- La marée haute terrestre est généralement présentée comme comportant deux renflements sur des côtés opposés de la Terre
- Ce phénomène s’explique par l’attraction de la Lune et la force centrifuge
- Un renflement est causé par l’attraction de la Lune, et celui du côté opposé par la force centrifuge
- Ces deux renflements sont la principale cause du phénomène des marées (flux et reflux)
- En réalité, les schémas de marée haute et de marée basse sont influencés par des facteurs complexes comme la topographie et la profondeur de la mer
Does Earth have two high-tide bulges on opposite sides?
Aperçu de la question
- Il s’agit de savoir si deux renflements de marée haute se forment au-dessus de la surface des océans sur la Terre
- Un renflement apparaît dans la direction où la Lune attire la Terre, et l’autre du côté opposé
- Une explication physique de ce phénomène est demandée
Principe fondamental des marées
- Lorsque l’attraction de la Lune attire une partie de l’eau terrestre vers elle, une marée haute se produit également en même temps du côté opposé
- Du côté le plus proche de la Lune, la gravité lunaire attire l’eau et crée un renflement correspondant à la marée haute
- Du côté opposé, une autre marée haute se forme sous l’effet de la force centrifuge autour du centre de masse commun du système Terre-Lune
Explication mathématique et physique
- Ce phénomène s’explique en prenant en compte la gravité, la force centrifuge et le mouvement du système Terre-Lune
- En pratique, la profondeur de la mer, la topographie sous-marine, la rotation de la Terre et d’autres facteurs font que la situation diffère des deux renflements parfaits imaginés en théorie
Application dans le monde réel
- L’explication ci-dessus correspond à un modèle théorique simplifié
- En réalité, les régimes de marée sur Terre présentent des formes variées en raison de facteurs océanographiques et environnementaux complexes
- Mais, fondamentalement, le phénomène de deux renflements de marée haute existe bien
Conclusion
- À la surface des océans terrestres, deux principaux renflements de marée haute se forment presque simultanément dans des directions opposées sous l’effet de l’attraction de la Lune et de la force centrifuge
- Même si le phénomène réel est influencé par la topographie océanique, le vent et d’autres facteurs, ces deux renflements de marée haute constituent une structure de base explicable physiquement
1 commentaires
Avis Hacker News
Rappel que la prédiction des marées a été un sujet très important, au point d’avoir mobilisé de grands noms de la physique et des mathématiques. On peut imaginer à quel point elle a dû être cruciale pour le débarquement du D-Day. Dans les années 1860, Lord Kelvin a conçu un ordinateur analogique spécialisé (une machine fonctionnant avec des engrenages et des cames) à partir des séries de Fourier et de l’analyse harmonique, ce qui en fait un artefact historique particulièrement fascinant. Voir Tide-predicting machine sur Wikipédia. C’est aussi l’un des premiers cas où le mot « Machine » a été écrit avec une majuscule dans l’expression Machine Learning. La machine intégrait les observations récentes des marées pour les répercuter dans ses prévisions. Les ondes sinusoïdales servent d’approximation universelle pour de nombreuses fonctions, ce n’est pas un privilège réservé aux deep neural nets. Le fils de Charles Darwin, George Darwin, a lui aussi largement contribué à la conception et à l’amélioration de cette machine. Voir George Darwin sur Wikipédia. On apprend aussi que d’autres figures célèbres, comme Thomas Young et Sir George Airy, ont participé à la prévision des marées
Mention de la bataille de Clontarf (Irlande), le 23 avril 1014. Ce matin-là, à 5 h 30, la marée haute favorisait les Vikings, mais comme la bataille a duré toute la journée, une nouvelle marée haute à 17 h 55 a coupé leur retraite et beaucoup ont été emportés par la marée. Ces horaires de marée avaient été calculés par Samuel Haughton en 1860. Référence à un épisode de BBC In Our Time sur le sujet : lien
Demande si quelqu’un a déjà vu le modèle physique de la baie de San Francisco (SF bay). Recommandation de cette vidéo YouTube
