Quel est le contraire d'une marée printanière
Marée morte
Fichier:Marée basse soleil lune 90 degrés.png|Marée morte : Soleil et Lune à 90 degrés Fichier:Marée basse soleil lune 270 degrés.png|Marée morte : Soleil et Lune à 270 degrés
Les marées sont la montée et la baisse du niveau de la mer provoquées par les effets combinés des forces gravitationnelles exercées par la Lune et le Soleil et par la rotation de la Terre.
Les horaires et l'amplitude des marées à un endroit donné sont influencés par l'alignement du Soleil et de la Lune, par le modèle des marées dans les profondeurs océaniques, par les systèmes amphidromiques des océans, ainsi que par la forme du littoral et la bathymétrie proche des côtes ( voir Calendrier). Certains rivages connaissent une marée semi-diurne – deux marées hautes et basses presque égales chaque jour. D'autres endroits connaissent une marée diurne - une seule marée haute et basse chaque jour. Une « marée mixte » ; deux marées inégales par jour, ou une marée haute et une marée basse, sont également possibles.
Les marées varient sur des échelles de temps allant de quelques heures à plusieurs années en raison d'un certain nombre de facteurs. Pour effectuer des enregistrements précis, les marégraphes installés à des stations fixes mesurent le niveau de l'eau au fil du temps. Les jauges ignorent les variations causées par les vagues dont les périodes sont inférieures à quelques minutes. Ces données sont comparées au niveau de référence (ou donnée) habituellement appelé niveau moyen de la mer.
Bien que les marées soient généralement la principale source de fluctuations à court terme du niveau de la mer, le niveau de la mer est également soumis à des forces telles que les changements de vent et de pression barométrique, qui entraînent des ondes de tempête, en particulier dans les mers peu profondes et à proximité des côtes.
Les phénomènes de marée ne se limitent pas aux océans, mais peuvent se produire dans d’autres systèmes chaque fois qu’un champ gravitationnel variable dans le temps et dans l’espace est présent. Par exemple, la partie solide de la Terre est affectée par les marées, même si cela n’est pas aussi visible que les mouvements des marées.
Caractéristiques
Les changements de marée se déroulent selon les étapes suivantes :
* Le niveau de la mer monte pendant plusieurs heures, couvrant la zone intertidale ; marée montante.
* L'eau monte à son plus haut niveau, atteignant la marée haute.
* Le niveau de la mer baisse en plusieurs heures, révélant la zone intertidale ; marée descendante.
* L'eau cesse de tomber et atteint la marée basse.
Les marées produisent des courants oscillants appelés courants de marée. Le moment où le courant de marée cesse est appelé étale d’eau ou marée étale. La marée inverse alors sa direction et on dit qu’elle tourne. L’eau étale se produit généralement près des hautes eaux et des basses eaux. Mais il existe des endroits où les moments de marée basse diffèrent considérablement de ceux des hautes et basses eaux.
Les marées sont généralement semi-diurnes (deux hautes eaux et deux basses eaux chaque jour) ou diurnes (un cycle de marée par jour). Les deux hautes eaux d'un jour donné n'ont généralement pas la même hauteur (l'inégalité quotidienne) ; ce sont les hautes eaux les plus hautes et les hautes eaux les plus basses dans les tables des marées. De même, les deux basses eaux quotidiennes sont la basse mer la plus haute et la basse mer la plus basse. L'inégalité quotidienne n'est pas constante et est généralement faible lorsque la Lune est au-dessus de l'équateur.
Constituants de marée
Les constituants des marées sont le résultat net de multiples influences ayant un impact sur les changements de marée sur certaines périodes de temps. Les constituants principaux comprennent la rotation de la Terre, la position de la Lune et du Soleil par rapport à la Terre, l'altitude (élévation) de la Lune au-dessus de l'équateur terrestre et la bathymétrie. Les variations avec des périodes inférieures à une demi-journée sont appelées constituants harmoniques. À l’inverse, les cycles de jours, de mois ou d’années sont appelés constituants de longue période.
Les forces de marée affectent la Terre entière, mais le mouvement de la Terre solide n’est que de quelques centimètres. L'atmosphère est beaucoup plus fluide et compressible, de sorte que sa surface se déplace sur des kilomètres, dans le sens du niveau de contour d'une basse pression particulière dans l'atmosphère extérieure.
