Manifestations physiques du Soliton
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Les tsunamis sont des vagues pouvant atteindre des vitesses de propagation extrêmement élevées et être à l’origine de lourds dégâts. Les trois-quarts de ces vagues se produisent dans l’océan Pacifique. La figure 1 montre un exemple de ce type de vagues.
Vue satellite d'un tsunami au Sri Lanka (http://www.futura-sciences.com/galerie_photos/showphoto.php/photo/380)
Un tsunami est une onde provoquée par un rapide mouvement d'un grand volume d'eau (océan ou mer) dû en général à un séisme ou un choc sous-marin de grande ampleur. Le déplacement d'eau se propage alors de proche en proche et crée un mouvement de grande longueur d'onde (généralement quelques centaines de kilomètres) et de grande période (quelques dizaines de minutes). Il peut atteindre une vitesse de 800 km/h quand le fond de l'océan est profond.
Certains tsunamis sont capables de se propager sur des distances de plusieurs milliers de kilomètres et d'atteindre l'ensemble des côtes d'un océan en moins d'une journée. Ces tsunamis de grande étendue sont généralement d'origine tectonique, car les glissements de terrain et les explosions volcaniques produisent généralement des ondes de plus courte longueur d'onde qui se dissipent rapidement.
En pleine mer, le tsunami est une onde à propagation elliptique : les particules d’eau sont animées d’un mouvement elliptique à son passage. La longueur d’onde d’un tsunami étant en général très supérieure à la profondeur de l’océan, le tsunami provoque une oscillation de l’eau aussi bien en surface qu’en profondeur. En conséquence, la quantité d’eau mise en mouvement par le passage d’un tsunami est largement supérieure à ce que produit une vague telle que la houle et donc, un tsunami transporte beaucoup plus d’énergie qu’une vague « classique ».
Un tsunami fait souvent beaucoup de dégâts comme le montre la figure 2. Ces dégâts dépendent principalement de l’élévation du niveau de l’eau et de la quantité d’eau déplacée à son passage et non pas de la hauteur ou de la vitesse. En effet, des vagues très hautes ne transportent pas beaucoup d’eau et n’auront pas la capacité de pénétrer dans les terres contrairement à des tsunamis d’une hauteur de un ou deux mètres qui peuvent déferler jusqu’à plusieurs centaines de mètres à l’intérieur des terres si le relief le permet.
Photo prise après le passage du tsunami du 26 décembre 2004 en Indonésie (Photographie de PETIT, J-P., (2004) http://www.jp-petit.com/Presse/tsunami.htm)
Les vagues scélérates sont des vagues océaniques soudaines, très hautes et très rares.
Contrairement aux tsunamis qui ne s’élèvent qu’à l’approche des côtes, les vagues scélérates sont des vagues solitaires dont la hauteur du creux à la crête est de deux fois et demi la hauteur des vagues moyennes. Leur hauteur peut atteindre trente mètres, c’est pour cela qu’elles sont souvent décrites par les marins comme un mur d’eau qui vient heurter le navire. On peut voir sur le relevé suivant (figure 3) une vague dont la hauteur atteint à peu près 20m alors que la hauteur des vagues environnantes est d’environ 4m.
figure 3 : Relevé de hauteur d’eau faites sur la plate-forme Draupner E en Mer du Nord le 1er Janvier 1995 à 15h20 ( http://www.anciensmeteos.info/histoi6.gif)
Ainsi elles sont dangereuses car elles surviennent au sein d’un état de mer plutôt modéré et qu’elles concentrent en elles une proportion inattendue de l’énergie qui aurait dû se trouver dispersée, débordant ainsi les précautions et les dimensionnements réalisés sur cette modération apparente. Les dégâts sur les navires les rencontrant peuvent s’avérer très importants.
Le mascaret est une vague due à une surélévation brutale du niveau de l’eau d’un fleuve ou d’un estuaire provoquée par l’onde de la marée montante lors d’une grande marée. Physiquement, elle provient d’un ralentissement de l’onde de marée à cause de la faible profondeur. Cette onde voit ses composantes s’empiler et peut alors se transformer en une vague visible et déferler.
Le mascaret est prévisible mais son amplitude ne l’est pas : elle dépend de la surcôte de marée due au vent, de la période d'étiage prononcé (l’étiage est la baisse du niveau des cours d'eau durant la période sèche de l'année) et du coefficient de marée.
On peut apercevoir des mascarets dans les embouchures et les cours inférieurs de certains fleuves ou de certaines rivières tels que la Gironde (voir figue 4), la Garonne, la Seine, l’Amazone ou encore la Severn en Angleterre.
figure 4 : Propagation d’un Mascaret dans la Gironde (Photographie de la mairie de Vayres : http://archaero.com/Vayres-Mascaret-6382.jpg)
Le Morning Glory Cloud est un phénomène météorologique rare pouvant être observé entre septembre et octobre au nord de l’Australie dans le Golfe de Carpentaria. C’est un nuage en forme de rouleau mesurant jusqu’à 1000 kilomètres de long, 1 à 2 kilomètres de haut et pouvant atteindre une vitesse de déplacement de 40 kilomètres par heure.
Ce nuage est assimilable à une vague monocrête se déplaçant à vitesse constante sans changer de forme, il peut donc être décrit comme un soliton.
figure 5 : Propagation d’un Morning Glory Cloud (Photographie de Thompson Robert, http://www.aerialvideo.com.au/glories26feb.wmv)
Malgré de nombreuses études, l’origine de ce phénomène extraordinaire n’est pas encore réellement comprise. Cependant, les conditions particulières de circulation de l’air au dessus du Golfe et de pression atmosphérique, ainsi que le taux d’humidité élevé sont des conditions nécessaires à la formation du Morning Glory Cloud.
Cette onde à grande échelle dans l’atmosphère est de plus en plus célèbre. Elle attire des planeurs et des pilotes de l’extrême qui viennent de loin pour « surfer » sur ce nuage comme on le ferait sur une vague de l’océan.
figure 6 : Un planeur « surfant » sur un Morning Glory Cloud (Photographie de Thompson Robert, http://www.aerialvideo.com.au/glories26feb.wmv)