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Vague Catégorie:Océanographie
Catégorie:Océanographie]
Catégorie:Océanographie]
Une vague est un mouvement oscillatoire de la surface d'un océan, d'une mer ou d'un lac. Les vagues sont générés par le vent et ont une amplitude crête-à-crête allant généralement d'une dizaine de centimètres à une dizaine de mètres. Des « vagues scélérates » allant jusqu'à trente mètre de hauteur sont exceptionnellement rencontrées au large. Les séismes de forte puissance créent également des vagues appelées tsunamis ou raz-de-marée.
Propagation des vagues (Modèle d'Airy)
Les vagues sont en fait des ondes de gravité. Un modèle simple établi par Airy permet d'en obtenir quelques caractéristiques.
Relation de dispersion
Le mouvement de tout fluide parfait, ce qui est une bonne approximation pour l'air et l'eau, est régi par les équations de Navier-Stokes. Pour un fluide incompressible et un écoulement irrotationnel (ce qui est le cas de tout mouvement causé par des forces de pression), ces equations se simplifient pour devenir l'équation de Laplace. Les solutions ondulatoires et de faible amplitude obéissent à une relation de dispersion
avec la pulsation de l'onde, la période de la houle , l'intensité de la pesanteur, le nombre d'onde, la longueur d'onde de la houle et la profondeur de l'eau. Cette relation permet d'aboutir à une expression simplifiée de la célérité de propagation de l'onde :
Comme on a brutalement simplifié les équations de départ pour établir cette relation, elle n'est valable que pour des vagues de faible amplitude par rapport à la profondeur de l'eau et de cambrure faible (ou est l'amplitude des vagues). Ce dernier critère correspond à des vagues pas trop "pentues".
On peut néanmoins tirer de cette relation quelques propriétés intéressantes, notamment qu'à profondeur importante la vitesse des vagues ne dépend plus de la profondeur puique la tangente hyperbolique tend vers 1. De façon plus qualitative, on peut comprendre le comportement des vagues à l'approche du littoral. Ainsi , à nombre d'onde constant, quand la profondeur diminue, la vitesse des vagues c décroît. La vitesse de groupe Cg, vitesse du transport d'energie décroit elle aussi. Pour que l' énergie du système soit conservée alors qu'elle est transportée à une vitesse plus faible il faut que la densité d'énergie par mètre carré augmente. Or cette densité d'energie, est, en joules par mètres carrés, égale à . La hauteur des vagues doit donc augmenter et elles finissent par déferler.
Réfraction et diffraction
La diminution de avec la profondeur conduit aussi à des phénomènes de réfraction, exactement analogues à ceux observés en optique. De même que les surfaces d'onde suivent les lignes iso-indice , les vagues tendent à épouser la forme des lignes d'égale vitesse (c'est à dire les isobathes ou lignes d'égale profondeur) et à ainsi à épouser le littoral. Les vagues se concentrent donc autour des pointes et s'évasent dans les baies. Les courants modifient aussi la vitesse de phase et la relation de dispersion. Des variations de courant induisent donc aussi une réfraction.
Comme pour tous les phénomènes ondulatoires, on observe des phénomènes de diffraction. Ils sont particulièrement importants au niveau des digues et autres ouvrages maritimes qui diffractent les vagues qui les heurtent.
Mouvement du fluide
Il est intéressant de noter qu'à la théorie d'Airy prévoit un faible mouvement global du fluide : la dérive de Stokes.
Les particules de fluide décrivent presque des ellipses fixes, dont la taille décroît avec la profondeur. En eau profonde (par rapport à la longueur d'onde) ces ellipses sont des cercles, Toutefois, comme une particule d'eau a une vitesse est plus importante sous une crête que la vitesse opposée lors de son passage sous le creux suivant, il en résulte une dérive dans le sens de propagation des vagues. Pour les vagues générées par le vent, cette dérive est d'environ 1,2 % de la vitesse du vent pour un état de mer complètement développé.
Validité et limitations
La théorie d'Airy est particulièrement bien vérifiée dans le cas de vagues se propageant au large et soumises à peu de vent. Au momment du déferlement, elle constitue une approximation moins efficace et on doit alors revenir à une théorie non linéaire. Elle ne prend pas non plus en compte est la formation des vagues sous l'action du vent.
Voir également
- vagues particulières
- vague scélérate
- tsunami
Liens externes
- [http://www.shom.fr/fr_page/fr_act_oceano/vagues/PLUS/COURS/cours_vagues_2004.pdf Cours de Fabrice Ardhuin (assez complet)]
- [http://www.shom.fr/fr_page/fr_act_oceano/vagues/vagues_f.htm Le site du SHOM (plus accessible)]
Catégorie:Océanographie
Catégorie:Sciences de la Terre
ja:Category:海洋学
ko:분류:해양학
Mer
Définition
Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.
