa théorie héliocentrique . Il émit l'hypothèse, à juste titre, que les marées étaient causées par la Lune , bien qu'il pensât que cette interaction fût médiée par le pneuma . Il observa que les marées variaient en intensité et en durée selon les régions du monde. D'après Strabon (I.1.9), Séleucos fut le premier à établir un lien entre les marées et l'attraction lunaire, et à montrer que leur hauteur dépendait de la position de la Lune par rapport au Soleil.

    L' Histoire naturelle de Pline l'Ancien rassemble de nombreuses observations sur les marées ; par exemple, les grandes marées surviennent quelques jours après (ou avant) la nouvelle lune et la pleine lune et sont les plus fortes aux alentours des équinoxes, bien que Pline ait relevé de nombreuses corrélations aujourd'hui considérées comme fantaisistes. Dans sa Géographie , Strabon décrit que les marées du golfe Persique atteignent leur amplitude maximale lorsque la lune est la plus éloignée du plan de l'équateur. Et ce, malgré la faible amplitude des marées du bassin méditerranéen . (Les forts courants traversant le détroit d'Euripe et le détroit de Messine ont intrigué Aristote .) Philostrate aborde la question des marées dans le livre V de la Vie d' Apollonios de Tyane . Il mentionne la lune, mais attribue les marées à des « esprits ». En Europe, vers 730 apr. J.-C., le Vénérable Bède décrit comment la marée montante sur une côte des îles Britanniques coïncide avec la marée descendante sur l'autre et décrit la progression temporelle des hautes eaux le long de la côte de Northumbrie.

    Le premier tableau des marées en Chine a été établi en 1056, principalement à l'intention des visiteurs souhaitant observer le célèbre mascaret du fleuve Qiantang . Le premier tableau des marées britannique connu serait celui de John Wallingford, abbé de St Albans décédé en 1213, basé sur un décalage de 48 minutes de la pleine mer chaque jour, et sur une avance de trois heures à l' embouchure de la Tamise par rapport à Londres en amont .

    En 1614, Claude d'Abbeville publia l'ouvrage « peuple Tupinambá avait déjà une compréhension de la relation entre la Lune et les marées avant l'Europe.

    William Thomson (Lord Kelvin) a dirigé la première analyse harmonique systématique des enregistrements de marées à partir de 1867. Le principal résultat a été la construction d'une machine à prédire les marées utilisant un système de poulies pour additionner six fonctions temporelles harmoniques. Elle était « programmée » en réinitialisant les engrenages et les chaînes pour ajuster les phases et les amplitudes. Des machines similaires ont été utilisées jusque dans les années 1960.

    Le premier enregistrement connu du niveau de la mer pour un cycle complet de vives-eaux et de mortes-eaux a été réalisé en 1831 sur le Navy Dock, dans l' estuaire de la Tamise . De nombreux grands ports étaient équipés de stations marégraphiques automatiques dès 1850.

    John Lubbock fut l'un des premiers à cartographier les lignes de marée pour la Grande-Bretagne, l'Irlande et les côtes adjacentes, en 1840. William Whewell développa ce travail, aboutissant à une carte quasi mondiale en 1836. Afin d'harmoniser ces cartes, il émit l'hypothèse de l'existence d'une zone sans marée, où les lignes de marée se rejoignent en plein océan. L'existence d'un tel point amphidromique , comme on les appelle aujourd'hui, fut confirmée en 1840 par le capitaine William Hewett, de la Royal Navy , grâce à des sondages précis en mer du Nord .

    Bien plus tard, à la fin du XXe siècle, les géologues ont remarqué des rythmites de marée , qui documentent l'occurrence d'anciennes marées dans les archives géologiques, notamment au Carbonifère .

    Physique

    Isaac Newton, qui explique les deux marées quotidiennes est connu sous le nom de théorie de l'équilibre . Cette théorie repose sur trois simplifications : 1) négliger les terres émergées, 2) négliger la viscosité de l'eau afin qu'elle réagisse instantanément à la gravité, 3) négliger le frottement entre la Terre et l'eau. Dans un système de coordonnées en rotation avec le système Terre-Lune, la distance entre la Terre et la Lune est constante : elles sont en équilibre. Cet équilibre peut être expliqué comme une compensation entre la force de gravité lunaire et la force centrifuge due à la rotation. Au centre de la Terre, ces forces sont égales et opposées. Ailleurs, les forces ne s'équilibrent pas parfaitement et la force résiduelle est appelée force génératrice de marée . Aux points de la surface terrestre les plus proches de la Lune, la gravité est légèrement plus forte ; aux points les plus éloignés, la force centrifuge est légèrement plus forte. Aux pôles, loin de l'axe Terre-Lune, la faible force résultante est dirigée vers la Terre. L'eau des océans est à peine affectée par ces forces. Entre les pôles et l'équateur, une composante de la faible force est horizontale par rapport à la surface de la Terre et dirigée vers l'équateur. Aucune force ne s'oppose à cette faible force. L'eau des océans se déplace sous l'effet de cette force, quittant les pôles et s'accumulant près de l'équateur. Il en résulte un double renflement de marée le long de l'axe Terre-Lune, légèrement plus important du côté le plus proche de la Lune. La rotation de la Terre sur son axe entraîne le déplacement de différents points à travers ces renflements, expliquant approximativement les marées doubles quotidiennes. L'eau des océans et la Terre solide subissent toutes deux ces différences d'attraction, mais la rigidité de la Terre lui permet de résister à la déformation et de conserver sa forme approximativement sphérique, tandis que les fluides se redistribuent pour compenser le déséquilibre, formant ainsi les renflements. La marée d'équilibre est la marée idéale pour une Terre sans terres émergées.

