LES MARÉES, LA HOULE, LES VAGUES

Les manifestations de la vie du globe terrestre, ses mouvements généraux, les perturbations qu'il éprouve, les spasmes de son écorce, les manifestations de Télectricité et du magnétisme qui le parcoure, tout ce qui lui communique cette incessante agitation, tout cela a sa cause dans le Soleil.

Mais le globe ne se réduit pas seulement à sa « lithosphère » : r« hydrosphère» qui recouvre près des trois quarts de sa surface a, dans son existence générale, une importance que déjà les phénomènes de la distribution du magnétisme terrestre nous ont permis d'entrevoir. Nous allons étudier maintenant les mouvements de celte « hydrosphère » et là encore, nous trouverons l'action persistante du Soleil, soit qu'il intervienne directement par l'attraction de sa masse, soit qu'il agisse indirectement par réchauffement qu'il communique aux molécules fluides qui enveloppent l'écorce terrestre, d'où résultent des mouvements

généraux qui créent la circulation des océans et la circulation de Tatmosphère.

Il est à peine besoin de rappeler Timportance de la mer dans l'économie générale du globe : d'abord, elle occupe plus des deux tiers de sa surface : sur les 510 millions de superficie totale du globe terrestre, les eaux en recouvrent à elles seules 365 millions. Les «océans» sont donc en forte majorité sur les continents, et ceux-ci, pas plus que les corps élus par le suffrage universel, ne peuvent se soustraire aux droits de cette majorité : ils doivent donc se résigner à voir toutes les grandes lois de l'atmosphère s'établir, non au-dessus de leur minime surface, tourmentée, qui plus est, par les innombrables accidents du relief géographique, mais au-dessus de la vaste et uniforme'étendue des mers qui permet aux molécules d'obéir librement aux lois de la mécanique des fluides.'

Le volume total des eaux océaniques est environ 1300 millions de kilomètres cubes, alors que celui des terres émergées n'en représente que cent millions. La profondeur moyenne des mers est voisine de 3 550 mètres. Toute cette masse d'eau contient en dissolution une quantité de sels et, sans doute, des métaux à l'état de division extrême : formée par le ruissellement des eaux brûlantes qui "') sont condensées dans l'atmosphère primitive 1 globe et précipitées sur l'écorce à peine formée, n'est pas surprenant qu'elle ait dissous tout ce l'elle a trouvé à dissoudre à la surface de la

terre naissante. L'eau de mer doit donc conteftir,au moins à l'état de traces, tous les corps connus. La quantité moyenne de sels contenus dans un kilogramme d'eau océanique est 35 grammes, et 75p. iOO de cette « salinité totale » sont formés de chlorure de sodium, c'est-à-dire de sel ordinaire. Avec le sel qui se trouve dissous dans la totalité des mers, on pourrait construire tout le relief du continent africain. Avec l'or, dont elle ne contient que quelques milligrammes par tonne, on ferait un bloc tel que, partagé également entre les 1500000000 d'habitants de la Terre, il fournirait à chacun d'eux — à chacun de nous, par conséquent — un lingot de 40000 kilogrammes du précieux métal, soit, au cours actuel, une fortune d'environ cent vingt millions de francs!

Celte « salinité « de l'eau des océans a pour effet d'augmenter sa densité : au lieu de peser 1 kilogramme, un litre d'eau de mer pèse 1 kg. 28 grammes : elle « porte » donc mieux que l'eau douce, on y nage plus facilement.

La plus grande profondeur relevée au cours des sondages du Pacifique est actuellement 9 750 mètres. En dehors du voisinage immédiat des continents qui semblent bâtis sur un soubassement, un « plateau continental » dont la profondeur moyenne est 200 mètres, on arrive vite aux grandes profondeurs, tant dans l'Atlantique que dans le Pacifio"e et l'océan Indien. Sauf sur la Méditerranée, à < i le seuil surélevé de Gibraltar impose un régi î thermique tout spécial, la température décroî i

mesure que Ton s'enfonce davantage sous les eaux et, quand on atteint ces profondeurs de 6000, 7000, 8000 mètres, on trouve que Teau y a uniformément une température très voisine de zéro. Nous nous trouTons ici en présence d'un des paradoxes de la physique du globe. Si Ton pratiquait, à travers Técorce terrestre, un forage profond de 8000 mètres, on trouverait au fond du puits ainsi creu&é une température d'environ 240 à 250**, et voici que sous les mers, à la même profondeur, nous trouvons zérol et cependant l'écorce, qui doit être moins épaisse sous les océans, oppose une moins grande résistance à la transmission de la chaleur centrale. La raison en est, sans doute, dans l'arrivée des eaux froides venant des régions polaires : leur plus grande densité les pousse au fond des grands fonds océaniques; dès qu'elles s'échauffent au-dessus de zéro, elles montent par convection, engendrant ainsi une « circulation verticale océanique » et elles sont remplacées par de nouvelles eaux froides. Remarquons à ce propos que le maximum de densité de l'eau de mer, qui se produit, en moyenne, à A^ au-dessous de zéro, ne peut être atteint autrement que dans des expériences de laboratoire, car l'eau des océans se congèle aux environs de 2° au-dessous de zéro.

Ce sont les mouvements de ces eaux qui constituent une des plus imposantes manifestations de la vie du globe : il suffit de passer quelques jours dans nos ports de Bretagne pour pouvoir non seulement admirer le grandiose phénomène de la

marée, mais encore en concevoir les lois immédiatement apparentes.

