Marée - Définition

La baie de Fundy à marée haute	Au même endroit, à marée basse
Changement de marée (Vues à pleine mer et à basse mer) dans le Port de La Flotte sur l'Île de Ré

La marée est le mouvement montant (flux ou flot) puis descendant (reflux ou jusant) des eaux des mers et des océans causé par l'effet conjugué des forces de gravitation de la Lune et du Soleil. Lorsque les deux astres sont sensiblement dans le même axe, c'est-à-dire lors de la pleine lune et de la nouvelle lune, ceux-ci agissent de concert et les marées sont de plus grande amplitude (vives eaux) ; au contraire, lors du premier et du dernier quartiers, l'amplitude est plus faible (mortes eaux).

Selon l'endroit, le cycle du flux et du reflux peut avoir lieu une fois ou deux fois par jour. Les marées les plus faibles de l'année se produisent normalement aux solstices d'hiver et d'été, les plus fortes aux équinoxes.

Ce mouvement de marée n'est pas limité aux eaux, mais affecte toute la croûte terrestre, même s'il est dans ce cas plus difficile à percevoir. Plus généralement, les objets célestes sont l'objet de forces de marée à proximité d'autres corps.

Origine du phénomène

Le phénomène est dû à la déformation de la surface des océans par suite des attractions combinées des autres corps célestes. Ce mouvement peut même détruire l'astre qui le subit : si la force de marée l'emporte sur la force de gravitation de ses constituants, l'astre se désagrège (voir l'article limite de Roche).

Phénomène physique

Mécanisme des marées

L'attraction gravitationnelle étant inversement proportionnelle au carré de la distance, l'astre (principalement la Lune dans le cas de la Terre) attire plus fortement les masses (liquides et solides) proches. En particulier, le point le plus proche de la Lune est plus attiré que le point à l'opposé. Si l'on fait la moyenne des actions, on peut décomposer la force en chaque point de l'axe Terre-Lune en deux forces :

• une force d'attraction moyenne ,
• une force centripète (par rapport au barycentre Terre/Lune).

Il s'ensuit une déformation de la surface des mers, mais aussi des sols, qui diffère donc de ce qu'elle serait sans la présence de notre satellite et du soleil.

Pour la mer, on peut comparer cette déformation à une énorme vague qui serait de forme régulière si les fonds des océans " étaient réguliers et s'il n'y avait pas de côtes ".

Une explication historique très répandue ajoute que la Lune et la Terre tournent autour du centre d'inertie de l'ensemble Terre-Lune et cette rotation provoque une autre déformation, par force centrifuge, ce qui explique qu'il y ait deux marées par jour.

Une analyse du phénomène par la mécanique newtonienne détaillée ici montre qu'aucun effet centrifuge n'est nécessaire pour expliquer le phénomène. Cette interprétation résulte d'une difficulté à appréhender l'affaiblissement de la gravité terrestre aux points les plus proches et les plus éloignés de la lune provoquée par le champ de gravité décroissant du satellite.

Une description détaillée est donnée sur le site du SHOM :[(lien)].

Grandes marées

Le passage de la Lune au méridien du lieu (éventuellement avec un certain retard dans les oscillations forcées ; on appellera " méridien de marée " le méridien qui correspond à l'angle horaire de retard des marées) ou à opposition explique le cycle semi-diurne. La période de ce phénomène est de 0,517525050 jour (12 heures 25 minutes 14 secondes), moitié de la durée du jour lunaire moyen.

Plusieurs phénomènes astronomiques contribuent à la variation de l'amplitude des marées :