Constituant principal semi-diurne lunaire
Dans la plupart des endroits, le constituant le plus important est le « principal semi-diurne lunaire », également connu sous le nom de constituant de marée M2 (ou M2). Sa période est d'environ 12 heures et 25,2 minutes, soit exactement la moitié d'un jour lunaire de marée, ce qui est le temps moyen séparant un zénith lunaire du suivant, et donc le temps nécessaire à la Terre pour tourner une fois par rapport à la Lune. De simples horloges de marée suivent ce constituant. Le jour lunaire est plus long que le jour terrestre car la Lune tourne dans le même sens que la Terre. Ceci est analogue à l’aiguille des minutes d’une montre croisant l’aiguille des heures à 12h00 puis à nouveau vers 1h05½ (et non à 1h00).
La Lune tourne autour de la Terre dans la même direction que la Terre tourne sur son axe, il lui faut donc un peu plus d'une journée (environ 24 heures et 50 minutes) pour revenir au même endroit dans le ciel. Pendant ce temps, il est passé au-dessus (point culminant) une fois et sous les pieds une fois (à un angle horaire de 00h00 et 12h00 respectivement), donc dans de nombreux endroits, la période de forçage de marée la plus forte est celle mentionnée ci-dessus, environ 12 heures. et 25 minutes. Le moment de la marée la plus haute ne correspond pas nécessairement au moment où la Lune est la plus proche du zénith ou du nadir, mais la période de forçage détermine toujours le temps entre les marées hautes.
Parce que le champ gravitationnel créé par la Lune s’affaiblit avec la distance à la Lune, il exerce une force légèrement plus forte que la moyenne sur le côté de la Terre faisant face à la Lune et une force légèrement plus faible sur le côté opposé. La Lune a ainsi tendance à « étirer » légèrement la Terre le long de la ligne reliant les deux corps. La Terre solide se déforme un peu, mais l'eau des océans, étant fluide, est libre de se déplacer beaucoup plus en réponse à la force de marée, en particulier horizontalement. À mesure que la Terre tourne, l'ampleur et la direction de la force de marée en un point particulier de la surface de la Terre changent constamment ; bien que l’océan n’atteigne jamais l’équilibre – le fluide n’a jamais le temps de « rattraper » l’état qu’il atteindrait si la force de marée était constante – le changement de force de marée provoque néanmoins des changements rythmiques dans la hauteur de la surface de la mer.
Différences de portée semi-diurne
Lorsqu'il y a chaque jour deux marées hautes avec des hauteurs différentes (et deux marées basses également de hauteurs différentes), le modèle est appelé marée mixte semi-diurne.
Variation de gamme : sources et mortes-eaux
L'amplitude semi-diurne (la différence de hauteur entre les hautes et les basses eaux sur environ une demi-journée) varie selon un cycle de deux semaines. Environ deux fois par mois, autour de la nouvelle lune et de la pleine lune, lorsque le Soleil, la Lune et la Terre forment une ligne (une condition connue sous le nom de syzygie), la force de marée due au Soleil renforce celle due à la Lune. L'amplitude de la marée est alors maximale ; c'est ce qu'on appelle la marée de printemps. Il ne porte pas le nom de la saison, mais, comme ce mot, dérive du sens « sauter, jaillir, s'élever », comme dans une source naturelle.
Lorsque la Lune est au premier ou au troisième quartier, le Soleil et la Lune sont séparés de 90° vus de la Terre, et la force de marée solaire annule partiellement celle de la Lune. À ces moments du cycle lunaire, l'amplitude des marées est à son minimum ; c'est ce qu'on appelle la marée morte, ou les mortes-eaux. Neap est un mot anglo-saxon signifiant « sans le pouvoir », comme dans forđganges nip (aller sans le pouvoir).
Les marées de vive-eau se traduisent par des eaux hautes supérieures à la moyenne, des eaux basses inférieures à la moyenne, des périodes d'étale plus courtes que la moyenne et des courants de marée plus forts que la moyenne. Les mortes-eaux entraînent des conditions de marée moins extrêmes. Il y a un intervalle d'environ sept jours entre les printemps et les mortes-eaux.
Fichier:Marée haute soleil lune du même côté début.png|Marée de printemps : Soleil et Lune du même côté (zéro degré)
Fichier:Marée basse soleil lune 90 degrés.png|Marée morte : Soleil et Lune à 90 degrés
Fichier:Marée haute soleil lune côté opposé.png|Marée de printemps : Soleil et Lune sur les côtés opposés
Fichier:Marée basse soleil lune 270 degrés.png|Marée morte : Soleil et Lune à 270 degrés
Fichier:Marée haute soleil lune même côté fin.png|Marée de printemps : Soleil et Lune du même côté (fin de cycle)
Altitude lunaire
La distance changeante séparant la Lune et la Terre affecte également les hauteurs de marée. Lorsque la Lune est la plus proche, au périgée, la portée augmente, et lorsqu'elle est à l'apogée, la portée diminue. À chaque lunaison (les cycles complets de la pleine lune à la nouvelle à la pleine), le périgée coïncide avec une nouvelle ou une pleine lune, provoquant des marées printanières périgées avec la plus grande amplitude de marée. Même à son niveau le plus puissant, cette force reste faible, provoquant des différences de marée de quelques centimètres au maximum.
