Comment faire parler les vagues

Fascinant et spectaculaire, décryptez les vagues pour y repérer les effets de la réfraction, la réflexion et la diffraction et portez un autre regard sur les plages autour de vous.

  Ce billet a été initialement publié dans le magazine Cephalus (n°1 – septembre 2014).

Tremblez, physiciens, du fin fond de votre labo plongé dans le noir ! Tremblez, fanatiques des arcs-en-ciel doubles ! Désormais, admirer les effets de l’optique ne vous est plus réservé : tout le monde va pouvoir s’emplir les mirettes de ces petites merveilles de la nature. Depuis votre serviette de plage, vous avez peut-être même été témoin de ces phénomènes sans même le savoir. Plongée au cœur d’une de ces beautés méconnues qui en bouchent un coin.

Réfraction

Avez-vous déjà remarqué que les vagues sont toujours parallèles au rivage, quel que soit le dessin de la côte ? C’est la signature d’une propriété optique qu’on appelle réfraction ; eh oui, les vagues sont des ondes mécaniques au même titre que la lumière ou le son ! La réfraction permet aussi d’expliquer pourquoi un cap aura tendance à s’éroder alors qu’une baie verra le sédiment s’accumuler jusqu’à former une plage. Explication.

Figure 1 Trajectoire des fronts de vagues vus du dessus : quel que soit l’angle d’attaque, les vagues finissent toujours parallèles au rivage grâce à la loi de la réfraction.

La vitesse (ou célérité) d’une vague dépend de la profondeur d’eau : elle ira plus vite là où vous n’avez pas pied qu’à l’endroit où les bambins pataugent joyeusement. Imaginons, au loin d’une plage rectiligne, un « front » de vagues [AB] qui arriverait en biais depuis la mer. Etant donné que plus on s’approche du rivage, plus la profondeur diminue, à un même temps t₀ la profondeur sous le point A sera plus faible que celle sous le point B (voir la Figure 1). Donc c’est tout naturellement que le front de vague en A va ralentir, alors qu’il va continuer à la même allure en B. De fil en aiguille, en s’approchant de la côte la vague va inévitablement opérer une rotation et finir parallèle au rivage. CQFD. Les plus réfractaires d’entre vous vont me dire que c’est faux, les vagues n’arrivent pas toujours exactement parallèles à la côte. Ça m’ennuie de l’admettre, mais vous avez raison ! Ce léger angle qui subsiste à l’interface entre mer et littoral va générer un courant, proche du rivage, qu’on appelle dérive littorale. Ce courant joue pour beaucoup dans le dessin des côtes.

Mais revenons à nos moutons : comment diable ce phénomène peut-il justifier d’une plus grande érosion sur les caps que dans les baies ? Réponse illustrée sur la Figure 2 ci-dessous : les langues de terre en mer vont « attirer » les vagues comme un aimant, donc l’énergie cinétique de l’eau va se concentrer dans ces zones. Et plus l’énergie d’une vague est importante, plus elle érode ! Au fond d’une baie en revanche, les vagues sont moins rapides donc leur énergie est moindre. Elle est si faible que l’eau ne peut plus transporter les particules dont elle était chargée jusqu’ici et qu’elle va abandonner sur place. C’est ainsi que l’on trouve toutes sortes de choses dans une baie : du sable, des galets, du bois, des coquillages et crustacés, des bouteilles à la mer, Robinson Crusoé…

Figure 2 Trajectoire des fronts de vagues vus du dessus quand le littoral est escarpé : la réfraction entraîne l’érosion préférentielle des reliefs avancés en mer et l’accumulation de sédiments aboutissant à la formation de plages dans les baies.

Réflexion

Avant, je pensais bêtement qu’après avoir déferlé, les vagues mouraient là, sur la plage, devant le regard indifférent des juillettistes et des aoûtiens badigeonnés d’huile de monoï. Quel sinistre sort… Mais j’ai vite séché mes larmes quand j’ai appris que tel le phénix, les vagues renaissaient de leurs cendres ! Le flux et reflux de la mer n’est pas qu’une expression : les ondes vont et rebondissent sur les obstacles pour repartir dans l’autre sens. Ça semble tellement évident, et pourtant apprendre cette anecdote a changé ma façon de voir les vagues. Essayez, vous verrez !

Diffraction

Last but not least, la diffraction peut elle aussi être lue dans une vague. Comment donc ? Prenez une jetée, et des trains de vagues qui arrivent latéralement et se brisent sur un de ses côtés. Derrière la jetée, vous verrez les vagues se propager en prenant une forme circulaire. Et voilà, la diffraction se matérialise sous vos yeux ébahis !

Figure 3 Effets visibles de la diffraction et de la réflexion sur les vagues lorsqu’elles rencontrent un obstacle (ici, un épi) vu du dessus.

 Sources et remerciements :

• O. Radakovitch, cours de pétrologie exogène sur les environnements sédimentaires
• http://www.oas.org/cdcm_train/courses/course21/chap_05.pdf
• Paskoff R. (1998) Les littoraux, Armand Colin (ed.), 260 pp.
• Haslett S. (2003) Coastal Systems, Taylor & Francis (eds.), 240 pp.
• The Oceanography Course Team. (2006) Waves, tides and shallow-water processes. Butterworth Heidemann (ed.), 228 pp.