On voit, à un certain moment, le niveau de la mer s^élever d'une manière continue : c*est ce qu*on appelle le flux ou marée montante; en même temps, se manifeste un courant qui amène l'eau du large vers la terre : on rappelle le courant de flot. Peu à peu, le mouvement d'ascension diminue et le courant de flot s'apaise : le niveau, ayant cessé de monter, demeure stationnaire : c'est l'heure de la haute mer, et la mer est alors étale: les marins caractérisent cette immobilité en l'appelant Vétale de flot^ caractérisée par la cessation du courant.

Après cela, le courant change de sens, porte les eaux vers le large :« c'est le jusant; la mer commence à baisser et la marée étant renversée, il se produit un mouvement de reflux des terres vers la mer, c'est la marée descendante-^ le mouvement de descente s'accentue peu à peu, puis décroît, s'arrête et la mer atteint le niveau le plus bas : c'est la basse mer ; de nouveau elle est « étale » et se met à remonter aussitôt, pour recommencer à passer par les phases de la marée montante, et faire arriver une deuxième « haute mer », puis une deuxième « mer basse » quelques heures après.

Quand on suit le phénomène pendant quelques jours, on constate qu'il y a, en gros, deux hautes mers et deux basses mers par jour, mais cependant l'intervalle de temps qui les sépare n'est pas une subdivision exacte du jour astronomique. Ainsi, si l'on observe une haute mer à 8 heures du matin

MOLVEMENTS RYTHMIQUES DE l'oCÉAN 249

un certain jour, la haute mer du lendemain n'aura pas lieu à 8 heures, mais à 8 h. 50'; Tintervalle qui sépare les deux hautes mers d'un même jour est, non pas 12 heures, mais 12 h, 25', moitié du précédent. La période « diurne » de la marée est donc 24 h. 50'. Or, c'est précisément la valeur de l'intervalle de temps qui sépare deux passages successifs de la Lune au méridien supérieur du lieu. On peut donc en déduire que la Lune est un facteur dominant dans la production de la marée.

On observe en outre que, dans un même port, l'eau, au moment de l'étalé de haute mer, n'atteint jamais deux jours de suite le même niveau. Pendant quelques jours, les marées vont en augmentant d'importance d'un jour à l'autre : c'est la période des vives-eaux; puis vient une période oti le niveau de la haute mer est, chaque jour, moins élevé que la veille : c'est la série des marées de morte-eau. L'observation montre que la périodicité des vives-eaux et des mortes-eaux est la même que celle des phases de la Lune; celles-ci, d'autre part, dépendent des positions relatives de la Lune et du Soleil par rapport à la Terre. Si donc la Lune est le facteur principal qui régît « qualitativement» la période de la marée, le Soleil agit pour en modifier « quantitativement » la grandeur.

Il est un autre fait d'observation qui doit nous frapper : en deux points de la Terre très rapprochés l'un de l'autre. et qui, par suite, sont à la même distance des astres attirants, la hauteur de la marée peut, le même jour, avoir des valeurs très différentes* C'est ainsi que si l'on observe, à

Granville, par exemple, une marée de 6™, 11, uq certain jour, le même jour, la hauteur de la marée dans le port, très voisin, de Cherbourg ne sera que de 2™, 82. Il y a donc un facteur « géographique » qui doit intervenir dans le phénomène et qui tient à la configuration des côtes au lien, considéré. Enfin, on constate que la haute mer, dans un port donné, n'a pas lieu au moment précis où s'exercent les attractions astronomiques, calculées, d'après la position de la Lune et du Soleil : elle n'a lieu que quelque temps après et le retard est constant pour chaque station : on l'appelle VétablissemetU du port. En France, le plus grand établissement du port est à Dunkerque : 12 h. 30-, le plus petit est Lorient : 3 h. 32. Ici encore, la configuration géographique des côtes, le relief du fond doivent jouer un rôle important.

Quelle est l'explication de ce beau phénomène? C'est Newton qui en donna, pour la première fois, le principe. La Lune, à cause de sa proximité de la Terre, attire les molécules fluides de TOcéan situées en face d'elle plus qu'elle n'attire le centre du globe, et celui-ci lui-même' plus qu'elle n'attire les molécules d'eau situées de l'autre côté* Nous aurons donc, à la surface libre des mers, deux extumescences liquides dont les sommets seront situés sur la ligne qui joint le centre de la Lune au centre de la Terre, la première due à ce que la masse fluide tournée du côté de la Lui est attirée vers elle ; la seconde, située en arrièr provenant de ce quo le centre du globe, plus atti

MOUVEMENTS RYTHMIQUES DE l'oCÉAN . 251

parce que plus proche de l'astre, laisse pour ainsi dire en retard derrière lui les molécules plus éloignées (fig. 27).

Quand le Soleil est dans la même direction que la Lune par rapport à la Terre, c'est-à-dire aux époques de syzigies^ les attractions s'ajoutent; elles se contrarient quand les deux astres ont leurs

Fig. .27. — Extumescences liquides produites sur les eaux de la mer par rallraction d'un astre voisin,

centres sur les deux côtés d-un angle droit dont le centre de la Terre serait le sommet, c'est-à-dire aux quadratures. Nous avons vu, en étudiant la déviation de la verticale sous Tinfluence de l'attraction luni-solaire , que l'attraction du Soleil étant représentée par 1, celle de la Lune était sensiblement égale à 2. La marée aurait donc théoriquement pour amplitudes relatives 2+ 1, c'est-à-dire 3 aux époques des plus fortes marées, et 2 — 1, c'est-à-dire 1 aux époques de morte-eau. Cette explication de New^ton, basée sur l'équilibre entre l'attraction lunaire et la pesanteur, rend compte du phénomène dans ses grandes lignes, de l'allure générale de ses modifications : elle se