Bathymétrie
La forme du littoral et du fond de l'océan modifie la façon dont les marées se propagent. Il n'existe donc pas de règle générale simple permettant de prédire l'heure des hautes eaux à partir de la position de la Lune dans le ciel. Les caractéristiques côtières telles que la bathymétrie sous-marine et la forme du littoral signifient que les caractéristiques de chaque emplacement affectent la prévision des marées ; la durée et la hauteur réelles des hautes eaux peuvent différer des prévisions du modèle en raison des effets de la morphologie côtière sur le débit de marée. Cependant, pour un endroit donné, la relation entre l'altitude lunaire et l'heure de la marée haute ou basse (l'intervalle lunitidal) est relativement constante et prévisible, tout comme l'heure de la marée haute ou basse par rapport à d'autres points de la même côte. Par exemple, la marée haute à Norfolk, en Virginie, aux États-Unis, se produit de manière prévisible environ deux heures et demie avant que la Lune ne passe directement au-dessus de nous.
Les masses terrestres et les bassins océaniques agissent comme des barrières contre l’eau se déplaçant librement autour du globe, et leurs formes et tailles variées affectent la taille des fréquences de marée. En conséquence, les régimes de marée varient. Par exemple, aux États-Unis, la côte Est a des marées principalement semi-diurnes, tout comme les côtes atlantiques de l'Europe, tandis que la côte Ouest a principalement des marées mixtes. National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) National Ocean Service (section Éducation), [http://oceanservice.noaa.gov/education/kits/tides/media/supp_tide07b.html carte montrant la répartition mondiale des régimes de marée], semi-diurne , diurne et semi-diurne mixte.
Autres constituants
Ceux-ci incluent les effets gravitationnels solaires, l'obliquité (inclinaison) de l'équateur terrestre et de l'axe de rotation, l'inclinaison du plan de l'orbite lunaire et la forme elliptique de l'orbite terrestre du soleil.
Une marée composée (ou marée haute) résulte de l’interaction en eaux peu profondes de ses deux vagues parentales.
Phase et amplitude
Étant donné que la composante de marée M2 domine dans la plupart des endroits, le stade ou la phase d'une marée, indiqué par le temps en heures après la haute mer, est un concept utile. Le niveau de marée est également mesuré en degrés, avec 360° par cycle de marée. Les lignes de phase de marée constante sont appelées lignes cotidales, qui sont analogues aux courbes de niveau d'altitude constante sur les cartes topographiques. Les hautes eaux sont atteintes simultanément le long des lignes de marée s'étendant de la côte jusqu'à l'océan, et les lignes de marée (et donc les phases de marée) avancent le long de la côte. Les constituants semi-diurnes et de phase longue sont mesurés à partir des hautes eaux, diurnes à partir de la marée de crue maximale. Ceci et la discussion qui suit ne sont précisément vrais que pour un seul constituant de marée.
Pour un océan en forme de bassin circulaire entouré d'un littoral, les lignes cotidales pointent radialement vers l'intérieur et doivent éventuellement se rejoindre en un point commun, le point amphidromique. Le point amphidromique est à la fois cotidal avec des eaux hautes et basses, ce qui est satisfait par un mouvement de marée nul. (La rare exception se produit lorsque la marée encercle une île, comme c'est le cas autour de la Nouvelle-Zélande, de l'Islande et de Madagascar.) Le mouvement des marées diminue généralement l'éloignement des côtes continentales, de sorte que les lignes cotidales traversent des contours d'amplitude constante (la moitié de la distance entre hautes et basses eaux) qui diminuent jusqu'à zéro au point amphidromique. Pour une marée semi-diurne, le point amphidromique peut être considéré à peu près comme le centre d'un cadran d'horloge, avec l'aiguille des heures pointant dans la direction de la ligne cotidale des hautes eaux, qui est directement en face de la ligne cotidale des basses eaux. Les hautes eaux tournent autour du point amphidromique une fois toutes les 12 heures dans la direction des lignes cotidales ascendantes et à l'opposé des lignes cotidales descendantes. Cette rotation s'effectue généralement dans le sens des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère sud et dans le sens inverse des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère nord, et est provoquée par l'effet Coriolis. La différence entre la phase cotidale et la phase d'une marée de référence est l'époque. La marée de référence est la « marée d'équilibre » constituante hypothétique sur une Terre sans terre, mesurée à 0° de longitude, le méridien de Greenwich.
