Drôle de temps : L'origine des vagues

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Comment l’énergie du vent fait-elle pour créer les vagues bien régulières de la houle? Qu’est-ce qui détermine l’amplitude et la fréquence de ces vagues ?

Quand le vent souffle sur la surface de l’eau, des petites rides se forment. Elles sont généralement désordonnées, d’amplitudes et de fréquences variables. Si le vent continue à souffler deux choses se produisent: les vaguelettes interagissent pour donner des vagues plus longues (de plus basse fréquence), et le vent, ayant une meilleure prise sur ces vagues, leur confère davantage d’énergie. Les vagues gagnent en amplitude et leur longueur d’onde (distance d’une crête à la suivante) augmente.

Certaines vagues, abruptes, auront tendance à déferler mais pour les autres, l’énergie ne cesse d’augmenter. Ces vagues sont appelées «vagues du vent». Leur énergie dépend du temps pendant lequel le vent a soufflé et de la distance (le «fetch») de contact entre le vent et la surface.

Vu la complexité du résultat, il est pratiquement impossible de donner une relation simple pour l’amplitude et la fréquence des vagues. On préfère donner la hauteur significative, amplitude moyenne du tiers supérieur des plus hautes vagues, et la « fréquence pic », ou période modale, durée séparant les vagues les plus énergétiques. En moyenne, on observe une vague d’amplitude double de l’amplitude significative toutes les trois heures.

Finalement, l’énergie donnée par le vent est dissipée lors du déferlement des vagues. Lorsque cela commence à se produire, les vagues cessent de grandir et la mer est dite « formée». Avec un vent de 20 m/s (tempête de force 8), une mer formée aura des vagues de 9 mètres d’amplitude et une période pic de 15 secondes.

Les vagues peuvent parcourir des milliers de kilomètres à par- tir de leur lieu de formation. Contrairement aux ondes sonores ou lumineuses, les vagues accélèrent et s’allongent (leur fréquence diminue) avec le temps.

Les vagues sortant d’une zone orageuse qui les a générées sont appelées «houle», et sont souvent très homogènes. La houle peut traverser un océan sans être notablement modifiée. Chaque fréquence de houle progressant à une vitesse particulière, les diverses composantes d’une houle se séparent peu a peu.

C’est l’énergie du vent qui crée ce qu’on appelle la « mer du vent». Ces vagues sont plus abruptes et plus désordonnées que la houle, et elles déferlent souvent en donnant des «moutons». Plus le vent souffle longtemps, plus les vagues auront une grande longueur d’onde.

Quand le vent s’arrête, ou quand les vagues quittent la zone d’orage, la longueur d’onde continue à s’allonger jusqu’à ce que cesse le déferlement. La mer du vent cède alors la place à la houle.

Les vagues à la surface d’un liquide sont dispersives, c’est- à-dire que des vagues de longueurs d’onde différentes se propagent à des vitesses différentes. Observée depuis la plage, la houle la plus longue est celle que l’on voit arriver la première. La longueur d’onde des vagues diminue ensuite. La houle générée par un orage situé à des milliers de kilomètres peut persister pendant plusieurs jours.

La dispersion agit comme un filtre: la houle dans une région donnée est remarquablement uniforme. L’amplitude de la houle a évidemment tendance à diminuer avec la distance parcourue, mais le vent peut redonner de l’énergie à une houle et en augmonter l’amplitude sans changer sa longueur d’onde. De même, un vent contraire a tendance à réduire l’amplitude de la houle.