Grande étendue d'eau salée
Cette définition confond les océans, les mers fermées ou ouvertes ainsi que les grands lacs salés. On la retrouve dans un contexte historique (A l'époque moderne, l'océan Atlantique traversé par Christophe Colomb porte le nom de mer océane) ou familier (Opposition de la mer et de la montagne dans les vacances, la mer est bonne ? pour évoquer la température de l'eau aussi bien océanique que maritime).
Grande étendue d'eau salée différente des océans
Cette définition plus géographique apporte un classement dans les étendues d'eau salée. Les océans sont les plus grandes étendues d'eau salée. Viennent ensuite les mers de tailles variables. Les mers peuvent être ouvertes ou fermées c'est-à-dire en contact ou non avec les océans.
Si la mer est en contact avec un océan elle se distingue de ce dernier par sa position géographique généralement enclavée entre des masses terrestres. Ex : La Manche communique avec l'océan Atlantique mais elle s'en distingue par sa position médiane entre les côtes sud de l'Angleterre et les côtes nord de la France.
Une mer en contact avec un océan peut se distinguer par des conditions physiques particulières. Ex : la Méditerranée communique avec l'océan Atlantique par le détroit de Gibraltar. Elle se distingue de l'océan par sa position enclavée entre l'Europe, l'Asie (Proche-Orient) et l'Afrique et par des conditions maritimes différentes (différentiel de température entre l'océan et la mer, faune et flore distinctes, absence de marée pour la Méditerranée...). Autre exemple : la mer des Sargasses avec son accumulation d'algues brunes au large de la Floride se distingue de l'océan Atlantique.
Enfin le terme de mer est aussi utilisé pour désigner certains grands lacs, en particulier lorsqu'ils n'ont pas de cours d'eau dans lesquels ils se déversent. C'est le cas par exemple de la mer Caspienne ou encore de la mer d'Aral. On parle alors souvent de mer fermée.
La mer en droit international
En droit international, on appelle "mer" l'espace situé au-delà de la laisse de basse mer.
La mer comprend :
- le fond et le sous-sol
- la colonne d'eau et la surface
- l'espace aérien surjacent.
Les mers à la surface du globe
Voici la liste des principales mers, groupées par océan :
- Mer de Béring
- Mer de Chine méridionale
- Mer de Chine orientale
- Mer de Cortez
- Mer de Tasman
- Mer du Japon
- Mer Jaune
- Mer d'Okhotsk
- Golfe d'Alaska
Mers indonésiennes et mélanésiennes
- Mer de Java
- Mer de Flores
- Mer de Timor
- Mer d'Arafura
- Mer de Sulu
- Mer de Célèbes
- Mer de Banda
- Mer de Bismarck
- Mer des Salomon
- Mer de Corail
- Golfe du Mexique
- Golfe de Guinée
- Manche
- Mer d'Iroise
- Mer Baltique
- Mer d'Irlande
- Mer Celtique
- Mer du Nord
- Mer de Norvège
- Mer des Caraïbes (ou Mer des Antilles)
- Mer des Sargasses
- Mer Rouge
- Golfe Persique
- Mer d'Oman
- Golfe du Bengale
- Golfe d'Aden
- Mer Arabique
- Canal du Mozambique
- Mer de Barents
- Mer de Beaufort
- Mer de Kara
- Mer des Tchouktches
- Mer du Prince Gustave-Adolphe
- Mer de Wandel
- Mer du Groenland
- Mer des Laptev
- Mer de Lincoln
- Mer de Sibérie Orientale
- Mer Blanche
- Mer de Weddell
- Mer de Ross
- Mer de Bellingshausen
- Mer d'Amundsen
- Mer Égée
- Mer de Marmara
- Mer Ionienne
- Mer Adriatique
- Mer Tyrrhénienne
- Mer Ligurienne
- Mer Noire
- Mer d'Azov
Mers intérieures
- Mer Caspienne
- Mer d'Aral
- Mer Morte
Voir aussi
- les Phares
- l'eau de mer
Liens internes
- glossaire maritime
Catégorie:Hydrographie
- (Mer)
ja:海
ko:바다
ms:Laut
simple:Sea
zh-min-nan:Hái
Onde
Généralités
; Définition d'une onde
: C'est un phénomène de perturbation dans un milieu élastique — capable de reprendre ses propriétés initiales après le passage de l'onde — sans transport de matière mais avec transport d'énergie.
: C'est une propagation d'énergie, engendrée par une perturbation, qui produit sur son passage une variation des propriétés physiques locales.
On voit que cette définition est presque identique au déplacement d'une particule, qui elle aussi déplace une énergie dans un milieu, en provoquant des perturbations locales et non durables. C'est ce que traduit le principe de dualité onde-particule.
