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

cc
PÉRIODE DE LA VAGUE, T (S)
0 20 10
1
6,7
1
5 4
0
1
0,05
10
0,10 0,15 0,20 0,25
FRÉQUENCE DES VAGUES, f, en CYCLES par SECONDE
FIG. 7.11 Spectres de vagues pour des mers entièrement levées
lorsque le vent atteint 10, 15 et 20 mis (soit environ 20, 30 et 40 kn respectivement).
La hauteur de pointe s'accroît proportionnellement au
carré de la vitesse du vent et se déplace vers les fréquences les plus
courtes (périodes plus longues) à mesure que le vent augmente. L'aire
sous chacune des courbes est proportionnelle à l'énergie totale de
toutes les ondes et s'accroît proportionnellement à la puissance cinq de
la vitesse du vent.
périodes); l'accroissement est supérieur pour les vagues
à faible fréquence. La période à densité d'énergie maximale
est plus ou moins liée à la vitesse du vent, U, par
l'équation suivante : Tde pointe = 0,787 U (s) si U est en
mis ou Tde pointe = 0,404 U (s) si U est en noeuds. Le
tableau 7.2 donne la période et la fréquence de pointe
tirées de ces formules pour des vents de diverses vitesses.
La période moyenne de la vague, T, (mesurée en chronométrant
une succession de crêtes de vagues qui
passent à la hauteur d'un point fixe) dans une mer
entièrement levée, est liée à la vitesse du vent par
l'équation suivante : T = 0,554 U(s) lorsque U est en
TABLEAU 7.2 Période de pointe (Tpointd et fréquence de pointe
(fpointe) dans le spectre de la vague en fonction de la vitesse du vent (U)
pour une mer entièrement levée. Chaque valeur est au milieu des
bandes de fréquences (ou périodes), où la plus grande partie de l'énergie
spectrale de la vague est concentrée. Tde pointe = 0,787 U = 1 If de
pointe °Ù fde est donné en cycles par seconde, cps.
pointe
Vitesse du vent
20 mis (40 kn)
T a pointe fde pointe
(mis) (kn) (s) (c1,$)
5 9,7 3,9 0,254
10 19,4 7,9 0,127
15 29,2 11,8 0,085
20 38,9 15,7 0,064
25 48,6 19,7 0,051
30 58,3 23,6 0,042
-123-
m/s ( 0,285 U si U est en noeuds). On peut utiliser la
période moyenne pour évaluer la longueur moyenne
d'une vague, 1, dans une mer entièrement levée, en utilisant
l'équation suivante :
T 3,41 T2 (pi)
= 1,04 72 (m)
où Test en secondes (voir le tableau 7.3). Les longueurs
d'ondes sont cependant beaucoup plus variables que les
périodes à cause de la présence de courtes vagues; les
longueurs d'ondes sont généralement beaucoup plus
courtes qu'on ne s'y attendrait en utilisant T.
TABLEAU 7.3 Période moyenne (T) et longueur d'onde moyenne (i)
en fonction de la vitesse du vent (U) pour une mer entièrement levée.
Les valeurs sont tirées des équations suivantes: T = 0,554 U (s) et L =
1,04 T 2 (m). Les distributions de longueurs d'ondes ne sont pas
connues; elles représentent donc une faible approximation des
conditions moyennes de la mer.
Vitesse du vent
(mis) (kn) (s) (m)
5
10
15
20
25
30
9,7
19,4
29,2
38,9
48,6
58,3
2,8
5,5
8,3
11,1
13,9
16,6
8
32
72
128
200
287
En plus de la variation de fréquence associée à une
mer qui s'enfle, il y a un accroissement rapide de
l'énergie totale du champ de vagues, représenté par les
aires successivement plus importantes sous les courbes
spectrales. Dans le cas d'une mer entièrement levée,
l'énergie totale, E„ est proportionnelle à la cinquième
puissance de la vitesse du vent; exprimée mathématiquement:
E, a U5 . L'accroissement d'un facteur de 2 de la
vitesse du vent, par exemple une vitesse qui passe de 10 à
20 mis, entraîne donc un accroissement d'un facteur de
32 de l'énergie contenue dans les vagues. Puisque E, est
proportionnelle au carré de la hauteur (H2), la hauteur
de la vague significative, dérivée à partir du spectre pour
un vent à course et à durée illimitées, est donnée par Hib
constante x U 5/2 ; une vitesse de vent double entraîne
un accroissement d'un facteur de 5,7 de la hauteur de la
vague significative. La constante est déterminée par des
données réelles sur le vent et les vagues. Une mer est dite
entièrement levée pour une vitesse de vent donnée
lorsque toutes les composantes possibles de l'onde du
spectre présentent la quantité d'énergie maximale. Les
mers de tempête accompagnées de vent supérieur à
environ 25 m/s (50 kn) atteignent rarement le stade de la
mer entièrement levée. En effet, même si la course est
suffisante, la durée de la tempête est généralement trop
faible pour permettre aux vagues d'atteindre un
déchaînement maximal. Il en est autrement dans l'océan
Austral qui encercle l'Antarctique, où les courses sont
longues et où les tempêtes, nombreuses et importantes,
se succèdent rapidement et ont donc un effet comparable
à celui d'une seule forte tempête de longue
durée. Cet effet est la cause des tempêtes bien connues
extrêmement violentes qui se manifestent en hiver au
large du cap Horn (56°S). En fait, les vents de
l'Antarctique peuvent être si violents que les capitaines