MM

Fig. 19. — Mouvement orbitaire des molécsles.

se propage de gauche à droite, en agissant successive* inent sur toutes ces molécules. La molécule sera encore CQ repos quand la molécule 8 sera déjà entraînée par le mouvement ondulatoire et commencera à décrire sa trajectoire circulaire. A cet instant, la molécule 7, déjà saisie par le mouvement vibratoire avant la molécule 8, a décrit^ stfr sa trajectoire circulaire, un arc plus grand; le même raisonnement s'applique à toutes les molécules précédentes; et à la molécule 1, qui a décrit 6on orbite complètement, c'est-à-dire est revenue à sa position initiale. Le proâl de la surface liquide, « lieu géométrique » de toutes les molécules liquides à un instant donné, est donc la courbe de forme sinusoïdale que Von appelle une courbe trochdidale.

On déduit de là les trois suivantes :

« Quand un mouvement ondulatoire se propage de gauche à droite, les molécules liquides décrivent leurs orbiteé circillaires dans le sens des aiguilles d'une montre (sens déxtrogyre) ; si, au contraire, le mouvement se propage de droite à gauche, les orbites sont décrites dans le sens contraire (sens levogyre).

136 LEÇ PROBLÈMES DE l'oCÉAN

« Dans un creux, les molécules se meuvent en sens inverse du mouvement de propagation; sur un sommet, elles se meuvent dans le sens môme de ce mouvement. » La trockoîde peut donc être considérée comme engen- ^ drée par un point situé à l'intérieur d'un cercle qui roulerait, sans glisser, sur une ligne droite.

Gela posé, voici l'énoncé des lois établies par Gerstner relativement au mouvement orbitaire des molécules . liquides :

1). La houle est produite par les mouvements orbitaires des molécules liquides, décrivant toutes un cercle d'un mouvement uniforme autour d'un centre fixe. Toutes les molécules dont les centres d'oscillation sont sur une même verticale occupent simultanément, sur leurs orbites respectives, les mêmes positions angu; , laires.

2), Entre les molécules ayant leurs centres sur deui verticales différentes, il existe à chaque instant une différence de position angulaire proportionnelle à Ja distance entre les deux verticales. Le mouvement de propagation apparent est un mouvement uniforme.

3). Le rayon des orbites décrites par des molécules situées sur une même verticale décroit, à mesure que Ton s'enfonce, en fonction de la profondeur, suivant une loi exponentielle.

4). La vitesse de rotation de mouvement orbitaire et la vitesse de translation du profil trochoïdal sont inversement proportionnelles l'une à l'autre et leur produit est égal à Taccélération de la pesanteur.

Ainsi la houle est un mouvement qui satisfait aux conditions suivantes : d'abord celle de continuité et de constance des volumes; ensuite l'absence de frottement moléculaires, réduisant les forces appliquées sur chaque molécule à la pesanteur et à la poussée du liquide envi-

ronnant; enfin les conditions, pour la surface terminale d'être une « surface de niveau », normale en chaque point à la poussée hydrostatique.

On peut même dire que le mouvement de la houle, tel que nous l'avons défini, satisfait encore à une condition de pliï6 : chaque molécule liquide est soumise & une pression constante pendant toutes les phases de son oscillation . Cette pression constante dépend seulement de la profondeur à laquelle est situé le centre d'oscillation de la molécule. En d'autres termes, les coi^ches horizontales -de la houle coïncide avec les couchés de

niveau.

Dans un mouvement réel de houle à la surface de la mer, il y a lieu de définir plusieurs a constantes » susceptibles d'être déterminées par l'observation. , . Il y a d^abord la longueur d'onde^ qui est la distance constante séparant une crête de la suivante. Il y a, ensuite, l'amplitude : c'est la distance verticale entre Thorizontaie qui passe par un sommet et celle qui passe par un creux : on rappelle aussi la hauteur. Il y a, de plus, la vitesse de propagation : c'est la vitesse, en mètres par seconde, avec laquelle le mouvement «emMe se propager à la surface de la mer. Il y a, enfin, la période : c'est le temps que met une crête à succéder à une autre crête devant un point fixe. '

Quand nous parlons de propagation de mouvement, il faut bien se rappeler que, malgré les apparences qui îont que l'eau semble transportée à la surface de la mer dan%le sens de la propagation, c'est du mouvement^ non de hi matière qui est transportée; non materia ipsa progveditur, sed forma materia progreditur^ disaient les philosophes scolastiques. Quand on observe la houle par un temps absolument calme, un bouchon, jeté à la mer, s'élève et s'abaisse alternativement au passage des vagues de houle, mais ce mouvement vertical s'effectue

138 LES PROBLÈMES DE L'oCÉATi

sur place, sans que le bouchon subisse la moindre trans* lation dans le sens du mouyement apparent.

Toutes les conclusions que nous venons de rappeler ne sont valables que dans le cas d'un océan de profondeur infinie. Dans le cas d'une mer de profondeur finie, elle^ cessent d'être légitimes et doivent être modifiées. Ainsi les cercles orbitaires devietinent deis ellipses, à mesure que la profondeur augmente. Les excentricités de ces ellipses vont en croissant avec la profondeur. Près du fond, le petit axe devient nul et le grand axe se rédi^iit à une droite; près de la surface, les deux axes sont presque égaux mais c-est toujours le petit axe qui est vertical. L'influence du fond se manifeste par une diminution de la vitesse de propagation et de la longueur d'onde, et par une augmentation de l'acuité du profil terminal de la houle. Cette augmentation rend la mer plus (( dure » quand un navire passe des grandes profondeurs de l'Atlantique^ sur le^s profondeurs, inférieures à 200 mètres, qui régnent au-dessus du « plateau continental ».

