Caractéristiques des vagues
- sa longueur d’onde (λ), soit la distance parcourue par l’onde entre deux crêtes.
- sa période notée T qui représente l’intervalle de temps qui s’écoule pour que deux crêtes passent au même point.
- sa célérité c’est-à-dire vitesse de propagation.
- son amplitude, notée A, qui correspond à la distance entre une crête et le niveau de la mer au repos.
- sa hauteur notée H, c’est-à-dire la distance entre un creux et une crête et qui correspond à 2A.
- sa cambrure ( H / λ ) correspond au rapport d’aspect de la vague qui permet de savoir quand une vague est sur le point de déferler. Lorsque ce rapport atteint 1/7 ou plus, la cambrure est dite critique, la vague perd sa stabilité et devient déferlante.
Mouvement « orbital » des particules d’eau dans les vagues
L’observation d’un petit objet flottant montre qu’il se déplace verticalement en passant successivement par la crête et le creux des vagues. On observe aussi qu’il se déplace vers la plage au passage d’une crête et vers le large au passage d’un creux. Ces deux mouvements se combinent en un mouvement unique dit « orbital ».
Ce mouvement diminue d’amplitude pour les particules situées à des profondeurs croissantes et devient nul à des profondeurs de l’ordre de la demi-longueur d’onde.
Lorsque les fonds remontent, le mouvement des particules est ralenti et l’énergie cinétique ainsi perdue est transformée en énergie potentielle, augmentant de fait, la hauteur et la cambrure de la vague qui finit par s’écrouler.
Vitesses des particules à la surface de l’eau.
Les vitesses sont représentées en rouge.
La composante verticale est significative du fait que la particule monte et descends.
Sur la crête, la vitesse est horizontale et dans le sens du déplacement de la vague.
Dans le creux, la vitesse est horizontale et dans le sens contraire au déplacement de la vague.
Cette vitesse se calcule par :
avec H hauteur de la vague en mètre et T la période en seconde.
La vitesse obtenue est en m/s et pour l’avoir en km/h il faut la multiplier par 3,6 ; en Nœuds il faut la multiplier par 2.
Exemple : Période de 8 secondes et hauteur de 1,5 mètre–>V=0,6 m/s soit 2,1 km/h
Conséquences pour le kayakiste
Lors d’un surf, l’arrière du kayak se trouve sur la crête et est poussé en avant mais l’avant du kayak qui est dans le creux est poussé en arrière.
Cette sorte de prise en étau est propice aux mises en travers ou aux cabanages.
Lors d’un passage de barre, la vitesse des particules d’eau sur la crête vous pousse en arrière vers la plage : Il est donc important de pagayer surtout au passage de la crête pour éviter une marche arrière dont la conséquence est souvent funeste !
Célérité de la vague
La théorie des ondes décrit non seulement la propagation des vagues, mais aussi celle des ondes sonores, électromagnétiques, etc.
Le terme « célérité de la vague » possède beaucoup de synonymes : célérité de la houle, vitesse de l’onde, vitesse de phase, etc.
Il ne faut absolument pas la confondre avec la vitesse des particules due au mouvement orbital qui vient d’être discutée au chapitre précédent.
La célérité de la vague est celle du kayakiste entrain de la surfer et se calcule simplement en eau profonde par la formule :
avec g=9,81 et T la période en seconde. La célérité obtenue est en mètres par secondes.
En eau peu profonde cette célérité diminue jusqu’à la moitié de sa valeur en eau profonde.
Exemples :
Période de 8 secondes–>C=12m/s soit 45 km/h en eau profonde : cela va vraiment vite !
En eau peu profonde la célérité tombe vers 30 km/h, c’est jouable en kayak!
Période de 14 secondes–> C=22m/s soit 79 km/h en eau profonde……. il faut de gros bras !.
Les tsunamis atteignent des vitesses de 900 km/h !
Trains de vagues
On désigne par ce terme une série de vagues consécutives plus hautes que la moyenne.
Là aussi beaucoup de synonymes : groupes de vagues, paquets de vagues etc.
La théorie des ondes permet de s’en faire une idée simplifiée.
Leur origine vient de la superposition de houles différentes qui s’additionnent quand elles sont en phase ou se soustraient en opposition de phase.
En bleu clair les houles qui composent la houle résultante qui elle, est en bleu foncé.
Si nous suivons des yeux une vague particulière, on observe que sa hauteur varie entre une valeur élevée et une valeur quasi nulle. On observe que la bosse de hauteur avance mais à une vitesse différente de celle des vagues. La vitesse de ces bosses est appelée vitesse de groupe et on démontre qu’en eau profonde, sa vitesse est la moitié de celle des vagues.
En eau peu profonde, la vitesse des vagues diminuant, ces deux vitesses tendent vers l’égalité.
Le point rouge permet de visualiser la vitesse des vagues qui est celle du kayakiste entrain de surfer, et le point vert visualise la vitesse de groupe.
Conséquences pour le kayakiste
Il faut être patient ! Quand on voit arriver un groupe de vague qu’on espère surfer, ce groupe n’avance qu’à vitesse moitié de celle des vagues et l’attente peut paraître longue.
Le sillage de gros bateaux à moteur donne des vagues surfables mais qui forment un groupe qui n’avance qu’à vitesse deux fois plus faible que les vagues qui le composent.
La vague à l’avant du groupe voit sa hauteur diminuer jusqu’à zéro. Ce n’est pas celle là qu’il faut choisir de surfer, mais plutôt la dernière !
Le surf finit par s’arrêter quand la vague surfée arrive sur le devant du groupe, mais il suffit de laisser passer quelques vagues pour se retrouver en arrière du groupe et relancer le surf.