TPE: Pourquoi les vagues ne sont-elles pas identiques malgré leur origine commune ?

« celles se propageant sous forme de houle et proviennent de systèmes dépressionnaires situés à plusieurs milliers de kilomètres des côtes ou elles arrivent.

Ainsi,contrairement à certaines idées reçues, les vagues ne sont pas l'œuvre du va et vient des marées lunaires mais bien de l'action du vent sur une surface plus ou moinsplane.

Le vent est un mouvement de l'atmosphère et correspond à des mouvements de masses d'air.

L'air est plus chaud aux basses latitudes (zone équatoriale), et plusfroid aux hautes latitudes (zones polaires) ; la différence de pression engendrée dans toute l'atmosphère entraîne des mouvements des masses d'air entre ces zones, cequi crée ce que l'on appelle le vent.

C'est pour cela que sous nos latitudes, l'équilibre atmosphérique est très fragile où l'on observe une zone de transition entre lesmasses d'air froid polaire et d'air chaud tropical.

Ainsi, la rencontre des ces masses créée les dépressions qui sont à l'origine des vagues.

A la surface de l'eau, le ventse déplace de façon turbulente à la manière d'un fluide et provoque la formation du clapot dans une premier temps et ensuite des ondes, de petites amplitudes et delongueur d'onde différentes.

Ces ondes se déplacent donc dans le sens du vent qui exerce une force sur elles ; plus cette force sera élevée, plus les caractéristiques s'enverront changées et augmentées : c'est ce que l'on appelle le fetch. Schéma 2 Schéma 3 Schéma 2 : figure simplifiée de l'action d'une vent sur un plan d'eau.

Schéma 3 : vitesse du vent en fonction du fetch ; et conséquences sur l'état de la mer enfonction de la hauteur des vagues.

Il est à noter que le vent doit souffler à une vitesse d'au moins 4 nœuds pour permettre l'apparition d'une vague (1 nœud = 1,852km/h).

Mais le vent n'est pas un mouvement régulier mais agit par rafale provoquant ainsi des petites et grosses vagues ; ainsi un vent de 40 km/h soufflant sur 200km pendant 15 heures peut engendrer des creux de 2,5 mètres alors qu'ils seront de plus de 11 mètres si il souffle sur 400 km a 200 km/h.

La taille des vagues vadépendre alors de l'intensité du vent, de la distance sur laquelle il souffle mais aussi de la longueur du plan d'eau sur laquelle il s'exerce.

Seules les vagues ayantacquises une vitesse proche de celle du vent pourront continuer leur parcours et ainsi devenir de la houle se déplaçant grâce à l'énergie transmise préalablement parle vent.

Les autres déferleront en haute mer et forme ainsi les «moutons».

Finalement les houles vont se stabiliser et se propager tranquillement jusqu'à nos côtes.

Compte rendu d'une expérience modélisant l'action du vent : Durant nos heures encadrées de TPE, nous avons voulu modéliser l'action du vent pour vérifier parnous-même les affirmations des scientifiques.

Nous avons donc utilisé le matériel suivant : – un sèche cheveux avec différentes puissances – un récipient transparentque l'on a préalablement rempli d'eau C'est une expérience assez simple dans la préparation, mais elle permet de bien observer l'influence et les modifications sur unesurface plane que peu causer le vent.

Nous avons donc rempli le récipient d'eau à ras bord, et nous avons exercé la soufflerie du sèche cheveux dans le sens de lalongueur avec différents niveaux de puissance.

Nous avons fait des photos de profil et en hauteur pour pouvoir bien observer les mouvements de surface.

Nousobservons alors des oscillations de surface et nous pouvons alors conclure que les vagues naissent bien de l'action du vent (ici modélisé par la soufflerie du sèchecheveux).

En le mettant à la plus basse puissance, nous pouvons voir la création d'ondes assez propres se déplaçant jusqu'au bord opposé du récipient.

Mais plus onaugmente la puissance du souffle, plus les ondes deviennent turbulentes et se déplacent alors dans tous les sens donnant un mouvement assez chaotique.

Les ondessont dénaturées par le vent dont la vitesse est changeante, mais nous pensons qu'avec un récipient plus grand, les ondes se seraient stabilisées et n'auraient pas étéaussi turbulentes.