    Forces

    force gravitationnelle exercée par un corps céleste sur la Terre varie inversement au carré de sa distance à la Terre, la force de marée maximale varie approximativement inversement au cube de cette distance. Si la force de marée causée par chaque corps était égale à sa force gravitationnelle totale (ce qui n'est pas le cas en raison de la chute libre de la Terre entière, et non seulement des océans, vers ces corps), on observerait une répartition différente des forces de marée, par exemple avec une influence beaucoup plus forte du Soleil que de la Lune : la force gravitationnelle solaire sur la Terre est en moyenne 179 fois plus forte que la force lunaire, mais comme le Soleil est en moyenne 389 fois plus éloigné de la Terre, son gradient de champ est plus faible. La proportionnalité globale est

    accélération gravitationnelle à la surface de la Terre . L’influence des autres planètes varie en fonction de leur distance à la Terre. Lorsque Vénus est au plus près de la Terre, son influence est égale à 0,000113 fois celle du Soleil. À d’autres moments, Jupiter ou Mars peuvent avoir l’influence la plus importante.

    Schéma représentant un cercle avec des flèches rapprochées pointant vers l'extérieur du lecteur à gauche et à droite, et vers l'utilisateur en haut et en bas.
    Le champ gravitationnel résiduel lunaire à la surface de la Terre est à l'origine des marées . Ce mécanisme principal explique la présence simultanée de deux marées hautes par jour en tout lieu. La rotation de la Terre explique également les deux niveaux de marée haute quotidiens observés en tout point. La figure illustre le champ de marée (flèches rouges épaisses) et le champ gravitationnel (flèches bleues fines) exercés par la Lune (repère S) sur la surface et le centre de la Terre (zone O). Il est à noter que cette illustration simplifie les différences au sein du système Terre-Lune, par souci de clarté.

    La surface des océans est approximée par une surface appelée géoïde , qui prend en compte la force gravitationnelle exercée par la Terre ainsi que la force centrifuge due à sa rotation. Considérons maintenant l'effet de corps célestes massifs tels que la Lune et le Soleil. Ces corps possèdent des champs gravitationnels puissants qui diminuent avec la distance et provoquent une déviation de la surface des océans par rapport au géoïde. Ils établissent une nouvelle forme d'équilibre pour la surface océanique, qui présente un renflement vers la Lune d'un côté et s'en éloigne de l'autre. La rotation de la Terre par rapport à cette forme est à l'origine du cycle quotidien des marées. La surface des océans tend vers cette forme d'équilibre, qui est en perpétuelle évolution, sans jamais l'atteindre parfaitement. Lorsqu'elle n'est pas alignée avec le géoïde, la surface de l'océan semble inclinée, et l'eau accélère dans le sens de la pente.

    Les équations de marée de Laplace

    La profondeur des océans est bien inférieure à leur étendue horizontale. Par conséquent, la réponse aux forces de marée peut être modélisée à l'aide des équations de marée de Laplace, qui intègrent les caractéristiques suivantes :

    • La vitesse verticale (ou radiale) est négligeable et il n'y a pas de cisaillement vertical — il s'agit d'un écoulement en nappe.
    • La force est uniquement horizontale ( tangentielle ).
    • L' effet Coriolis apparaît comme une force d'inertie (fictive) agissant latéralement à la direction de l'écoulement et proportionnelle à la vitesse.
    • La variation de la hauteur de la surface est proportionnelle à la divergence négative de la vitesse multipliée par la profondeur. Lorsque la vitesse horizontale étire ou comprime l'océan comme une nappe, son volume s'amincit ou s'épaissit, respectivement.

    Les conditions aux limites imposent l'absence d'écoulement le long du littoral et un glissement libre au fond.

    L'effet Coriolis (force d'inertie) dévie les courants se dirigeant vers l'équateur vers l'ouest et ceux s'en éloignant vers l'est, créant ainsi des ondes piégées près des côtes. Enfin, un terme de dissipation, analogue à la viscosité, peut être ajouté.

    Amplitude et temps de cycle

    L' amplitude théorique des marées océaniques dues à la Lune est d'environ lithosphère terrestre a une période naturelle d'environ 57 minutes). Les marées terrestres , qui font monter et descendre le fond de l'océan, et l'auto-attraction gravitationnelle de la marée sont toutes deux importantes et complexifient encore davantage la réponse de l'océan aux forces de marée.

    Dissipation

    térawatts en moyenne . Environ 98 % de cette dissipation est due aux mouvements de marée marins . La dissipation résulte de l'entraînement de courants de marée à l'échelle des bassins océaniques, qui génèrent des courants à plus petite échelle sujets à une dissipation turbulente. Cette force de marée exerce un couple sur la Lune, transférant progressivement du moment cinétique à son orbite et entraînant une augmentation graduelle de la distance Terre-Lune. Le couple égal et opposé exercé sur la Terre diminue en conséquence sa vitesse de rotation. Ainsi, sur des échelles de temps géologiques, la Lune s'éloigne de la Terre d'environ La durée du jour a augmenté d'environ deux heures au cours des 600 derniers millions d'années. En supposant (à titre d'approximation grossière) que le taux de décélération soit resté constant, cela impliquerait qu'il y a 70 millions d'années, la durée du jour était environ 1 % plus courte, avec environ quatre jours de plus par an.

