Vague scélérate

Vague scélérate vue d’un navire marchand (1940, Golfe de Gascogne, ligne de sonde des 100 brasses).

Les vagues scélérates sont des vagues océaniques très hautes, soudaines, qui étaient considérées comme très rares, même si aujourd’hui on sait qu’elles apparaissent pratiquement au cours de toutes les tempêtes d’une certaine importance.

Jusqu'à la fin du XX^e siècle, l'existence des vagues scélérates était niée par la grande majorité des scientifiques spécialisés dans l'étude des vagues, malgré les nombreux témoignages rapportés par les marins au cours des siècles, et la rencontre de ces vagues par de gros navires modernes^[1]. Leur scepticisme était très certainement dû, en partie, au fait que le modèle linéaire qu'ils utilisaient pour comprendre la formation des vagues rendait impossible l'apparition de vagues de plus de 12 mètres de haut^[2]. Ces vagues étaient alors rattachées, sans véritable examen, au folklore maritime^[3]. Il a fallu attendre que la plateforme pétrolière Draupner soit touchée par une vague scélérate de 26m de haut, le 1er janvier 1995 en atlantique nord, et la publication d'un article scientifique sur cet évènement, pour que les scientifiques révisent leur position et reconnaissent les faits^[4].

Depuis lors, l'examen rétrospectif de observations scientifiques réalisées depuis plusieurs décennies, a permis de souligner la relative fréquence de ces vagues, voire leur augmentation - peut-être, à cause de l'augmentation du nombre et de l'intensité des tempêtes induit par le réchauffement climatique global en cours^[5].

Caractéristiques

La Grande Vague de Kanagawa.

Contrairement aux vagues de raz-de-marée (tsunami, en japonais) qui sont des vagues de grande longueur d’onde et qui ne s’élèvent qu’à l’approche des côtes, les vagues scélérates font partie de trains d’ondes de l’état de la mer et ont à peu près la même longueur d’onde que leurs voisines, mais au profil beaucoup plus abrupt que celui des autres vagues. L’état de la mer étant irrégulier, des vagues de grande hauteur sont toujours possibles, mais plus elles sont hautes (par rapport à la hauteur des autres vagues), moins elles sont probables. On parle de vague scélérate pour des hauteurs du creux à la crête de plus de 2,1 fois la hauteur significative des vagues H_s^[6]. Les vagues scélérates se forment sans raison évidente. Elles sont souvent décrites comme des murs d’eau qui viennent heurter les navires, contrairement aux vagues « normales » qui montent en pente relativement douce, permettant aux navires de passer par dessus. Des vagues scélérates ont été observées dans tous les océans du monde, qu’il y ait ou non des courants importants en surface.

Les vagues scélérates peuvent atteindre des hauteurs crête à creux de plus de 30 mètres et des pressions phénoménales. Ainsi, une vague normale de 3 mètres de haut exerce une pression de 6 tonnes par mètre carré. Une vague de tempête de 10 mètres de haut peut exercer une pression de 12 tonnes par mètre carré. Une vague scélérate de 30 mètres de haut peut exercer une pression allant jusqu’à 100 tonnes par mètre carré. Or, aucun navire n’est conçu pour résister à une telle pression^[7].

Il existe aussi le phénomène des « trois sœurs ». Il s’agit de trois vagues scélérates successives, et donc d’autant plus dangereuses, car un bateau qui aurait eu le temps de réagir correctement aux deux premières, n’aurait en aucun cas la possibilité de se remettre dans une position favorable pour la troisième.

Schéma de proportion des vagues scélérates

Théories explicatives

Il convient d’abord de distinguer les grandes vagues des vagues scélérates. Les plus grandes vagues observées sont généralement présentes dans un état de mer déjà fort, soit dans de fortes tempêtes, soit dans des zones de courants contraires, comme dans la zone du courant des Aiguilles^[7], le long de la côte est de l’Afrique du Sud. Dans ce cas, il s’agit d’un simple phénomène de réfraction qui augmente la hauteur significative H_s, sans que nécessairement cela donne des vagues de hauteur H supérieure à 2,1 H_s.