Dans l'Atlantique Nord, comme les lignes cotidales circulent dans le sens inverse des aiguilles d'une montre autour du point amphidromique, la marée haute passe le port de New York environ une heure avant le port de Norfolk. Au sud du cap Hatteras, les forces de marée sont plus complexes et ne peuvent être prédites de manière fiable sur la base des lignes de marée de l'Atlantique Nord.
La physique
Histoire de la physique des marées
Les recherches sur la physique des marées ont joué un rôle important dans le développement précoce de l'héliocentrisme et de la mécanique céleste, l'existence de deux marées quotidiennes étant expliquée par la gravité de la Lune. Plus tard, les marées quotidiennes furent expliquées plus précisément par l'interaction de la gravité de la Lune et du Soleil.
Séleucus de Séleucie a théorisé vers 150 av. que les marées étaient causées par la Lune.
La compréhension médiévale des marées reposait principalement sur les travaux des astronomes musulmans, devenus disponibles grâce à la traduction latine à partir du XIIe siècle. Abu Ma'shar (mort vers 886), dans son Introductorium in astronomiam, a enseigné que les marées descendantes et montantes étaient causées par la lune (bien que plus tôt en Europe, Bede (mort en 736) ait également estimé que la lune était impliquée). Abu Ma'shar a discuté des effets des phases du vent et de la lune par rapport au soleil sur les marées. Au XIIe siècle, al-Bitruji (décédé vers 1204) a avancé l'idée que les marées étaient causées par la circulation générale des cieux.
Simon Stevin, dans son De spiegheling der Ebbenvloet de 1608, La théorie du flux et du reflux, a rejeté un grand nombre d'idées fausses qui existaient encore à propos du flux et du reflux. Stevin a plaidé pour l'idée que l'attraction de la Lune était responsable des marées et a parlé en termes clairs de reflux, de crue, de vive eau et de morte-eau, soulignant que des recherches supplémentaires étaient nécessaires.
En 1609, Johannes Kepler suggéra également à juste titre que la gravitation de la Lune était à l'origine des marées, sur la base d'observations et de corrélations anciennes. Il a été mentionné à l'origine dans le Tetrabiblos de Ptolémée comme provenant d'observations anciennes.
Galileo Galilei, dans son Dialogue de 1632 concernant les deux principaux systèmes mondiaux, dont le titre provisoire était Dialogue sur les marées, a donné une explication des marées. La théorie qui en résulte, cependant, était incorrecte car il attribuait les marées au ballottement de l'eau provoqué par le mouvement de la Terre autour du soleil. Il espérait fournir une preuve mécanique du mouvement de la Terre. La valeur de sa théorie des marées est contestée. Galilée a rejeté l'explication de Kepler sur les marées.
Isaac Newton (1642-1727) fut le premier à expliquer les marées comme le produit de l’attraction gravitationnelle de masses astronomiques. Son explication des marées (et de nombreux autres phénomènes) fut publiée dans les Principia (1687)
et a utilisé sa théorie de la gravitation universelle pour expliquer les attractions lunaires et solaires comme l'origine des forces génératrices de marée.
Newton et d'autres avant Pierre-Simon Laplace ont travaillé le problème du point de vue d'un système statique (théorie de l'équilibre), qui fournissait une approximation décrivant les marées qui se produiraient dans un océan non inertiel couvrant uniformément la Terre entière. La force génératrice de marée (ou son potentiel correspondant) est toujours pertinente pour la théorie des marées, mais comme quantité intermédiaire (fonction de forçage) plutôt que comme résultat final ; la théorie doit également prendre en compte la réponse dynamique accumulée des marées de la Terre aux forces appliquées, laquelle réponse est influencée par la profondeur de l'océan, la rotation de la Terre et d'autres facteurs.
En 1740, l'Académie Royale des Sciences de Paris décerne un prix au meilleur essai théorique sur les marées. Daniel Bernoulli, Leonhard Euler, Colin Maclaurin et Antoine Cavalleri se sont partagé le prix.
Maclaurin a utilisé la théorie de Newton pour montrer qu'une sphère lisse recouverte par un océan suffisamment profond sous la force de marée d'un seul corps déformant est un sphéroïde allongé (essentiellement un ovale tridimensionnel) dont le grand axe est dirigé vers le corps déformant. Maclaurin fut le premier à écrire sur les effets de la rotation de la Terre sur le mouvement. Euler s'est rendu compte que la composante horizontale de la force de marée (plus que la verticale) entraîne la marée. En 1744, Jean le Rond d'Alembert étudia les équations de marée pour l'atmosphère qui n'incluaient pas la rotation.