    Bathymétrie

    Le port de Gorey, à Jersey , est à sec à marée basse.

    La configuration du littoral et des fonds marins influence la propagation des marées. Il n'existe donc pas de règle simple et générale permettant de prédire l'heure de la pleine mer à partir de la position de la Lune dans le ciel. Les caractéristiques côtières, telles que la bathymétrie sous-marine et la forme du littoral, font que les spécificités de chaque lieu affectent la prévision des marées ; l'heure et la hauteur réelles de la pleine mer peuvent différer des prédictions des modèles en raison de l'influence de la morphologie côtière sur le courant de marée. Cependant, pour un lieu donné, la relation entre la hauteur de la Lune et l'heure de la pleine mer ou de la basse mer (l' intervalle luni-marée ) est relativement constante et prévisible, tout comme l'heure de la pleine mer ou de la basse mer par rapport à d'autres points de la même côte. Par exemple, à Norfolk, en Virginie ( États-Unis), la pleine mer se produit généralement environ deux heures et demie avant que la Lune ne passe directement au zénith.

    Les masses terrestres et les bassins océaniques font office de barrières à la libre circulation de l'eau à l'échelle mondiale, et leurs formes et dimensions variées influent sur l'amplitude des marées. De ce fait, les régimes de marées diffèrent. Par exemple, aux États-Unis, la côte Est connaît principalement des marées semi-diurnes, tout comme les côtes atlantiques européennes, tandis que la côte Ouest est principalement caractérisée par des marées mixtes. Les modifications anthropiques du paysage peuvent également altérer significativement les marées locales.

    Observation et prédiction

    Timing

    Une même force de marée peut donner des résultats différents selon de nombreux facteurs, notamment l'orientation de la côte, la marge du plateau continental et les dimensions de la masse d'eau.

    Les forces de marée dues à la Lune et au Soleil génèrent de très longues vagues qui parcourent tout l'océan en suivant les trajectoires indiquées sur les cartes des marées . L'heure à laquelle la crête de la vague atteint un port correspond à l'heure de la pleine mer dans ce port. Le temps nécessaire à la vague pour faire le tour de l'océan implique également un décalage entre les phases de la Lune et leur influence sur la marée. Les vives-eaux et les mortes-eaux en mer du Nord , par exemple, ont deux jours de retard sur la nouvelle lune/pleine lune et le premier/dernier quartier de lune. Ce décalage est appelé l' âge de la marée .

    La bathymétrie océanique influence considérablement l'heure et la hauteur exactes de la marée à un point côtier donné . Il existe des cas extrêmes ; la baie de Fundy , sur la côte est du Canada, est souvent considérée comme ayant les plus hautes marées du monde en raison de sa forme, de sa bathymétrie et de son éloignement du plateau continental. Des mesures effectuées en novembre 1998 à Burntcoat Head, dans la baie de Fundy, ont enregistré une amplitude maximale de la baie d'Ungava , au nord du Québec, ont donné des valeurs similaires (compte tenu des erreurs de mesure), soit une amplitude maximale de glace que pendant environ quatre mois chaque année, tandis que la baie de Fundy gèle rarement.

    Southampton, au Royaume-Uni, connaît une double pleine mer due à l'interaction des composantes de marée M2 et M4 (marées de surface dues à la marée lunaire principale). Portland connaît une double basse mer pour la même raison. La marée M4 est présente tout le long de la côte sud du Royaume-Uni, mais son effet est plus marqué entre l' île de Wight et Portland , car la marée M2 y est la plus faible .

    Comme les oscillations de la mer Méditerranée et de la mer Baltique ne coïncident avec aucune période de forçage astronomique significative, les marées les plus importantes se produisent à proximité de leur point de jonction étroit avec l'océan Atlantique. Des marées extrêmement faibles se produisent également pour la même raison dans le golfe du Mexique et la mer du Japon . Ailleurs, comme le long de la côte sud de l'Australie , les marées basses peuvent être dues à la présence d'un amphidrome à proximité .

    Analyse

    Un tableau régulier des niveaux d'eau

    La théorie de la gravitation d' Isaac Newton a permis d'expliquer pourquoi il y a généralement deux marées par jour, et non une seule, et a fait naître l'espoir d'une compréhension détaillée des forces et du comportement des marées. Bien qu'il puisse sembler possible de prédire les marées grâce à une connaissance suffisamment précise des forçages astronomiques instantanés, la marée réelle en un lieu donné est déterminée par les forces astronomiques accumulées par la masse d'eau sur plusieurs jours. De plus, des résultats précis exigeraient une connaissance détaillée de la forme de tous les bassins océaniques : leur bathymétrie et le relief de leurs côtes.