La poussée, hydrostatique varie très notablement d'un point à un autre de la surface supérieure de la houle : la valeur moyenne de la poussée, atteinte à mi-hauteur deB vagues, est nettement supérieure à celle de la poussée en eau calme. De là résulte, pour les sous^marins, une difficulté à plonger par mer agitée. Cette difOculté les oblige à se lester davantage pour obtenir leur immersion. Mais, quand cette immersion est obtenue et que le rayon oii)itaire des molécules d'eau a diminué, le sous-marin se trouve trop lesté : il peut ainsi présenter une floitabilité négative imprévue.

Cette variation de la poussée hydrostatique explique aussi le déplacement lent des minesv sous-mannes mouillées au bout d'une amarre fixée à un « crapaud )» reposant sur le fond : au passage d'une crête de houle, la mine peut acquérir momentanément, par suite de la poussée, un excès d« flottabilité suffisant pour soulever

JsX HOULE ET LES VA<;LES 139

)0D crapaud et obéir alors à un mouveoieot d« traBato-* ion. Plus loin, ie crapaud retombera $ur le fau4t Lai mne avance atqfii « par bonds » ; eile peiit aiteixufara deik mdroiis de fHrofomleur caoiodr^ ei dev^nix un dapger, )OQr la iiavîgatton4 i

Quand plusieurs systèmes d'ondea Ttennent se renmontrer à la surface de la mer, ils se comlûnent enire^ îox, et le phénomène résultant a reçu le nom d'tVUer/e*-.

rente. ' i

ËQ vertu du principe de la superposiUou des petits^ mouvements, chaque système se propuge cmnme s'il^ Hait seoi; de sorte que, si Tau considère deux mouve^ (oeuts ondulatoires figurés chacun par m^ ûnusaîd^^ ayant tous deux la même lenteur d'oada mais daa amplitudes différentes, la courbe résultante açra une sinusoïde dont T^ardonnée, en chaque point, sera la^ somme algébrique des o^rdonnées des deux stousoïdesi composantes. L'ordonaée résultante peut donc ètre^ égale à la somme des deux ordonnées ^^^mposauteSt quand les deux [sinusoïdes s' « emboîtent » Tuae daASi l'autre; au contraire, eQe peut être nulle si .les deux ordonnées composantes sont égales et de signes contraires. '\ ■ Ce cas se présente quand une houle se réfiëchit sut; un obst&cle solide en donnant jaaissance à une onde ivT^écftier'égale et de signa contraire & Tionde mciiUnte. Uors les deux ondes qui se eombiaent soc^t ^les et de^ lens contraires, il se produit des poiiMa où les mouve-: ments composants s'annulent : ce sont tes mmds; il y en[ a d'autres, au contraire, où ils ajoutent leurs amplitudes pour donner une amplitude double : ce août les vofUres. Les oodes atuii i»x>duites ne semblent animées d'aucun mouvement apf)ftrent de propagation : ou lea^appeUe defi( ondes siaiiamMnpeit. Ce sont eea. ondes . quî^ dans lai ttéoriè vilaratoî^e de la lumière, ont été utîMaéea fti^ le

professeur Lippmann pour son immortelle découyerte de la photographie interférentîelle des couleurs. C'est, d'ailleurs, à cause de leur mode de propagation commua que Ton a donné le nom d'ondes aux vibrations sonores, lumineuses, électriques, dont le mécanisme de propagation se fait suivant la loi du mécanisme de la houle qui constitue les ondes matérielles à la surface des mers.

Quand Tinterférencé de plusieurs systèmes d'ondes se produit à la surface de l'eau, on a l'apparence de la mer appelée le clapotis. Dans le clapotis, il n'y a plus d'orbites circulaires décrites par les molécules, mais simplement les oscillations de celle-ci autour d'un point, le long d'une droite diversement inclinée. Les rayons Cloutent et descendent surplace. Ainsi, une houle ordinaire, rencontrant le mur vertical d'un quai ou d'une jetée, se trieinsformera fatalement en clapotis.

Quand le clapotis résulte de la superposition de mouvements ondulatoires correspondant chacun à des vagues de grande hauteur, comme c'est le cas au centre des cyclones où viennent se composer l'infinité de systèmes de vagues venant de tous les azimuts, la mer est dite démontée.

Ce que nous venons de dire s'applique aux vagues « de houle », c'est-à-dire à ces ondulations régulières et symétriques qui s'observent quand il n'y a pas de vent.

Hais ce Cas limite ne se présente presque jamais. Ce que l'on observe le plus souvent, ce sont les ondulations produites et entretenues par l'action du vent i ce sont les vagues de vent ou vagues forcées. La houle théorique n'est que la tracé persistante de leur mouvement initial, quand le vent générateur est tombé.

Quand le vent se lève sur une mer parfaitement calme, la surface de l'eau eomménce à se « rider i»; chacune de ces rides offre l'aspect d'un petit croissant dont la convetité est dirigée dans le sens du vent, celui-ci souf-

fiant dans la conoantë. Le vent Tenant à fraîchir, les boarreleta prennent de Timportance et deviennent de Téritablea vagnes* < » <

Mais, sous l'action soutenue du vent, celles-ci n'ont plus le profil symétrique des ondulations de la houle : leur pente est plus douce sur le c6té « au vent » , plus abrupte sur le c6té « sous le vent ». Leur surface,- sur chacun des deux versants, se eouvne, en outre, de rides qui 8ç superposent au mouvement généraL

Le mouvement ori>itair6 ne peut,- non plus, être envi-^ sage comme dans le cas théorique de la houle trochoïdale* Dans le cas des vagues forcées, le vent « propulse » mécaniquement les. vagues qui lui offrent la prise de leur surface. Dans ces conditions^ lea orbites ne se ferment plus sur elles-mêmes, mais constituent une sorte de spirale accusant, cette fois, un véritable mouvement de translation.