En 1770, la barque HMS Endeavour de James Cook s'échoua sur la Grande Barrière de Corail. Des tentatives ont été faites pour le renflouer à la marée suivante, qui ont échoué, mais la marée qui a suivi l'a soulevé facilement. Pendant qu'il était en réparation à l'embouchure de la rivière Endeavour, Cook a observé les marées pendant sept semaines. Aux marées creuses, les deux marées d'une journée étaient similaires, mais aux marées printanières, les marées montaient de 7 pieds le matin mais de 9 pieds le soir.
Pierre-Simon Laplace a formulé un système d'équations aux dérivées partielles reliant l'écoulement horizontal de l'océan à sa hauteur de surface, la première théorie dynamique majeure des marées. Les équations de marée de Laplace sont toujours utilisées aujourd'hui. William Thomson, 1er baron Kelvin, a réécrit les équations de Laplace en termes de tourbillon, ce qui a permis de trouver des solutions décrivant les ondes piégées côtières entraînées par les marées, connues sous le nom d'ondes de Kelvin.
D'autres, dont Kelvin et Henri Poincaré, ont développé la théorie de Laplace. Sur la base de ces développements et de la théorie lunaire d'EW Brown décrivant les mouvements de la Lune, Arthur Thomas Doodson développa et publia en 1921 le premier développement moderne du potentiel générateur de marée sous forme harmonique : Doodson distingua 388 fréquences de marée. Certaines de ses méthodes restent utilisées.
Les forces
La force de marée produite par un objet massif (Lune, ci-après) sur une petite particule située sur ou dans un corps étendu (Terre, ci-après) est la différence vectorielle entre la force gravitationnelle exercée par la Lune sur la particule et la force gravitationnelle qui serait exercé sur la particule si elle était située au centre de masse de la Terre.
La force gravitationnelle solaire sur la Terre est en moyenne 179 fois plus forte que celle de la Lune, mais comme le Soleil est en moyenne 389 fois plus éloigné de la Terre, son gradient de champ est plus faible. La force des marées solaires est 46 % plus grande que celle de la Lune. Plus précisément, l'accélération des marées lunaires (le long de l'axe Lune-Terre, à la surface de la Terre) est d'environ 1,1 × 10−7 g, tandis que l'accélération des marées solaires (le long de l'axe Soleil-Terre, à la surface de la Terre) est d'environ 0,52. × 10−7 g, où g est l'accélération gravitationnelle à la surface de la Terre. Vénus a l'effet le plus important parmi les autres planètes, soit 0,000113 fois l'effet solaire.
La surface de l'océan est étroitement approchée par une surface équipotentielle (en ignorant les courants océaniques) communément appelée géoïde. Puisque la force gravitationnelle est égale au gradient du potentiel, il n’y a pas de forces tangentielles sur une telle surface et la surface de l’océan est donc en équilibre gravitationnel. Considérons maintenant l’effet de corps externes massifs tels que la Lune et le Soleil. Ces corps ont de puissants champs gravitationnels qui diminuent avec la distance et modifient la forme d’une surface équipotentielle sur Terre. Cette déformation a une orientation spatiale fixe par rapport au corps d'influence. La rotation de la Terre par rapport à cette forme provoque le cycle quotidien des marées. Les forces gravitationnelles suivent une loi du carré inverse (la force est inversement proportionnelle au carré de la distance), mais les forces de marée sont inversement proportionnelles au cube de la distance. La surface de l'océan se déplace en raison de l'équipotentielle changeante des marées, augmentant lorsque le potentiel de marée est élevé, ce qui se produit sur les parties de la Terre les plus proches et les plus éloignées de la Lune. Lorsque l’équipotentielle des marées change, la surface de l’océan n’est plus alignée avec elle, donc la direction apparente de la verticale se déplace. La surface subit alors une pente descendante, dans la direction où l'équipotentielle a augmenté.
Les équations de marée de Laplace
Les profondeurs des océans sont bien inférieures à leur étendue horizontale. Ainsi, la réponse au forçage des marées peut être modélisée à l'aide des équations de marée de Laplace qui intègrent les caractéristiques suivantes :
# La vitesse verticale (ou radiale) est négligeable et il n'y a pas de cisaillement vertical : il s'agit d'un écoulement en nappe.
# Le forçage est uniquement horizontal (tangentiel).
# L'effet Coriolis apparaît comme une force d'inertie (fictive) agissant latéralement au sens d'écoulement et proportionnelle à la vitesse.
# Le taux de changement de la hauteur de la surface est proportionnel à la divergence négative de la vitesse multipliée par la profondeur. À mesure que la vitesse horizontale étire ou comprime l’océan sous forme de feuille, le volume s’amincit ou s’épaissit, respectivement.