    La procédure actuelle d'analyse des marées suit la méthode d'analyse harmonique introduite dans les années 1860 par William Thomson . Elle repose sur le principe que les théories astronomiques des mouvements du Soleil et de la Lune déterminent un grand nombre de fréquences composantes, et qu'à chaque fréquence correspond une composante de force tendant à produire un mouvement de marée. Cependant, en chaque lieu d'intérêt sur Terre, les marées réagissent à chaque fréquence avec une amplitude et une phase spécifiques à ce lieu. En chaque lieu d'intérêt, les hauteurs de marée sont donc mesurées pendant une période suffisamment longue (généralement plus d'un an dans le cas d'un nouveau port non étudié auparavant) pour permettre, par l'analyse, de distinguer la réponse à chaque fréquence significative génératrice de marée, et d'extraire les constantes de marée pour un nombre suffisant des composantes les plus importantes connues des forces de marée astronomiques, afin de permettre une prédiction pratique des marées. Les hauteurs de marée devraient suivre la force de marée, avec une amplitude et un déphasage constants pour chaque composante. Étant donné que les fréquences et les phases astronomiques peuvent être calculées avec certitude, la hauteur de la marée à d'autres moments peut alors être prédite une fois que la réponse aux composantes harmoniques des forces génératrices de marée astronomiques a été déterminée.

    Les principaux schémas des marées sont

    • la variante deux fois par jour
    • la différence entre la première et la deuxième marée d'une journée
    • le cycle des vives-eaux et des mortes-eaux
    • la variation annuelle

    La plus haute marée astronomique est la marée de vive-eau périgéenne, lorsque le Soleil et la Lune sont au plus près de la Terre.

    Face à une fonction à variation périodique, l'approche standard consiste à utiliser les séries de Fourier , une méthode d'analyse qui emploie des fonctions sinusoïdales comme base , dont les fréquences sont égales à zéro, une, deux, trois fois, etc., la fréquence d'un cycle fondamental donné. Ces multiples sont appelés harmoniques de la fréquence fondamentale, et le processus est désigné sous le nom d'analyse harmonique . Si la base de fonctions sinusoïdales convient au comportement modélisé, relativement peu de termes harmoniques doivent être ajoutés. Les trajectoires orbitales étant quasi circulaires, les variations sinusoïdales sont particulièrement adaptées à la modélisation des marées.

    Pour l'analyse des hauteurs de marée, l'approche par séries de Fourier doit en pratique être plus élaborée que l'utilisation d'une seule fréquence et de ses harmoniques. Les régimes de marée sont décomposés en de nombreuses sinusoïdes ayant de nombreuses fréquences fondamentales, correspondant (comme dans la théorie lunaire ) à de nombreuses combinaisons différentes des mouvements de la Terre, de la Lune et des angles qui définissent la forme et la position de leurs orbites.

    Pour les marées, l'analyse harmonique ne se limite donc pas aux harmoniques d'une seule fréquence. Autrement dit, les harmoniques sont des multiples de plusieurs fréquences fondamentales, et non seulement de la fréquence fondamentale comme dans l'approche simplifiée par séries de Fourier. Leur représentation sous forme de série de Fourier ne comportant qu'une seule fréquence fondamentale et ses multiples (entiers) nécessiterait un grand nombre de termes et serait fortement limitée quant à la plage temporelle de validité.

    L'étude de la hauteur des marées par analyse harmonique a été initiée par Laplace, William Thomson (Lord Kelvin) et George Darwin . A.T. Doodson a étendu leurs travaux en introduisant la notation des nombres de Doodson pour organiser les centaines de termes obtenus. Cette approche est devenue la norme internationale depuis lors, et les difficultés apparaissent comme suit : la force de marée est théoriquement donnée par la somme de plusieurs termes. Chaque terme est de la forme suivante :

    intervalle luni-tidal ou intervalle de haute mer.

    L'amélioration suivante consiste à prendre en compte les termes harmoniques dus à la forme elliptique des orbites. Pour ce faire, la valeur de l'amplitude n'est pas considérée comme constante, mais comme variant dans le temps autour de l'amplitude moyenne théorie de Ptolémée . Ceci donne :

    c'est-à-dire une valeur moyenne

    Étant donné que pour tout

    Il est clair qu'un terme composé, résultant du produit de deux cosinus, chacun ayant sa propre fréquence, est équivalent à trois cosinus simples additionnés à la fréquence initiale, ainsi qu'aux fréquences égales à la somme et à la différence des deux fréquences du terme produit. (Trois termes, et non deux, puisque l'expression complète est .) Considérons de plus que la force de marée en un lieu dépend également de la position de la Lune (ou du Soleil) par rapport à l'équateur, et que ces paramètres ont des périodes distinctes, non comparables à celles d'un jour et d'un mois ; il apparaît donc évident que de nombreuses combinaisons sont possibles. En choisissant judicieusement les fréquences astronomiques fondamentales, le nombre de Doodson indique les additions et soustractions nécessaires pour former la fréquence de chaque cosinus simple.

    Prédiction des marées par sommation des composantes. Les coefficients de marée sont définis sur la page consacrée à la théorie des marées .

    Il est important de rappeler que les marées astronomiques ne tiennent pas compte des effets météorologiques. De plus, les modifications des conditions locales (déplacement des bancs de sable, dragage des embouchures de ports, etc.) par rapport à celles en vigueur au moment de la mesure influent sur l'heure et l'amplitude réelles de la marée. Les organismes qui indiquent une « marée astronomique maximale » pour un lieu donné peuvent majorer cette valeur par mesure de sécurité, afin de compenser les incertitudes analytiques, la distance par rapport au point de mesure le plus proche, les changements survenus depuis la dernière observation, l'affaissement du sol, etc., et ainsi se prémunir contre toute responsabilité en cas de submersion d'un ouvrage de génie civil. Une attention particulière est requise lors de l'évaluation de l'ampleur d'une « surcote météorologique », calculée en soustrayant la marée astronomique de la marée observée.

