Travail réalisé en 2005-2006 par :
David VANDEVILLE ( 1°S5 ) Gaelle CHIVET ( 1°S5 ) et Dimitri TROUMELEN ( 1°S5 )
1)- Définition
La marée est la variation du niveau de la mer due à l'action gravitationnelle de la Lune et du Soleil, astres dont les mouvements peuvent être calculés avec précision sur des périodes de plusieurs centaines, voire de plusieurs milliers d'années.
En France, on associe un coefficient de maréeà l'amplitude de l'oscillation de la marée semi-diurne. Ce coefficient de marée présent dans de nombreux ouvrages est calculé par le port de Brest.
L’attraction lunaire est du à la force de la lune qui attire la mer, ce qui explique les marée. Si le soleil et la lune sont alignés avec la terre, c’est à ce moment que les marées sont les plus fortes. En revanche si la droite soleil-terre est perpendiculaire à la droite lune terre les marée sont les plus basses.
2) - Cause de la marée
Les marées hydrographiques sont le résultat de l'application de deux forces sur la Terre : Une force d'attraction gravitationnelle d'une part, exercée par un astre comme la Lune ou le Soleil. Cette force est plus intense si l'astre en question est proche de la Terre et sa masse importante. Une force centrifuge d'autre part, liéeà la rotation de la Terre sur son orbite, et qui s'exerce de manière identique en tout point du globe.
Forces en présence dans le phénomène des marées.
La rotation de la Terre
Les marées sont aussi dues à la orce centrifuge : cette force est identique en tout point de la Terre car elle ne dépend pas de la distance. Elle est due au mouvement de la Terre sur son orbite autour du centre de gravité du système Terre astre (soleil, lune).
Sur ce schéma, on voit que la force centrifuge due à la rotation de la Terre augmente la hauteur des eaux qui sont le plus loin de la Lune (au nadir) et baissent celles qui sont aux antipodes (au zénith).
Si l'on considérait la surface de la Terre comme parfaitement sphérique et recouverte d'eau, elle prendrait alors la forme d’un ellipsoïde dont l'axe serait dirigé vers l'astre générant la marée. On observerait alors des marées dont les pleines et basses mers auraient lieu deux fois par jour et toujours à la même heure.
On appelle cette situation la marée statique. Pourtant, cette marée idéale n'est jamais obtenue. En effet les masses présentes d'eau déplacées lors des marées conservent une certaine inertie, et la surface de la Terre nombreux obstacles aux océans, comme des talus continentaux, ou des variations de profondeur.
Les marées s'en trouvent alors accélérées ou au contraire freinées, et l'on observe ainsi, au fil des marées, des différences de marnage et de fréquence selon les régions.
Décalage des horaires de marées en Manche
Les Forces en présence
La Pesanteur :
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Si la terre était une planète immobile et isolée dans l'univers la seule force que l'eau des océans subirait est celle de la pesanteur. La surface des océans prendrait alors l'aspect d'une sphère parfaite ! |
L'expression de la pesanteur est donnée
par le produit : P = M . g
avec P = Force de la pesanteur (exprimée en Newton)
M = masse
g = 9,8 m/s² = accélération de la pesanteur
Ordre de grandeur, pour une masse de 1 000 kg : P = 980 N
La Force d'Attraction :
La Terre n'étant pas isolée dans
l'espace elle subit la force d'attraction de tous les astres de l'Univers.
Son expression est donnée par : F = G . M . M' / D²
avec F = Force d'attraction (exprimée en Newton)
G = constante de gravitation universelle = 6,67 . 1011
M et M' les masses des 2 corps en présence
D = Distance entre les centres de gravité des 2 masses.
Différents types de marées
On distingue trois types fondamentaux de marées, classifiées selon leur période
Marée semi-diurne à irrégularité bi-mensuelle
C'est le cas des marées sur nos côtes atlantiques.
La période fondamentale est de 12 h 24 min (lunaire moyenne) et l'amplitude est modulée par une période de 14,5 j correspondant à une demi-lune.
Marée diurne à irrégularité mensuelle
Cette marée est observée en mer de Chine. La période fondamentale peut être solaire (24 h) ou lunaire (24 h 50 min). L'amplitude est modulée mensuellement.
Marée mixte
Il s'agit d'une combinaison des marées semi-diurne et diurne, modulées bi-mensuellement et mensuellement. C'est ce type de marée, aux lois de variation très compliquées, que l'on retrouve en Méditérannée. Chaque jour, on observe deux pleines mer et deux basses mer, mais dont les marnages sont différents.
Marées de vive-eau et morte-eau
Le phénomène des marées est généré par la Lune et le Soleil. Les actions de ces deux astres peuvent donc, en fonction de leurs positions relatives, s'ajouter, créant des marées plus importantes, ou se contrarier, créant alors des marées plus faibles. On parle alors de syzygies.
Les variations de hauteur d'eau sont conditionnées en priorité par les phases de la Lune :
Le Soleil, la Lune et la Terre sont alignés,les forces s'additionnent, les marées sont importantes.