• La syzygie du Soleil et de la Lune (autrement dit, la nouvelle ou pleine lune). Cela se produit essentiellement lorsque la longitude du Soleil et de la Lune sont voisines ou voisines de l'opposition l'une de l'autre, soit deux fois par mois. Précisément, la période de ce phénomène est de 14,7652944 jours, moitié de la durée que l'on qualifie de mois synodique.
• Le passage du Soleil au nœud lunaire, c'est-à-dire le passage du Soleil dans le plan de l'orbite lunaire : celui-ci se produit deux fois par an (à la régression du nœud près), et détermine les " saisons à éclipse " (ce sont pendant celles-ci que les éclipses de soleil ou de lune se produisent). Les marées sont alors plus importantes en syzygie (voir le point précédent) en raison du meilleur alignement Terre-Lune-Soleil. La période précise est de 173,310038 jours, moitié de la durée que l'on qualifie d'année draconitique. Le passage du Soleil au nœud lunaire s'est par exemple produit le 25 janvier 2000, le 16 juillet 2000, le 5 janvier 2001, le 28 juin 2001 (plus précisément, ceci sont les dates de coïncidence des longitudes moyennes ; notamment, le calcul des anomalies est omis ; mais on reconnaît le voisinage de l'éclipse de lune du 9 janvier 2001 et de l'éclipse de soleil du 21 juin 2001). Comme on le constate, ces dates sont actuellement proches des solstices mais évoluent rapidement dans l'année au cours du temps.
• Le passage du Soleil dans le plan équatorial, qui se fait aux équinoxes, donc deux fois par an : à ce moment-là, le terme diurne s'annule dans le calcul des marées, et le terme semi-diurne est maximal. La période précise est de 182.621095 jours, la moitié d'une année tropique.
• Le passage de la Lune au périgée, moment auquel les forces de marée exercées par la Lune sont donc les plus importantes. À la différence du nœud lunaire, qui régresse sur l'écliptique, le périgée, lui, avance. Le temps entre deux passages de la Lune au périgée est le mois anomalistique, de 27,5545499 jours. Le calcul de la position du périgée lunaire est soumis à énormément de perturbations.
• Le passage de la Terre au périhélie, moment auquel les forces de marée exercées par le Soleil sont donc les plus importantes. Le périhélie terrestre progresse sur l'écliptique ; ceci dit, la majeure partie (environ 5/6) de cette progression est en réalité due à la régression (" précession ") de l'équinoxe par rapport aux étoiles fixes. Le temps séparant deux passages de la Terre au périhélie est l'année anomalistique de 365,259636 jours. Il se produit actuellement le 3 janvier de l'année.

Il est possible d'avoir des conjonctions assez bonnes entre tous ces phénomènes.

Les marées

Pour la Terre, seule la Lune et le Soleil ont des impacts significatifs, qui s'additionnent ou se contrarient selon les positions respectives de la Terre, de la Lune et du Soleil. En fait, la Lune est beaucoup plus proche de la Terre que le Soleil, mais a aussi une masse beaucoup plus petite, de telle sorte que leurs attractions sont d'ordres de grandeur comparables : celle du Soleil est environ la moitié de celle de la Lune. Les autres corps célestes sont trop éloignés pour que leur influence soit sensible.

Historiquement, Bernardin de St-Pierre avait persuadé l'Académie des sciences de l'époque que ce n'était pas la Lune mais la fonte (alternée avec le gel nocturne) des glaciers qui provoquait les marées. Poussant jusqu'au bout son raisonnement, la grande amplitude des marées d'équinoxe se justifiait par l'action conjuguée des glaciers arctiques et antarctiques. Dans l'antiquité, Platon pensait que les marées étaient provoquées par des oscillations de la Terre. Plus tard, Galilée, se basant sur les travaux de Copernic, décrit l'origine des marées comme résultant de la rotation de la Terre et de sa révolution autour du Soleil.

Le phénomène de marées est dû à la combinaison de l'attraction exercée par la lune et celle (plus faible) exercée par le Soleil sur la masse des océans. Cette attraction combinée est cependant perturbée ou même parfois contrariée par d'autres phénomènes physiques comme l'inertie des masses d'eau, la forme des côtes, les courants marins, la profondeur des mers, ou encore le sens du vent local.

Les courants marins 

La Terre se déplace au cours de sa circonvolution entre deux lignes de circonférence formant une couronne dont l'écartement est le diamètre de la Terre, environ 12 756 km. Ceci nous amène à constater que la circonférence intérieure est plus courte que l'extérieure. Cette différence se traduit par 80 150 km en 1 an soit environ 220 km par jour et un peu plus de 9 km/h qui correspond à la différence de vitesse de déplacement dans l'espace entre l'intérieur et extérieur de la couronne, soit la face midi et la face minuit de notre globe terrestre. Cette différence est à l’origine des courants marins à contresens de la rotation le long de l'équateur.

L’inertie 

C'est une force qui s'oppose au mouvement d'une masse que l'on veut déplacer (augmentation de vitesse) ou arrêter (diminution de vitesse). Quand la masse est importante, l'inertie est importante. C'est le cas de la masse d'eau de tous les océans du globe, qui tente de contrarier les mouvements auxquels elle est soumise par attraction combinée de la lune et du soleil.

Il y a généralement deux cycles de marée par jour (il y a des exceptions) dont les instants de haute mer et de basse mer varient avec la lune (attraction prépondérante).