    Une analyse de Fourier précise des données sur une période de dix-neuf ans (l' époque de référence des marées aux États-Unis) utilise des fréquences appelées composantes harmoniques de marée . Cette période de dix-neuf ans est privilégiée car les positions relatives de la Terre, de la Lune et du Soleil se répètent presque exactement selon le cycle métonique de 19 ans, suffisamment long pour inclure la composante nodale lunaire de 18,613 ans . Cette analyse peut être réalisée en connaissant uniquement la période de forçage , sans nécessiter une compréhension détaillée du calcul mathématique, ce qui explique l'utilisation de tables de marées fiables depuis des siècles . Les amplitudes et les phases obtenues permettent ensuite de prédire les marées attendues. Celles-ci sont généralement dominées par les composantes proches de 12 heures ( composantes semi-diurnes ), mais il existe également des composantes importantes proches de 24 heures ( diurnes ). Les composantes à plus long terme sont de 14 jours ou bimensuelles , mensuelles et semestrielles. Les marées semi-diurnes dominent le littoral, mais certaines zones , comme la mer de Chine méridionale et le golfe du Mexique, sont principalement diurnes. Dans les zones semi-diurnes, les périodes des composantes principales M₂ (lunaire) et S₂ (solaire) diffèrent légèrement, de sorte que les phases relatives, et donc l'amplitude de la marée combinée, changent toutes les deux semaines (période de 14 jours).

    Sur le graphique M2 ci - dessus, chaque ligne de marée est décalée d'une heure par rapport à ses voisines, et les lignes plus épaisses représentent les marées en phase avec l'équilibre à Greenwich. Les lignes tournent autour des points amphidromiques dans le sens antihoraire dans l'hémisphère nord, de sorte que de la péninsule de Basse-Californie à l'Alaska et de la France à l'Irlande , la marée M2 se propage vers le nord. Dans l'hémisphère sud, ce sens est horaire. En revanche, la marée M2 se propage dans le sens antihoraire autour de la Nouvelle-Zélande, car les îles agissent comme un barrage et permettent aux marées d'avoir des hauteurs différentes de part et d'autre des îles. (Les marées se propagent bien vers le nord sur la côte est et vers le sud sur la côte ouest, comme le prévoit la théorie.)

    L'exception concerne le détroit de Cook, où les courants de marée alternent périodiquement entre hautes et basses eaux. Ceci s'explique par le fait que les lignes de marée à 180° des amphidromes sont en opposition de phase : par exemple, la haute mer se situe en face de la basse mer à chaque extrémité du détroit de Cook. Chaque composante de marée présente une configuration différente d'amplitudes, de phases et de points amphidromiques ; par conséquent, les modèles ne peuvent être utilisés pour les autres composantes de marée.

    Table des marées

    Une table des marées peut être utilisée pour n'importe quel lieu afin de trouver les horaires et l'amplitude prévus (ou « amplitude de marée »). Les prévisions sont influencées par de nombreux facteurs, notamment l'alignement du Soleil et de la Lune, la phase et l'amplitude de la marée (régime des marées en haute mer), les systèmes amphidromiques des océans et la forme du littoral et la bathymétrie côtière (voir Horaire ).

    Les tables fournissent des prévisions, mais l'heure et la hauteur réelles de la marée dépendent du vent et de la pression atmosphérique . De nombreux littoraux connaissent des marées semi-diurnes : deux marées hautes et deux marées basses d'amplitude presque égale chaque jour. D'autres endroits connaissent une marée diurne : une marée haute et une marée basse chaque jour. Une « marée mixte » – deux marées d'amplitude inégale par jour – constitue une troisième catégorie régulière.

    Exemple de calcul

    Graphique avec une seule ligne montante et descendante entre 4 pics autour de 3 et quatre creux autour de −3
    Marées à Bridgeport, Connecticut , États-Unis, sur une période de 50 heures.
    Graphique avec une seule ligne montrant les pics et les creux de marée évoluant progressivement entre des niveaux plus élevés et plus bas sur une période de 14 jours
    Marées à Bridgeport, Connecticut, États-Unis, sur une période de 30 jours.
    Graphique montrant, par une simple ligne, une fluctuation annuelle minimale des marées.
    Marées à Bridgeport, Connecticut, États-Unis, sur une période de 400 jours.

    Comme la Lune se déplace sur son orbite autour de la Terre dans le même sens que la rotation terrestre, un point donné sur Terre doit effectuer une rotation légèrement supérieure pour rattraper son retard. Ainsi, l'intervalle entre deux marées semi-diurnes n'est pas de douze heures, mais de 12,4206 heures, soit un peu plus de vingt-cinq minutes supplémentaires. Les deux pics de marée ne sont pas égaux. Les deux marées hautes quotidiennes alternent en hauteur maximale : une marée basse (un peu moins de 90 cm), une marée haute (un peu plus de 90 cm), puis à nouveau une marée basse. Il en va de même pour les marées basses.

    Lorsque la Terre, la Lune et le Soleil sont alignés (Soleil-Terre-Lune ou Soleil-Lune-Terre), les deux principales influences se combinent pour produire les marées de vives-eaux. Lorsque ces deux forces s'opposent, par exemple lorsque l'angle Lune-Terre-Soleil est proche de 90 degrés, il se produit les marées de mortes-eaux. Au cours de son orbite, la Lune passe du nord au sud de l'équateur. L'amplitude des marées hautes diminue alors progressivement, jusqu'à ce qu'elles soient identiques (à l'équinoxe de lune, la Lune se trouve au-dessus de l'équateur), puis elle reprend, mais avec la polarité inverse, atteignant un maximum avant de décroître.

