Interaction Terre-Lune Les Marées

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1 Interaction Terre-Lune Les Marées
2011 Formation en météorologie Interaction Terre-Lune Les Marées « Tous les ans la marée d'équinoxe de septembre est la plus forte marée du siècle. » Alphonse Allais © 2010 Richard Harvey

2 Définition La marée est le mouvement montant (flux) puis descendant (reflux) des eaux des mers et des océans causé par l'effet conjugué des forces de gravitation de la Lune et du Soleil. Saint-Hélier (Saint Hélyi en jersiais, Saint Helier en anglais) est la capitale de l'île Anglo-Normande de Jersey. En langage populaire, la paroisse est couramment appelée la Ville. Port franco-normand de Saint-Hélier à l’île franco-normand de Jersey. © 2010 Richard Harvey

3 Causes La marée est un phénomène assez complexe, qui est induit par des phénomènes gravitationnels. Si l'on veut faire un calcul super exact de la marée, il est possible de prendre en compte plus de soixante-dix paramètres. Les astres les plus influents sont la lune et le soleil. Ce dernier étant nettement plus loin, il est globalement 2 fois moins influent que la lune.

4 Marées : une théorie simplifiée
Cette partie subit une force F + f L F – f × F F + f × Le centre de gravité subit une force F Cette partie subit une force F - f – f + f

5 Deux fois par jour La lune attire la Terre et la Terre attire la Lune. Ce phénomène s'appelle l'attraction gravitationnelle. Les océans qui sont attirés par la Lune se déforment. Ils forment un bourrelet d'eau du côté de la Lune et à l'opposé. Sur certaines parties du globe, l'eau est donc  haute et sur d'autres, elle est basse. Comme en 24 h, une personne qui se trouve sur le globe fait le tour de la Terre, elle passe 2 fois dans une partie où la mer est haute et 2 fois dans une partie où la mer est basse. Par Romain Thomas et Marie Sources : Wikipédia, BTS n°520, Gallimard Jeunesse 

6 Pourquoi les marées ne sont pas tous les jours à la même heure?
La Terre tourne sur elle-même en 24h00 et la lune fait un tour autour de la Terre en 28 jours. Pendant que la terre fait un tour sur elle-même en 24h00, la Lune va, elle aussi, se déplacer. Pour que quelqu'un qui est sur la Terre "rattrape" la Lune après avoir fait un tour de la Terre, il doit encore attendre  50 minutes car la lune s'est déplacée pendant ce temps.  Par Romain Thomas et Marie Sources : Wikipédia, BTS n°520, Gallimard Jeunesse 

7 Autres facteurs astronomiques
La syzygie du Soleil et de la Lune (autrement dit, la nouvelle ou pleine lune). Cela se produit essentiellement lorsque le Soleil et de la Lune sont alignés, soit deux fois par mois. Précisément, la période de ce phénomène est de 14, jours, moitié de la durée que l'on qualifie de mois synodique. A :  Marée de vives eaux  correspondant à la pleine lune : Le soleil (1), la Terre(2) et la Lune(3) sont alignés. L'attraction de la lune (5) et celle du soleil (4) s'additionnent. Le bourrelet d'eau est important B :  Marée de mortes eaux  correspondant au 2ème quartier : Le soleil (1), la Terre(2) et la Lune(3) forment un angle droit. L'attraction de la lune (5) et celle du soleil (4) luttent l'une contre l'autre. Le bourrelet d'eau est plus petit car l'eau se répartit de manière plus égale autour du globe. Le passage du Soleil au nœud lunaire, c'est-à-dire le passage du Soleil dans le plan de l'orbite lunaire : celui-ci se produit deux fois par an (à la régression du nœud près), et détermine les « saisons à éclipse » (ce sont pendant celles-ci que les éclipses de soleil ou de lune se produisent). Les marées sont alors plus importantes en syzygie (voir le point précédent) en raison du meilleur alignement Terre-Lune-Soleil. La période précise est de 173, jours, moitié de la durée que l'on qualifie d'année draconitique. Le passage du Soleil au nœud lunaire s'est par exemple produit le 25 janvier 2000, le 16 juillet 2000, le 5 janvier 2001, le 28 juin 2001 (plus précisément, cela sont les dates de coïncidence des longitudes moyennes ; notamment, le calcul des anomalies est omis ; mais on reconnaît le voisinage de l'éclipse de lune du 9 janvier 2001 et de l'éclipse de soleil du 21 juin 2001). Comme on le constate, ces dates sont actuellement proches des solstices mais évoluent rapidement dans l'année au cours du temps. © 2010 Richard Harvey