Nous avons donc pu démontrer théoriquement que les vagues sont bien le fruit de l'action du vent et avons modélisé à petite échelle ce qui se passeà l'échelle d'un océan. Photo 2 faible puissance photo 3 pleine puissance Le souffle vient de la gauche et ainsi les ondes se déplacent de gauche à droite à la surface. 3) Propagation des ondesLes vagues sont des ondes mécaniques transversales ayant besoin d'un milieu matériel pour se propager (ici l'eau).

Aussi, contrairement à ce que nous pensons, lesvagues sont un transport d'énergie et non de matière.

C'est pourquoi les baigneurs se trouvant au large des côtes sont justes ballotés et non ramenés par les vagues surla plage.

Nous allons étudier ici le mouvement des particules d'eau, puis nous nous intéresserons au phénomène de propagation des vagues. Commençons par le le mouvement des particulesLe mouvement des particules est un mouvement d'eau qui se propage à des vitesses plus ou moins élevées selon la profondeur.

Cela permet à la vague d'avancer,ainsi cette explication rentre dans la phénomène de propagation des ondes.

On peut étudier le mouvement de ces particules dans deux cas : celles en eauprofonde celles en eau peu profonde En eau profonde, lorsque la longueur d'onde est au moins deux fois plus faible que la profondeur, les particules sepropagent selon un cercle dont le diamètre diminue avec la profondeur.

En surface le diamètre est de l'ordre de l'amplitude de la vague.

En milieu d'océan, une houlede longueur d'onde de 100 mètres, accompagnée d'une profondeur de 1000 mètres correspond bien à ce cas précis.

Au large les trajectoires sont circulaires maiss'atténuent en profondeur. Schéma 4 : mouvement des particules en eau profonde En eau peu profonde, lorsque une vagues approche de la côte, les particules en surface ont toujours lamême trajectoire ; cependant elle s'aplatissent en ellipse avec la profondeur..

Proche du fond la trajectoire n'est plus un cercle fermé mais une sorte de boucle plate(schéma 5). Schéma 5 : mouvement des particules en eau peu profonde Maintenant que nous avons vu ce qui se passe lorsque une vague se déplace, nous allons voir commentphysiquement la vague peut-elle se déplacer grâce à sa propre énergie accumulée lors de sa formation. Passons maintenant au phénomène de propagation des vaguesLorsque le vent arrête de souffler, l'aspect de la surface de la mer devient de moins en moins chaotique.

Les vagues lancées depuis le centre de la dépression dans lesens du vent changent alors de statut.

La vague de vent (on parle de « mer du vent ») disparaît et fait ainsi apparaître la houle.

La houle quant à elle se propageselon un mécanisme mettant en action la vitesse et la pression.

Cette réaction a été découverte par le physicien Daniel Bernoulli au XVIIIème siècle (mécanique desfluides).

Le principe en est le suivant: « dans un fluide en écoulement, la vitesse et la pression varient en sens inverse.

» Analysons une vague à différentsinstants t, les différentes couleurs correspondent à différents niveaux de pression.

Nous remarquons qu'une augmentation de pression entraine l'apparition d'une «bosse » et cette pression est à l'origine d'une baisse de vitesse des particules d'eau.

Puis, la bosse s'étant déplacée, la pression est maximale à son sommet et décroît endescendant à droite.

La pression décroît, donc la vitesse augmente. Ces deux schémas mettent bien en évidence la théorie découverte par Bernoulli.

Ainsi les vagues se déplacent du milieu des océans jusqu'à nos côtes sans avoirbesoin d'aucune énergie extérieure.

La propagation de la houle est donc un mécanisme autonome et indépendant des éléments extérieurs.

Cela permet aux houles deparcourir de très grandes distances grâce à l'énergie accumulée auparavant.

Comme on peut le voir ci-dessous, en l'absence de courants et par grande profondeur(>300m), la houle se déplace en ligne droite sur les océans du globe.

Le schéma représente une houle de 18s de période arrivant en Californie (chaque couleurreprésente un jour).

C'est donc grâce à ce phénomène découvert par Bernoulli que les vagues se propagent continuellement sur tous les océans.. »