    Actuel

    L'influence des marées sur les courants est beaucoup plus difficile à analyser, et les données à collecter. La hauteur de la marée est une grandeur scalaire qui varie de façon continue sur une vaste zone. Un courant est une grandeur vectorielle , caractérisée par une magnitude et une direction, qui peuvent toutes deux varier considérablement avec la profondeur et sur de courtes distances en raison de la bathymétrie locale. De plus, bien que le centre d'un chenal soit le site de mesure le plus utile, les marins s'opposent à ce que les appareils de mesure des courants obstruent la navigation. Un courant remontant un chenal courbe peut avoir une magnitude similaire, même si sa direction varie continuellement le long du chenal. Étonnamment, les courants de flot et de jusant ne sont souvent pas de sens opposés. La direction du courant est déterminée par la forme du chenal en amont, et non par celle du chenal en aval. De même, les tourbillons peuvent se former dans une seule direction.

    L'analyse des courants de marée est néanmoins similaire à celle des hauteurs de marée : dans le cas simple, à un endroit donné, le courant de flot est principalement dans une direction, et le courant de jusant dans une autre. Les vitesses du flot sont positives, et celles du jusant négatives. L'analyse se poursuit comme s'il s'agissait des hauteurs de marée.

    Dans les situations plus complexes, les courants de marée montante et descendante principaux ne sont plus prédominants. Le sens et l'amplitude du courant décrivent alors une ellipse au cours d'un cycle de marée (sur un diagramme polaire), et non plus les lignes de marée montante et descendante. Dans ce cas, l'analyse peut se faire par paires de directions, les directions principale et secondaire étant perpendiculaires. Une autre solution consiste à modéliser les courants de marée comme des nombres complexes, chaque valeur possédant à la fois une amplitude et une direction.

    Les informations sur les courants de marée figurent généralement sur les cartes marines , sous forme de tableau indiquant les vitesses et les relèvements des courants à intervalles horaires, avec des tableaux distincts pour les marées de vives-eaux et de mortes-eaux. L'horaire est calculé par rapport à la pleine mer dans un port où le comportement des marées est similaire, même si ce port est éloigné.

    Comme pour les prévisions de hauteur de marée, les prévisions de courant de marée basées uniquement sur des facteurs astronomiques ne tiennent pas compte des conditions météorologiques, qui peuvent complètement changer le résultat.

    Détroit de Cook

    détroit de Cook, entre les deux îles principales de Nouvelle-Zélande, est particulièrement intéressant, car les marées de part et d'autre du détroit sont presque exactement déphasées : la pleine mer d'un côté coïncide avec la basse mer de l'autre. Il en résulte de forts courants, avec une variation de hauteur de marée quasi nulle au centre du détroit. Pourtant, bien que la marée de tempête s'écoule normalement dans un sens pendant six heures, puis dans le sens inverse pendant six heures, une tempête particulière peut durer huit ou dix heures, la marée inverse étant alors affaiblie. Par temps particulièrement agité, la marée inverse peut être complètement neutralisée, de sorte que le courant continue dans le même sens pendant trois périodes de marée de tempête, voire plus.

    Le cycle des marées du détroit de Cook présente également des variations selon les côtes. Sur la côte ouest et dans la baie de Tasman/Golden Bay , l'amplitude des marées suit généralement un cycle classique de vives-eaux et de mortes-eaux bimensuel, avec une amplitude plus importante lors des vives-eaux et plus faible lors des mortes-eaux, sous l'effet de l'alignement de la Lune et du Soleil. En revanche, sur certaines parties de la côte est, notamment autour de Wellington et de Napier , le cycle des marées présente une modulation mensuelle plus marquée, liée aux variations du périgée et de l'apogée (distance variable de la Lune), et le cycle de vives-eaux et de mortes-eaux bimensuel est moins prononcé.

    Graphique présentant 6 courbes, deux courbes correspondant à chacune des trois villes. Nelson connaît deux grandes marées mensuelles, tandis que Napier et Wellington n'en connaissent qu'une.
    Régime des marées dans le détroit de Cook. La partie sud (Nelson) connaît deux grandes marées par mois, contre une seule sur la rive nord (Wellington et Napier).

    Le graphique des marées du détroit de Cook indique séparément la hauteur et l'heure des pleines et basses mers, jusqu'en novembre 2007 ; ces valeurs ne sont pas des mesures directes, mais des calculs basés sur des paramètres de marée dérivés de mesures effectuées plusieurs années auparavant. La carte marine du détroit de Cook fournit des informations sur les courants de marée. Par exemple, l'édition de janvier 1979 pour le point cap Terawhiti ) donne les horaires par rapport à Westport, tandis que l'édition de janvier 2004 les donne par rapport à Wellington.