Donnons un exemple de cette notion de « transport d'énergie sans transport de matière ». Dans le cas d'une onde mécanique, il y a des petits déplacements locaux et non durables des éléments de ce milieu, mais pas de déplacement global (une vague n'est pas un courant marin sauf en phase terminale d'un tsunami survenant dans un port ou dans une baie).
Dans le cas de la corde vibrante, tous les points du milieu se déplacent transversalement et non pas longitudinalement, en effet si on néglige les pertes dûes aux frottements de la corde contre le sol, chaque point du milieu reçoit intégralement l'énergie initiale produit par la source de l'onde. Chaque point, lorsqu'il reçoit l'énergie de l'onde se retrouve alors soulevé par rapport à sa position d'équilibre pour revenir à sa place initiale après le passage de l'onde. Le déplacement du point de la corde ne se fait pas dans le sens de déplacement de l'onde.
Les ondes électromagnétiques peuvent se déplacer dans le vide comme dans un milieu diélectrique. Donc, une onde est un déplacement d'énergie sans déplacement de matière.
Exemples d'onde :
- pour un ressort dont l'on étirerait quelque spires puis qu'on relacherait, crééra une onde logitudinale à une dimension car la direction de propagation de l'onde est parallèle à la direction de perturbation de l'onde.
- pour une corde, où l'on applique une force transversale sur celle-ci, en sachant que la corde est tenue à ses 2 extrémités fermement. (comme un serpent). C'est une onde bidimensionnel car la direction de propagation de l'onde est perpendiculaire à la direction de la perturbation.
- dans la mer, une vague est créée par la rencontre d'un courant marin et d'un vent, cette contrainte changeante provoque une variation de la hauteur d'eau ;
- lorsque l'on frappe un solide, il se crée une déformation locale en réaction à la variation de pression ;ce sont des ondes à 3 dimensions.
- lorsque l'on déplace des charges électriques, les champs magnétiques et électriques varient pour s'adapter à la variation de position des charges produisant une onde électromagnétique.
Périodicité temporelle et périodicité spatiale
onde électromagnétique
Le cas le plus simple de l'ondes est l'onde dite « monochromatique ».
onde électromagnétique
Si l'on prend un cliché du milieu à un moment donné, on voit quer les propriétés du milieu varient de manière sinusoïdale en fonction de la position. On a donc une périodicité spatiale ; la distance entre deux maxima est appelée longueur d'onde, et est noté λ. Si l'on prend des photographies successives, on voit que ce « profil » se déplace à une vitesse nommée vitesse de phase.
vitesse de phase
Si l'on se place à un instant endroit donné et que l'on relève l'intensité du phénomène en fonction du temps, on voit que cette intensité varie selon une loi elle aussi sinusoïdale. Le temps qui s'écoule entre deux maxima est appelé période et est noté T.
Modélisation d'une onde progressive
Une onde se modélise par une fonction A(x,t), d'amplitude A, x étant la position dans l'espace (vecteur) et t étant le temps.
Une très grande famille des solutions d'équations de propagation des ondes est celle des fonctions sinusoïdales, sinus et cosinus (elles ne sont pas les seules). On montre également que tout phénomène périodique continue peut se décomposer en fonctions sinusoïdales (série de Fourier), et demanière générale toute fonction continue (transformée de Fourier). Les ondes sinusoïdales sont donc un objet d'étude simple et utile.
Dans ce cadre, une onde sinusoïdale peut s'écrire :
:
On appelle
- amplitude le facteur ,
- phase l'argument du cosinus ,
- tandis que φ est la phase à l'origine lorsque t et x sont nuls.
La phase absolue d'une onde n'est pas mesurable. La lettre ω grecque désigne la pulsation de l'onde on note qu'elle est donnée par la dérivée de la phase par rapport au temps :
: .
Le vecteur k est le vecteur d'onde. Lorsque l'on se place sur un seul axe, ce vecteur est un scalaire et est appelé nombre d'onde : c'est le nombre d'oscillations que l'on dénombre sur une unité de longueur.
On a :
- ;
- où ν est la fréquence ;
- équation de propagation : , avec c la vitesse de phase.
Types d'ondes
On distingue plusieurs catégories d'ondes :
- les ondes longitudinales, où les points du milieu de propagation se propagent dans la direction de propagation (exemple type : la compression ou la décompression d'un ressort, le son dans un milieu sans cisaillement : eau, air...)
- les ondes transversales, où les points du milieu de propagation se propagent perpendiculairement aux sens de propagation, ces dernières semblant déformer le milieu, de sorte qu'il faut faire intervenir une dimension supplémentaire pour les décrire (exemple type : les vagues, les ondes S des tremblements de terre, les ondes électromagnétiques). On parle pour décrire ceci de polarisation.