Les conditions limites imposent un écoulement nul sur le littoral et un glissement libre au fond.
L'effet Coriolis (force d'inertie) oriente les flux se dirigeant vers l'équateur vers l'ouest et les flux s'éloignant de l'équateur vers l'est, permettant aux vagues piégées sur le littoral. Enfin, un terme de dissipation peut être ajouté, analogue à la viscosité.
Amplitude et temps de cycle
L'amplitude théorique des marées océaniques provoquées par la Lune est d'environ 54 cm au point le plus haut, ce qui correspond à l'amplitude qui serait atteinte si l'océan possédait une profondeur uniforme, s'il n'y avait pas de masses continentales et que la Terre tournait au rythme de la lune. l'orbite de la lune. Le soleil provoque également des marées dont l'amplitude théorique est d'environ 25 cm (46 % de celle de la lune) avec un temps de cycle de 12 heures. A marée vive, les deux effets s'additionnent pour atteindre un niveau théorique de 79 cm, tandis qu'à marée basse, le niveau théorique se réduit à 29 cm. Étant donné que les orbites de la Terre autour du Soleil et de la Lune autour de la Terre sont elliptiques, les amplitudes des marées changent quelque peu en raison des variations des distances Terre-Soleil et Terre-Lune. Cela provoque une variation de la force de marée et de l'amplitude théorique d'environ ±18 % pour la Lune et ±5 % pour le Soleil. Si le Soleil et la Lune étaient tous deux dans leurs positions les plus proches et alignés à la nouvelle Lune, l'amplitude théorique atteindrait 93 cm.
Les amplitudes réelles diffèrent considérablement, non seulement en raison des variations de profondeur et des obstacles continentaux, mais aussi parce que la propagation des vagues à travers l'océan a une période naturelle du même ordre de grandeur que la période de rotation : s'il n'y avait pas de masses terrestres, cela prendrait environ 30 heures pour qu'une onde de surface à grande longueur d'onde se propage le long de l'équateur à mi-chemin autour de la Terre (en comparaison, la lithosphère terrestre a une période naturelle d'environ 57 minutes). Les marées terrestres, qui élèvent et abaissent le fond de l'océan, et l'auto-attraction gravitationnelle de la marée sont à la fois importantes et compliquent encore davantage la réponse de l'océan aux forces de marée.
Dissipation
Les oscillations des marées terrestres introduisent une dissipation à un taux moyen d'environ 3,75 térawatts.
Environ 98 % de cette dissipation est due au mouvement des marées marines.
La dissipation se produit lorsque les écoulements de marée à l'échelle du bassin entraînent des écoulements à plus petite échelle qui subissent une dissipation turbulente. Cette traînée de marée crée un couple sur la Lune qui transfère progressivement le moment cinétique sur son orbite et une augmentation progressive de la séparation Terre-Lune. Le couple égal et opposé sur la Terre diminue en conséquence sa vitesse de rotation. Ainsi, au cours du temps géologique, la Lune s'éloigne de la Terre, vers /an, allongeant ainsi le jour terrestre.
La durée du jour a augmenté d'environ 2 heures au cours des 600 derniers millions d'années. En supposant (à titre d'approximation grossière) que le taux de décélération ait été constant, cela impliquerait qu'il y a 70 millions d'années, la durée du jour était de l'ordre de 1 % plus courte, avec environ 4 jours de plus par an.
Observation et prédiction
Histoire
Depuis l'Antiquité, l'observation et les discussions sur les marées sont devenues plus sophistiquées, marquant d'abord la récurrence quotidienne, puis la relation des marées avec le soleil et la lune. Pythéas s'est rendu dans les îles britanniques vers 325 avant JC et semble être le premier à avoir lié les marées de printemps à la phase de la lune.
Au IIe siècle avant JC, l'astronome babylonien Séleucus de Séleucie a décrit correctement le phénomène des marées afin d'étayer sa théorie héliocentrique. Il a émis à juste titre l'hypothèse que les marées étaient causées par la lune, même s'il pensait que l'interaction était médiée par le pneuma. Il a noté que les marées variaient en termes de temps et de force dans différentes parties du monde. Selon Strabon (1.1.9), Séleucus fut le premier à relier les marées à l'attraction lunaire, et que la hauteur des marées dépend de la position de la lune par rapport au soleil.