    Près du cap Terawhiti, au milieu du détroit de Cook, la variation de la hauteur de marée est quasi nulle tandis que le courant de marée atteint son maximum, notamment à proximité du redoutable courant de Karori. Outre les effets météorologiques, les courants traversant le détroit de Cook sont influencés par les différences de hauteur de marée entre ses deux extrémités. Comme on peut le constater, seule l'une des deux grandes marées de vives-eaux à l'extrémité nord-ouest du détroit, près de Nelson, a une marée de vives-eaux équivalente à l'extrémité sud-est (Wellington). Par conséquent, le comportement observé ne correspond à celui d'aucun port de référence.des hauts-fonds de Nantucket, dans l' océan Atlantique , les courants de marée sont rotatifs : leur direction change progressivement dans toutes les directions cardinales au cours d'un cycle de marée, au lieu de simplement s'inverser le long d'une même ligne. Au-dessus des hauts-fonds, les courants ont tendance à tourner dans le sens horaire, avec des vitesses de pointe typiques de l'ordre de 1,5 à 2,5 nœuds et des vitesses minimales d'environ 0,5 nœud, bien que ces vitesses puissent varier considérablement selon la position et la phase de la marée. Comme la direction du courant change progressivement plutôt que de s'inverser brusquement, il n'y a pas de période d'étale distincte, contrairement aux courants réversibles simples ; la vitesse du courant croît et décroît tout au long du cycle, tandis que sa direction change continuellement.

    Production d'énergie

    turbine hydraulique dans un courant de marée, soit en créant des bassins de retenue alimentés par une turbine. Dans le premier cas, la quantité d'énergie produite dépend entièrement du moment et de l'intensité du courant. Cependant, les courants les plus favorables peuvent être inexploitables car les turbines gêneraient la navigation. Dans le second cas, la construction de barrages est coûteuse, le cycle naturel de l'eau est perturbé et la navigation maritime est compromise. En revanche, la création de plusieurs bassins permet de produire de l'électricité à des moments précis. À ce jour, peu de systèmes de production d'énergie marémotrice sont installés (le plus connu étant celui de La Rance à Saint-Malo , en France) et ils rencontrent de nombreuses difficultés. Outre les problèmes environnementaux, la résistance à la corrosion et à l'encrassement biologique représente un véritable défi technique.

    L’énergie marémotrice est plus prévisible que l’énergie éolienne, mais le rendement des turbines diminue à faible vitesse d’écoulement et, comme la puissance est proportionnelle au cube de la vitesse , la production de pointe est de courte durée. Les fluctuations peuvent être atténuées par le stockage de l’énergie , des systèmes de contrôle avancés pour les turbines, des parcs marémoteurs distribués ou l’hybridation avec d’autres énergies renouvelables.

    Navigation

    Utilisations civiles et maritimes des données de marée aux États-Unis

    Les courants de marée sont essentiels à la navigation, et des erreurs de positionnement importantes surviennent si l'on n'en tient pas compte. La hauteur des marées est également importante ; par exemple, de nombreux fleuves et ports possèdent un banc de sable peu profond à leur entrée, empêchant ainsi les bateaux à fort tirant d'eau d'y accéder à marée basse.

    Avant l’avènement de la navigation automatisée, la capacité à calculer les effets des marées était essentielle pour les officiers de marine. Le certificat d’examen pour les lieutenants de la Royal Navy stipulait autrefois que le candidat devait être capable de « modifier ses marées ».

    Les horaires et les vitesses des courants de marée figurent sur les cartes des marées ou dans un atlas des courants de marée . Les cartes des marées sont vendues par séries. Chaque carte couvre une heure entre deux pleines mers (les 24 minutes restantes sont ignorées) et indique le courant de marée moyen pour cette heure. Une flèche sur la carte indique la direction et la vitesse moyenne du courant (généralement en nœuds ) pour les marées de vives-eaux et de mortes-eaux. En l'absence de carte des marées, la plupart des cartes marines comportent des « losanges de marée » qui relient des points précis de la carte à un tableau indiquant la direction et la vitesse du courant de marée.

    La procédure standard pour compenser les effets des marées sur la navigation consiste à : (1) calculer une position de référence (ou DR) à partir de la distance et de la direction de navigation ; (2) marquer cette position sur la carte (d'une croix verticale) ; et (3) tracer une ligne à partir de la position de référence dans le sens du courant. La distance parcourue par le bateau le long de cette ligne est calculée à partir de la vitesse du courant, ce qui donne une position estimée (ou EP), traditionnellement marquée d'un point dans un triangle.

    Indicateur de marée, fleuve Delaware, Delaware, vers 1897. À l'heure indiquée sur la figure, la marée est de 1Les cartes marines indiquent la profondeur de l'eau à des endroits précis grâce à des sondages et à l'utilisation de courbes bathymétriques pour représenter la forme de la surface immergée. Ces profondeurs sont relatives à un zéro hydrographique , qui correspond généralement au niveau de l'eau à la plus basse marée astronomique (bien que d'autres zéros hydrographiques soient couramment utilisés, notamment pour des raisons historiques, et que les marées puissent être plus basses ou plus hautes pour des raisons météorologiques). Elles représentent donc la profondeur minimale possible pendant le cycle de marée. Les hauteurs d'échouage, qui correspondent aux hauteurs du fond marin découvert à la plus basse marée astronomique, peuvent également être indiquées sur la carte.

    Les tables de marées indiquent les hauteurs et les heures des pleines et basses mers pour chaque jour. Pour calculer la profondeur réelle, additionnez la profondeur indiquée sur la carte à la hauteur de marée publiée. La profondeur à d'autres moments peut être déduite des courbes de marée publiées pour les principaux ports. La règle des douzièmes peut suffire si aucune courbe précise n'est disponible. Cette approximation suppose que l'augmentation de profondeur pendant les six heures entre la pleine et la basse mer est la suivante : première heure — 1/12, deuxième — 2/12, troisième — 3/12, quatrième — 3/12, cinquième — 2/12, sixième — 1/12.

