Pourquoi y a t-il deux marées par jour ?

Cette question très simple, je me la suis posé plusieurs fois par le passé sans jamais vraiment prendre le temps d’y répondre ou de lire ici ou là une réponse. Puis ce vendredi, j’ai finit par regarder.

La marée est une histoire de Lune et de gravité. Oui mais pourquoi deux par jour ?

Le Guichet du Savoir :
« Cette force est d’autant plus intense que les deux objets sont proches et que leurs masses sont importantes. Ainsi la Lune attire la Terre avec une force moyenne dépendant de la distance entre leurs centres. La surface de la Terre faisant face à la Lune est plus proche de celle-ci que son centre et est donc plus attirée. L’eau des océans aura donc tendance à se gonfler de ce côté. A l’opposé de la Terre sa surface est plus loin de la Lune, donc moins attirée.
Si on considère que la surface du globe est formée majoritairement d’eau alors la terre prendrait la forme d’un ellipsoïde dont le grand axe est dirigé vers la Lune. Les extrémités de cette ellipse forment des bourrelets pointés vers la Lune et à l’opposé ; il y a ainsi en permanence deux zones de marée haute sur Terre. »

Ou la la, une ellipse magique est la cause du passage de une à deux marées.

UdPPC Auvergne (Union des professeurs de physique et de chimie) :
« Ainsi la Lune attire la Terre avec une force moyenne dépendant de la distance entre leurs centres. La surface de la Terre faisant face à la Lune est plus proche de celle-ci que son centre et est donc plus attirée. L’eau des océans aura donc tendance à se gonfler de ce côté. A l’opposé de la Terre sa surface est plus loin de la Lune, donc moins attirée.
Si on considère que la surface du globe est formée majoritairement d’eau alors la terre prendrait la forme d’un ellipsoïde dont le grand axe est dirigé vers la Lune. Les extrémités de cette ellipse forment des bourrelets pointés vers la Lune et à l’opposé ; il y a ainsi en permanence deux zones de marée haute sur Terre. »

Ou la la, on reprend le texte du Guichet du Savoir (ou inversement) mais on supprime la phrase qui titille l’oreille : « A l’opposé de la Terre sa surface est plus loin de la Lune, donc moins attirée ». Mais pourquoi une bosse alors à l’opposé ?

Vikidia :
« Le mouvement réel des particules (celui qui provoque la marée) est donc donné par la différence (la force résultante) entre la force centrifuge et la force gravitationnelle qui affectent chaque particule en un point donné de la surface terrestre. Cette force résultante éloigne les particules sur la partie terrestre la plus éloignée de la Lune, car à cet endroit la force centrifuge est supérieure à la force gravitationnelle; elle fait donc monter le niveau de l’eau des océans.
Cette force résultante rapproche les particules de la Lune sur les parties terrestres qui sont les plus proches de la Lune, car à cet endroit la force gravitationnelle est supérieure à la force centrifuge; là aussi elle fait monter le niveau de l’eau.
Du fait de la rotation de la Terre, tous les points terrestres qui passent en face de la Lune connaissent ces renflements au cours du jour solaire. Chaque point de la Terre va donc « voir » deux fois ce renflement: une fois lorsqu’il fait face à la Lune, une autre fois lorsqu’il est à l’opposé par rapport à la Lune. »

Ou la la, on rentre dans un calcul de force. Il faut suivre avec le petit schéma sur le site sinon cela est guère compréhensible. L’explication oublie juste que sur les cotés, la force de gravité et l’effet de Coriolis sont quasiment à angle droit donc la force de gravité due à la Lune n’a quasiment aucune influence… D’ailleurs, je n’ai pas compris comment toutes les forces centrifuges pouvaient être parallèle en tout point (schéma complètement faux ?). Au final, l’explication ne me convient pas du tout personnellement.

