MARÉES

Le mot marée désigne, dans son acception la plus courante, le mouvement oscillatoire du niveau de la mer résultant des attractions de la Lune et du Soleil sur les particules liquides ; le phénomène est donc une conséquence de la gravitation universelle. Les divers bassins océaniques, en raison de leur constitution, ne réagissent pas de la même manière à ces actions, et l'on peut dire que la marée est la réponse des océans aux sollicitations des astres.

Mais les particules solides de la Terre subissent des actions analogues et, comme elles-mêmes ne sont pas liées de façon absolument rigide – le globe possède une certaine élasticité dans son ensemble –, il en résulte d'autres phénomènes de marée, les marées terrestres. Il existe de même des marées atmosphériques. Les manifestations de ces phénomènes sont beaucoup plus discrètes que celles des marées océaniques et elles ne peuvent être mises en évidence que par des mesures délicates. Au contraire, les marées océaniques s'observent facilement, au voisinage des côtes ou grâce à des satellites altimétriques, mais ce sont des marées relatives puisqu'elles sont rapportées à la partie solide du globe, elle-même soumise à la marée terrestre.

L' étude de ces diverses marées est du domaine de la géophysique. Elle est importante dans le cas de l'atmosphère (où les marées perturbent les orbites satellitaires), et féconde dans celui de la partie solide du globe. L'étude des marées océaniques pose aussi d'importants problèmes scientifiques, dont certains peuvent offrir une grande incidence pratique, par exemple la prédiction des hauteurs d'eau dans les ports ou la captation de l'énergie transportée par ces marées (usine marémotrice), et dont d'autres, comme la recherche des caractéristiques du système oscillatoire constitué par un océan ou par une mer, ont une valeur théorique considérable.

La Terre n'est pas le seul astre dans l'Univers à subir des effets de marée : chaque fois que deux corps célestes se trouvent dans une relative proximité, ils exercent l'un sur l'autre des forces de gravitation différentielles analogues à celles qui créent les marées sur notre planète. Relevant de l'astrophysique, l'étude des autres marées dans l'Univers est en plein essor ; son but est de rendre compte de certains faits d'observation qui paraissent autrement inexplicables.

La force génératrice des marées

Si la Terre était l’unique planète de l'Univers, la seule force gravitationnelle qui s'y exercerait serait la gravité terrestre. La surface libre d'équilibre des océans serait alors une surface perpendiculaire au champ de la pesanteur. Cette surface sert de base de référence pour l'étude des mouvements océaniques : on l'appelle géoïde, surface ne correspondant pas à la figure de la sphère parfaite habituellement utilisée pour visualiser notre planète (cf. géodésie).

Mais la Terre n'est pas isolée dans le système solaire et dans l'Univers. Elle est en mouvement par rapport à ses astres voisins, qui exercent sur elle des forces d'attraction dépendant de leurs positions respectives. Ces mouvements se déterminent en assimilant notre globe à un point matériel T situé en son centre de gravité, affecté de toute la masse terrestre, et auquel sont appliquées les forces exercées par ces astres. Pour un astre A, il y a équilibre au point T entre la force centrifuge, accélération d'inertie d'entraînement subie par la Terre dans son mouvement par rapport à cet astre, et la force d'attraction exercée par celui-ci sur la Terre. Une particule M quelconque attachée à la Terre subit cette même force centrifuge, alors que la force d'attraction exercée par l'astre au point M diffère légèrement en amplitude et en direction de celle exercée au point T. La force génératrice des marées au point M associée à l'astre A résulte de l'écart entre ces deux forces (fig. 1). Cette force différentielle est, pour chaque astre, proportionnelle à sa masse mais inversement proportionnelle au cube de sa distance. C'est ce qui explique qu'en fait seuls deux astres exercent une influence appréciable sur la Terre en termes de marées : la Lune, en raison de sa proximité de la Terre (distance moyenne 384 400 km, pour une masse de 7,35 × 10²² kg), et le Soleil, en raison de sa masse (1,99 × 10³⁰ kg, pour une distance moyenne de 149,5 × 10⁶ km). Tous les autres corps célestes, trop éloignés ou de masse trop faible, ont des effets négligeables. L'action de la Lune est deux fois plus importante que celle du Soleil malgré la masse considérable de celui-ci, car l'effet de distance est prépondérant. Ces forces différentielles créatrices des marées sont pourtant infimes. Leur composante verticale ne modifie que très légèrement l'intensité de la pesanteur, la variation est de l'ordre du dix millionième, et leur composante horizontale en altère la direction, d'un angle de l'ordre du centième de seconde sexagésimale. Ainsi des forces très faibles conduisent à des variations du niveau de la mer parfois spectaculaires.

Au point P le plus près de l'astre A, cette force est dirigée vers A, puisque l'attraction est plus forte qu'en T. À son antipode P', elle est dirigée à l'opposé de A, car la force d'attraction est plus faible. Elle tend partout à déplacer chaque particule de sa position d'équilibre, et déforme donc la Terre qui prend la forme d'un ellipsoïde (celle d'un ballon de rugby) pointé vers l'astre perturbateur. Si la Terre était uniformément recouverte d'un seul océan et si les masses d'eau s'ajustaient instantanément à ce champ de forces, le bourrelet associé aux effets de la Lune serait de 36 cm d'amplitude dans la direction de l'astre et l'écrasement de 18 cm dans la direction perpendiculaire (fig. 2).