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trouve en défaut quand il s'agit d'expliquer certains faits d'observation. C'est ainsi que, si l'on applique cette théorie d'équilibre « statique » au calcul de la hauteur que doit avoir l'extumescence liquide qui représente la marée, on trouve environ 35 centimètres. Or, il est d'observation courante que les variations du niveau de la mer sous l'influence de la marée ont des valeurs beaucoup plus fortes. Dans les ports de la Manche et de Bretagne elles sont toujours de plusieurs mètres : au Mont Saint- Michel, aux époques de grande marée, on a des variations atteignant 14 mètres; on a constaté 18 mètres dans le détroit de*Magellan et 21 mètres dans la baie de Fundy, sur la côte de Nouvelle- Ecosse. Ce n'est pas tout : dans certaines régions, par exemple en Polynésie ou dans le golfe du Tonkin, il n'y a qu'une marée par jour au lieu de deux !

La simple considération de l'équilibre entre les forces attractives célestes et la pesanteur terrestre ne suffit donc pas à expliquer 1' « amplitude » de la marée; elle ne rend pas mieux compte des « retards » observés, ni des différences de port à port entre deux points voisins. Il faut donc chercher l'explication complète de la marée, non dans la loi de l'équilibre des fluides, mais dans celle de leurs mouvements, en un mot non pas dans l'étude de V hydrostatique^ mais bien dans celle de V hydrodynamique.

Nous retrouvons encore le génie de Laplace point de départ de cette théorie. L'illustre math

MOUVEMENTS RYTHMIQUES DE l/oCÉAN 253

maticien a fait remarquer que lorsque Tattraction luni- solaire se fait sentir sur les eaux de Pocéan, cette attraction, exercée par deux astres « mobiles » par rapport à la Terre, devait donner naissance, non à une extumescence fixe, à une « colline » liquide, mais bien à une véritable « onde » qui se propagerait à la surface des mers suivant une loi plus ou moins complexe, dépendant de la nature des mouvements relatifs des astres attirants et des variations angulaires et métriques de leurs positions par rapport à la Terre. Ainsi, amenés à étudier la propagation d'une onde, nous devrons nous placer au point de vue de la dynamique des fluides et tenir compte de leur résistance. Deux principes fondamentaux dominent cette étude : celui de la superposition des petits mouvements^ et celui de la périodicité. Voici comment peut s'énoncer le premier :

« Supposons qu'un système de points matériels soit en équilibre, et qu'une force très petite vienne à troubler cet équilibre : alors un point matériel sera animé d'une petite vitesse, assez petite pour que l'expression de la force ne dépende que du i temps et de la position moyenne du point. Dans ces I conditions, si plusieurs forces viennent à agir simulf tanément, les lois de la Mécanique nous apprennent ii qu'à chaque instant leurs effets sont indépendants ' et, par suite, superposables ; et comme ces effets "momentanés n'exercent aucune influence sur les [ trces eMes-mêmes, il en résulte que l'effet total ïra la somme des effets partiels calculés comme ' chaque force agissait séparément. »

Ce premier principe a une importance capitale : il nous permet de considérer séparément Tinfluence de la Lune et du Soleil ; si l'on évalue d'une part la marée solaire, de l'autre la marée lunaire, on aura la marée résultante en faisant la somme de ces deux marées. Tous les phénomènes d'acoustique et d'optique sont une application journalière de ce principe : les ondes lumineuses et sonores cheminent dans l'espace sans se gêner mutuellement, et aujourd'hui des « trains » d'ondes électriques s^élancent au-dessus de la surface de la Terre, s'y propagent dans toutes les directions sans que la marche de l'une porte obstacle à la marche de l'autre.

Le second principe est celui de la périodicité des mouvements dus à des forces périodiques : « Toute force périodique provoque des mouvements périodiques de l'ensemhle des molécules sur lesquelles elle agit. Ces deux périodes sont égales et, en un point déterminé, leur différence de phase est constante. » Ainsi, un astre qui cheminerait uniformément dans le plan de l'équateur en restant toujours à une distance invariable de la Terre, ferait naître, par son mouvement diurne relatif, des forces perturbatrices dont la période serait d'un demi -jour. En un lieu quelconque, les oscillations du niveau de la mer résultant de cette action auraient, d'après ce second principe, exactement la même période semi-diurne, et les ' • verses phases du mouvement seraient « décalée d'un intervalle de temps constant par rapport a : phases correspondantes de la force.

MOUVEMENTS RYTHMIQUES DE l'OCÉAN 255

Toutefois, le mouvement relatif des astres attirants ne se produit pas dans d'aussi simples conditions, et, sans parler d'autres éléments, le fait de rinclinaison de leurs orbites sur le plan de l'équateur terrestre oblige à joindre aux forces de périodes semi-diurnes dont nous avons parlé deux autres catégories de forces : des forces diurnes et des forces à longue période.

En effet. Tout d'abord, l'action d'un astre tournant seul autour de la Terre sera de période semidiurne, car cet astre donne naissance à deux « sommets » d'ondes de marée diamétralement opposés l'un à l'autre ; le diamètre terrestre qui joint ces deux sammets suivra le mouvement orbitaire de l'astre. Dans ces conditions, les deux vagues feront le tour de la Terre de façon que, au cours des 24 heures qui sont la période supposée de l'astre, un point A de la Terre sera affecté deux fois par l'onde de marée : soit, une fois par la vague M, et une fois par la vague M'. La période sera donc semi-diurrie. C'est ce qui aurait lieu si l'astre était dans le plan de l'équateur et à distance constante de la Terre.