La marée se manifeste essentiellement sur les côtes maritimes, où la mer monte ou se retire suivant un cycle lié, d'une part à la rotation de la Terre et à sa révolution autour du Soleil, d'autre part à la rotation de la Lune autour de la Terre. Ce cycle complet (marée basse et marée haute) dure environ 12 heures 25 minutes.

L'effet piston 

Lorsque les côtes se resserrent en entonnoir, comme dans le fond de certaines baies (baie du Mont-Saint-Michel, baie de Fundy, etc.) il y a amplification de la hauteur des marées qui peuvent dépasser 14 mètres entre les basses eaux et les hautes eaux. Il s'y produit aussi un retard horaire progressif comme en Manche de l'entrée à Dunkerque.

Les mers intérieures sont peu sujettes aux marées car les masses d'eau et les distances entre les côtes concernées sont beaucoup plus faibles que dans les océans. C'est notamment le cas de la Méditerranée, où l'étroitesse du détroit de Gibraltar empêche le passage de l'onde de marée.

Il faut noter que la terre subit aussi l'influence de la Lune, ou tout au moins des marées, les continents flottent sur un manteau de magma liquide et de ce fait se déplacent comme les océans. À Paris aux heures de marée haute on se trouve environ 30 centimètres plus haut qu'aux heures de marée basse.

Le marnage

Le marnage est, pour un jour donné et dans un intervalle pleine mer/ basse mer, la différence de hauteur d'eau entre le niveau de la pleine mer et celui de la basse mer (ex:marnage de 6,0 m). Le marnage varie continuellement. La zone alternativement couverte et découverte par la mer, limitée par ces deux niveaux lorsqu'ils sont à leur maximum, est appelée l'estran ou zone de marnage, ou encore " zone de balancement des marées "; on utilise aussi de plus en plus l'anglicisme zone intertidale.

Ne pas confondre avec l'amplitude qui est la différence de hauteur à mi-marée.

Coefficient de la marée

Il s'exprime en centièmes et varie de 20 à 120, et indique la force de la marée.

Les grandes marées ou marées de vive-eau se produisent lorsque la Lune et le Soleil se trouvent en conjonction ou opposition (appelée syzygie) par rapport à la Terre (situation de pleine ou de nouvelle lune); leurs forces d'attraction s'ajoutent. Les marées seront d'autant plus fortes que le plan de l'orbite lunaire sera voisin de celui de l'orbite terrestre, ce qui intervient aux équinoxes (21 mars et 21 septembre). Ce phénomène explique que les plus grandes marées (marées d'équinoxes) ont lieu lors de la première syzygie qui suit l'équinoxe.

Inversement, les marées sont faibles (marée de morte-eau) lorsque la Lune est à 90° de l'axe Soleil-Terre (situation de premier ou dernier quartier). De même, les plus faibles ont lieu aux alentours des solstices d'été et d'hiver (21 juin et 21 décembre)

C = 45 définit une morte-eau moyenne

C = 95 une vive-eau moyenne

C = 100 une vive-eau équinoxiale moyenne

C = 120 la plus forte marée possible

On notera que si U est, en un lieu donné, le demi marnage de la plus forte marée de vive-eau survenant après une syzygie équinoxiale moyenne (C = 100), alors la hauteur (h) de la haute mer d'une marée de coefficient (C) est :

h = (1,2 + C)U

de même la hauteur à la basse mer : h = (1,2 - C)U

Lieux de marées remarquables

• Au Canada la Baie d'Ungava a une amplitude de marée pouvant atteindre 17 ^[1] ou 20 mètres ^[2] et la Baie de Fundy jusqu'à 16 mètres. Ces baies sont les deux endroits où les marées les plus importantes au monde ont lieus. Selon les sources, on attribue à l'une ou à l'autre le record d'amplitude de la marée.
• Le Canal de Bristol (Grande-Bretagne) avec 15 mètres de marnage.
• Les plus fortes de France (jusqu'à 14 mètres de marnage) dans la baie du Mont Saint Michel, où il est traditionnellement dit que "la mer monte à la vitesse d'un cheval au galop".
• Le Saltstraumen en Norvège, remplissant un fjord de 400 millions de mètres cubes.
• Horizontal Falls en Australie-Occidentale, région des Kimberley (10 mètres de marnage environ).
• Pondichéry et certains ports du Viêt Nam où il n'y a qu'une seule marée par jour.

Les modèles de marées

Bibliographie

• Tout savoir sur les marées, Odile Guérin, Éditions Ouest-France, juin 2004, ISBN 2737335051