8 Marée de morte-eau Marée de vive-eau
Selon la position de la Lune et du Soleil, leurs effets peuvent s'ajouter ou, au contraire se soustraire l'un de l'autre. Les marées de vives eaux sont des grandes marées qui se produisent deux fois par mois. (Elles peuvent parfois inonder certains endroits.) Les marées de vives eaux se produisent quand le Soleil, la Lune et la Terre sont alignés dans un ordre précis : Soleil-Terre-Lune  (quand c'est la pleine Lune)    ou  Soleil - Lune - Terre (quand c'est la nouvelle  Lune) . Les marées de mortes eaux sont des petites marées qui se produisent deux fois par mois. Elles ont lieu quand le Soleil, la Lune et la Terre forment un angle de 90 °. La lune attire la Terre et la Terre attire la Lune. Ce phénomène s'appelle l'attraction . Les océans qui sont attirés par la Lune se déforment. Ils forment un bourrelet d'eau du côté de la Lune et à l'opposé. Sur certaines parties du globe, l'eau est donc  haute et sur d'autres, elle est basse. Comme en 24 h, une personne qui se trouve sur le globe fait le tour de la Terre, elle passe 2 fois dans une partie où la mer est haute et 2 fois dans une partie où la mer est basse. © 2010 Richard Harvey

9 Autres facteurs astronomiques
Le passage du Soleil dans le plan de l'orbite lunaire : celui-ci se produit deux fois par an, et détermine les « saisons à éclipse » (ce sont pendant celles-ci que les éclipses de soleil ou de lune se produisent. Les marées sont alors plus importantes en syzygie (voir le point précédent) en raison du meilleur alignement Terre-Lune-Soleil. La période précise est de 173, jours. Marées d’équinoxe. La période précise est de 182, jours. Le phénomène des marées d’équinoxes n’a rien à voir avec l’alignement Lune-Terre-Soleil. Le soleil se trouve au-dessus de l’Équateur lors des équinoxes, alors qu’il est au-dessus du tropique du Cancer lors du solstice de juin et au-dessus du tropique du Capricorne lors du solstice de décembre. Rappelons que l’effet de marée d’un astre est maximal au point de la terre se trouvant le plus proche de cet astre et au point se trouvant le plus éloigné. © 2010 Richard Harvey

10 Autres facteurs astronomiques
Le passage de la Lune au périgée, moment auquel les forces de marée exercées par la Lune sont donc les plus importantes. Le temps entre deux passages de la Lune au périgée est le mois anomalistique, de 27, jours. Le calcul de la position du périgée lunaire est soumis à énormément de perturbations. Le passage de la Terre au périhélie, moment auquel les forces de marée exercées par le Soleil sont donc les plus importantes. Le temps séparant deux passages de la Terre au périhélie est l'année anomalistique de 365, jours. Il est possible d'avoir des conjonctions assez bonnes entre tous ces phénomènes.

11 Ordre de grandeur La marée est donc un phénomène d'origine astronomique. Cependant, en effectuant des calculs exact, on se rend compte que la valeur maximale théorique de l'amplitude des marrées est de l'ordre de quelques dizaines de centimètre ! Ce qui n'est en rien comparable aux 15 mètres que l'on peut observer lors des marrées d'équinoxe à la Baie de Fundy, Canada ! © 2010 Richard Harvey

12 Effets géographiques Mais alors, d'où vient la différence ?
Cette différence est géographique. Tout les endroits ne se ressemblent pas. Une même masse d'eau qui arrive sur un littoral avec des fonds peu profonds n'a pas le même effet que la même masse d'eau qui arrive sur une côte avec des fonds très profonds. La forme de la côte peut non seulement influencer la hauteur du marnage, mais également induire des retards dans le cycle.