Le Soleil, la Lune et la Terre forment un angle droit, les forces se contrarient, les marées sont faibles.Lorsque le marnage passe par un maximum, la marée est dite de vive-eau. Elle correspond aux phases de nouvelle et de pleine Lune appelées syzygies. Elle s'explique par les effets conjugués de la Lune et du Soleil.
A l'inverse, lorsque le marnage passe par un minimum, la marée est dite de morte-eau. La lune en est alors à ses premiers et derniers quartiers, appelés quadratures. En résumé, à chaque pleine Lune et à chaque nouvelle Lune, environ tous les quinze jours, les amplitudes de marées passent par un maximum. A chaque premier et dernier quartier, les amplitudes de marée passent par un minimum.
Vocabulaire
Position de la Lune et du Soleil quand leurs directions par rapport à la Terre forment un angle droit (terme général pour Premier Quartier et Dernier Quartier).
Syzygie
:
Position qu'occupe la Lune en conjonction ou en opposition avec le Soleil (terme général pour Nouvelle Lune et Pleine Lune).
Marnage
:
Différence de hauteur entre une basse mer et une pleine mer successives.
Pleine
mer (abréviation: PM) :
Niveau le plus élevé atteint par la mer au cours d'un cycle de marée.
Revif
:
Période durant laquelle l'amplitude de la marée augmente entre une morte-eau et une vive-eau.
Planche graduée servant à lire directement la hauteur de la marée par rapport au "zéro de l'échelle", situé de préférence au niveau du zéro hydrographique.
Basse
mer (abréviation BM) :
Niveau le plus bas atteint par la mer au cours d'un cycle de marée.
3)- Effets
Courant de marée
Généré par le phénomène des marées , il est à distinguer nettement de l'onde marée de part sa nature : contrairement à l'onde-marée , les courants de marée déplacent les eaux .Ils sont périodiques et se manifestent différemment au large et près des côtes . Au large ils sont giratoires et font le tour de l'horizon pendant une marée complète . Ils tournent , sous l'influence de la force de Coriolis , vers la droite dand l'hémisphère Nord et vers la gauche dans l'hémisphère Sud .La proximité des côtes transforme le courant giratoire en courant alternatif : il se propage dans une direction pendant la premiére moitié de la marée et dans la direction opposée pendant la seconde moitié . Le courant qui suit la marée montante est alors appelé courant de flot et celui qui accompagne la marée descendante le courant de jusant .
Etale
C’est l’intervalle de temps pendant lequel le niveau de la mer reste sensiblement stationnaire, on parle, selon le cas, d'étale de basse mer et d'étale de pleine mer.
Pleine mer/ basse mer
La pleine mer est le niveau le plus élevé atteint par la mer au cours d'un cycle de marée. La pleine mer est l’opposée de la basse mer qui est le niveau le plus bas atteint par la mer au cours d’un cycle.
La règle des 12ème
L'eau durant la marée ne monte et ne descends pas régulièrement:
Pendant la 1ère heure d’un douzième
Pendant la 2ème heure de 2 douzièmes
Pendant la 3ème heure de 3 douzièmes
Pendant la 4ème heure de 3 douzièmes
Pendant la 5ème heure de 2 douzièmes
Pendant la 6ème heure de 1 douzième
Soit au total 12 douzièmes ce qui correspond au marnage.
4)- L’énergie marémotrice
L'énergie des océans existe sous diverses formes : énergie marémotrice due à l'attraction de la lune, énergie des vagues, l'énergie thermique due à la différence de température entre la surface et les eaux profondes. Les deux dernières formes sont difficilement exploitables à des coûts économiquement raisonnables. Le potentiel technique réel d'énergie marémotrice est estimé à 500 000 GWh/an (en prenant en compte la disponibilité des installations due au cycle des marées). La faisabilité technique est démontrée, notamment grâce à la centrale marémotrice de la Rance (240 MW installés, 500 GWe.h sur un an).L'estuaire est barré par une digue capable de retenir un grand volume d'eau. Dans cette digue sont aménagés des vannes par lesquelles la marée montante remplit le bassin de retenue. Lorsque la marée a atteint son plus haut niveau, les vannes sont fermées. On attend alors que la mer a suffisamment baissé de façon à obtenir une certaine hauteur de chute entre le niveau de bassin et le niveau de la mer. La chute d'eau permettra de faire tourner la turbine entraînant un alternateur. Dans le cas du simple effet, la production d'électricité sera intermit-tente et suivra le rythme des marées et non le rythme des activités humaines.Pour des marées moyennes ou de mortes eaux, on utilise le cycle à simple effet.
Dans ce cas, il y a 5 transitions successives par marée :
1.Ouverture des 6 vannes : la marée montante remplit l'estuaire, il n'y a pas de production d'énergie.
2.Fermeture des vannes : couplage des groupes en pompe. L'énergie électrique prélevée sur le réseau EDF permet une surélévation du niveau de l'estuaire.
3.Arrêt des groupes
4.Démarrage des groupes en turbinage direct : l'énergie électrique est fournie au réseau, les mètres cubes d'eau pompés sous faible chute pendant la phase 2 sont cette fois turbinés sous une chute plus importante. Le gain en énergie produite est ainsi 2 fois supérieur à l'énergie absorbée lors du pompage.
5. Arrêt des groupes
