DOSSIER Vagues/Houles et état de la mer
© Documentation Voile 2018 | Théo Devigne
VAGUES/HOULE ET ETAT DE LA MER
Introduction et généralités
Il faut commencer par bine faire la différence entre la mer du vent qui est formé par le vent actuel dans un périmètre bien définie et la houle qui se propage par un mouvement ondulatoire de la surface des océans.
Les vagues de la mer du vent ou la houle sont définies par l’échelle Douglass. Elle est définie par sa direction, sa longueur d’onde, sa hauteur (crète à creux), sa période et sa vitesse. Le vent transmet une partie de son énergie à l’océan ce qui génère le mouvement ondulatoire. Tout vent supérieur à 2kn génère une onde (énergie supérieure à la dissipation par viscosité du fluide). Ce sont les vagues de capillarité. Elles subsistent tant que le vent souffle. On les voit dé que le vent souffle à la surface des autres vagues. Elles augmentent la rugosité de la surface de l’océans ce qui permet d’augmenter les échanges vent/eau. La viscosité qui dans un premier temps tendait à dissiper l’énergie nécessaire à la formation des vagues favorise par la suite le développement de ces dernières. La viscosité du fluide qui permet le transfert d’énergie de la surface de l’eau aux couches plus profonde. Une vague augmente en hauteur si elle peut augmenter en longueur. Comme la hauteur est proportionnelle à la longueur d’onde, grâce à l’allongement de la longueur d’onde, la hauteur va augmenter. Ces vagues de gravité, sont formés si le vent souffle à plus de 4 Kn sur les vagues de capillarités (longueur d’onde comprise entre 1.7cm et plusieurs centaines de mètres). Quand le vent cesse, la viscosité amortit les ondulations de faible longueur d’onde et la gravité (plus un peu de viscosité) amortit de façon beaucoup moins rapide les ondulations de grande longueur d’onde. Dans nos régions, les périodes de gros temps sont surtout l’hivers, les dépressions atlantiques qui soufflent sur l’océan nous apporte des vagues et de la houle, l’énergie de cette houle, dépend donc des saisons. En période de gros temps les vagues sont de l’ordre de 8 à 10m, et la plupart du temps inférieur à 5m.
En méditerranée elles dépassent rarement 6m. en revanche, la longueur d’onde y en 3 fois inférieure. La pente des vagues, est en soit plus problématique que la longueur d’onde et la hauteur (dévent du voilier). Pour les vagues poussées par le vent, leurs faces avant est toujours plus abrupte que leurs dos. Quand les vagues de la mer du vent et celle de la houle se déplacent en parallèle, puisqu’elles n’ont pas la même période, on a des séries des petites et grandes vagues parmi lesquelles, les vagues déferlantes. Ce type d’enchaînement de séries est dû à un effet combinatoire.
Dans une tempête, on observe les vagues les plus fortes à l’avant et à l’arrière du front froid (partie arrière droite de la perturbation). A l’avant du front froid, c’est de la mer du vent de Sud-Ouest et à l’arrière de Nord-Est. Cela engendre de long fetch (grande distance et temps d’action). C’est pourquoi en atlantique Nord, les fortes houles sont de secteur Ouest. Le déplacement de la perturbation ne va pas laisser assé de temps, bien que les vents puissent y être fort de générer une houle. C’est principalement après un front que l’on obtient une mer croisée : une houle de SO et une mer du vent de NO après le passage du front froid par exemple.
Il ne faut pas confondre les vagues déferlantes et les crètes déferlantes. Lors de vent fort, le déferlement des crètes en paquet de mer se produit quand la hauteur des lames atteint 10% de leur longueur d’onde. La problématique des déferlantes a été développé dans la partie B sécurité du voilier. Elles sont dues à la superposition de la mer du vent et d’une houle de même direction. Toutefois, une mer du vent et une houle de direction différentes, peuvent aussi générer des vagues déferlantes. C’est le cas des « vagues pyramidales (cf. photos)» due à la mer du vent de NO croisant la houle levée par le vent de SO soufflant dans le secteur chaud avant le front froid. Une accalmie soudaine dans ces conditions est très problématique car le voilier n’a plus d’appui due au vent.