Recommandation de la vidéo réalisée par Veritasium sur ce sujet, publiée il y a deux ans : vidéo YouTube
À propos du D-Day, question sur le fait de savoir si l’expression « on peut imaginer à quel point la prédiction des marées a dû être importante » est positive ou négative. Mention que les Anciens prédisaient déjà les marées, avec l’idée provocatrice que le récit moderne relève peut-être de l’« hubris ». Avec l’usage de Hacker News, on finit par comprendre que « downvote = on se sent vexé et on n’a plus envie de répondre à la question ». Critique de l’idée selon laquelle l’agrégation démocratique des news serait un mensonge
Résumé physique : les marées ne sont que des mouvements complexes de l’eau <i>excités</i> par la trajectoire de la Lune. Ce n’est pas une simple onde. La Terre elle-même présente bien deux renflements, mais l’eau à sa surface a un comportement bien plus complexe
Anecdote d’un professeur d’astronomie en master disant que « les marées font échouer la carrière de brillants jeunes chercheurs ». Insistance sur le fait que les mathématiques des marées sont extrêmement difficiles. Même dans un système homogène et verrouillé par effet de marée, la complexité augmente très vite. Il est aussi rappelé que les marées sont très importantes : quand deux corps passent près l’un de l’autre, les effets de marée peuvent être si puissants qu’ils peuvent en détruire un. Partage du lien Tidal disruption event sur Wikipédia
Dans l’astrophysique récente, il y a de nouveaux débats sur la question de savoir si des planètes verrouillées par effet de marée peuvent malgré tout conserver une atmosphère et rester habitables. Les travaux de modélisation atmosphérique évoluent d’une position « impossible » vers « peut-être possible »
Présentation de concepts liés : Roche limit sur Wikipédia, Roche lobe sur Wikipédia. Comme on pense aujourd’hui que la majorité des éléments lourds ont été produits dans des supernovas de type 1a par transfert de masse, on peut aller jusqu’à dire que l’existence des planètes rocheuses et même des humains doit ultimement quelque chose aux phénomènes de marée
Mention que certains romans courts de science-fiction de Larry Niven utilisent aussi la destruction (ou quasi-destruction) d’astres par des mécanismes de marée comme élément de scénario
Témoignage de quelqu’un ayant suivi un cours de physique océanographique de niveau master sans jamais y entendre l’histoire des renflements de marée, et qui croyait pourtant encore à ce modèle. Souvenir d’un cours davantage centré sur les courants marins que sur les marées. Explication trouvée ici jugée très utile
Impression que cette explication est étonnamment excellente, en particulier grâce à la heatmap d’altitude qui aide intuitivement à comprendre ce qui se passe. Question supplémentaire : pourquoi montre-t-on toujours en cours le schéma des renflements de marée, surtout celui du côté opposé ? Le « renflement lointain » a toujours été le moins intuitif, et compte tenu de la complexité du système, cela semble presque dépourvu de sens. Pour un premier apprentissage, un modèle ne montrant qu’un « renflement du côté de la Lune » semblerait plus exact. Certes, ce serait encore éloigné de la réalité, mais peut-être au moins plus utile et plus fidèle comme premier modèle
Réponse : sans renflement opposé, on ne peut pas expliquer les marées sur 12 heures. Avec un seul renflement, on n’explique que des marées sur 24 heures. En pratique, le modèle à deux renflements correspond à la périodicité observée, et c’est probablement tout ce que la plupart des gens veulent savoir. Même pour un cours d’océanographie de niveau master, la raison pour laquelle on enseigne cela n’est pas claire non plus
Explication qu’il s’agit d’un modèle idéal. Il n’est exact que si toute la Terre est recouverte d’un unique océan profond. Sur le plan pédagogique, ce genre de modèle simplifié sert d’outil pour poser un cadre avant d’apprendre les corrections imposées par le réel. C’est comparable au fait de décrire la trajectoire d’un boulet de canon par une parabole