Mais l'astre n'est qu'exceptionnellement dans le plan de l'équateur terrestre. Dans le cas général, il est en dehors de ce plan, au-dessus ou au-dessous. Alors les deux zones de déformation M et M', par lesquelles passe chaque point de la Terre dans «on mouvement diurne sont dissymétriques. Ces deux extumescences ont dès lors des effets inégaux, et cette inégalité se traduit analytiquement par la superposition d'un mouvement de la mer^

dé période diurne, cette fois , avec Fonde semi- ] diurne dont nous parlions auparavant. Nous pouvons déjà voir apparaître la nécessité d'un nombre plus considérable d'ondes : en effet, si nous prenons comme unité le jour solaire, nous aurons, pour exprimer l'action du Soleil, un jour solaire de 24 heures et un demi-jour solaire d'une part, et pour la Lune un jour lunaire de 24 h. 50 m. et un demi-jour lunaire de 12 h. 25 m.

Les orbites des deux astres sont, en outre, inclinées sur le plan de l'équateur terrestre : les changements que subissent, d'un jour à l'autre, les déclinaisons de la Lune et du Soleil s'accompagnent de petites variations dans les durées respectives du jour solaire vrai et du jour lunaire : cela influe sur l'amplitude et la période des ondes diurnes et semi-diurnes. Remarquons ensuite que la Lune et le Soleil ne sont pas à des distances constantes de la Terre : l'ellipticité de leurs orbites fait varier l'intervalle qui les sépare de notre globe. Cette variation est, dans chaque cas, de 1/18' pour la Lune, en un mois, et de 1/60® pour le Soleil, en un an : c'est encore une cause de variation dans l'amplitude des ondes solaires et lunaires et les choses se passent comme si l'on combinait avec chacune des ondes principales, supposée d'amplitude moyenne, deux ondes parasites ayant comme amplitude la demi-différence entre la moyenne et le maximum, et pour vitesses respectives la somme et la différence entre l'onde pi cipale et la variation d'amplitude.

A ces ondes semi-diurnes et diurnes s'ajoute

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avons-nous dit, des ondes à lqngtf>e période^ et la période de chacune de ces ondes nouvelles dépend de la durée de la révolution de chacun des astres attirants autour de la Terre. Ainsi, pour la Lune, on a une onde de quinzaine et une onde mensuelle, et, pour le Soleil, une onde semestrielle et une onde annuelle ; Tamplitude de ces ondes est déjà beaucoup plus faible que celles des ondes principales.

Mais ce n'est pas tout : nous avons vu, en étudiant les mouvements de la Terre, que le plan d.e Torbite lunaire se déplaçait dans le ciel et que son intersection avec le plan de Torbite terrestre se déplaçait d'Occident en Orient, exécutant un tour entier en 18 ans l/2> Comme il y a lieu également de tenir compte de Tinclinaison de Torbite lunaire sur le plan de l'orbite solaire, on comprend aisément qu'il faille, pour faire intervenir ce phénomène, introduire deifx nouvelles ondes parasites, Tune ayant une période de 18 ans et demi, l'autre une période moitié moindre, toutes deux de très faible amplitude ; il y a encore lieu de tenir compte de la précession des équinoxes, du déplacement des pôles, et, en général, de tous les mouvements de la Terre; mais ces dernières « ondes astronomiques » sont négligeables.

Le problème complet de la marée consiste donc,

d'abord, à calculer les éléments générateurs de

'*acuné de ces ondes, ensuite à en combiner les

tions périodiques. C'est cette étude que lord

îlvin et sir G. H. Darwin ont faite, en instituant belle méthode appelée Analyse harmonique j

et dont l'ingénieur hydrographe Hatt a fait, en France, de si magistrales études.

Pour se représenter chacune de ces ondes, on isole, par la pensée, on astre fictif que l'on imagine, pour un instant, se trouver seul en présence de la Terre, et tournant autour d'elle, avec on mouvement ayant pour période la période qu'il s'agit de représenter, en restant toujours dans le plan de Téquateur, et à distance constante du globe terrestre. Cet astre fictifs dont les données de Tastronomie permettent de calculer la masse et la distance, intervient alors pour produire une onde unique. Nous calculerons ainsi les caractéristiques d'autant à^'astres fictifs qu'il y a d'ondes élémentaires à combiner. Voici la liste des principales :

Les ondes semi-diurnes sont : 1° Tonde lunaire moyenne j qui représente le mouvement moyen de la marée semi-diurne. C'est la plus importante de toutes, et l'astre fictif qui serait susceptible de Tengendrer aurait une masse égale aux 95/100* de celle de la Lune ; 2° l'onde sidérale (fraction lunaire), de période égale à un demi-jour sidéral : elle avance j donc progressivement sur la première qui est réglée sur le jour lunaire ; cette onde concorde avec la précédente environ tous les quinze jours; 3° l'onde lunaire elliptique, qui retarde sur la première d'une quantité égale au mouvement mopi. anomalistique de la Lune dans son orbite; > coïncidences se suivent donc à un mois d'int valle ; 4° une onde solaire moijenne; 6° une oi î

MOUVEMENTS BYTHMIQUES DE L^OCÈAN 259

Sidérale (fraction solaire) et 6" une onde solaire elliptique, ces trois dernières jouant, relativement à l'action du Soleil, le même -rôle que les trois premières vis-à-vis de la Lune.