Les observations indiquent que ce seuil de 2,1 H_s est atteint beaucoup plus souvent que ce que prévoit la théorie linéaire de la propagation des vagues. Pour des vagues en canal à houle, se propageant dans une seule dimension il peut y avoir 100 fois plus de vagues scélérates que ce que prévoit la théorie linéaire. La fréquence d’apparition des vagues scélérates est donc nécessairement liée au caractère non-linéaire des vagues, connu depuis le XIX^e siècle, mais avec des conséquences qui sont encore incomprises. Ainsi, dans un train de houle, la vague scélérate apparaît en empruntant l’énergie contenue dans ses voisines, avant de la leur rendre en disparaissant ou de la perdre en déferlant. On parle de modulation d’amplitude.

Ces vagues sont prévues comme solutions particulières d’équations non linéaires, telles que l’équation de l’onde de Boussinesq^[8] ou l’équation de Korteweg et de Vries par exemple. Mathématiquement, elles correspondent au soliton, c’est-à-dire des vagues à forme singulière qui se propagent sans que leur forme ne change. Cette évolution non-linéaire est bien vérifiée dans un canal à houle pour des vagues se propageant dans une seule direction^[9]. Mais la complexité de telles équations rend difficile la résolution dans le cas à deux dimensions. Une version non-linéaire de l'équation de Schrödinger a également inspiré les océanographes pour sortir du modèle mathématique linéaire^[10]. Ainsi, le comportement du soliton de Peregrine et des autres solutions rationnelles de cette équation constituent une piste intéressante^[11] .

Dans le cas de propagation de vagues dans des directions différentes, il semblerait que certaines circonstances encore mal définies puissent provoquer non pas la diminution, mais l’accumulation des ondes de houle, provoquant une vague scélérate.

Détection

La mesure des vagues est, depuis les années 1990, faite avec des lasers, radars ou bouées, qui mesurent l’élévation de la surface en un point^[12]. De telles mesures sur la plate-forme Draupner, en mer du Nord, ont fourni les premières preuves irréfutables de l’existence des vagues scélérates. Alors que la détection des vagues scélérates par satellite est encore hors de portée en 2009, plusieurs travaux utilisant des radars de navigation embarqués sur des navires essayent de reconstruire la forme de la surface à partir du fouillis de mer^[13] pour, entre autres, détecter des vagues scélérates avant que le navire ne les rencontre. Ces développements n’en sont encore qu’à leurs balbutiements.

Accidents notables

Plusieurs observations et accidents l'attestent :

• 1828 : L'Astrolabe, navire conduit par Jules Dumont d’Urville, rencontre des vagues qualifiées de monstrueuses près des côtes de la Nouvelle-Zélande et de la Nouvelle-Guinée.
• Le SS Waratah en 1909, quitta Durban, Afrique du Sud avec à son bord 211 passagers et membres d'équipage mais n'arriva jamais au port du Cap, Afrique du Sud^[14].
• Avril 1916 : le journal de bord et récit d’Ernest Shackleton de l’expédition Endurance qui revint de l’Île de l'Éléphant à bord du James Caird, un canot de sauvetage, évoquent une vague scélérate.
• Le navire militaire USS Ramapo (1933) – a mesuré une vague de 34 m^[15].
• 1943 : au large du Groenland, le pont avant du Queen Elisabeth est enfoncé de 15 cm et les vitres de la passerelle, situées à 27 m au dessus de la ligne de flottaison enfoncées.
• 1974 : la proue du cargo norvégien Wilstar est enfoncée par une vague.
• 12 décembre 1978 Le cargo allemand München, réputé insubmersible, disparaît dans l'Atlantique Nord. Un morceau de canot de sauvetage retrouvé peu de temps après montre une pièce métallique déformée d'avant en arrière par une force énorme^[16].
• 1^er janvier 1995 : la plate-forme pétrolière de Draupner, reçoit une vague de 25,6 m de haut alors que la hauteur significative n’atteignait que 10,8 m, mesurée en mer du Nord^[17].

