Escale 4 : Comment se forment les vagues et la houle ?

La géomorphologie

Depuis le littoral, les fonds s’organisent en un plateau continental, un talus continental, des plaines abyssales et des fosses océaniques.

Le plateau continental Il s’étire progressivement de la surface jusqu’à 200 mètres de profondeur environ. Sa limite inférieure est définie par le changement de pente.
Cet étage correspond à la zone de pénétration de la lumière et offre une très grande biodiversité.
Il est subdivisé en 4 étages.

Le talus continental

Le plateau continental présente un relief assez plat, une rupture de pente caractérise le début du talus continental qui plonge brutalement jusqu’à 3000 mètres de profondeur environ. Il représente l’étage bathyal. Le talus continental est fortement entaillé par des canyons sous marins.

La plaine abyssale
Le talus continental se termine vers 3000 mètres de profondeur. La pente s’infléchit et on se trouve alors dans les plaines abyssales appelées aussi étage abyssal qui s’étend jusqu’à 6000 mètres de profondeur.Cet étage présente un relief assez plat, marqué par un fort remplissage sédimentaire.

Les fosses océaniques
Les fosses océaniques (entre 6000 et 11000 mètres de profondeur) sont situées dans l’étage hadal. Elles sont formées par des zones de subduction où la croûte océanique s’enfonce sous un continent ou une autre croûte océanique. Cet enfoncement est associé à une forte activité sismique et volcanique.

Les vagues

Une vague est une onde mécanique qui se propage à l’interface entre la surface de l’eau et l’air.
Elle est caractérisée par sa longueur d'onde, son amplitude, sa période et sa célérité.

La longueur d’onde correspond à la distance entre deux vagues (crêtes) successives.
L’amplitude se calcule en divisant la hauteur de la vague (mesurée entre la crête et le creux) par deux.
La période représente l’intervalle de temps en secondes s’écoulant entre le passage de deux crêtes de vagues.
La célérité (ou vitesse de déplacement d’une vague) est le rapport de la longueur d’onde par la période.

Le vent est le facteur principal de la formation des vagues.
Un écoulement de type turbulent se forme dans les très basses couches atmosphériques. Ceci provoque des ondulations au niveau de la surface des océans qui sont d’autant plus importantes que le vent est fort.

Une très faible brise génère des rides éparses sur l’eau. Elles se déplacent plus lentement que le vent qui les a engendrées. Elles disparaissent très vite dès que le vent cesse.

A partir de 5 nœuds de vent, les vagues sont entretenues.
Dès que le vent souffle à plus de dix nœuds, le creux des vagues augmente plus vite que la longueur d’onde et la courbure de la crête augmente. La crête devient instable et bascule vers l’avant, des moutons se forment. Plus la vitesse du vent augmente, plus le nombre de moutons est important.

La zone où les vagues sont engendrées par le vent local est appelée la mer du vent. Dans cette zone, le vent n’est pas régulier en force et en direction (rafales), il provoque la formation de vagues de tailles différentes ; la mer est hachée.

Au fur et à mesure que les vagues s’éloignent de leur zone de génération (la mer du vent), elles se regroupent en fonction de leur énergie et de leur longueur d’onde et forment un train de vagues.
La célérité (vitesse de propagation) d’un train de vagues et l’énergie transportée par les vagues sont proportionnelles à la longueur d’onde et à la période.

Les vagues de courte période se déplacent moins vite, perdent leur énergie, s’amortissent puis disparaissent rapidement.
Les vagues à longue période se déplacent plus vite et peuvent parcourir de longues distances. Elles sont régulières et puissantes, elles forment un train de vagues appelé la houle. La houle se poursuit même si le vent cesse.

La hauteur des vagues dépend de la force du vent, de sa durée et de l’étendue sur laquelle il souffle avec une direction à peu près constante (fetch).
La hauteur des vagues, indiquée dans les bulletins météorologiques, se calcule à partir de la formule mathématique suivante :
H1/3 = N/3 ou H1/10 = N/10
H1/3 (ou H1/10) est appelé hauteur significative des vagues. Cette valeur correspond à l’amplitude moyenne des trois (N/3) ou des dix (N/10) plus hautes vagues observées en un lieu donné et à un moment précis.

Les vagues peuvent également résulter de l’action de différents paramètres tels que les ondes de marée ou les ondes sismiques.

La houle

La houle est une ondulation de la surface des océans relativement régulière en direction et en période.
Il n’y a pas de déplacement d’eau lors de ce mouvement ondulatoire car les vagues ne transportent que de l’énergie. L’eau se trouvant dans le creux d’une vague est soulevée vers l’arrière et effectue une rotation circulaire et retrouve ainsi sa position initiale. Ce phénomène peut être mis en évidence avec un objet flottant (bouchon en liège, bout de bois..), la houle va le ballotter mais ne le déplace pas.

La houle peut être observée en absence de vent car la houle vient du large et correspond en quelque sorte à une "vague fossile" formée il y a plusieurs jours.

Quand une dépression se forme, on peut prévoir à quel moment la houle va atteindre la côte. On calcule la vitesse de propagation du train de vagues. On tient compte de la vitesse de déplacement du groupe de vagues et non pas de la vitesse de déplacement de chaque vague qui le compose. En effet, une vague se formant à l’arrière d’un paquet va se déplacer deux fois plus vite en se creusant jusqu’à rattraper le milieu du groupe puis va s’amortir et disparaître à l’avant du paquet.

Le relief sous-marin a un impact sur la morphologie et la vitesse de déplacement de la houle. Dés que la profondeur est inférieure à la moitié de la longueur d’onde, les particules d’eau sont freinées par frottement avec le sol. La vitesse de propagation de la houle diminue mais la hauteur de la vague augmente jusqu’à atteindre sa courbure limite puis déferler (basculement de l’eau vers l’avant). La longueur d’onde diminue, seule la période reste constante.

La hauteur et la puissance des déferlantes sont fonction de la hauteur de la houle et de la pente du plateau continental.
Une houle de caractéristiques identiques (amplitude, longueur d’onde, période) ne va pas avoir le même comportement selon le type de côte qu’elle va aborder.

Dans le cas des atolls polynésiens, les fonds océaniques remontent brusquement (barrière de corail) ; l’onde est brusquement freinée, la houle va s’enfler et déferler avec violence sur la barrière de corail.

A l’inverse, quand le plateau continental s’étire en pente douce (le long des côtes tunisiennes par exemple) sur plusieurs kilomètres, la houle arrive amortie sur le rivage.

En 1917, Percy Douglas a établi une échelle de la houle :