13 Effets météorologiques
À Rimouski, la marée a atteint un niveau record de 5,54 mètres, du jamais vu depuis 110 ans. Sous l’effet combiné de forts vents et de vagues d’une grande ampleur, des tronçons de route ont été arrachés et plusieurs habitations ont été endommagées ou inondées. Environ 500 personnes ont dû être évacuées et la tempête a causé pour plusieurs dizaines de millions de dollars de dégâts au Bas-Saint-Laurent, en Gaspésie et sur la Côte-Nord. Ces événements ont soulevé de nombreuses questions concernant le phénomène de l’érosion des berges et l’apparition de nouvelles zones inondables. La réglementation relative aux constructions en bord de mer a été remise en question, de même que le fonctionnement de l’aide financière aux sinistrés. Qu'avons-nous appris de 2010? Un an plus tard, la Radio et la Télévision de Radio-Canada dans l'Est du Québec se penchent sur les leçons à tirer de la « tempête du 6 décembre »? Des événements semblables sont-ils susceptibles de se reproduire? Sommes-nous prêts à faire face à de nouvelles inondations côtières? Quelles mesures faut-il prendre pour assurer la sécurité des infrastructures et des propriétés? Les sinistrés de décembre 2010 ont-ils obtenu toute l’aide dont ils avaient besoin? Regard sur un événement imprévisible, dont les conséquences auraient sans doute pu être évitées. Rimouski : Le 6 décembre 2010, des conditions météo exceptionnelles ont entraîné un déferlement des eaux le long du littoral du Saint-Laurent, causant des dommages considérables aux infrastructures publiques et privées. © 2010 Richard Harvey

14 L’énergie des marées : énergie marémotrice
Usine marémotrice L'usine marémotrice d'Annapolis est la première usine à avoir produit de l'électricité à partir de l'énergie. L'énergie marémotrice est une importante source d'ÉNERGIE renouvelable et pratiquement inexploitée produite par la gravité lunaire plutôt que par le rayonnement solaire. On connaît depuis longtemps le potentiel d'HYDROÉLECTRICITÉ des marées. Toutefois, ce type d'énergie est beaucoup plus coûteux que l'énergie produite par les barrages en rivière parce que ces projets exigent la construction de structures imposantes dans un environnement salin hostile. En raison de la faible hauteur d'eau au-dessus des turbines, ces dernières ne produisent que de 25 à 50 MW (106 W). Par conséquent, il faut aligner un grand nombre de machines pour produire une quantité suffisante d'énergie. Ces dernières doivent de plus être en mesure de fonctionner tout en résistant aux rigueurs de l'eau de mer. L’énergie marémotrice exploite la force des marées. Elle existe sous deux formes : l’énergie potentielle, qui exploite les variations de niveau de la mer et l’énergie cinétique, qui exploite la force des courants liés aux marées. © 2010 Richard Harvey

15 Énergie potentielle L’énergie potentielle marémotrice est issue des variations du niveau de la mer. Ce principe existe depuis le Moyen-âge, avec l’utilisation de moulins à marée dès le 12ème siècle sur l’Adour. Depuis le Moyen Age, ce procédé est beaucoup utilisé en Bretagne, dans l’estuaire de la Rance pour actionner des moulin à grain, comme le moulin du Prat, dont le mécanisme a récemment été restauré.

16 Énergie potentielle Les exploitations marémotrices modernes fonctionnent grâce à un barrage, construit dans une baie ou un estuaire. Le barrage forme un bassin, isolé de la mer, qui permet d’utiliser l’énergie des marées grâce au principe des vases communicants. A marée montantes, les vannes du barrage sont ouvertes, et le bassin se remplit. Le barrage est fermé quand la marée est à son niveau maximal. A marée descendante, après que la mer soit suffisamment redescendue pour avoir une différence de niveau d’eau significative,  l’eau du bassin est reversée dans la mer à travers des turbines qui fabriquent de l’électricité.

17 Énergie cinétique : les hydroliennes
L'hydrolienne est à l'eau ce que l'éolienne est à l'air. Le principe est simple. La force des courants marins actionne les pales d'un ou de plusieurs rotors. L'énergie mécanique produite par la rotation des pales est transformée en énergie électrique.

18 Avantages et inconvénients
Contrairement à l’énergie éolienne et solaire, l’énergie marémotrice à l’avantage d’être prédictible, puisqu’on peut connaître l’ampleur des marées précisément et longtemps à l’avance. De plus il s’agit d’une énergie propre et inépuisable. Enfin, dans ce type d’installation, le risque de rupture du barrage est proche de nul. L’exploitation de l’énergie potentielle des marées comportent néanmoins de nombreux inconvénients. Elle nécessite des aménagements conséquents qui perturbent l’équilibre écologique de la baie ou de l’estuaire. Le barrage provoque une accumulation de vase en amont de l’estuaire qui perturbe la navigation. De plus, le barrage empêche de nombreuses espèces de poissons de circuler entre le fleuve et la mer. Et même si cette énergie est prédictible en fonction des cycles des marées, la production est limitée à 4 ou 5 heures par jour.