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Les marées sont la montée et la descente de la mer sur plusieurs mètres, deux fois par jour.
On explique ce phénomène par les attractions gravitationnelles de la Lune et du Soleil sur l’eau : ces deux astres tirent un peu l’eau vers eux, formant un bourrelet à la surface des océans.

Dans les faits, on observe deux bourrelets : un du côté de la Lune et un du côté opposé :



La vague du côté de la Lune est facilement expliquée : la Lune attire l’eau vers elle et ça fait un bourrelet. Mais pourquoi y a t-il aussi un bourrelet de l’autre côté ?

En fait, l’eau n’est pas la seule à être attirée et n’est pas non plus seulement attirée : elle est également éjectée (par les forces centrifuges de la rotation de la Terre) et la Terre est également attirée par la Lune.

La masse totale de la Terre est divisible en trois : l’eau du côté de la Lune, la Terre à proprement parler, et l’eau du côté opposé. L’ensemble de tout ça peut être nommé « le système terrestre », qui tourne sur lui-même en 24 heures.

Si on divise ce système en trois sous-systèmes, c’est parce que c’est ce qui se passe ici. La force de gravitation de la Lune diminue avec la distance à la Lune : l’eau proche de la Lune est donc très attirée, la Terre est normalement attirée et l’eau de l’autre côté est peu attirée :

les marées
L’eau du côté opposé à la Lune est donc plus faiblement attirée que la Terre en elle-même : c’est comme si la Terre était éloignée de cette massé d’eau.
On peut dire que ce n’est pas l’eau qui forme une vague à cet endroit là, mais que c’est tout le reste de la planète qui forme un creux partout ailleurs. Évidemment, dans le référentiel terrestre, c’est bien une vague qui se forme du côté opposé à la Lune.

De plus, les effets de la force centrifuge jouent aussi et accentuent les vagues là où elles sont les plus hautes en les rehaussant un peu plus. Aussi, sachez que les mers ne sont pas seules à être soumises aux marées, mais les terres également. Mais comme les continents sont plus rigides que l’eau, la déformation est moins grande (seulement de 40 cm, contre plusieurs mètres pour l’eau).

Le Soleil a le même effet que la Lune sur l’eau de la Terre. Le Soleil est évidemment beaucoup plus éloigné de la Terre que la Lune, mais sa masse bien plus importante compense l’éloignement.

Si l’actualité parle des très grandes marées en ce moment, c’est que nous sommes en présence de plusieurs phénomènes combinés, et tous seront à leur maximum le 21 mars prochain :

  • la Lune et le Soleil seront alignés avec la Terre : les forces de marées sont donc ajoutés « au mieux » ;
  • la Lune sera à son point le plus proche de la Terre sur son orbite (on parle de périgée) ;
  • l’équinoxe : ce jour là dans l’année, le Soleil est pile au dessus de l’équateur : l’axe Terre-Soleil forme donc un angle droit avec l’axe de rotation terrestre : ceci accentue les marées dans le sens où une plus grande partie de la planète (et donc des océans) est soumise à l’influence gravitationnelle du Soleil en période diurne ;
  • la Terre est actuellement assez proche du Soleil. Notre planète passe par le point le plus proche du Soleil (point nommé le périhélie). Ce passage a lieu tous les ans, en début d’année (le 3 janvier précisément).

Ces situations se produisent régulièrement (respectivement chaque mois, chaque mois, deux fois par an et chaque année), mais ils ne sont pas toujours combinés aussi bien : ceci n’arrive en effet qu’une fois tous les 18 ans, provoquant ces très grandes marrées.

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TD a dit :

À noter que l’eau n’est pas seulement attirée suivant l’axe des centres des astres, mais de manière plus complexe. Sur l’image suivante : http://www.aerospaceweb.org/question/astronomy/moon/tides.jpg, les flèches représentent l’accélération subie par l’au au point considéré.

L’année dernière, j’avais étudié les perturbations subies par les satellites en orbite autour de la Terre et l’accélération subie par les marées est modélisée par la formule suivante :

$$\vec{a}_{\text{Marées}}=\frac{GM}{R^3}\times r\left[3\times\frac{\vec R}{R}\times\cos\theta-\frac{\vec r}{r}\right]$$

$M$ est la masse de la Lune, $\vec R$ le vecteur entre le centre de la Lune et le centre de la Terre, $\vec r$ vecteur entre le centre de la Terre et le point considéré et $\theta$ l’angle que forment ces deux vecteurs.

Source : Bjørn Gjevik. Lectures on tides. Université du Svalbard. 26–30 sept. 2011. http://folk.uio.no/bjorng/tides_unis.pdf (visité le 15/04/2014).

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Le Hollandais Volant a dit :

@TD : Effectivement, l’effet « d’aplatissement » au pôles est dû ici au fait que la gravitation de la Lune sur la surface terrestre est plus forte sur l’axe Terre-Lune que sur les pôles (à cause de l’angle).

Au pôle nord par exemple, la Lune tire l’eau vers elle, ce qui est légèrement incliné vers le bas. Quand on revient en coordonnées dans le référentiel géocentrique, ça revient à supprimer la composante parallèle à l’axe Terre-Lune et il ne reste que la composante selon l’axe nord-sud de la Terre, dirigée vers le centre de la Terre. On voit ça très bien sur la figure 3 du PDF.

(PS : pour la formule, il n’était pas nécessaire d’échapper les antislashes. Un bug que je vais investiguer, en effet)

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juju a dit :
De plus, les effets de la force centrifuge jouent aussi. Elle est d’ailleurs accentuée du côté opposé à la Lune : la Terre tourne en réalité autour du barycentre Terre-Lune

Je crois que tu mélanges la rotation quotidienne de la terre autour de son axe avec la rotation du système Terre-Lune autour de son barycentre. La Lune et la Terre tournent autour de ce barycentre en 28 jours, ce n'est pas lié à la rotation de la Terre autour de son axe en 24 heures.

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Le Hollandais Volant a dit :

@TD : C’est l’établissement du port. C’est le délai entre le passage de la lune au dessus de nos têtes et l’arrivée de la vague elle-même.
Wiki indique environ 1/2 heure généralement et parfois plusieurs heures pour certaines zones.

Le délai est dit comme dû à des centaines de facteurs différents, dont la forme des fonds océaniques et des côtes, la vitesse de déplacement des vagues, etc.

Selon le wiki anglophone, la théorie qui explique les marrées prédit que l’eau monte dès que la lune passe au dessus. Le délai est purement dû à l’eau elle-même et aux côtes (le temps de monter et de la vague de se déplacer, la Lune a déjà changé de position dans le ciel).

Dans le cas idéal, il n’y aurait pas de retard.
(ou alors si un astre incroyablement massif est responsable de marées à une très grande distance avec des ondes gravitationnelles qui mettent du temps à arriver (qui ne sont pas des ondes de gravité — je ferais un article, c’est assez intéressant mais un peu compliqué : des ondes dans le champ gravitationnel et tout \o/), mais c’est une toute autre histoire…).

Par contre, sur ton image, le petit oméga me semble aller dans le mauvais sens : la vague est en retard sur la Lune, pas en avance. Ou alors je ne comprends pas tout.

@juju : tu as raison. Je vais éditer ça.

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alain a dit :

Les Grandes Marrées ça inspire ! On pourrait penser que le phénomène est bien connu du grand public et que la bonne explication est largement diffusée... mais il semble que non !
Avez-vous lu cet article :
http://webinet.cafe-sciences.org/articles/ce-qui-nous-fait-maree/
ainsi que la séries d'articles dont je donne les liens dans les commentaires de l'article ci-dessus.


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