Les vagues scélérates naissent des vagues aléatoires

Publié par Redbran le 15/09/2020 à 13:00
Source: CNRS INSIS
Véritables murs d'eau semblant sortir de nulle part, les vagues scélérates apparaissent soudainement et surpassent la hauteur de leurs voisines. Un modèle théorique existe et a déjà été reproduit en laboratoire, mais nécessite des conditions très spécifiques. Des chercheurs du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).), de l'École centrale de Nantes et des universités de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien,...) et de Lille ont montré expérimentalement qu'un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être...) de vagues aléatoires peut également provoquer la formation de vagues scélérates. Publiés dans la revue Physical Review Fluids, ces travaux élargissent les modèles précédemment disponibles.


Vue du canal de 150 m de l'École centrale de Nantes dans lequel la caractérisation des vagues scélérates a été rapportée.
© Éric Falcon

Craintes par les marins, les vagues scélérates sont des lames isolées qui apparaissent soudainement et sont bien plus hautes que la houle (La houle est un mouvement ondulatoire de la surface de la mer. C'est une oscillation sinusoïdale régulière qui est légèrement différente des vagues car la houle se déplace sur de grandes ditances contrairement...) environnante. Ce phénomène rare est de plus en plus souvent signalé grâce au développement de l'océanographie (L’océanographie (de « océan » et du grec γρ?φειν / gráphein, écrire) est l'étude des océans et des mers de la Terre. Les océanographes étudient un très grand nombre de sujets, incluant la...), ce qui pousse (Pousse est le nom donné à une course automobile illégale à la Réunion.) les chercheurs à essayer d'en comprendre l'origine. Dans les années 80, une solution d'une équation (En mathématiques, une équation est une égalité qui lie différentes quantités, généralement pour poser le problème de leur identité. Résoudre...) régissant la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) des vagues a été trouvée, appelée soliton Peregrine du nom de son découvreur. Cette vague (Une vague est un mouvement oscillatoire de la surface d'un océan, d'une mer ou d'un lac. Les vagues sont générées par le vent et ont une amplitude crête-à-crête allant de...) théorique, d'apparence normale, voit tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) d'un coup son amplitude (Dans cette simple équation d’onde :) augmenter d'un facteur trois et a été reproduite expérimentalement en déplaçant l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) à l'extrémité d'un canal d'une manière bien particulière. Des chercheurs de Paris, Nantes et Lille ont cependant montré que des vagues scélérates pouvaient également se former spontanément à partir de vagues aléatoires.

Pour cela, l'équipe a envoyé pendant cinq heures (L'heure est une unité de mesure  :) des vagues aléatoires dans un canal de 150 mètres de long, installé à l'École centrale de Nantes et principalement dédié au test de navires. Dans ces conditions, qui reproduisent ce que l'on peut observer lors de tempêtes en pleine mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.), des événements extrêmes tout à fait similaires aux solitons Peregrine sont alors apparus. Les chercheurs ont pu analyser quantitativement ces vagues scélérates et vérifier le modèle régissant leur création: la focalisation non linéaire. L'idée est que, en mélangeant de nombreuses vagues légèrement différentes, il se forme des ensembles localisés de quelques vagues, de plus en plus fins et grands, qui aboutissent au déclenchement d'évènements très violents pendant un court laps de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.). Et lorsque ces vagues se raidissent, c'est-à-dire que leur taille augmente, ces évènements extrêmes s'éloignent du soliton Peregrine, qui ne serait en fait qu'un cas particulier parmi un modèle plus large.

Ces travaux ont mobilisé des chercheurs issus de nombreuses spécialités, membres de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel...) Jean Le Rond ( Le mot rond caractérise et par abus de langage désigne un cercle ou une sphère. En argot, un rond c'est un sou. Une affaire rondement menée est une...) d'Alembert (CNRS/Sorbonne Université), du laboratoire Matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état...) et systèmes complexes (MSC (En France un MSc est un diplôme d’enseignement supérieur accrédité par la Conférence des grandes écoles.), CNRS/Université de Paris), du Laboratoire de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la...) en hydrodynamique, énergétique et environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec...) atmosphérique (LHEEA, CNRS/École Centrale de Nantes), du laboratoire de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) de l'École Normale Supérieure (LPENS, CNRS/PSL/ENS) et du laboratoire Physique des lasers, atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se...) et molécules (PhLAM, CNRS/Université de Lille).

Ces travaux ont été financés par le CNRS, l'Agence Nationale de la Recherche (ANR DYSTURB ANR-17-CE30-0004) et la Simons Foundation MPS-651463-Wave Turbulence (La turbulence désigne l'état d'un fluide, liquide ou gaz, dans lequel la vitesse présente en tout point un caractère...) (USA).

Références:
Emergence of Peregrine solitons in integrable turbulence for deep water gravity waves,
G. Michel, F. Bonnefoy, G. Ducrozet, G. Prabhudesai, A. Cazaubiel, F. Copie, A. Tikan, P. Suret, S. Randoux, and E. Falcon.
Physical Review Fluids (Rapid Communication) Vol. 5, p. 082801(R), août 2020.
https://doi.org/10.1103/PhysRevFluids.5.082801

Contacts:
- Communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou...) INSIS - insis.communication at cnrs.fr
- Eric Falcon - MSC - eric.falcon at u-paris.fr
- Guillaume (Guillaume est un prénom masculin d'origine germanique. Le nom vient de Wille, volonté et Helm, heaume, casque, protection.) Michel - Institut Jean Le Rond d'Alembert - guillaume.michel at upmc.fr
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