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Comprendre les marées

| Ecologie de l'huître | 06/07/2015

Les marées sont une composante fondamentale de régulation de la vie sur l’estran. Voici quelques explications pour mieux comprendre le phénomène.

Les marées sont un phénomène beaucoup plus complexe qu’on ne le pense généralement. Elles dépendent très fortement du lieu où on se trouve et contrairement aux idées reçues ne sont pas totalement périodiques : différences d’amplitudes à travers le monde (Baie de Fundy, marées de 16m ; Mer Noire, marées de 1m environ), différences aussi de périodicité (1 ou 2 marées par jour).
A travers cet article, nous allons découvrir l’origine des marées, expliquer le principe de modélisation des océans, nous interroger sur les variations du niveau des océans et proposer des ressources pour obtenir les coefficients et les horaires des marées.

Description théorique du phénomène de marées

Les marées sont en premier lieu une variation d’apparence cyclique de la hauteur d’eau. La plus grande responsable de ce phénomène est la lune et sa force d’attraction gravitationnelle qui s’applique en tous points de la Terre. Le soleil n’est responsable que dans une moindre mesure puisque la force qu’il induit ne représente que 45% de celle de la Lune.

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Force génératrice des marées comme résultante de la force d’inertie et de la force d’attraction gravitationnelle de la Lune. En réalité il faut ajouter la force d’attraction du soleil pour être plus complet (© Ostrea.org)

Force génératrice des marées

Le décalage des horaires des marées de 50min par jour s’explique par la mise en évidence de ces forces. En effet, ce décalage correspond à la différence entre les heures des passages successifs de la lune dans le plan méridien (à la verticale du lieu passant par les deux pôles).

La périodicité apparente de 14 à 15 jours et les correspondances avec les phases de la Lune des périodes de vives-eaux et de mortes-eaux sont des demi-lunaisons, elles correspondent aux conjonctions ou aux oppositions de la Lune et du Soleil.

La force génératrice des marées engendrée par la Lune est donc la différence entre la force centrifuge et la force d’attraction gravitationnelle de la Lune. Au centre de la Terre, cette force est nulle puisque la Lune et la Terre ne s’éloignent ni ne se rapprochent l’une de l’autre.

La force d’inertie est identique en tous points de la Terre.

La force d’attraction gravitationnelle varie avec l’inverse du carré de la distance entre les points considérés. A la surface de la Terre, la différence entre ces deux forces est non nulle. La force générée par un astre est donc maximale lorsque l’astre se trouve au zénith ou au nadir (opposé du zénith) et minimale lorsque l’astre se trouve à l’horizon.

Pour appréhender totalement le phénomène des marées, il suffit alors d’ajouter les deux résultantes des astres ayant les plus fortes interactions avec la Terre : la Lune et le Soleil. Les forces engendrées par les autres planètes pouvant être ignorées.

Autres facteurs qui influent l’amplitude des marées

Mais alors, me direz-vous, comment s’expliquent les grandes différences locales d’amplitude comme par exemple entre La Rochelle et La baie du Mont Saint-Michel ? En effet, les équations hydrodynamiques mises en place à partir de cette force génératrice n’expliquent pas et ne rendent pas compte de ces différences.

Théoriquement les masses d’eau devraient osciller avec la même période que la force génératrice (oscillations forcées). Mais la force génératrice des marées engendre des ondes qui se propagent inégalement en fonction du milieu, de la profondeur et de la température. Elles se renforcent donc ou s’atténuent selon les endroits.

A cela s’ajoute près des côtes un phénomène de rétention assimilable à une force de frottement avec le fond marin. Et, en milieu très peu profond, la marée elle-même influence la propagation de ces ondes à travers les variations de la hauteur d’eau. Les équations ne sont alors plus linéaires à cause de l’importance de la hauteur d’eau.