Les falaises de Douvres

• février 1995 : le Queen Elizabeth 2 affronte une vague de 30 m dans l’Atlantique Nord. Son commandant, le capitaine Warwick, vit arriver :« ...un mur d'eau solide de 30 mètres de haut ! J'ai eu le sentiment de faire route droit sur les falaises de Douvres »^[18],[7].
• février 2001 : le Bremen et le Caledonian Star, reçoivent trois vagues de 30 m dans le Pacifique Sud^[7].
• avril 2005 : l’Aube Norvegian rencontre une vague de 21 m au large de la Caroline du Sud.
• 24 mai 2006 : le Pont-Aven, rencontre une vague d’une hauteur d’environ 20 m au large d’Ouessant.
• 3 mars 2010 : le MV Louis Majesty, au large de la Catalogne, subit trois vagues de grande hauteur (plus de 8 m) : les vitres du salon passagers explosent, il y a deux morts et un blessé grave^[19].

Entre 1973 et 1994, on estime que vingt-deux cargos ont coulé suite à leur rencontre avec des vagues scélérates^[20].

Conséquences sur la structure des navires

La réalité des vagues scélérates est maintenant parfaitement démontrée et documentée, et peut avoir des conséquences sur la sécurité maritime et la conception des grands navires marchands, notamment les minéraliers et les vraquiers qui ne sont pas conçus pour résister à des impacts hauts au-dessus de la ligne de flottaison, et qui coulent en quelques minutes^[21]

Si un tanker (ou tout bateau long) rencontre une telle vague de face (ou par l’arrière), cela pose deux problèmes :

• La masse de l’eau en mouvement représente une énergie au moins double par rapport aux vagues habituelles, qui va percuter le bateau par sa proue (par exemple). Il n’est pas rare qu’une vague scélérate ait une hauteur au moins égale à celle du château.
• L’effet cumulé de la hauteur exceptionnelle des vagues et de la longueur d’onde peut littéralement soulever le bateau par les deux extrémités. La partie centrale du bateau se retrouve alors dans le vide, ou tout au moins se retrouve moins portée par l’eau, et est donc soumise à des efforts mécaniques énormes (surtout si les soutes sont pleines) qui peuvent casser le bateau en deux.

Si la vague frappe le bateau par le côté, elle peut le faire chavirer.

Notes et références

1. ↑ Jean-Paul Guignard, Les vagues scélérates, Juillet 2007
2. ↑ Science Presse
3. ↑ Les vagues monstrueuses qui coulent des navires sont repérées par les satellites radar de l’ESA
4. ↑ Science Presse
5. ↑ http://ecologie.blog.lemonde.fr/2010/12/15/le-changement-climatique-accroit-t-il-la-hauteur-des-vagues/
6. ↑ Certains auteurs utilisent un seuil à 2 fois au lieu de 2,1.
7. ↑ ^{a, b, c et d} (en) Chris Hall, « Freak Waves », dans Beacon, n^o 185, juin 2005 [texte intégral [PDF]] .
8. ↑ Joseph Boussinesq, « Théorie de l'intumescence liquide, appelée onde solitaire ou de translation, se propageant dans un canal rectangulaire », dans Comptes rendus de l'Académie des sciences, vol. 72, 1871, p. 755–759 [texte intégral] 
9. ↑ (en)On the extreme statistics of long-crested deep water waves: Theory and experiments, Mori, N., M. Onorato, P. A. E. M. Janssen, et al., 2007, J. Geophys. Res. 112 (C9): C09011.
10. ↑ Documentaire de la BBC "Freak wave" série Horizon (première diffusion 14 nov 2002). Diffusé en version française par la télé française (Thalassa) en 2010.
11. ↑ A. Chabchoub, « Rogue wave observation in a water wave tank », dans Phys. Rev. Lett., 2011 [lien DOI] 
12. ↑ (en)Haver S (5 August 2003). Freak wave event at Draupner jacket January 1 1995. (PDF)
13. ↑ (en)Sea Surface Elevation Maps Obtained with a Nautical X-Band Radar – Examples from WaMoS II Stations [PDF], Hessner, K., et K. Reichert, 2007: 10th International workshop on wave hindcasting and forecasting, North Shore, Oahu, Hawaii, 11-16 novembre 2007.
14. ↑ Le courant des Aiguilles à l'Est de l'Afrique du Sud a été étudié pour ses effets destructeurs sur la marine marchande.
15. ↑ Rogue Giants at Sea, Broad, William J, New York Times, July 11, 2006
16. ↑ Documentaire de la BBC "Freak wave" série Horizon (première diffusion 14 nov 2002). Diffusé en version française par Thalassa en 2010.
17. ↑ (en)Site de K. Dysthe et H. Krogstad, H. Socquet-Juglard et K. Trulsen, chercheurs norvégiens.
18. ↑ Anne Debroise, Les vagues scélérates in Science et Vie N°1047, décembre 2004, p. 98
19. ↑ http://lci.tf1.fr/monde/europe/2010-03/l-aventure-du-mv-louis-majesty-5757120.html
20. ↑ Anne Debroise, Les vagues scélérates in Science et Vie N°1047, décembre 2004, pp.102-103
21. ↑ La houle normale exerce une pression de 1,5 t/m². La tempête exerce une pression de l'ordre de 6 t/m². Les vagues scélérates exercent sur la coque des bateaux une pression de 100 t/m². (Documentaire de la BBC "Freak wave" série Horizon (première diffusion 14 nov 2002). Diffusé en version française par Thalassa en 2010.)