Il est possible via un abaque d’avoir une idée plus ou moins précise de la hauteur des vagues de la mer du vent. Toutefois, il ne faut pas oublier que la hauteur significative que la hauteur significative est égale la moyenne des hauteurs de 33 plus grandes vagues observées sur cent vagues. Elle est donnée en mètre. De plus il ne faut pas oublier (dans le cas de la mer du vent), qu’une vague sur 23 est 2 fois plus haute que la moyenne, 1/1175 est 3 fois plus haute et 1/30 000 est 4 fois plus haute.
La houle
La plupart des vagues présentes sur la surface de l'océan sont des vagues générées par le vent. La taille et le type de ces vagues dépendent de : la vitesse du vent, la durée du vent, du fetch et de l'état d'origine de la surface de la mer. La période des vagues est l'intervalle de temps moyen entre le passage de deux crêtes successives à partir d'un point fixe.
Les brisants correspondent au déferlement d’une vague due à l’action du fond. Quand la profondeur devient égale ou inférieur à la moitié de sa longueur d’onde, le brisant se produit quand la hauteur de la vague est égale à 4/5 de la profondeur. Par exemple, pour une profondeur de 5m, la mer brise quand la hauteur des vagues est égale ou supérieure à 5*4/5=4m.
Les vagues et le courant peuvent êtres dans le même sens ou opposée, quand les 2 phénomènes sont dans le même sens, on observe une diminution de la hauteur des vagues, dans le cas inverse une augmentation pouvant aller jusqu’à 100%.
La mer du vent
Elle dépend de la vitesse du vent, de sa direction, de ça durée et distance d’action. Le Fetch, est la distance sur laquelle le vent a eu une action sur la mer.
Plus la vitesse du vent augmente, plus la longueur d'onde, la période et la hauteur de la houle augmentent. Ceci est vrai seulement si la période durant laquelle le vent souffle est suffisante et que la zone de fetch est suffisamment grande. Dans la zone de fetch les vents sont forts et variables, ils créent en surface des vagues complexes, désordonnées, erratiques. Lorsque les vagues sortent de la zone fetch, et lors de leur propagation, dispersion, elles deviennent plus régulières, plus organisées, on parle alors de houle. L'organisation de la houle s'explique par le fait que les vagues de longueur d'onde plus importante distancent celles qui ont une longueur d'onde plus courte. De la description faite ci-dessus, deux principaux types de vagues se distinguent : les vagues générés par le vent soufflant localement qui sont caractérisées par des périodes courtes ayant des formes chaotiques (mer du vent) et les vagues de longue période qui ont parcourus une longue distance en mer. Les houles qui ont une période courte (moins de 14 secondes) tendent à interagir facilement avec les vents ou d'autres vagues opposés à leur direction. Cette interaction provoque une diminution de l'énergie. Les houles dont les périodes sont plus longues, peuvent parcourir de grandes distances sans perte significative de leur énergie. Les principaux facteurs de dégradations ou d'interactions significatifs sur un train de houle sont : Le « shoaling » s'observe à l'approche d'eaux peu profondes. La traînée sur le fond océanique ralentit les vagues, l'énergie est alors dirigée vers le haut entraînant une augmentation de la hauteur des vagues, la période restant constante, la vitesse et la longueur d'onde diminuent. Le « Whitecapping » (apparition de moutons blancs à la surface de l'eau) est une cause supplémentaire de perte de l'énergie. Il peut se produit à n'importe quelle profondeur et dépend de la cambrure* des vagues (* la cambrure des vagues se défini comme le ratio hauteur de la crête divisée par la longueur d'onde de la vague). Le « frottement » de fond peut également conduire à une perte d'énergie. Il dépend principalement de la rugosité du fond. La « diffraction » se produit lorsque les vagues se propagent circulairement autour des obstacles (petites îles, brise-lames, etc…).
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