Ce sont ces vagues « forcées » qui intéressent plus direcliement les i navigateurs qui ont à lutter contre elles au cours de leurs voyages.^

Quand une vague est ainsi formée, elle augmente ,de hauteur en même temps que de longueur à mesure que le vent fraîchit ; mais cette augmentation n'est pas indér finie, chaque vague protégeant de reifet du vent, par sa surface même, la vague qui est sa voisine immédiate, cle sorte que la surface de la mer finit par prendre un ^iat de régime permanent, fonction de Tintensité du vent. Quand la' crête d'une vague dépasse le niveau du plan luKrizonlal qui passe par toutes les autres crêtes, les molécules liquides sont saisies p^ le vent : elles sont chassées en avant à Tétat de fines poussières qui consU tuent V « erabruh ». Ou bien, squs la poussée du <:ourant aérien, la partie supérieure de la vague s'avance en surplomb au-dessus du versant situé sous le vent c n^étantplus soutenue par les molécules sous-jacentes, elle s'écroule ett déferlant. Les bulles d'air qu'elle emprisonne ainsi se dégagent à travers la masse de l'eau, en produi-

sant Vécume caractéristique des gros temps. L'ensemble de ces vagues écumantes constitue te qu'on appelle des M moutons », d'où le noni de « mer moutonneuse », donné à la surface océanique dans ces conditions.

Ces apparences successives que prennent les vagues en augmentant de hauteur sous l'action d'un vent croissant, se reproduisent en sens inverse à mesure que la force du vent décroît jusqu'à l'arrivée du « calme blanc »• Alors, il ne reste, du régime de vagues forcées, qu'une houle régulière parcourant majestueusement la surface liquide. C'est cette houle qui met à une si rude épreuve le cœur des navigateurs novices en les forçant à faire, à la déesse Âmphitrite, le plus cruel des sacriflces après celui de la vie : celui de leur déjeuner.

On a tenté l'étude expérimentale de ces « vagues de vent ^ dont nous venons de parler : bien des points en sont encore à préciser.

On peut d'abord se proposer d'obtenir graphiquement, poir une inscription automatique, le profil des vagues que l'on veut étudier. On peut, pour cela, se servir de l'ingénieux trace-vagues du lieutenant de vaisseau Paris.

Le principe de cet appareil est d'immerger une perche longue, lestée en plomb à sa partie inférieure, et dont la partie supérieure dépasse le niveau de l'eau de plusieurs mètres. Au bas de la perche, et, par conséquent, immergé dans Teau, est un cadre en toile tendu stir une armature de fer, et dont le plan est horizontal : par la résistance qu'offre sa surface au mouvement^ la perche ne « monte » pas au passage des vagues, et c'est le niveau terminal de celles-ci qui monte ou descend le long de la perche. En montant et en descendant ainsi, il déplace verticalement un flotteur annulaire, dont les mouvement^ sont transmis et inscrits sur un cylindre enregistreur placé au haut de la partie émergée de la

perche. L«s profila des vagaeâ peuTent ainsi élre déterminé* avec préciflion. Mais l'appareil est délicat. Aussi la plopart des détermiiuttioiis sur les > CDoBlaiiles « des vagues ont-eUes été faites par obaervatioD» directes.

La hauteur a fait, pendant longtemps, l'objet de rësultats coatradictoires. Certains uaTifcateurs, et nou des moindres, afOrmaleat avoir eu affaire & des vagues « hautes comme des montagnes » ; beaucoup de marins

Pl^. 30. — Erreur d'BppréciaUoii de la bautenr des vaguu.

du xviw siècle et du début du xix°, assignaient aux plus hautes vagues des hauteurs de plus de 100 pieds (jilus de 30 mètres). Aujourd'hui, des métbodes plus précisée ont permis d'avoir des résultats plus sûrs, et il faut u en rabattre ■ : les plus hautes vagues, observées ûiuxs les mers du Sud, au laTge et loin des côtes, ne semblent pas dépasser la hauteur de 15 à 16 mètres. C'est là un maiifflum eiceptioonel.

Ou peut très bien s'expliquer l'erreur qu'il est i'acile de commettre quand on m estime » la hauteur des Tagues entre lesquelles on navigue. Supposons (fig. 20) un navire placé en A, sur le flanc d'une vague, et dout le pont soit incliné sur l'horizoo. Par ua sentimefit très naturel, l'observateur qui regarde le sommet C de la vague voisine, la rapporte au plan du pont de son navire qu'il suppofâÂomoRtaf. 11 estime donc une hauteur apparente BCbeaucoup plus forteque la hauteur réelle OC, comme le montre la ligure.

Le moyen employé aujourd'hui pour mesurer la

144 LBS PnOBLJtUBS DE l'oCÉAN

hauteur des vagues est de a'élever dans la mâture, jusqu'à ce que l'œil aperçoive toutes les crêtes des vagues successives dans un même plan horizontal : h hauteur, au-dessus de la flottaison, ainsi atteinte, est la hauteur moyenne des vagues de ce régime.

La mesure de ia longueur d'onde se Tait assez exactement quand deux navires naviguent de conserve. Oo place les deux navires sur une ligne, perpendiculaire & la propagation. On mesure au sextant la distance qui les sépare et l'on compte, en même temps, le nombre de lames comprises entre eux ; une simple division fait connaître la longueur d'onde. La période se détermine, sur un navire stoppé, eu comptant le nombre de crêtes qui passent sous le navire pendant un temps donné.

Quels sont les résultats numériques de toutes ces

En ce qui concerne la vitesse de propagation, on sait qu'elle est reliée & la longueur d'onde par une formule simple : elle est égale à la racine carrée de cette longueur multipliée par le nombre 1,766, qui est la racine carrée du quotient de l'intensité de la pesanteur par le nombre -n, rapport de la circonférence au diamètre.

Lea plus grandes longueurs d'onde observées sont de 800 mètres. La plus grande hauteur observée avec certitude est de 16 mètres, dans les mers du Sud. Il s'agit de vagues << de régime », au large et par gros temps, car près des côtes, avec les phénomènes d'interférence, cette hauteur est souvent dépassée.