Il est aussi à signaler l’importance toute particulièrement pour l’ostréiculture, du facteur météorologique qui en plus des variations dans l’espace décrites ci-dessus introduisent des variations dans le temps et peuvent fausser les prévisions établies de longue date. Ainsi, lors de la tempête du 27 décembre 1999, la haute mer fut d’au moins 30 degrés supérieure aux prévisions, soit une surcôte de 3 m. Voir également l’article sur la surcôte de Xynthia pour mieux comprendre ces phénomènes.

Principe de la modélisation des courants

Principe de modélisation de la circulation océanique

Principe de modélisation de la circulation océanique (© Ostrea.org)

Afin de prévoir le plus finement possible les marées et les courants qu’elles génèrent, une méthode comparable à celle utilisée en météorologie est utilisée. L’océan est découpé en mailles (cf. schéma ci-contre). Ensuite en connaissant le volume de chaque maille, la différence de volume entre l’eau qui entre et l’eau qui sort donne la hauteur d’eau dans chacune des mailles (principe de conservation). Pour calculer cela on applique le principe fondamental de la dynamique avec :

  • Les forces de pressions dues aux différences de hauteur d’eau dans les mailles voisines.
  • Les forces de Coriolis (dues à la rotation de la Terre).
  • Les forces de freinage (rétention)

L’ensemble des mailles étant interdépendantes, le problème se résout de manière globale à l’aide de calculateur. La précision obtenue dépend de la précision des données de bathymétrie (mesure de la hauteur d’eau) et de la taille des mailles utilisées.

Nous avons vu que la précision des prévisions en matière de marées dépendait des mesures de bathymétrie. Mais ces mesures dépendent elles-même de la connaissance précise des marées. En fait, ce cercle vicieux résulte de la difficulté à définir un zéro absolu. L’autre problème qui se pose est la complexité du calcul qui demande l’aide de puissants calculateurs.

Variations du niveau des océans

La difficulté de cette question réside dans la quantification des nombreux facteurs qui interviennent. Les chiffres qui suivent doivent donc être pris comme des ordres de grandeurs plutôt que comme des vérités absolues.

Il faut savoir que la hausse du niveau des mers n’est pas une chose nouvelle puisque depuis la dernière glaciation, il y a 21000 ans, le niveau des océans a augmenté de 120 m. Cette hausse semble s’être ralentie ces 2000 dernières années (0,1mm) pour reprendre de plus belle il y a peu (1 mm par an).

Voici les différents facteurs intervenus dans l’élévation du niveau des mers au XX° siècle :

  • Recul des glaciers : 1 à 4 cm.
  • Fonte de la calotte glacière (Pôle Nord et Groenland) : 1 cm ; Antarctique : -2 à 0 cm.
  • Déglaciation entamée avec la fin de la période glacière : 5 cm.
  • Dilatation thermique des océans : 3 à 7 cm.
  • Fonte des pergélisols : 0,5 cm.
  • Activités humaines : -2,5 cm à +0,5 cm

D’où un bilan total de 10 à 20 cm.
On remarque que le réchauffement climatique est selon ce schéma le principal responsable de l’élévation du niveau des océans puisqu’il influe sur leur dilatation thermique et sur la fonte des glaciers. Une accentuation du réchauffement climatique peut donc faire craindre une hausse bien plus importante pour le XXI° siècle.

Obtenir les horaires et les coefficients des marées

En France, l’organisme officiel chargé de calculer les coefficients et les horaires des marées est le Shom (Service Hydrographique et Océanographique de la Marine) : voir les horaires et coefficients des marées à 7 jours.

Le Shom met aussi a disposition une page qui explique les marées : Page explicative du Shom.

Visitez aussi la page sur les marées de l’IMCEE (Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Ephémérides).

L’Ifremer (Institut Français de Recherche pour l’Exploitation de la MER) a fait de même avec un dossier d’explication sur les marées.

Il existe un logiciel gratuit pour calculer les marées, voici un lien direct chez télécharger.com : Marée dans le monde. Il existe aussi le logiciel payant shomar, édité par le SHOM.

Enfin, le site internet maree.info fait aussi ça très bien.

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