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Le rôle des astres

Dossier - Le phénomène des marées
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La marée est un effet de l'attraction gravitationnelle de la Lune et du Soleil sur les océans. Pour comprendre vraiment cet effet il est nécessaire de faire un petit détour par l'astronomie.

  
DossiersLe phénomène des marées
 
  • Quel est le rôle de l'attraction gravitationnelle ?

Lorsque Newton découvre la loi universelle de la gravitation il comprend que si la pomme tombe de l'arbre alors que la Lune ne tombe pas sur la Terre, bien que tous les deux soient attirés par la Terre, c'est parce que la Lune, tournant autour de la Terre, est soumise à une force centrifuge qui tend à la repousser. Il s'agit de la même force centrifuge que celle qui vous projette à l'extérieur d'un manège en rotation.

De la même manière la Terre est à la fois attirée vers la Lune et repoussée. Les océans sont donc soumis à deux forces opposées :

* attraction gravitationnelle
* force centrifuge

L'intensité de la force centrifuge est constante sur la Terre tandis que l'intensité de l'attraction gravitationnelle est variable car son intensité dépend de la distance à la Lune : plus un point est proche de la Lune, plus l'attraction est forte.

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La résultante des deux forces (en noir) dépend donc de la position sur la Terre, elle est :

* nulle au centre de la Terre (point O)
* dirigée vers la Lune au zénith (point Z)
* dirigée à l'opposée de la Lune au nadir (point N)
* dirigée plus ou moins vers le centre de la Terre pour les points situés perpendiculairement à l'axe ZN.

Lorsque la force résultante est dirigée vers le centre de la Terre, la surface des océans a tendance à baisser créant une basse-mer (BM) et à l'inverse lorsque la force est dirigée vers le ciel (au zénith et au nadir) la surface des océans à tendance à monter créant une pleine-mer (PM).

L'effet de la force génératrice peut être schématisé par un bourrelet (en bleu clair sur la figure) représentant la forme que prend la surface des océans. Cette forme est en réalité plus compliquée comme nous le verrons plus loin.

  • Pourquoi la marée est-elle semi-diurne ?

L'alternance de la PM et de la BM deux fois par jour vient de la rotation de la Terre sur elle même et non de la rotation de la Lune autour de la Terre.

Le bourrelet (bleu foncé) est constamment dirigé vers la Lune. A cause de la rotation de la Terre sur elle même il semble tourner. Le trait jaune représente la hauteur d'eau en un point fixe : il oscille bien deux fois par jour. L'effet principal de la Lune est donc de créer une marée semi-diurne

  • Pourquoi la marée se décale-t-elle de 50 minutes tous les jours ?
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En réalité le cycle se répète toutes les 12h25' créant un retard de 50' tous les jours car pendant que la Terre fait un tour sur elle-même la Lune tourne aussi un peu (de 1/28ème de tour). La Lune se retrouve donc exactement au dessus du même point un peu plus tard soit en 24h50'28''.
  • Comment apparaît la composante diurne ?

La Lune n'étant en général pas dans le plan équatorial, les deux bourrelets ne sont pas symétriques. Le bourrelet situé au nadir est plus faible que celui au zénith. Les pleines-mer sont alternativement forte et faible ce qui crée une composante diurne à la marée.

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A Brest cette composante est très faible de sorte qu'il n'y a pas de grosses différences entre la pleine-mer du matin et celle du soir. Cela n'est cependant pas vrai partout. Il existe des endroits où la marée est essentiellement diurne et d'autres où elle est tantôt diurne tantôt semi-diurne

  • La marée est-elle d'origine lunaire ou solaire ?

Les deux astres jouent un rôle à peu près équivalent et leurs effets s'ajoutent. La période de la composante semi-diurne solaire est en revanche exactement de 12h.

La marée que l'on observe est donc à la fois d'origine lunaire et solaire.

  • Pourquoi y a-t-il alternance des vives et des mortes-eaux ?

Toutes les semaines environ la marée alterne de forts coefficients (vive-eaux) et des faibles (morte-eaux). Cet effet est dû à la combinaison des marées lunaires et des marées solaires.

L'effet du Soleil est de moduler l'effet de la Lune :

* Lorsque les deux astres sont alignés les effets s'ajoutent (nouvelle et pleine Lune), le marnage (Différence de hauteur d'eau entre une pleine mer et une basse mer consécutives, à na pas confondre avec l'amplitude de la marée (qui ne vaut que la moitié). ) est alors fort. On parle de marée de vive-eaux, ( Période à forts marnage correspondant à l'alignement de la Terre, de la Lune et du Soleil. )ou de syzygie.
* Lorsque les deux astres sont perpendiculaires les effets se soustraient, le marnage est alors faible. On parle de marée de morte-eau (Période à faible marnage lors des quarts de Lune. )

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Vous pouvez constater cette alternance des vive-eaux, morte-eaux sur un marégramme de Brest.(voir page Spectre de la marée)

  • Pourquoi le cycle des vives-eaux est-il de 14 jours ?
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La Lune tourne autour de la Terre en 28 jours par conséquent l'oscillation a une période de 14 jours

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Ce cycle ne se répète pourtant pas à l'identique, les coefficients de marées sont plus forts à l'équinoxe et plus faibles aux solstices. Ces modulations plus lentes sont dues à la variation d'autres paramètres orbitaux.

  • Variations plus lentes des marées

Au cours d'un cycle annuel l'axe de rotation de la Terre sur elle même (l'axe des pôles) oscille par rapport au plan de l'écliptiqueLorsque la Terre, la Lune et le Soleil sont dans le même plan (équinoxe) les effets combinés de la Lune et du Soleil sont les plus importants créant de forts coefficients.

En plus de cycle annuel de nombreux autres paramètres oscillent sur des périodes plus grandes ce qui fait que la marée n'est jamais la même d'une année à l'autre. Il existe cependant un cycle de 18 ans, appelé saros, proche multiple de nombreux paramètres orbitaux au bout duquel la marée se répète presque à l'identique.