Les vagues de 10 mètres sont déjà très rares ; on en rencontre parfois dans l'Atlantique. Leur longueur moyenne est, environ, trente fois leur hauteur : une vague de 10 mètres correspond donc k une longueur d'onde de 300 mètres. On voit dès lors, combien la pente de ces « montagnes liquides n est faible, puisque, dans ce cas,

la pente est de 10 mètres eor 150, soit 1/15' teulement.

Dans rAtlaotiqae nord, les Ta^es ne dépassent guère 8 mètres ; on dit avoir observé cette hauteur, eiceptioQ- DeUement, dans la Méditerranée. Dans l'océan Indien, lo maximam parait être 10 & 11 mètres. On a mesun: 4 mètres dans la mer du Nord et 3'°50 dans la Baltique.

La vUesse de propagation des vagues varie, nalurellemeat, avec celle du vent qui les fait naître. D'après le lieutenant P&ris, cette vitesse est de 11 mètres à i2*'30 par seconde, ce qai fait 21 A 24 ailles à l'heure. Dans la région des alizés, on a tronvé 14 mètres par seconde, soit 27 milles à l'heure. Dana ces conditions, la longueur d'onde moyenne des vagues dans un océan ouvert et au lai^e, est voisine de 100 mètres ; leur vitesse est rl'à peu près 30 milles & i'beure et leur période de G à 10 secondes. Enfin, ou a cherché & relier la hauteur des vagues & la vitesse du vent en mètres par seconde ; une Formule assez simple est celle qui exprime que celte hauteur est le tiers de la vitesse du vent.

Considérons une vague de l'Atlantique, haute do 8 mètres et longue de 160 mètres. On voit qu'un navire de longueur moyenne, de 100 mètres par exemple, quand il a son milieu soulevé par la crête, a ses deux extrémités, avant et arrière, en « porte-à-faux ■, c'est-àdire non soutenues par l'eau. La carcasse doit alors résister à un eSbrt considérable provenant du poids des deux extrémités. On en a eu un triste exemple dans la catastrophe qui, quelques années avant la guerre, a amené la perte [du torpillear anglais Viper, dont la coque, trop peu résistante, s'est u cassée » eu deux S0U8 l'action d'une vague qui le soulevait par son milieu.

A quelle profondeur ae fait subir l'agitation des vaguea ?

Le problème aune importance pratique considérable.

148 LES FB0BLÈUE3 DE l'oCÉAN

Lee travaux de laboratoire ont établi que, dans une cure parfaitement tranquille, une ondulation ee fusait sentir jusqu'à une profondeur égale à 300 ou 350 fois ta hauteur de l'ondulatiOD. On voit donc qu'une petite vague, basie d'un mètre, doit agiter les couches de l'eau &350 mètres. Les vagues de l'océan Indien, qui atteignent 10 mètres, troubleraient encore le fond à la profondeur de 3.500 m. Mais ceci est le résultat d'expériences « de laboratoire ». A-l-on bien le droit d'extrapoler quand il s'agit de l'Océan et de ses dimensions immenses?

An point de vue ■ pratique », les conditions sont différentes ; on peut se demander, par exemple, à quelle profondeur devra s'immerger uu sous-marin pour ne plus ressentir l'agitation superftciella, pour être & l'abri de toutes les perturbations. Dans ce sens, on peut affirmer qu'un submersible immergé & E>0 mètres de profondeur est pratiquement soustrait & l'agitation des yagues de la surface, et que ses passagers éviteront le désagréable nmal de mer ■.

Mais, les perturbations n'ont pas besoin d'être de taille à émouvoir un sous-marin pour avoir d'autres effets. Ce sont elles qui ont, pendant longtemps, fait obstacle i l'installation d'un c&ble télégraphique entre l'Islande el les Iles Feroë. Quelque faible que soit l'amplitude du mouvement qui anime les molécules liquides du fond de la mer, un cAble immergé s'y trouve perpétuellement soumis. Or, entre l'Islande et les Feroë se dresse un H seuil H rocheux, le seuil Wyville-Thomson, sur lequel le Gâ.ble devrait reposer. Si le mouvement de droite à gauche, le mouvement d'ellipse agitait en cadence le cible sur la lime de granit que forme le rocher du fond, il serait vite coupé et les communications seraient ainsi interrompues.

Dans les mers peu profondes, comme la Manche et la mer du Nord, on remarque que les eaux ont toi^ours un aspect trouble et boueux. Cela tient è. ce que les vagues, qui ont souvent 3 à 4 mètres, font aisément sentir leur

^^ ■Ml^ i ^f ^^

mouvement sur ie fond situé à moins de 100 mètres ; ce iiioui|ement brasse ainsi le sable et la Tase, qui communiquent à Teau cet aspect caractéristique, si éloigné de la belle couleur bleue de la Méditerranée et des mers tropicales. C'est donc à la faible protondeur de certaines mers adjacentes qu'est dû Taspect jaunâtre de leurs eaux. i

Quand on assiste, sur le rivage, à une tempête qui lance les vagues à l'assaut des côtes, on pense instinctivement à la puissance représentée par le choc des masses liquides venant, avec leur vitesse, heurter les rochers et saper les falaises qui forment les contours continentaux.

La puissance destructive et brisante des vagues est, en effet, considérable.

Quand une des vagues « de gros temps|» dont nous avons parlé plus haut arrive sur un élément de rivage, elle met en jeu l'énergie représentée par sa force vive, c'està-dire le produit de sa masse par le carré de sa vitesse.

I Or, cette vitesse atteint parfois 25 milles marins à l'heure, et une Tague de 10 mètres de hauteur représente, pour la Taleur de sa masse, des milliers de tonnes d'eau, des millions si la vague est longue. Etant donné qu'elle attaque une falaise à la vitesse, élevée au carré, de 42 kilomètres à l'heure, on voit combien formidable est la force vive dépensée par son arrivée.