Vient ensuite le groupe Aq% ondes diurnes : 1*" une onde lunûir£ diurne et 2® une onde sidérale diurne (fraction lunaire), puis 3<* une onde solaire diurne et 4° une onde sidérale diurne (fraction solaire), qui représentent presque exactement les effets de la déclinaison respective de la Lune et du Soleil. Ces ondes Sj^nt, deux à deux, d'importances à peu près égales, de sorte qu'aux époques de leurs coïncidences, l'effet de chacun des groupes est sensiblement doublé, pour devenir sensiblement nul aux époques intermédiaires.

A ces ondes astronomiques, il faut joindre d'autres ondes d'un caractère différent : les unes sont les ondes météorologiques, qui traduisent l'influence des vents diurnes et saisonniers réguliers sur les marées : elles sont inséparables des ondes solaires diurnes et annuelles; les autres sont les ondes hydrauliques qui traduisent la complication qu'impose au phénomène des marées la conformation plus ou moins irrégulière des rivages et des profondeurs, surtout des estuaires où le flot de marée se propage sur de vastes espaces, où le fond est très près de la surface.

Donc chacune de ces ondes (on en compte 16 pour les marées des côtes de France, 21 pour les marées des Indes) correspond à l'action d'un astre fictif dont les caractéristiques ont été calculées, et qui fournit une onde simple. Il s'agit maintenant

de combiner entre elles toutes ces ondes individuelles. Si cette combinaison devait être faite par les seules ressources du calcul, elle serait d'une extrême longueur et d'une grande difficulté.

Lord Kelvin a eu l'idée géniale et, par conséquent simple, de demander à un dispositif mécanique la solution du problème, et il a construit cet

FiG. 28. — Tracé d'un sismolde par un système de bielle

et de manivelle.

admirable appareil appelé Tide predicter (prédiseur de marées) qui permet, quand on connaît les éléments des ondes élémentaires pour un port donné, Brest, par exemple, de combiner toutes ces ondes en une courbe unique, complexe, mais mathématiquement exacte et représentant graphiquement le phénomène* résultant, c'est-à-dire que, le temp* formant l'abscisse d'un point de cette courbe, l'or donnée représentera, à ce moment-là, l'amplitude

UOtlVEUENTS RÏTBUigUES DE l'oCÉAN

de l'onde complexe de marée résultant de la composition de toutes les ondes indWiduelleg.

Il a suffi à t'illustre physicien anglais de se rappeler que les courbes qui traduisent l'onde de marée sont des «. sinusoïdes » et que toute sinusoïde peut être tracée très simplement par un crayon actionné par un mouvement de

bielle-et-m a nivelle, les deux entraînements de la manivelle et du cylindre porte-papier étant connexes (Dg. 28). Si donc nous voulons composer un certain nombre de sinusoïdes dont chacune figure une onde élémentaire, six, par exemple, nous prendrons six systèmes « bielle-manivelle » . (flg. S9) i la longueur de chaque manivelle ligure l'amplitude de l'onde correspondante; sa vitesse de rotation est réglée par la période de cette

onde ; des engrenages convenables permettent de faire tourner, à Paide d'un mouvement unique, chaque manivelle avec la vitesse angulaire correspondante ; la position qu'occupe chaque manivelle, par rapport à celle qui figure Tonde lunaire semidiurne, quand celle-ci est verticale, représente, par son « décalage », la ephas de Tonde correspondante.

Chaque bielle peut donc ainsi monter et descendre; et si ces' bielles portaient toutes un crayon, chacune d'elles tracerait sur un papier, défilant d'un mouvement uniforme, la sinusoïde qui traduit graphiquement Tonde qu'elle est chargée de figurer. Pour combiner tous ces mouvements, pour en faire la « totalisation », tant en grandeur qu'en signe, lord Kelvin a muni chaque tige d'une poulie ; les tiges sont espacées d'une largeur égale au diamètre des poulies sous les gorges desquelles passe un fil unique, iixé à une de ses extrémités et portant à l'autre un poids muni d'un crayon. Quand on fait alors tourner tout le système, on voit que le poids, en montant et en descendant, représente à chaque instant l'ordonnée résultant de toutes les ordonnées partielles des six sinusoïdes composantes; si le crayon touche un cylindre tournant uniformément et recouvert de papier, il tracera sur ce papier la courbe cherchée qui doit figurer le phénomène. En réalité, pour l'appareil qui sert au service hydrographique, il y a 16 poulies, correspondant à 16 ondes composantes.

Tel est ce merveilleux instrument qui fait exa tement sans efforts^, et en quelques instants, ce q

MOUVEMENTS RYTHMIQUE^ DE l'oCÉAN 263

demaDderait des mois s'il fallait faire les longs calculs nécessaires.

Avant que Ton connût cet appareil, qui ne date que de peu d'années, on procédait autrement pour dresser à l'avance les annuaires des marées, si nécessaires aux marins». En un lien donné, les circonstances locales: côtes, estuaires, fond, etc., qui influent tant sur les marées, sont des « constantes » pour ce lieu ; les serties variables sont les positions respectives de la Terre, de la Lune, du Soleil. Or, ces trois astres reviennent tous les 48 ans et 11 jours occuper exactement les mêmes positions relatives. Si donc, on observe pendant 18 ans et 11 jours, en un lieu donné, les iiauteurs des marées au moyen de ces instruments appelés « marémètres », ou « marégraphes », et qui sont basés sur le principe des vases communicants, on aura les valeurs de la marée pour chaque jour de la période suivante. Cette période de 18 ans et 11 jours était connue des anciens qui l'appelaient Saros : elle comprenait toujours 70 éclipses dont 41 de Soleil et 29 de Lune, et les éclipses observées pendant cette période se reproduisent en même nombre et à des époques correspondantes pendant la période suivante.

