Au rythme des marées

On sait que la Lune fait le tour... (123RF/Keith Levit)

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On sait que la Lune fait le tour de la Terre en 28 jours, mais que la planète tourne sur elle-même en seulement 24 heures, ce qui est beaucoup plus rapide. Et comme la rotation terrestre se fait vers l'est, il s'ensuit que les régions dans l'est «reçoivent» la marée avant les autres.

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(Québec) CHRONIQUE / «À l'occasion des marées débordantes dans les rues de Québec, ce printemps, je me suis intéressé de plus près aux horaires des marées. Je croyais que les marées montaient et descendaient tout doucement dans le fleuve, assez uniformément un peu partout, de manière qu'elles soient hautes (ou basses) presque en même temps de Trois-Rivières jusqu'à Rimouski. Je vois cependant qu'aujourd'hui, le 21 mars, la marée est haute à Québec à 1h12, et basse à seulement une heure d'intervalle à Rimouski, à 2h22 alors qu'à Sept-Îles elle est basse à 1h49. J'aimerais savoir pourquoi c'est si rapide», demande Rémi d'Anjou, de Beauport.

Il y a un piège dans lequel il est facile de tomber lorsque l'on consulte une table des marées pour une seule journée, ainsi que semble l'avoir fait notre lecteur : il manque des informations cruciales dans ce tableau des marées du 21 mars. La veille, le 20 mars, la marée était haute à Sept-Îles à 20h02, haute à Rimouski à 20h40, et enfin haute à Québec environ quatre heures et demie plus tard.

C'est dans cet ordre général d'est en ouest que le niveau des eaux fluctue sur Terre parce que la marée, comme on le sait, est causée principalement par la gravité de la Lune. Les marées hautes sont toujours situées simultanément aux endroits situés le plus proche et le plus loin de la Lune - ou enfin, à peu près.

Autrement dit, la marée «suit» la Lune, si l'on me prête l'expression. Or, on sait que l'astre nocturne fait le tour de la Terre en 28 jours, mais que la planète tourne sur elle-même en seulement 24 heures, ce qui est beaucoup plus rapide. Et comme la rotation terrestre se fait vers l'est, il s'ensuit que les régions dans l'est «reçoivent» la marée avant les autres. On peut se représenter la marée comme une onde, une sorte de très longue «vague» avec des crêtes (la marée haute) et des creux (la marée basse) qui font continuellement le tour de la Terre en arrivant de l'est et en «balayant» vers l'ouest. Sept-Îles, dont la longitude est de 66° 23' ouest, l'a toujours reçue et la recevra toujours un peu plus de 30 minutes avant Rimouski (68° 31' ouest) et environ cinq heures avant Québec (71° 13' ouest).

Maintenant, il faut garder à l'esprit que c'est là une règle générale et qu'à un niveau plus local, les choses se compliquent pas mal parce que la marée va interagir avec d'autres facteurs, comme les fonds marins, les courants et la géométrie des côtes. Par exemple, explique le chercheur en océanographie physique de l'UQAR Daniel Bourgault, la vitesse à laquelle la marée se propage dépend de la profondeur : plus c'est profond, plus l'onde voyage vite. En pleine mer, là où le fond est à 5000 m de la surface, la marée fait du 700 km/h, mais entre Sept-Îles et Rimouski, où il n'y a que 300 mètres d'eau au maximum, on parle plutôt de 200 km/h. La formule mathématique pour calculer cette célérité est toute simple, ceux qui veulent s'y frotter n'ont qu'à consulter notre encadré.

Reste maintenant un dernier détail à éclaircir. Les «pogos les plus dégelés de la boîte», pour reprendre l'expression désormais consacrée, auront sans doute remarqué que si la marée voyage à 200 km/h entre Sept-Îles à Rimouski, alors elle ne peut tout simplement pas relier les deux endroits en seulement 30 minutes, comme on le voit pourtant sur toutes les tables de marées. Absolument impossible. La différence de longitude entre les deux villes est de 2° 08', ce qui correspond sous nos latitudes à une distance de 160 km, si bien qu'il faut une vitesse de 320 km/h pour franchir un tel intervalle en une demi-heure. À vol d'oiseau, c'est encore pire : 250 km, ce qui demanderait une vitesse de 500 km/h.

Force de Coriolis

Alors comment peut-on mesurer, jour après jour, un écart de seulement 30 minutes entre Sept-Îles et Rimouski? La clef de l'énigme, explique M. Bourgault, réside dans ce que l'on appelle la force de Coriolis, que nous avons déjà vue dans cette chronique. Je manque malheureusement d'espace pour la réexpliquer ici, mais disons qu'elle est causée par la rotation de la planète et sa forme ronde, et qu'elle a pour effet d'orienter l'écoulement des fluides à grande échelle - c'est à cause d'elle que, par exemple, les vents dominants soufflent d'est en ouest sur Terre, c'est à cause d'elle que les ouragans et les gyres océaniques tournent dans le sens inverse des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère nord, etc.

Dans le cas qui nous intéresse, poursuit notre océanographe, cette force de Coriolis crée un courant dans le golfe du Saint-Laurent qui tourne dans le sens anti-horaire et qui va tordre, pour ainsi dire, les ondes de marée. En fait, dans certains secteurs, ce courant va les tordre à un point tel que, entre Sept-Îles et Rimouski, la marée se propage pratiquement du nord au sud, et non d'est en ouest. Pour relier les deux villes, l'onde n'a donc qu'à franchir la largeur de l'estuaire, qui est d'environ 100 km à cette hauteur. Et de là, bien sûr, il devient beaucoup plus aisé de comprendre comment la marée peut arriver à Rimouski seulement 30 minutes d'écart après Sept-Îles tout en voyageant à «seulement» 200 km/h.

Notons qu'une fois qu'elle a passé Rimouski, la marée se retourne de nouveau, dans l'axe du fleuve cette fois-ci, et se trouve alors dans un corridor qui se rétrécit assez rapidement, ce qui cause de la friction et contribue à la ralentir, dit M. Bourgault. En outre, le fond marin se relève rapidement, à environ 50 m en amont de Tadoussac, 15-20 m devant les Éboulements et 5 à 10 mètres passé Baie-Saint-Paul. On comprend ainsi que l'onde est considérablement freinée, ce qui explique pourquoi la marée met 4h30 pour couvrir les quelque 200 km (à vol d'oiseau) qui séparent Rimouski de Québec.

***

Comment calculer la vitesse des marées

Pour calculer la vitesse v à laquelle se propage la marée à un endroit donné, il faut multiplier l'accélération gravitationnelle g, qui est de 9,81 m/s2 sur Terre, et la profondeur (en mètres) de l'océan à cet endroit, généralement désignée par la lettre H. Puis, on extrait la racine carrée du produit : v = √gH

Comme g est toujours pareil, cela donne une relation où la vitesse de la marée varie avec la racine carrée de la profondeur de l'océan - donc une profondeur divisée par 4 va réduire la vitesse par un facteur 2, une profondeur divisée par 9 «freine» la marée par un facteur 3, etc.

Pour le secteur entre Sept-Îles et Rimouski, la profondeur maximale du Saint-Laurent est d'environ 300 mètres. Cela nous donne donc une vitesse de :

v = √gH

v = √9,81 m/s2 x 300 m

v = √2943 m2/s2

v = 54,2 m/s ou, si l'on préfère, 195 km/h




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