Le Naturalis Historia de Pline l'Ancien rassemble de nombreuses observations de marées, par exemple, les marées de printemps ont lieu quelques jours après (ou avant) la nouvelle et la pleine lune et sont les plus élevées autour des équinoxes, bien que Pline ait noté de nombreuses relations maintenant considérées comme fantaisistes. Dans sa Géographie, Strabon a décrit les marées dans le golfe Persique ayant leur plus grande amplitude lorsque la lune était la plus éloignée du plan de l'équateur. Tout cela malgré l’amplitude relativement faible des marées du bassin méditerranéen. (Les forts courants traversant le détroit d'Euripus et le détroit de Messine ont intrigué Aristote.) Philostrate a discuté des marées dans le cinquième livre de La vie d'Apollonios de Tyane. Philostrate mentionne la lune, mais attribue les marées aux « esprits ». En Europe, vers 730 après JC, le vénérable Bède a décrit comment la marée montante sur une côte des îles britanniques a coïncidé avec la marée descendante sur l'autre et a décrit la progression temporelle des hautes eaux le long de la côte de Northumbrie.
La première table des marées en Chine a été enregistrée en 1056 après JC, principalement pour les visiteurs souhaitant voir le célèbre mascaret de la rivière Qiantang. On pense que la première table des marées britannique connue est celle de John Wallingford, décédé abbé de St. Albans en 1213, sur la base de hautes eaux se produisant 48 minutes plus tard chaque jour et trois heures plus tôt à l'embouchure de la Tamise qu'en amont à Londres.
William Thomson (Lord Kelvin) a dirigé la première analyse harmonique systématique des enregistrements de marées à partir de 1867. Le principal résultat a été la construction d'une machine de prévision des marées utilisant un système de poulies pour additionner six fonctions temporelles harmoniques. Il a été « programmé » en réinitialisant les engrenages et les chaînes pour ajuster les phases et les amplitudes. Des machines similaires ont été utilisées jusque dans les années 1960.
Le premier enregistrement connu du niveau de la mer d'un cycle complet de printemps et de sieste a été réalisé en 1831 sur le Navy Dock dans l'estuaire de la Tamise. De nombreux grands ports disposaient de stations marégraphiques automatiques dès 1850.
William Whewell a cartographié pour la première fois les lignes cotidales se terminant par une carte presque globale en 1836. Afin de rendre ces cartes cohérentes, il a émis l'hypothèse de l'existence d'amphidromes où les lignes cotidales se rejoignent au milieu de l'océan. Ces points sans marée ont été confirmés par des mesures effectuées en 1840 par le capitaine Hewett, RN, à partir de sondages minutieux effectués dans la mer du Nord.
Horaire
Les forces de marée dues à la Lune et au Soleil génèrent de très longues vagues qui se déplacent tout autour de l'océan en suivant les trajectoires indiquées sur les cartes co-tidales. L'heure à laquelle la crête de la vague atteint un port donne alors l'heure des hautes eaux au port. Le temps mis par la vague pour parcourir l’océan signifie également qu’il existe un décalage entre les phases de la lune et leur effet sur la marée. Les printemps et les mortes-eaux dans la mer du Nord, par exemple, ont deux jours de retard sur la nouvelle/pleine lune et le premier/troisième quartier de lune. C'est ce qu'on appelle l'âge de la marée.
La bathymétrie océanique influence grandement l'heure exacte et la hauteur de la marée à un point côtier particulier. Il existe des cas extrêmes ; la baie de Fundy, sur la côte est du Canada, est souvent considérée comme ayant les marées les plus élevées du monde en raison de sa forme, de sa bathymétrie et de sa distance par rapport au bord du plateau continental. Des mesures effectuées en novembre 1998 à Burntcoat Head, dans la baie de Fundy, ont enregistré une portée maximale et une limite maximale prévue de 17 m.
Charles T. O'reilly, Ron Solvason et Christian Solomon. [http://www.bofep.org/PDFfiles/BoFEP6thProceedings.pdf "Résoudre les plus grandes marées du monde"], dans J.A Percy, A.J. Evans, P.G. Wells et S.J. Rolston (éditeurs) 2005 : The Changing Bay of Fundy-Beyond 400 Years, Actes du 6e atelier sur la baie de Fundy, Cornwallis, Nouvelle-Écosse, 29 septembre 2004 au 2 octobre 2004. Environnement Canada – Région de l'Atlantique, Rapport occasionnel no . 23. Dartmouth, Nouvelle-Écosse et Sackville, Nouveau-Brunswick.
Des mesures similaires effectuées en mars 2002 au bassin Leaf, dans la baie d'Ungava, dans le nord du Québec, ont donné des valeurs similaires (en tenant compte des erreurs de mesure), une plage maximale et un extrême prévu le plus élevé de . La baie d'Ungava et la baie de Fundy se trouvent à des distances similaires du bord du plateau continental, mais la baie d'Ungava n'est libre de banquise que pendant environ quatre mois par an, tandis que la baie de Fundy gèle rarement.