La marée se propage donc sous forme abonde :

elle se comporte, par suite, comme les « ondes de translation sismique », dont nous avons parlé au chapitre VII et sa vitesse de propagation sera proportionnelle à la racine carrée de la profondeur du bassin à la surface duquel elle chemine. Gela

nous explique un fait d'observation bien curieux : quand la mer arrive à nos rivages de VOuest, elle monte d'abord lentement, à partir du niveau de la basse mer ; mais sa vitesse croît peu à peu, et, à mesure que le niveau s'élève, l'arrivée du flot s'accélère, le courant de matée devient très fort et l'ascension très rapide. C'est une conséquence de la loi de propagation d'une onde solitaire dont la vitesse croît avec la racine carrée de profondeur ; celle-ci est nulle au départ, et augmente à mesure que la mer recouvre les parties déclives du rivage; la vitesse d'arrivée du flot doit donc augmenter jusqu'à l'heure de la haute mer.

Une considération de même ordre va nous permettre de comprendre pourquoi nous avons en certains lieux, à Saint-Malo, par exemple, des marées qui atteignent 14 mètres, alors que la marée « théorique » ne devrait pas dépasser 60 centimètres. C'est que la marée se manifeste par un mouvement ondulatoire qui communique aux molécules de l'Océan une « vitesse de vibration » considérable. Tant que cette onde se propage sur un océan profond, par exemple à la surface de couches d'eau épaisses de 4 000, 5000 ou même 6000 mètres, la vitesse de propagation est sensiblement constante. Mais quand l'onde de marée approche des côtes d'Europe, qu'elle rencontre le « plateau continental », cette sorte de piédestal, de soubassement, dont la profondeur ne dépasse pas 200 mètres, ^* sur lequel est assis le continent européen, la fori vive des eaux se communique à une masse liquic beaucoup plus faible, ce qui produit l'élévation d

MOUVEMENTS RYTHMIQUES DE l'oCÉAN 265

Teau si forte le long de nos rivages, dans la Manche surtout, dont les formes étroites préparent déjà le phénomène. On a pu dresser des cartes qui permettent de suivre l'arrivée de l'onde de marée par le tracé de lignes « cotidales » réunissant les \\eux où Tonde arrive au même moment : plus les « cotidales » sont « serrées », plus le phénomène est accentué.

Deux hydrographes anglais, Whewell etLubbock, ont été plus loin dans Tutilisation de cette idée de la transmission ondulatoire de la marée. D'après eux, pDur que le phénomène de 1' « onde de marée » puisse se produire, il faut qu'il prenne naissance sur un océan illimité^ de façon que l'onde, suivant le mouvement de l'astre attirant, puisse librement faire le tour entier du globe; or, de telles conditions ne sont réalisées qu^ dans l'Océan Austral, dans ces vastes et terribles « mers du Sud » qui entourent, en effet, le globe terrestre d'une ceinture liquide continue,, bordée par le continent antarctique et passant au Sud du cap Horn, du cap de Bonne-Espérance et de l'Australie. C'est là, d'après Whewell et Lubbock, que prend naissance et se propage, sans aucun obstacle continental, l'onde de marée génératrice. L'onde de marée que nous constatons dans l'Atlantique ne serait, dès lors, qu'une onde secondaire, « dérivée »• de l'onde principale.

Il y a un fait d'observations qui apporte à cette riginale conception un appui particulièrement olide : tout le long des côtes de l'Atlantique,

même sur les côtes de Téxtrème Sud argentin, sont des stations où Ton observe les marées : on peut donc y suivre heure par heure la marche de Tonde qui se propage vers le Nord. Or, on a constaté que, quand la vague de marée arrive, par exemple, à midi, au détroit de Magellan, elle est à minuit, soit 12 heures après, au cap Corrientes, près de Tembouchure du Rio de la Plata ; 12 heures après, elle est à la hauteur des îles Canaries, et enfin, 12 heures plus tard, c'est-à-dire le lendemain, à minuit, elle se fait sentir au marégraphe de Brest : elle a donc mis en tout 36 heures à franchir FAtlantique du Sud au Nord. Or, on constate, d'autre part que, à Brest, la marée d'équinoxe ne se fait sentir que trente-six heures après rinstant théorique où les astres. Lune et Soleil, ajoutant leurs attractions, doivent produire sur les eaux de la mer la marée maximum. C'est là une très remarquable confirmation de la théorie de Whewell et Lubbock. Mais, par contre, il y a un fait qui viendrait à rencontre de celle-ci : nulle part, dans les îles de l'océan Austral, à Kerguelen, à Saint-Paul, à Amsterdam^ on n'a trouvé que Vâge de la marée fût nul, ce qui devrait être d'après la précédente théorie. On le voit : adhuc suh judice lis est.