    Aspects biologiques

    Écologie intertidale

    Photo d'un rocher partiellement submergé montrant des bandes horizontales de couleurs et de textures différentes, chaque bande représentant une fraction différente du temps passé sous l'eau.
    Un rocher, observé à marée basse, présentant une zonation intertidale typique
    écosystèmes situés entre la laisse de basse mer et la laisse de haute mer le long du littoral. À basse mer, la zone intertidale est émergée , tandis qu'à haute mer, elle est immergée . Les écologues intertidaux étudient donc les interactions entre les organismes intertidaux et leur environnement, ainsi qu'entre les différentes espèces . Les interactions les plus importantes varient selon le type de communauté intertidale. Les classifications les plus générales reposent sur la nature du substrat : rivage rocheux ou fond meuble.

    Les organismes intertidaux vivent dans un environnement très variable et souvent hostile, et se sont adaptés pour y faire face, voire en tirer profit. Une caractéristique facilement observable est la zonation verticale : la communauté se divise en bandes horizontales distinctes d’espèces spécifiques à chaque niveau au-dessus du niveau de la marée basse. La capacité d’une espèce à supporter la dessiccation détermine sa limite supérieure, tandis que la compétition avec les autres espèces fixe sa limite inférieure.

    Les humains utilisent les zones intertidales pour se nourrir et se divertir. La surexploitation peut endommager directement ces zones. D'autres activités humaines, comme l'introduction d'espèces envahissantes et les changements climatiques, ont des effets négatifs importants. Les aires marines protégées constituent une option que les communautés peuvent solliciter pour protéger ces zones et soutenir la recherche scientifique .

    Rythmes biologiques

    Le cycle des marées, d'une durée approximative de 12 heures et d'une période de deux semaines, a des effets importants sur les organismes intertidaux et marins . Leurs rythmes biologiques tendent donc à se manifester par multiples approximativement de ces périodes . De nombreux autres animaux, tels que les vertébrés , présentent des rythmes circatidaux similaires . On peut citer comme exemples la gestation et l'éclosion des œufs. Chez l'humain, le cycle menstruel dure approximativement un mois lunaire , soit un multiple de la période des marées. De tels parallèles suggèrent au moins une origine commune à tous les animaux, à partir d'un ancêtre marin

    Autres marées

    Marées intérieures

    des ondes internes aux fréquences de marée.

    marées lacustres

    Les grands lacs comme le Supérieur et l'Érié peuvent connaître des marées de les seiches . La marée du lac Michigan est décrite comme étant conditions météorologiques . Les marées atmosphériques sont d'origine à la fois gravitationnelle et thermique et constituent la dynamique dominante dans la mésosphère et la basse thermosphère , environ gyroscope liquide à croûte très fine. La croûte terrestre se déplace (vers l'intérieur/l'extérieur, est/ouest, nord/sud) sous l'effet de la gravitation lunaire et solaire, des marées océaniques et de la pression atmosphérique. Bien que négligeables pour la plupart des activités humaines, l'amplitude semi-diurne des marées terrestres peut atteindre environ GPS et les mesures VLBI . Des mesures angulaires astronomiques précises nécessitent la connaissance de la vitesse de rotation et du mouvement polaire de la Terre , deux paramètres influencés par les marées terrestres. Les marées terrestres semi-diurnes M₂ sont quasiment en phase avec la Lune , avec un déphasage de 0,204° ± 0,047° par rapport à la marée lunaire semi-diurne principale, ce qui correspond à un décalage temporel d'environ 25 secondes. Cela implique que la marée solide dissipe au moins les galaxies satellites qui orbitent autour d'elles. On estime que les effets de la marée galactique sur le nuage d'Oort du Système solaire sont à l'origine de 90 % des comètes à longue période.

    Noms erronés

    Les tsunamis , ces vastes vagues qui surviennent après un séisme, sont parfois appelés raz-de-marée , mais cette appellation leur est donnée par leur ressemblance avec la marée, sans lien de causalité. D'autres phénomènes sans rapport avec les marées, mais utilisant le terme « marée » , incluent les courants de retour , les marées de tempête , les marées d'ouragan et les marées noires ou rouges . Nombre de ces usages sont anciens et renvoient au sens premier du mot « marée », qui désignait une « période, une saison » et un « courant, un flux ou une crue ».

    Dans la culture

    Les marées ont depuis longtemps revêtu une importance culturelle et scientifique, façonnant la mythologie, la littérature, le langage et les visions du monde. Écrivains et historiens soulignent que le rythme des marées a inspiré, à travers diverses traditions, des métaphores du temps, du changement et de l'expérience humaine, tandis que les historiens de la culture ont mis en lumière les liens entre les phénomènes de marée, le folklore et l'expression littéraire.

    Dans de nombreuses sociétés anciennes, avant que les explications scientifiques ne soient développées, les mouvements de marée étaient souvent expliqués par la cosmologie ou les forces divines, reflétant à la fois la révérence et le mystère dans la compréhension humaine des rythmes de l'océan.

    De tout temps, artistes et poètes ont puisé dans l'imagerie des marées pour explorer les thèmes de la transformation et de la réflexion. Les marées apparaissent dans le folklore et les métaphores littéraires comme représentant les cycles de la vie, le destin et les fluctuations des émotions. L'influence de la lune se manifeste dans les pratiques rituelles côtières et les traditions maritimes, soulignant l'interaction entre les rythmes naturels et les récits culturels.