Après avoir trouvé l’animation vraiment excellente, quelqu’un a aussi trouvé son autrice : page de présentation du laboratoire de Svetlana Erofeeva, ainsi que le site officiel de TPXO, qui propose des animations similaires
Analyse selon laquelle les renflements de marée ne seraient pas un déplacement, mais une fonction de forçage. Doute sur l’idée d’accuser Newton d’avoir confondu force et déplacement. Interrogation sur ce qui aurait pu être manqué
Récit de quelqu’un ayant passé une semaine sur une plage pendant la pleine lune il y a six mois, en constatant une eau jusqu’aux chevilles à environ 12 heures d’intervalle. La publication StackExchange a aussi été lue, mais semble trop obsédée par l’analyse. Comme les modèles idéalisés sans frottement, les masses ponctuelles ou les simplifications de la physique du lycée, on a l’impression qu’en voulant trop compliquer les choses on ne construirait jamais de fusée. D’où cette question : avec quelles hypothèses simplificatrices peut-on quand même analyser le phénomène ? Si la Terre était une sphère rigide lisse recouverte d’une fine couche d’eau, que se passerait-il ? Le barycentre Terre-Lune se situerait à environ trois quarts du rayon terrestre depuis le centre, et les deux corps orbiteraient autour de ce point. Ce modèle permet-il d’expliquer pourquoi de nombreux endroits connaissent des marées sur un cycle de plus de 12 heures ?
En réalité, ce n’est pas exactement 12 heures par jour. Les horaires de marée se décalent d’environ 30 minutes par jour (et pas toujours exactement 30 minutes), et certains lieux n’ont même pas un rythme semi-diurne. Le fait que l’eau ne puisse pas traverser les continents a aussi un effet majeur. Dans le modèle idéal (sans aucun continent sur Terre), cela correspond aux attentes, mais dans le réel, même une petite masse terrestre comme la Nouvelle-Zélande suffit pour que des lieux séparés de seulement quelques kilomètres aient des schémas de marée complètement différents ; même chose entre le Pacifique et la mer des Caraïbes du côté du Panama. À cela s’ajoute la gravité solaire. Au-dessus de 50 degrés de latitude, il arrive aussi qu’en hiver il n’y ait pas de très basse marée pendant la journée, et l’inverse en été. La période des flux de marée à un point donné est prévisible, mais les hauteurs d’eau varient énormément
En prenant comme exemple la carte fournie dans la réponse StackExchange, les points où convergent les lignes blanches sont des points sans variation de niveau, le bleu indique une faible amplitude de marée, le rouge une forte amplitude, et les lignes blanches sont des lignes cotidales indiquant les zones où la marée atteint son maximum au même moment. Globalement, les variations de marée dépendent profondément des continents et de la structure des fonds marins, ce qui rend l’ensemble très complexe. Comparée au modèle simple, la réalité est bien plus compliquée
En se référant à la réponse acceptée sur StackExchange, il est suggéré que même le modèle simple reste insuffisant. Si la Terre était une sphère idéale, il faudrait en pratique que l’océan soit suffisamment profond pour pouvoir suivre la vitesse de rotation terrestre (environ 22 km/h)
Observation que le comportement des marées autour de la Nouvelle-Zélande semblait particulier dans l’animation, avec la montée et la baisse des eaux qui semblent contourner l’île dans le sens antihoraire
Compliment pour avoir remarqué un détail aussi fin
Rappel que la Terre et les renflements de marée ne sont pas des phénomènes 2D mais 3D, ce qui est aussi une source de confusion conceptuelle. Et avis selon lequel le tesseract n’apporte rien ici
TL;DR : Newton comprenait correctement la direction de la force, mais le phénomène réel des marées ne peut pas être expliqué complètement par la seule force. Les raisons sont : 1) l’océan n’est pas assez profond, donc les ondes de marée se propagent lentement ; 2) les solutions basées sur des équations différentielles, c’est-à-dire les conditions aux limites réelles de la Terre, les continents, etc., rendent la situation bien plus complexe que le simple
F=ma. Recommandation de lire jusqu’à la deuxième réponse sur StackExchange