Ce phénomène de la marée est donc régi, au point de vue de soii amplitude, par la configuration des côtes : c'est en France et en Angleterre que l'on observe, en Europe, les plus fortes dé vellations. Les mers fermées, par contre, comi la Méditerranée et la Baltique, n'ont que à

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marées insignifiantes : dans le golfe de Gabès, on observe parfois, aux équinoxes, des marées d'un mètre, qui proviennent d'ailleurs surtout de la maVée atlantique transmise par le passage de Gibraltar. En revanche, dans ces mers demi-fermées et sur les grands lacs, on observe des oscillations continues du niveau, dont la périodicité, quoique réelle, n'a aucune cause astronomique, ce sont les seiches^ si nettement visibles sur le Léman. L'origine des seiches est vraisemblablement météorologique : quand la pression subit un notable accroissement à l'extrémité d'un lac allongé, elle en fait baisser le niveau, et, par conséquent, relève celui de l'extrémité opposée ; cette inégalité momentanée du niveau liquide provoque le rétablissement de l'équilibre hydrostatique qui s'établit par une série d'oscillations dont la durée dépend de la largeur du lac et de sa profondeur : la théorie et l'observation ont toujours été trouvées d'accord sur ce point. Les mers, comme la mer Egée, ont aussi des seiches qui, aux équinoxes, peuvent se combiner avec les minuscules marées qui s'y manifestent et donner aux lois de la dénivellation une complexité plus apparente que réelle, et que les considérations précédentes ont permis d'élucider complètement aujourd'hui.

Les marées, suivant que l'eau remonte ou baisse,

donnent naissance, avons-nous dit, à des courants

le flot ou de jusant. Ces courants peuvent, d'après

a configuration des rivages et suivant que ceux-ci

m favorisent ou non l'établissement, devenir d'une

puissance considérable et présenter, à certains moments, des dangers pour les navigateurs. Citons le raz de Sein, le raz Blanchard, où, aux marées d*équinoxe, la vitesse du courant dépasse 8 milles à rheure, et les « remous » qui, dans certa,ins lieux, se produisent, lors du renversement de marée, par suite du contact des deux courants contraires : le gouffre du Maelstrôm, au nord de la Norvège, le Corryvrekan, aux Hébrides, et le gouffre légendaire de Charybde, plus dangereux dans la fable que dans la réalité.

Nous allons parler maintenant d'autres mouvements rythmiques qui animent les eaux marines. Ils sont à courtes périodes : ce sont la houle et les vagues.

On a, en petit, l'image de la propagation des ondes sur l'eau quand on laisse tomber un caillou dans un bassin : on voit alors des rides circulaires, des «ondes», se propager du point d'immersion vers la circonférence. C'est là l'image réduite de ce qui se produit à la surface des océans, toujours parcourus par des « ondes » d'importance plus ou moins grande.

Ce mouvement est celui^qui se produit par une atmosphère calme. Quand. le vent vient à s'élever, à «fraîchir», les collines d'eau qui constituent les ondes de houle perdent leur belle régularité; elles cessent d'être symétriques, deviennent abruptes « sous le vent » pendant que la surface i couvre de rides, de vaguettes parasites; peu peu le versant « sous le vent » se creuse, le somm

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arrive en surplomb et s'écroule, emprisonnant une masse d'air qui s'échappe en bulles d'écume blanchâtre constituant les moutons : ce sont les vagues déferlantes ou vagues « forcées».

La hauteur de ces vagues est parfois considérable : sans atteindre les valeurs de 40 et 50 mètres que lui ont attribuées les dires des anciens navigateurs, par suite d'une erreur d'optique facile à commettre, elle atteint, dans les mers du Sud, par les gros temps, 15 à 16 mètres, 10 à 11 mètres dans Tocéan Indien, 8 à 9 mètres dans TAtlantique, et enfin, dans la Méditerranée, 5 à 6 mètres, toujours par gros temps, loin des côtes, en propagation libre.

Car, quand un régime d'ondes ne se propage pas librement et rencontre un obstacle, le phénomène se complique de celui de V interférence entre le mouvement direct et le mouvement réfléchi par l'obstacle. Alors, la hauteur des vagues peut devenir énorme. C'est ce qui arrive quand elles montent à l'assaut des rivages : elles s'élèvent à des hauteurs de 40 et 50 mètres et retombent en flots d'écume. Cela se produit aussi quand un grand navire se précipite à toute vitesse en sens inverse du mouvement de propagation des vagues : celles-ci s'élancent sur son étrave, passent pardessus ses plus hautes superstructures où, parfois, elles enlèvent des hommes et causent des avaries.

Quand plusieurs régimes de vagues, de directions fférentes, se rencontrent pour une raison quel- *nque, le phénomène des interférences se produit

encore, et la mer est « démontée » ; cela se produit au centre des cyclones où se rencontrent les milliers de mouvements ondulatoires engendrés par des vents qui ont toutes les directions, puisqu'ils font partie d*un mouvement tourbillonnant. Dans la Méditerranée, où le contour « fermé » des côtes donne lieu à des réflexions de mouvements dans toutes les directions, les vagues sont soumises à des régimes complexes, et, sans être démontée, la mer présente dea vagues courtes et hachées qui y rendent la navigation souvent difficile.

La longueur des vagues est d'environ 20 à 30 fois leur hauteur : les^ grandes vagues de 15 mètres des mers du Sud peuvent donc avoir de 300 à 450 mètres de longueur; cela comporte une bien faible déclivité pour la pente des montagnes liquides, et c'est heureux, car sans cela, leur écroulement, lorsqu'elles «déferlent», rendrait impossible toute navigation.

