Les marées océaniques

a. Gravitation et inertie.

Lorsque Newton33 découvre la loi universelle de la gravitation il comprend que si la pomme tombe de l'arbre alors que la Lune ne tombe pas sur la Terre, bien que toutes les deux soient attirés par la Terre, c'est parce que la Lune, tournant autour de la Terre, est soumise à une force centrifuge qui tend à la repousser.

De la même manière la Terre est à la fois attirée vers la Lune et repoussée. Les océans sont donc soumis à deux forces opposées :

 L’attraction gravitationnelle (Annexe3) Elle répond à la formule F : G.m1.m2/d²  La force centrifuge

Les marées sont la résultante de 3 interactions principales.

 L’attraction de la Lune

 L’attraction du Soleil

 La rotation de la Terre.

La Terre et la Lune s’attirent mutuellement, c’est l’attraction gravitationnelle. Cependant, le point de la Terre le plus éloigné de la Lune est moins attiré que le point de la Terre le plus proche de la Lune. Tout se passe alors comme si la Terre était étirée mais l’eau des océans se déforme plus que la Terre. Elle forme donc un bourrelet de part et d’autre de la Terre. Ce sont les marées statiques.

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Isaac Newton, mathématicien, physicien et astronome anglais, il établi les 3 lois universelles du mouvement et la très célèbre loi de la gravitation : 1643-1727

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L’effet du Soleil est identique mais la distance Terre - Soleil étant plus importante, elle exerce une force moins importante.

 Force de gravitation de la Lune sur la Terre (Annexe 3): F1= F lune/terre = Fterre/lune

= 6,67.10 -11 x 73,5.1021 x 5,98.1024 / (384.106)²

≈ 1,988.1020 N  Force de gravitation du Soleil sur la Terre :

F2 = Fsoleil/terre = Fterre/soleil

= 6,67.10-11 x 5,98.1024 x 2.1030 / (150.109)²

≈ 3,54.1022 N  F2/F1 = 3,54.1022

/ 1,988.1020≈ 177

Le Soleil a donc une force de gravitation sur la Terre 177 fois plus importante que celle de la Lune.

Cependant, c’est bien la Lune qui possède un rôle prépondérant dans les phénomènes de marées. En voici la démonstration.

Figure 7 : Forces d’attraction(OB) et d’inertie(OA) de la Lune sur les océans

L’interaction gravitationnelle, comme sus citée, répond à la formule F : G.m1.m2/d²

Soit FLune/Terre = G x Mlune x Mterre / d² concernant l’attraction de la Lune sur la Terre ou de la

Terre sur la Lune.

Dans le cas des océans, il nous suffit de remplacer la masse de la Terre par celle des océans (Annexe 3).

De plus, tous les objets sur Terre (ici, les océans) sont soumis à une force d’inertie opposée à cette force d’attraction et d’intensité égale à leur masse multipliée par G x Mlune / d².

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Les océans sont ainsi soumis à l’attraction de la Lune. Cependant la distance prise en compte dans le calcul de l’inertie n’est pas tout à fait égale à la distance entre le centre de la Terre et le centre de gravité de l’astre contrairement au calcul de l’attraction. En effet, pour un objet situé au point A, la force d’inertie est supérieure à l’attraction, la distance de cet objet au centre de gravité de la Lune étant d+r, d étant la distance du centre de la Terre au centre de gravité de la Lune et r étant le rayon de la Terre. La résultante des deux forces sera alors une force tendant à éloigner l’objet de la Lune dont l’intensité est donnée par la différence entre l’inertie et l’attraction :

[G.Mlune.Mobjet / d²] – [G.Mlune.Mobjet / (d+r)²] ≈ G.2r.Mlune.Mobjet / d3 (Annexe 4)

De même, pour un objet situé au point B, l’attraction sera supérieure à l’inertie, la distance se trouvant alors être d-r. La résultante des deux forces tendra alors à rapprocher l’objet de la Lune, dont l’intensité est donnée par la différence entre l’attraction et l’inertie :

[G.Mlune.Mobjet / (d-r)²] - [G.Mlune.Mobjet / d²] ≈ G.2r.Mlune.Mobjet / d3

A partir de là, nous pouvons comparer l’influence de la Lune et celle du Soleil sur les océans (en remplaçant la masse de la Lune par celle du Soleil) :

Lune : 6,67.10-11 x (12 846.103 x 73,5.1021 x 1,40.1021) / (384.106)3≈ 1,55.1015 N Soleil : 6,67.10-11 x (12 846.103 x 2.1030 x 1,40.1021) / (150.109)3 ≈ 7,1.1014 N

Et 1,55.1015 / 7,1.1014≈ 2.2

La Lune a 2,2 fois plus d’influence sur les marées que le Soleil. En réalité, l’action de la Lune est, certes, toujours plus importante que celle du Soleil mais dans un rapport qui varie de 2 à 2,5 selon les positions de la Lune et de la Terre en fonction de l'excentricité de leurs orbites.

b. Applications

La marée océanique désigne le processus de variation des hauteurs d'eau des mers et océans, accompagné d'un mouvement montant (flux) puis descendant (reflux).

Le niveau le plus élevé atteint par la mer au cours d'un cycle de marée est appelé pleine mer (ou couramment « marée haute »). Par opposition, le niveau le plus bas se nomme basse mer (ou « marée basse »).

Selon l'endroit de la Terre, le cycle du flux et du reflux peut avoir lieu une fois ou deux fois par jour ou encore être de type mixte. Lors de la Pleine Lune et de la Nouvelle Lune, c'est-à- dire lorsque la Terre, la Lune et le Soleil sont sensiblement dans le même axe, on parle alors de position de Syzygie, ces derniers agissent de concert et les marées sont de plus grande amplitude, ce sont les marées de vives eaux. Au contraire, lors du premier et du dernier

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quartier lorsque les trois astres sont dits en position de Quadrature, l'amplitude est plus faible car leurs effets se contrecarrent. Ce sont les marées de mortes eaux.

Figure 8 : Mécanisme des marées

Rappelons que le jour lunaire est de 24h49min. Ce décalage quotidien induit que les marées hautes se produisent toutes les 12h24 et non pas toutes les 12h. D'une journée à l'autre, la marée haute "du matin" (ou "du soir") retarde donc de 49 minutes par rapport à la marée équivalente de la veille.

Toute cette mécanique est perturbée par la rotation de la Terre. Cette rotation a pour effet principal de décaler dans le temps et l’espace l’arrivée des marées.

Ainsi se forme à la surface des océans des ondes de marées de plus ou moins grande amplitude. Les courants, la profondeur et la forme des côtes influencent fortement ces ondes. C’est ce qui explique que par endroit il y a deux marées par jour alors qu’ailleurs il n’y en a qu’une. [16]