II n'est donc pas surprenant de voir la plupart des

l^es déchiquetées sous l'action de la mer. Que l'on l^garde la falaise crayeuse d'Etre tat, dans laquelle la mer a creusé des arcades et détaché des tourelles ; que

.l'on jette les yeux sur les durs granits de la Bretagne

linorcelés par l'effort des flots répété durant des siècles : on sera toujours frappé . de la formidable somme d'énergie représentée par le travail de la mer. L'ingénieur anglais Stephenson a essayé de mesurer

LES PROBLÈMES t>E L'oCÉAN

directement TefFort mécanique exercé par des vagues de tempêtes, heurtant une sorface mobile appuyée sur des ressorts dont la flexion ponyait mesurer Feffort dépensé : il a trouvé 30 tonnes par mètre carré, autrement dit 3 kilogrammes par centimètre carré, équivalant à une pression de trois atmosphères. Mais l'effort réel n^estpas exercé d'une façon « continue » : ce sont des chocs Yiolents, chocs qui se répètent toutes les 10 à 15 secondes pendant des journées entières ; alors les dégâts deviennent intenses; le phénomène de Tinterférence vient renforcer la hauteur des vagues venant du large, par Tadjonction du mouvement réfléchi par le rivage, et les ondes peuvent s'élever à une hauteur prodigieuse. Ainsi le phare d'Eddystone, qui a 52 mètre)? de hauteur, est parfois complètement enveloppé par la mer, et l'eau dépasse la lanterne dans les grandes tempêtes d'ouest ou de sud-ouest. C'est le même phénomène qui fait que les sommets des vagues dur large passent quelquefois pardessus les cheminées des grands transatlantiques, marchant à toute vitesse « contre la mer ».

On comprend quelle action destructive les vagues peuvent, dès lors, exercer sur les travaux effectués par la main de l'homme. En 1894, la digue de Cherbourg a été, pour ainsi dire, coupée par un gigantesque coup de hache, réalisé par une formidable tempête venue du large. La jetée qui barre le port de Saint-Jean-de-Luz est fréquemment entamée par les coups de mer du golfe de Gascogne. Des blocs de granit pesant plus de 10 tonnes ont été projetés, comme de simples galets, à plus de 10 mètres de distance par des vagues de tempête.

L'homme a cherché, naturellement, à utiliser pour les besoins de l'industrie cette formidaMe puissance de la mer en mouvement. Tous les appareils imaginés dans ce but se ramènent à deux types généraux. Dans le premier, des surfaces équilibrées par des contrepoids se déplacent le long de plans inclinés sur lesquels les fait monter le choc des vagues du large; dans le second, ce

Ll HOULE ET LES VAGUES U!>

sont de lourds flotteurs, égftittmeat équiUbrés, qui sont soulevés au passage des crêtes et retombent au past>age des creux. Des transmissions cin^matiques traugrormonl en rotations continues les mouTemeots altercatifs obtenus ainsi.

Tous ces appareils, dont (quelques-nus sont fort iiigi:nieux) ont fonctionné par temps mojen : tout ont <ité démolis par les va^es de tempête. Et, pourtnnt, il faudra bien quelque jour, utiliser cette puissance ile^ flots de l'Océan, quand les houillères épuisées |iar Ih consommation, ou devenues impossibles & exploitir pnr les exigences croissantes de la main-d'œuvre syndiquai', ne fourniront plus i. l'industrie l'énergie nécesBain'.

Au cours des pages qui prëcèdeot, nous avons signalé l'existeDce du phénomène des tnterféreucet sur lequel nous allons reveuir.

Le mol interférence signifie u conflit m. Dire qu'il ,\ a interférence entre deux systèmes d'ondes, c'est <lo<ir dire qu'il y a un « conflit • entre ces ondes : par exemple entre le système des ondes incidentet, venant du largeel le système des ondes réfléchies par la côte. Nous nvons vu que, dans certain cas, l'amplitude de l'onde résultante pouvait être nulle, mais que, dans d'autres cas, elle pouvait être doublée : la mer sera donc « plus grosse >'. et ce n'est pas négligeable au point de vue delanavif<atio[i.

La première conséquence est que la mer sera liuaucoup plus dure près des côtes quand il y a tempite au large. La seconde est que, dans les golfes, la mer aeni toujours plus grosse, qu'au large d'une céte rectili^ne. Considérons, par exemple, la conSguration du goll'e de Gascogne, entre la Gironde et l'Espagne : la plupart de^ vents dominants viennent du secteur ouest et oscillent entre les directions « suroît » et « noroît ». Suppos'oiis un vent de « noroit » soufQaDt dans le golfe dp (jascogne : il donne naissance à un régime d'oades dont le<

vagues progresseront dans le sens de la bissectrice du golfe. Ces. vagues donneront naissance à detix systèmes d*ondes réfléchies : le premier sur la côte espagnole, le second sur la côte française. Ces deux systèmes arriveront à l'opposé Tun de Tautre et rencontreront, en même temps, le système des ondes directes arrivant de l'Atlantique : il y a donc trois systèmes ondulatoires qui vont se combiner et donner' naissance à des vagues d'interférence très dures, qui ont valu au golfe de Gascogne sa réputation* classique de « mauvaise mer ». Alors la mer devient « clapoteuse ».

Quand on navigue dans un système de vagues régulières, les marins, qui ont l'habitude de la mer, savent « gouverner à la lame», c'est-à-dire présenter l'avant du bateau de façon que la vague embarque le moins possible. Mais, quand on est dans une mer clapoteuse, il arrive des vagues de tous les côtés; vagues courtes, hautes et pointues, et l'on gouverne très difScilement. C'est ce qui se produit, au paroxysme, au centre d'un cyclone : la mer y est alors « démontée y* et les vagues, courtes et irrégulières, y peuvent prendre des hauteurs considérables.

Les phénomènes d'interférence ne se bornent pas à produire le clapotis : ils donnent naissance à des apparences bien curieuses au bord de la mer.