Si Ton se borne à une observation superficielle, il semble que, lors de la production des ondes sur l'eau d'un bassin, l'eau soit transportée vers la périphérie. En observant un peu attentivement, on constate qu'il n'en est pas ainsi, car un petit morceau de bois, jeté sur la, surface liquide, se soulève et s'abaisse alternativement au passage des ondes^ mais n'est nullement transporté vers le bord. Les molécules liquides vibrent donc « sur place » ; les frères Weber ont étudié ce mouvement par l'expérience et en ont indiqué les lois : il résulte des travaux des deux physiciens allemands que chaque molécule d'eau décrit une courbe

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fermée (fig. 30) ; c'est la combinaison de ces mouvements orbitaires, transmis de molécule à molécule, qui constitue, à la surface de la mer, la « propagation » des mouvements ondulatoires. A mesure qu'on s'enfonce plus profondément sous les eaux, la circonférence, décrite sur place par les molécules, s'aplatit et devient une ellipse de plus en plus écrasée, qui, enfin, se réduit à une i

mn»-

FiG. 30. — Mouvements vibratoires circulaires des molécules liquides. { Formation et propagation de la houle.)

droite, déterminant, pour les grandes profondeurs, un simple mouvement rectiligne horizontal de vaet-vient des molécules liquides. L'expérience a montré que les agitations de la surface se font sentir jusqu'à une profondeur égale à 300 ou 350 fois la hauteur des ondulations produites : il y a donc un niveau au-dessous duquel les agitations superficielles ne se transmettent pratiquement plus.

La première manifestation, la plus simple, du mouvement ondulatoire à la surface de la mer est la houle régulière, caractérisée par l'absence de cette écume blanche que les marins appellent des moutons. C'est ce qui forme à la surface de la mer ces extumescences régulières, sortes de collines aux flancs régulièrement courbes, et qui se propagent

majestueusement sur l'eau quand Tatmosphère est calme : ce sont ces ondulations de houle qui éprouvent le plus le cœur des navigateurs débutants. L'onde de houle a le profil qu'indique la courbe représentée plus haut, et que les mathématiciens nomment une trochàïde. Une houle se caractérise par la longueur d'onde ou distance constante entre deux sommets consécutifs; par la j vitesse de propagation, qui est le chemin parcouru en une seconde par le mouvement apparent des collines liquides, par la période, qui est le temps que met une crête à succéder à la précédente, et enfin par l'amplitude ou hauteur des ondulations, c'est-à-dire par la distance verticale qui sépare une crête d'un creux.

Les mouvements de la mer représentent la mise en jeu d'une somme considérable d'énergie mécanique.

Si l'on considère d'abord les vagues, si l'on réfléchit que leur vitesse de propagation est d'environ 25 milles marins à l'heure, soit plus de 45 kilomètres ; si l'on se représente la formidable masse d'eau que comporte une vague de 10 mètres de hauteur, on conçoit que la force vive d'une pareille masse, produit de celle-ci par le carré de la vitesse, soit considérable. Une vague de 10 mètres de hauteur faisant 25 milles à l'heure développe deux mille chevaux-vapeur par mètre courant. L'ingénieur Stephenson a, d'autre part, mesuré directement l'effet exercé sur une surface donnée pa le choc de pareilles vagues : il a trouvé trent( tonnes par mètre carré. Si l'on pense qiu'un parei

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choc se produit pendant des journées entières toutes les 10 ou 15 secondes, ce qui représente à peu près la « période » de ces vagues, on voit la puissance formidable représentée par les ondulations de la mer.

Quand ces puissantes masses arrivent à Tassant du rivage, elles en attaquent les roches, elles en délitent les éléments : ainsi se creusent et se découpent les granits de Bretagne, ainsi sont sapées par leur pied les falaises crayeuses de la Normandie. Ainsi sont coupés et détruits en quelques minutes les travaux de défense, les digues que Thomme, au prix de longues années d'efforts; a péniblement élevées pour protéger ses ports contre la fureur des flots, et qu'une seule tempête suffit à anéantir en quelques instants. Peut-être un jour pourra-t-on capter ces forces jusqu'ici inutilisées : alors, transmis au sein du continent par les courants électriques, les mouvements des eaux de la mer serviront à édifier, au lieu d'être uniquement occupés à détruire.

Quant aux marées, la puissance que représente le mouvement alternatif du niveau de la mer est également considérable, et d'une utilisation plus facile et plus immédiate : il suffit de construire de vastes bassins, ce que l'on peut réaliser dans bien des cas, en fermant par un « barrage » un estuaire formant réservoir naturel, qui se remplira à marée haute par le simple jeu de l'ascension de la mer. On Brme alors l'orifice d'accès et l'eau, en s'écoulant )rsque la mer baisse, actionne des turbines dont m utilise la puissance. Dans les régions, comme

celle de Saint-Malo, où les marées atteignent 15 mètres aux équinoxes, il y a là une formidable ! réserve d'énergie. Rien que dans la baie du Mont- | Saint-Michel, chaque kilomètre carré découpé à la j surface de la mer représente une force moyenne 1 de 20 000 chcTaux-vapeur, et cette baie n'a pas moins de 300 kilomètres carrés de superficie. Si j donc on la barrait par une digue, travail qui n'est | pas plus compliqué que le percement du Suez ou 1 Texécution du Transsaharien, on aurait ainsi une * disponibilité de 6000000 de chevaux-vapeur! Et ' combien d'autres baies se prêteraient à des applications semblables! Le simple barrage de la Rance au-dessus de la Richardais donnerait une force disponible de plus de 200000 chevaux- vapeur !

Cette énorme quantité d'énergie est produite par Tatt Faction périodique du Soleil et surtout de la Lune : ainsi cet astre « mort » contribue à donner à la Terre le mouvement et la force, c'est-à-dire la ] manifestation même de la vie! N'est-ce pas là une belle manifestation de ce renouvellement de tout, (le cette évolution que nous rencontrons à chaque pas dans l'étude de la matière organisée : « la vie renaît de la mort », a-t-on pu dire si justement. Cet axiome serait-il applicable à la vie même des mondes?