Vous l’aurez compris, à ce stade de mon approche bibliographique, je suis extrêmement déçu et je me dis qu’il faut donc que je réfléchisse par moi même.

Si seule la Lune attire l’eau, il n’y a aucune raison de ne pas être dans le mode 1 (voir figure ci dessus) donc de n’avoir qu’une seule marée par jour. Ce cas existe dans certaines mers, peu profonde et souvent partiellement coupées du reste des grands océans comme la mer Baltique et le golfe du Mexique, on appelle ce régime la marée diurne.

Le cas le plus courant est tout le même le cas semi-diurne : deux fois par jour.

Je donne maintenant mon interprétation personnelle. En mer Baltique, le marnage n’est que de 30 cm. Ce n’est pas juste la Lune qui génère des marnages allant jusqu’au 14 m aux îles Chaussey ! Depuis le début, on ne parle que de la Lune mais il manque la notion d’onde, d’oscillation, de vibration forcée et de résonance.

Il n’est pas facile de faire vibrer une grosse plaque ou une longue poutre. Cependant, si on la fait vibrer à un certain rythme, régulièrement, la tôle peut se mettre à vibrer énormément. La poutre entre alors en résonance. Il y a alors très peu de perte d’énergie à chaque vibration, ainsi la seule petite source d’énergie qu’on impose régulièrement avec sa main suffit à créer de forte ondulation. Les cas où cela fonctionnent bien, les bonnes fréquences, correspondent aux modes propres de vibration de l’objet. Ces modes propres qui dissipent très peu d’énergie dépendent de la géométrie de l’objet.

Dans le cas d’une Terre recouverte à 100% par un océan, on image bien que le premier mode est juste un lobe qui fait petit à petit le tour de la Terre comme un tourniquet qu’on relance d’un seul doigt régulièrement même chargé de pleins d’enfants ! Le principal effort est de lancer le manège… Le second mode a deux lobes opposés, le troisième trois lobes écartés à 120°, le quatrième quatre et ainsi de suite (les modes d’ordres plus élevés peuvent avoir une géométrie complexe).

La marée est donc une vibration forcée des mers générée par le pot vibrant Lune.

Pour que cela fonctionne dans le temps, le système doit être très stable et consommer un minimum d’énergie. Donc être sur l’un des premiers modes (nous ne sommes pas sur des systèmes rapides qui irait chercher des modes d’ordres élevés).

Pour moi, le mode 1 n’est pas stable !

Pourquoi ? Pour une raison assez simple à mon sens. Dans le mode 1, l’eau ne fait qu’un lobe, la Terre perd sa symétrie, son centre de gravité se déplace vers la Lune. Si l’ensemble Terre-Lune a un centre de gravité fixe, la Terre seule n’en a plus. Le système se met à vibrer, ce n’est pas tenable pour une planète. Ces vibrations terrestres initiales ainsi que les défauts (il n’y avait pas à l’origine un océan unique) ont rapidement (à l’échelle cosmologique) mis les océans d’une certaine masse (pas la mer Baltique peu profonde) sur le mode 2 qui assure à la Terre un centre de gravité fixe.

Il y a deux marées par jour car c’est le premier mode stable de vibration forcée des océans. Le centre de gravité de la Terre doit rester fixe !

Pourquoi pas le mode 3 ou le mode 4 ? La Lune n’intervient qu’une fois par jour (tous les 24 h et 50 min environ pour être plus précis), donc une fois par tour en un point donné. C’est donc un pot vibrant très lent. C’est, à mon sens, la vibration interne du centre de gravité de la Terre qui a fait passé au mode 2, ayant pour effet de doubler cette fréquence. La fréquence de l’impulsion lunaire est trop basse pour basculer sur le mode 3 donc aussi des suivants.

En pratique, la propagation des ondes de marées est très complexe dans les océans de la Terre. Je vous invite à lire le blog de Pourquoi Comment Combien sur le sujet qui fournit quelques cartes bien intéressantes.

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