Tout le monde a remarqué que, sur une plage, même si lé calme absolu règne au large, la mer arrive toujours en « déferlant >». On voit une petite lame brisante, d'abord bourrelet liquide, dont la crête surplombante finit par s'écrouler et retomber en bulles d'écume sur le sable. Ces vagues se suivent, mais, comme les jours, elles ne se ressemblent pas. Certaines sont plus fortes que les autres, et, avec un peu d'attention, on s'aperçoit que ce sont toujours celles qui occupent le même numéro qui sont les plus fortes : par exemple, ce sera toujours la quatrième vague qui sera ainsi renforcée.

C'est encore là un phénomène d'interférence.

Si les vagueB ee propageaient librement, il n'y aurait aucune raison pour que les unes fussent plus fortes que les autres. Mais la c6te provoqua un monvement de réflexion qui se communique aux molécules BuiTantes suivant une loi plus ou moins complexe dépendant de la configuration topograpbique, et l'interférence agit, suivant le degré d'inclinaison du food, pour renforcer, tantôt la troisième, tantôt la quatrième vague.

Ce phénomène ee produit & l'embouchure de certains fleuves ob il produit ce qu'on appelle la barre, comme au Sénégal ou à l'embouchure de la Delaware, et à celle de certains fleuves de l'Amérique du Sud.

Le caractère dangereux des vagues de gros temps à iocité l'homme à rechercher le moyen d'en calmer la violence, d'en apaiser la furenr ou, tout au moins, de pouvoir naviguer en diminuant le danger. On a trouvé deux solutions de ce problème : le premier consiste i fUertU l'kuiU; le second consiste à meftred la cape.

Cest ua fait connu de toute antiquité que, lorsqu'on répand, par mauvais temps, des matières grasses à la surface de la mer, on « met un frein à la fureur des Qots ». Lorsqu'une vague arrive sur un navire, menaçant par son sommet élevé de s'écrouler sur lui, on transforme cette vague, non pas en une nappe horizontale, mais en une vague de houle qui ne déferle pas. Les marins le savent depuis longtemps et l'explication qu'ils en donnent, basée sur le bon sens, est la suivante : les vagues sont produites par la prise qu'a le vent sur les molécules liquides, mais si nous diminuons artiâciellement le frottement de l'air sur l'eau, si nous « lubriiions » le mécanisme en interposant un corps gras entre l'air et l'eau, l'air glisse, sans l'entraîner, sur l'eau sousjacente et nous atténuerons ainsi la violence de la vague.

Cette explication est, en grande partie, exacte, mais il

iô2 LES PROBLÈMES DE l'OCÉAN

t&at la compIéLer par la coasidëration des phéDomènes capillaires et de la o tession superficielle ».

Quand ou jette de l'huile sur la mer, cette haile s'étend sur la surface liquide eu y formant une couelu peiticulaire très mince, prâseatant deux faces dont chicane se com^rtfl comme une membrane de caoutchouc tendue. Les deux faces ajoutent leurs tensions propres et cette résultante a pour eSTet de recouvrir la surface de l'Océan d'un Téritable h tapis élastique » que les lames peuvent bien déformer, mais non briser. Ainsi s'explique mieux encore, l'effet « amortissant » de l'huile en cas de gros temps.

Ce qu'il y a de remarquable c'est l'importance de l'effet relativement à celle de la cause : avec un litre d'huile filée goutte à goutte, on peut arriver k tenir la cape pendant plus d'une heure ; et cela prouve bien que nous sommes en présence de phénomènes capiRaires, qui intéressent directement Us dimensions des molécules.

L'efficacité du second moyen est une démonstratioD, bien plus remarquable encore, de la Vérité de cette assertion.

Lorsqu'un marin n'a pas d'huile à bord, il peut se tirer d'afi'aire en mellant d Ut cape. U oriente alors eod navire de façon à lui faire faire un angle de 45 degrés avec la direction des vagues qu'il reçoit ainsi obliquement par l'avant. Il porte aussi peu de toile que possible de façon à marcher très peu de l'avant, mais presque entièrement par le travers, c'est-à-dire en dérive. On sait que quand on promène une planchette verticale perpendiculairement à sa surfacedans l'eau d'ua bassin, cette planchette fait derrière elle une sorte de vide dans lequel l'eau se précipite en remous écumants. Cette écume est formée de bulles d'air empriBOUDées dans des parois spbériqaes et lamellaires d'eau liquide : c'est encore un cas particulier des phénomènes capillaires. Chacune de ces petites bulles exerce sur l'eau nue

tension superficielle sur une étendue égale à celle de là sphère qui la constitue, et c'est comme si Tean était recouverte d'une couche visqueuse, suffisante pour alténuer la violence des vagues.

L'agitation des vagues communique à un navire flottant sur la mer des mouvements complexes dont les deux principaux sont le tangage ou oscillation du bâtiment dans le sens de sa longueur, et le roulis ou oscillation transversale. Tangage et roulis se combinent d'ail* leurs ensemble et avec les mouvements verticaux pour donner le mouvement résultant appelé mouvement de casserole^.

Ces mouvements ont des effets particuliers sur le matériel et le personnel embarqués à bord : sur le personnel, ils produisent ce <c mal de mer », encore très peu étudié physiologiquement. Sur le matériel, ils produisent des changements dans la direction et dans Tintensité de la pesanteur apparente*

Il ne faudrait pas croire, en effet, qu'un pendule, qu'un fil à plomb suspendu au plafond d'une cabine de navire demeure vertical tandis que celui-ci tangue ou roule sous l'action des vagues : il participe au mouvement du bateau, auquel il est suspendu» Quand le point de suspension d'un pendule subit des déplacements, des forces d'inertie entrent en jeu et, en se composant avec la pesanteur, font varier la direction vers laquelle est appelé le centre de gravité du corps oscillant. Or, les mouvements du navire sont très complexes, et leur complexité augmente celle du mouvement d'un pendule installé à bord.