Southampton, au Royaume-Uni, connaît une double crue causée par l'interaction entre les constituants de marée M2 et M4. Portland a des eaux doublement basses pour la même raison. La marée M4 se retrouve tout le long de la côte sud du Royaume-Uni, mais son effet est plus visible entre l'île de Wight et Portland car la marée M2 est la plus basse dans cette région.
Étant donné que les modes d'oscillation de la mer Méditerranée et de la mer Baltique ne coïncident avec aucune période de forçage astronomique significative, les plus grandes marées sont proches de leurs connexions étroites avec l'océan Atlantique. Des marées extrêmement faibles se produisent également pour la même raison dans le golfe du Mexique et la mer du Japon. Ailleurs, comme le long de la côte sud de l'Australie, les marées basses peuvent être dues à la présence d'un amphidrome à proximité.
Analyse
La théorie de la gravitation d'Isaac Newton a d'abord permis d'expliquer pourquoi il y avait généralement deux marées par jour, et non une, et a offert l'espoir d'une compréhension détaillée. Bien qu'il puisse sembler que les marées puissent être prédites grâce à une connaissance suffisamment détaillée des forçages astronomiques instantanés, la marée réelle en un endroit donné est déterminée par les forces astronomiques accumulées sur plusieurs jours. Des résultats précis nécessitent une connaissance détaillée de la forme de tous les bassins océaniques : leur bathymétrie et la forme de leur littoral.
La procédure actuelle d'analyse des marées suit la méthode d'analyse harmonique introduite dans les années 1860 par William Thomson. Il est basé sur le principe selon lequel les théories astronomiques des mouvements du soleil et de la lune déterminent un grand nombre de fréquences composantes, et à chaque fréquence il existe une composante de force tendant à produire un mouvement de marée, mais qu'à chaque point d'intérêt sur le Sur Terre, les marées répondent à chaque fréquence avec une amplitude et une phase propres à cette localité. A chaque lieu d'intérêt, les hauteurs de marée sont donc mesurées pendant une période de temps suffisamment longue (généralement plus d'un an dans le cas d'un nouveau port non étudié auparavant) pour permettre de distinguer la réponse à chaque fréquence génératrice de marée significative. par analyse, et d'extraire les constantes de marée pour un nombre suffisant de composantes connues les plus fortes des forces de marée astronomiques pour permettre une prévision pratique des marées. Les hauteurs de marée devraient suivre la force de marée, avec une amplitude et un retard de phase constants pour chaque composante. Étant donné que les fréquences et les phases astronomiques peuvent être calculées avec certitude, la hauteur de la marée à d'autres moments peut alors être prédite une fois que la réponse aux composantes harmoniques des forces astronomiques génératrices de marée a été trouvée.
Les principaux modèles de marées sont
* la variation biquotidienne
* la différence entre la première et la deuxième marée d'un jour
* le cycle printemps-saint
* la variation annuelle
La marée astronomique la plus haute est la marée printanière du périgée lorsque le soleil et la lune sont les plus proches de la Terre.
Face à une fonction variant périodiquement, l'approche standard consiste à utiliser des séries de Fourier, une forme d'analyse qui utilise des fonctions sinusoïdales comme ensemble de base, ayant des fréquences qui sont zéro, une, deux, trois, etc. fois la fréquence d'une fonction particulière. cycle fondamental. Ces multiples sont appelés harmoniques de la fréquence fondamentale et le processus est appelé analyse harmonique. Si l’ensemble de base des fonctions sinusoïdales convient au comportement modélisé, relativement peu de termes harmoniques doivent être ajoutés. Les trajectoires orbitales sont presque circulaires, les variations sinusoïdales conviennent donc aux marées.
Pour l'analyse des hauteurs de marée, l'approche des séries de Fourier doit en pratique être plus élaborée que l'utilisation d'une seule fréquence et de ses harmoniques. Les modèles de marée sont décomposés en plusieurs sinusoïdes ayant de nombreuses fréquences fondamentales, correspondant (comme dans la théorie lunaire) à de nombreuses combinaisons différentes des mouvements de la Terre, de la Lune et des angles qui définissent la forme et l'emplacement de leurs orbites.
Pour les marées, l’analyse harmonique ne se limite donc pas aux harmoniques d’une seule fréquence. En d’autres termes, les harmonies sont des multiples de nombreuses fréquences fondamentales, et pas seulement de la fréquence fondamentale de l’approche plus simple des séries de Fourier. Leur représentation sous forme de série de Fourier ayant une seule fréquence fondamentale et ses multiples (entiers) nécessiterait de nombreux termes et serait sévèrement limitée dans la plage de temps pour laquelle je