Déferlement
Evolution des vagues en zone côtière |
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Déferlement |
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Sauf sur des plages très pentues (ou sur des falaises) les vagues déferlent
à l'approche des côtes. La forme que prend le déferlement
dépend du relief sous marin. Sur un fond en pente régulière
on distingue 3 grands type de déferlement :
Sur un même fond le type de déferlement peut changer
en fonction de la cambrure des vagues. Dans tous les cas l'essentiel de l'énergie
des vagues est dissipée et les îles, presqu'îles et brises-lames
sont autant d'écrans qui empêchent l'énergie des vagues
de se propager plus loin.
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Réfraction |
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Comme les rayons lumineux, les rayons
de la houle (lignes imaginaires perpendiculaires au crêtes des vagues
d'une houle monochromatique) sont déviés par les variations
de vitesse de la phase C dans l'espace. Ces variations de C peuvent
être causée par une variation de la profondeur, de la vitesse
du courant, ou encore, mais de manière plus faible, de l'amplitude
des vagues. Les rayons représentent la trajectoire la plus courte
possible, et comme C est plus faible par faible profonduer d'eau,
les hauts fonds agissent comme des lentilles convergentes, et les creux
ou canyons comme des lentilles divergentes.
Près des côtes la
propagation est influencée par les variations de profondeur. Il
s'agit du phénomène de réfraction, comme pour la
lumière traversant une lentille de verre. Ainsi un haut fond agit
comme une lentille convergente et concentre l'énergie des vagues
derrière lui, tandis qu'un trou a l'effet d'une lentille divergente.
Les variations de courant peuvent aussi provoquer une réfraction. Ci contre les rayons pour une houle
de 15 secondes au dessus du canyon de Scripps en Californie, où
a eu lieu la campagne NCEX en 2003. Les carrés figurent les positions
de bouées houlographes mises en place pendant l'expérience.
Un calcul avec un modèle représentant à la fois la
réfraction et la diffraction (le modèle NTUA) a été
fait par Rudy Magne pendant sa thèse (ci dessous, en couleurs).
On voit que les vitesses associées à la houle en surface
(qui correspondent à la forme de la surface) donnent les même
zones de focalisation de l'énergie de la houle sur les spots de
surf bien connus de Black's beach. Les différents modèles
que l'on peut utiliser pour représenter ces phénomènes
donnent à peu près tous les même résultats,
en très bon accord avec les observations de la campagne NCEX. Il
n'y a que derrière le canyon (bouées 32, 36 et 37) que l'effet
de la diffraction est important: la hauteur des vagues entre 34 et 36
est moins différente en réalité que ce que prédit
la seule réfraction: la diffraction à tendance à
diffuser l'energie vers les zones de plus faible amplitude. |
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Diffraction |
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Lorsque l'amplitude des vagues varie rapidement à l'échelle de la longueur d'onde, la forme des crêtes est modifiée par rapport à une situation de réfraction "normale" et les vagues ont tendance à se propager un peu plus vers les zones de faible amplitude. Voici un exemple d'un champ de houle de période 20 s et amplitude 1 m (donc de hauteur 2 m), se propageant de la gauche vers la droite et qui est partiellement bloquée par une île circulaire de 20 km de diamètre par 100 m de fond. La forme de la surface est modifiée par la présence de l'île et les vagues se propagent un peu dans la zone d'ombre. La hauteur des vagues est fortement réduite en aval de l'île, mais elle n'est pas nulle.
En pratique les effets de diffraction sont très faibles
sur une topographie naturelle car la profondeur varie de façon continue
et la réfraction est importante. De plus les interférence sont
annulées en moyenne pour un état de mer naturel (aléatoire
et non pas monochromatique).
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Frottement sur le fond |
Par petits fonds, une partie importante de l'énergie des vagues peut
être dissipée à cause du frottement sur le fond. Ce phénomène
a particulièrement été bien observé sur des fonds
sableux pendant la campagne SHOWEX.
avec une réduction de la hauteur des vagues pouvant atteindre un facteur
4. Cette forte dissipation est liée à la formation de rides de
sable par le mouvement oscillant induit par la houle près du fond. La
dissipation est encore plus importante sur des fonds vaseux en particulier dès
que la houle est assez forte pour liquéfier la vase. C'est un phénomène
bien connu du littoral de la Guyanne ou il n'y a quasiment pas de houle sur
la côte.
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Réflexion |
Parce que le fond n'est pas plat, les vagues sont partiellement réfléchies.
Ce phénomène a longtemps été négligé
dans la prévision des vagues. Toutefois les travaux de thèse de
Fabrice Ardhuin et de Rudy Magne montrent que ce phénomène peut
être important, en particulier pour la forme du spectre directionnel. La
réflexion près des plages est aussi un cause possible de la formation
naturelle de barres de sables multiples, qui peuvent jouer un rôle important
dans la protection du littoral.