Un point matériel, lorsqu'il est entraîné d'un mouvement uniforme, n'exerce sur ses liens et appuis qu'une

1. Voir Bertin, La Marine moderne, 1 vol. Paris, Flammarion. (Bibliothèque de Philosophie scieutifique.]

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£9rce, égale i son poids, et dont U direction est celle Ae 1k pessoteur. La position d'équilibre d'un pendule est, daâfl ces conditions, la même qne si son point de suepension était au repos.

Mais, si la vitesee vient à varier, il se produit une accélératiotiy ce mot étant pris dans son acception mécanique ; l'inertie mise en jeu agît concurremment avec l'attraction terrestre; les liens on appuis, par lesquels le corps est entraîné, exercent une force égale i la réenltante de ces actions, et tout se passe comme si U pesanteur avait changé à la fois de direction et d'intensité. Un pendule, de dimensions assez petites pour qu'on puisse considérer tous ses points comme animés de It même Titesse qne son point de suspension, se mettra à osciller autour de la nouvelle direction de' ce qu'on appelle la pesanlenr apparente ; il s'y fixera, si son mouvement est amorti, et si l'accélération de son point de suspension reste constante pendant une durée sufOsante.

Quand la vitesse d'un b&timent a acquis une valeur moyenne constante, chacun de ses points subit, dès qoe ia mer est agitée, des accélérations a^ssant alteroativement dans des sens opposés. Les mouvements ne sont pins des oscillations régulières. Il est, cependant, une expérience instructive et facile & réaliser, qui pent noas éclairer sur ce sujet. Si l'on suspend 6. un fil une balle de plomb; si, tenant à la main le bout supérieur do ûl, on lui imprime des mouvements alternatifs horizootaui d'amplitude constante, on observe les effets suivants :

Quand le Ûl est court par rapport aux déplacements de la main, les écarts angulaires du fil par rapport i la verticale sont grands. Quand les mouvements de la miio, fussent-ils très petits, ont la même durée que l'oscillation propre du pendule, l'amplitude va en croissant et peut devHiir considérable. Quand les mouvements de la main sont très rapides, la balle de plomb reste presque immobile.

Il résulte de cela que, pour qu'un pendule s'écartit

très pea de la Terttcale à bord d'un navire, il faudrait lai donner une longueur énorme. On peut arriver au même résultat avec un pendule composé, analogue à celui d'un métronome.

En résumé, un pendule placé sur un navire se comporte de façons très différentes suivant sa période propre d'oscillation : Si cette période est courte et si le mouvement est rapidement amorti par la résistance de l'air ou par des frottements, il suit approximativement la direction de la pesanteur apparente. Si sa période est la même que celle du roulis ou du tangage, il prend des mouvements dont l'amplitude va en croissant. Enfin, si sa période d'oscillation est très grande, les mouvements du oavire le dérangent peu de sa position d'équilibre.

On comprend, dès lors, l'efficacité du gyroscope pour la réalisation d'un horizon artificiel : le gyroscope peut être considéré comme un pendule ayant une période d'oscillation très grande; par suite la direction de son axe sera peu influencée par les mouvements du navire. Et cela explique pourquoi on a pu avoir utilement recours à des systèmes gyroscopiques pour stabiliser le bâtiment lai-mème et réduire l'amplitude de ses oscillations transversales.

Nous allons parler d'un dernier système de vagues, dont l'origine n'est pas l'action du vent ; ce sont les vagues de translation sismique.

Quand^ne perturbation locale se produit à la surface de la mer, par exemple à la suite d'un tremblement de terre sur le fond du lit océanique ou d'un soulèvement brusque d'un point du sol sous-marin, une vague, une « onde circulaire » prend naissance à la surface liquide, au-dessus du point ébranlé, et cette onde unique se propage sur l'océan, avec une vitesse considérable, qui peut atteindre 750 à 800 kilomètres à l'heure. La crête de cette « vague de translation » est précédée d'un

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creuï équivalent. Quand ce creux arrive sur une cûte' basse, il a pour efTet d'y produire un abaiseemenl' momentané du niveau de la mer; les bateaux sontdëpos^ à sec sur le fond des rades. Mais, alors, une crête succéda au creux ; la nrer reprend les bateaux, les transports dans les terres et monte k l'assaut de celles-ci, en détruif saut les choses et les bommes : c'est ce qu'oa appeilw un raz de marée. On a vu des vagues de trùslation bîs^ mique atteindre des hauteurs de plus de 20 mètres. '

Chaque grand tremblement de terre produit au boid des océans, donne, engénéral, naissance à une vague dsJ translation sismîque. Le tremblement de terre qui' accompagna l'éruption du Krakatoa, en 1S83, a provoqué une ODde qui a été inscrit deux jours après au marégraphe de Rochefort, el qui a traversé, en douze heures 4^aute la largeur du PaciÛque.

On a fait, de l'observation de la vitesse de ces vagues,| une application aussi élégante qu'inattendue. La lot dei leur propagation est simple : leur vitesse est namérique-4 ment égale à la racine carrée du produit de l'intengité^ de la pesanteur à la latitude de la propagation, par la profondeur mo>/enne de l'océan sur le parcours de la vague. On a appliqué cette formule & l'océan P»;ifiqQe, i pour les vagues du Krakatoa, et on a pu calculer udbî lié profondeur moyenne do cet océan. Or, on a trouvé, dei la sorte, un nombre identique à celui qui résulte de la V moyenne des sondages effectués directement. Ajoutons que ce sont les eflels secondaires des vagues de translation sismique qui produisent les lamei deMfond, si j redoutées des marins pêcheurs, montant de petites ei barcations. que ces lames^ arrivant subitement, peuvent J faire chavirer.