Voir aussi

Cinématographie

• L'Aventure du Poséidon de Ronald Neame et Irwin Allen
• Lame de fond de Ridley Scott
• Poseidon de Wolfgang Petersen

Articles connexes

• Propagation des ondes
• Ouragan
• Vague Draupner
• Mascaret
• Soliton de Peregrine

Bibliographie

• (en) Christian Kharif, Efim Pelinovsky et Alexey Slunyaev, Rogue waves in the ocean, Springer, Berlin, 2009, 216 p.  (ISBN 978-3-540-88418-7)
• (en) Efim Pelinovsky et Christian Kharif (dir.), Extreme ocean waves, Springer, Londres, Dordrecht, 2008, 196 p.  (ISBN 978-1-4020-8313-6)
• (fr) Julien Touboul, Étude de l’interaction entre le vent et les vagues scélérates, Institut de recherche sur les phénomènes hors équilibre, Université d’Aix-Marseille, Marseille, 2007, 168 p.  (thèse de doctorat de Systèmes Complexes)
• (en) Hervé Socquet-Juglard, Spectral Evolution and probability distributions of surface ocean gravity waves and extreme waves, Institut de Mathématiques Appliquées, Université de Bergen, Norvège, 2005, 111 p.  (thèse de doctorat)
• (fr) Anne Debroise, Les vagues scélérates in Science et Vie N°1047, décembre 2004, pp.98-103
• (fr) Mathilde Fontez, Vagues scélérates in Science et Vie N°1089, juin 2008, pp.76-90

Liens externes

Sur les autres projets Wikimedia :

• « Les vagues scélérates », sur Wikimedia Commons (ressources multimédia)

• (fr) Information sur le site de Futura-Sciences, un article proposant une nouvelle approche pour modéliser les vagues scélérates.
• (en) Modélisation mathématique des vagues scélérates, page Web d’universitaires norvégiens.
• (fr) [image] Animation tirée de l’article précédent qui montre que (en haut) il peut y avoir un « paquet de vagues » qui, en se superposant à une mer agitée (vague du milieu) donne (en bas) une sérieuse résultante la fameuse vague scélérate.
• (fr) Présentation générale de Michel Olagnon (Ifremer).
• (fr) Article dossier documentaire de l’académie de Rouen.
• (fr) « La vague scélérate : une théorie pour expliquer les mystérieuses disparitions dans le Triangle des Bermudes ? ».
• (fr) Extraits d’un documentaire de l'émission Thalassa du 2 novembre 2007.