Océanographie de la côte de la Colombie-Britannique - Pêches et ...

Vent près de la — SWfaCe
VENT
---- -- ----HAUTE PRESSION
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- DIRECTION DE LA
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- DES VAGUES
mt; SE DÉPLAÇANT PLUS RAPIDEMENT QUE LA VAGUE
—1111.
HAUTEUR CRITIQUE
nÉpLAÇAnT PLUS LENTEMENT QUE
MRS'
LA yu
direction de la
propagation des --egovagues
_FAIBLE PRESSION
Fin. 7.1 Distribution de la pression effective près de la surface audessus
de vagues de vent croissantes selon la théorie de l'abritement de
Jeffreys. Le flux d'air se détache de la crête de la vague et crée un
contre-remous (ou région abritée) à faibles pression et vitesse sur la
pente au vent. Ce contre-remous ainsi que la région de haute pression
créée du côté au vent de la crête accroissent l'énergie et la hauteur de la
vague.
sur une surface plane. Bien plus, elle omettait un facteur
encore plus important : le vent à la surface de l'eau se
déplace beaucoup plus lentement que la vague et produit
donc une distribution de la pression légèrement différente
de celle prévue. Nous préciserons ce facteur, car il
est à la base de la théorie moderne de la production des
vagues. Afin d'y voir clair, il faut prendre en compte
que l'air qui touche la surface de l'eau doit se déplacer
exactement à la même vitesse que l'eau à cause du frottement
(fig. 7.2). S'il n'y a aucun courant, l'eau et l'air à
sa surface ne sont soumis à aucun mouvement net horizontal
lors du passage d'une vague. Les conditions
changent cependant au-dessus de l'eau. L'air s'y déplace
de plus en plus rapidement avec la distance de la surface
de l'eau pour atteindre, à 10 m, la vitesse que les météorologues
qualifient de « vitesse du vent ». À faible
distance de la surface de l'eau, distance généralement
inférieure à quelques centimètres, l'air et la vague se
Fin 7.2 Hauteur critique. Les forces de frottement amènent l'air en
contact avec la surface de la mer à se déplacer à la vitesse horizontale
de l'eau; les vitesses du vent près de la surface sont donc moindres que
celles de la vague. La hauteur critique marque la transition entre
l'endroit où la vitesse du vent est moindre que celle de la vague et l'endroit
où la vitesse du vent est plus importante que celle de la vague.
Cette hauteur perturbe la configuration de la pression au-dessus de la
vague, qui prend alors de l'énergie au vent. (Les flèches du haut montrent
la direction de l'air par rapport à un point fixe qui se déplace à la
crête de la vague.)
—116—
déplacent donc à la même vitesse; c'est ce qu'on appelle
la hauteur critique. Sous cette hauteur limite, l'air se
déplace plus lentement que la vague.
Après avoir fait une revue des diverses théories de la
production des vagues, Ursell (1956) conclut ainsi :
« ...l'état actuel des connaissances est largement insuffisant
». Sa critique a entraîné de nouvelles études.
Phillips (1957) a proposé une théorie de la production
des rides sur une mer plane. Il a montré comment les
diverses variations de la pression de l'air dans une rafale
peuvent agiter la surface de l'eau en se synchronisant
avec les rides ainsi formées. Malheureusement, ce
mécanisme n'explique pas la transformation des rides en
vagues plus grosses. Fait encore plus déconcertant, les
variations de pression nécessaires selon cette théorie
sont 100 fois plus importantes que celles qui sont
observées. Miles (1960), un autre Américain, a élaboré
une théorie qui complète celle de Phillips. Elle est
complexe et se base sur l'existence de la hauteur critique
dont nous venons de parler. Selon Miles, la structure de
l'écoulement d'air à cette hauteur critique détermine la
force exercée par le vent sur la surface de la mer. La
déformation de cet écoulement au-dessus des vagues
existantes produit une faible pression sur la face sous le
vent de la vague et une haute pression sur la face au vent;
c'est ainsi que de l'énergie est transmise aux vagues qui
croissent en fonction de la persistance et de la course du
vent. Prises ensemble, ces deux thèses récentes forment
la théorie de Miles-Phillips de la production des vagues.
Son nom de théorie classique montre bien la nouveauté
relative de l'étude de ce sujet.
Depuis 1960, on a tenté d'améliorer la théorie de
Miles-Phillips afin de la rendre plus conforme aux
résultats des expériences. Ces efforts ont généralement
été couronnés de succès limités, et le mécanisme de production
décrit par la théorie ne semble pas transférer
suffisamment d'énergie du vent aux vagues pour faire
croître celles-ci aussi rapidement que le montrent les
observations. De plus, la théorie ne peut expliquer pourquoi
un renversement soudain du vent anéantit complètement
les vagues, phénomène depuis longtemps
observé par les marins. Les scientifiques demeurent
donc un peu perplexes et peuvent tout au moins se livrer
à diverse conjectures. Par exemple, une explication
récente veut que ce soient les courants descendants associés
aux vents, et non les vents horizontaux, qui fournissent
de l'énergie aux vagues. C'est ainsi que se
forment les « pattes de chat », qui rident la surface lisse
de l'eau par temps calme. Un courant descendant transporté
par le vent pourrait descendre le long de la face
antérieure de la vague, puis souffler sur la face postérieure
de la vague adjacente (fig. 7.3). Ainsi, l'énergie
serait transférée du vent aux vagues par des courants
d'air descendants. Comme les courants descendants
locaux sont inhérents à la turbulence générale du vent,
leur nombre et leur force s'accroîtraient en fonction de
la vitesse moyenne du vent. La hauteur des vagues serait
donc déterminée par la force, la persistance et la course
du vent. L'affaissement de la vague se produirait après
un renversement du vent parce que les vents descendants
s'opposeraient naturellement à la production de vagues
par le vent précédent. Même s'il ne s'agit ici que de sup-