Pour terminer ce qui a trait aux oscillations rjth- ' miques et à courte période de la surface de la mer, nous dirons [un mot d'un phénomène qui a, d'abord, ét^

itadîé sur les iaca de Suisse avant qu'on en ftt Tétude en iiertaifies régions de ia mer; nous voulons parler des Seiches,

Tous ceux qui ont été en Suisse, au bord du lac de jenève, savent qu'il ne se passe pas de journée où Tob l'observe une seiche. On voit Teau du lac qui, à ua noment donné, se soulève pour s'abaisser ensuite, dans m intervalle de temps qui peut varier entre 30 et 70 se^ mondes, et cela recommence. Des seiches « longitudi* i&les » se produisent entre Genève et Villeneuve; Tautresy de période et d'amplitude moindres, les seiches < transversales » se produisait entre Evian et Lausanne.

On avait d'abord essajé d'expliquer les seiches comme >n explique les marées/ par l'intervention attractive des istres voisins. Mais la périodicité des mouvements oeeilatoires de l'eau n'a aucune relation avec celle des mou* remenls luni-«olaires. On sait maintenant que les seiches lont causées par les variations de la pression atmosphéique sar l'une des extrémités du lac, et l'on peut repro-. luire le phénomène dans la cuve d'un aquarium à lemi rempli d'eau. Si, soulevant l'une des extrémités du récipient, on la laisse ensuite retomber, l'eau, qui s'était iccumuiée sur le côté non soulevé reprend son équilibre lar ufie série d'oscillations qui représente fidèlement le ^hénoiftène natundi, et dont la durée est fonction des limensions de la cuve où elles prennent naissance. llette durée s'exprime par une formule simple : elle est igale au quotient de la longueur du récipient, prise dans t sens de la propagation, par ia racine carrée du produit de la profondeur par l'intensité de la pesanmr.

Quaad ces lois furent établies avec certitude, on a •echercbé si, sur les mers fermées comme la Méditer- 'anée ou l'Adriatique, il ne se produirait pas de seiches. SUes se produisent nécessairement, mais pas avec la implicite, pour ainsi dire « schématique » qu'elles ont

sur le lac de Genève. Bien qu'elle soit fermée, une mer comme la Méditerranée est assez étendue, cependant, pour que les marées lunaires s'y fassent sentir.

Alors les deux phénomènes, seiches et marée, se combinent; 'il se produit deux systèmes d'ondes et, dans certains cas, il peut y avoir interférence entre l'onde de seiche et Tonde de marée ; dans d'autres cas, au contraire, le phénomène de la seiche renforce une marée astronomique.

Gela se produit d'une façon très nette entre la Grèce et l'île d'Eubée, à l'endroit où se trouve le détroit de l'Ëuripe, long de 150 kilomètres, et assez étroit pour que sur un point, entre Eubée et la ville de Chalcis, on ait pu jeter un pont. Sous ce pont sont établis des moulins qui tournent, tantôt dans un sens, tantôt dans l'autre; le phénomène des seiches donne l'explication simple de ce fait bizarre. En appliquant au détroit de l'Euripe la. loi des seiches que nous avons énoncée plus haut, on trouve qu'il doit y avoir quatorze apparitions de seiches au cours d'une journée; c'est ce qu'on observe effectivement, et la théorie reçoit, ainsi, de Texpérience, une éclatante confirmation.

Mais, il y a mieux. A l'époque des Syzygies, quand la Lune et le Soleil ont leurs centres en ligne droite avec celui de la Terre et ajoutent leurs attractions sur les eaux qui recouvrent notre globe, les marées sont plus fortes : les marins les appellent les « marées de viyeeau ». A' ces époques, le régime des seiches^ est troublé et il n'y a plus que quatre renversements par jour. C'est que, en vertu de la configuration topographique du fond du détroit, les ondes de marée, alors sensibles, se composent avec les ondes de seiches ; il se produit un phénomène d'interférences; les ondes de marées prédominent et produisent cette double inversion du mouvement des moulins. Au contraire, aux marées de quadrature, ou marée de h morte-eau », les ondes de marée sont insensibles et seules, les ondes de seiches subsistent.

Les ondulations dont nouB venons de parler sont celles qui se produisent à la surface, mais il peut s'en produire d'autres, an sein même de la masse liquide lorsque deux couches, de densités différentes, viennent à se superposer. Dans ces conditions, les vagues produites à la surface libre de la couche supérieure de densité plus faible, transmettent une partie de leur énergie à travers cette couche, et cette énergie fait naître des vagues à la surface de séparation des deux couches superposées. La question a été traitée par le calcul, qui montre que, si la différence de densité des deux couches est très faible, les ondes « internes )» peuvent prendre une amplitude très considérable. C'est la Dotion de ces ondes internes qui a permis au professeur Ekman de donner l'explication d'un curieux phénomène, observé par les navigateurs polaires, et connu sous le nom d' « eau morte ». Voici en quoi il consiste.

En certains points de la mer, et sans aucune cause apparente, le navire perd tout à coup de sa vitesse et ne gouverne plus. Au cours de son voyage au bord du Fram^ Nanssen rencontra, à trois reprises différentes, Teau morte sur sa route. Sans doute, le phénomène est dû à la naissance d'une « houle interne » produite à la surface de séparation d'une couche supérieure moins salée et d'une couche inférieure de salinité plus forte. Dans ces conditions, le navire ne fait pas seulement naître des vagues à la surface libre : il en engendre à la surface de séparation, et la grande résistance éprouvée par le navire serait due au travail employé à la production de ces ondes internes. Dans le cas du Fram^ la couche supérieure était de l'eau douce, et elle était très mince, puisque la quille du navire plongeait dans Teau salée sous-jacente.

Le phénomène a été constaté sur les côtes de Norvège,

dans le Nord du Pacifique^ à Vancouver et même en Méditerranée près de Cérigo.

La détermination systématique des densités d'échantillons puisés à des profondeurs constantes et à des intervalles fie temps équidistants a permis de constater l'existence de véritables seiches sons-marines^ dans des fjords de Norvège, en particulier dans le GulnaraQord. Ces seiches avaient des amplitudes de plus de 20 mètres et une période principale de 14 jours. Nous aurons Toccasion de revenir sur ce sujet en étudiant les marées sous-marines de salinité, dont l'origine est la même.