Le milieu de propagation d'une onde peut être tridimensionnel (onde sonore, lumineuse, etc.), bidimensionel (onde à la surface de l'eau), ou unidimensionel (onde sur une corde vibrante).
Une onde peut posséder plusieurs géométries : plane, sphérique, etc. Elle peut également être progressive, stationnaire ou évanescente (voir Propagation des ondes).Elle est progressive lorsqu'elle s'éloigne indéfiniment de sa source.
D'un point de vue plus formel, on distingue également les ondes scalaires qui peuvent être décrites par un nombre variable dans l'espace et dans le temps (le son dans les fluides par exemple), et les ondes vectorielles qui nécessitent un vecteur à leur description (la lumière par exemple)....
Si l'on définit les ondes associées à un milieu, les ondes électromagnétiques sont exclues!!!
Célérité d'une onde, fréquence
La vitesse d'une onde, plutôt appélée célérité, se calcule par la relation avec d en mètres, t en secondes et c en m/s.
La célérité peut aussi s'exprimer en fonction de la fréquence et de la longueur d'onde. Ainsi
avec en m, en hertz (Hz), et c en m/s.
Dans un milieu élastique donné, la célérité des ondes est constante mais celle-ci dépend des propriétés du milieu. Par exemple, le son dans l'air à 15°C et à 1 bar se propage à 340 m.s-1.
- Plus le milieu est rigide, plus la célérité est grande. Sur une corde, la célérité d'une onde est d'autant plus grande que la corde est tendue. La célérité du son est plus grande dans un solide que dans l'air.
- Plus l'inertie du milieu est grande, plus la célérité diminue. Sur une corde, la célérité est d'autant plus grande que la masse linéique (masse par unité de longueur) est faible.
Exemples d'ondes
- Ondes mécaniques :
- Les vagues sont des perturbations qui se propagent dans l'eau (voir aussi tsunami).
- Onde sur une corde vibrante
- Le son est une onde de pression qui se transmet dans les fluides et les solides, et qui est détectée par le système auditif
- Les ondes sismiques sont similaires aux ondes sonores et sont engendrées lors d'un tremblement de terre
- Ondes électromagnétiques :
- La lumière et, en général, les ondes électromagnétiques résultent des perturbations électromagnétiques
- Une onde radio est un champ électromagnétique variable, souvent périodique, produit par une antenne
- Les ondes gravitationnelles
Voir également
- Onde sur une corde vibrante
- Phénomène périodique
- Propagation des ondes
- Phase
- Paquet d'onde
- Soliton
- Interaction des ondes
- Diffusion des ondes
- Interférence
- Battement
- Diffraction
- Réflexion des ondes
- Réfraction
catégorie:Physique
ja:波動
ko:파동
ms:Gelombang
simple:Wave
Vitesse de groupe ja:位相速度
Catégorie:Électromagnétisme Catégorie:Physique
Vitesse de phase
La vitesse de phase d'une onde est la vitesse à laquelle la phase de l'onde se propage dans l'espace. C'est la vitesse à laquelle se propage la phase de tous les composants de l'onde. Si l'on sélectionne n'importe quel point particulier de l'onde (par exemple la crête), il donnera l'impression de se déplacer dans l'espace à la vitesse de phase. La vitesse de phase s'exprime en fonction de la pulsation de l'onde ω et du nombre d'onde k :
:
En effet, soit une onde , plaçons nous sur une surface d'onde, i.e. l'ensemble des points ayant la même valeur de , par conséquent la même valeur de la phase , c'est le plan de phase. Le plan de phase est en à la date :
et en à la date :
d'où
i.e.
On introduit ainsi indice du milieu de la manière suivante :
La vitesse de phase de l'onde n'est pas forcément égale à sa vitesse de groupe, qui est la vitesse à laquelle les changements d'amplitude de l'onde (son enveloppe) se propagent.
La vitesse de phase d'une onde électromagnétique peut être supérieure à la vitesse de la lumière dans le vide dans certaines circonstances, mais cela n'implique pas un transfert d'énergie ou d'information à une vitesse supérieure à celle de la lumière.
Vitesse de groupe
La vitesse de groupe d'une onde est la vitesse à laquelle l'enveloppe de l'onde (sa forme) se propage dans l'espace. Elle est donnée par la relation :
:
:
- ω est la pulsation de l'onde.
:
- k est le nombre d'onde.
La vitesse de groupe est généralement présentée comme la vitesse à laquelle l'énergie ou l'information est transportée par une onde. Cette description est généralement valide, bien qu'il soit tout de même possible de réaliser des expériences dans lesquelles la vitesse de pulses laser envoyés dans des matériaux spécifiques soit supérieure à la vitesse de transmission du signal.
La fonction ω(k) qui décrit l'évolution de ω en fonction de k est appelée relation de dispersion. Si ω est directement proportionnelle à k, alors la vitesse de phase est égale à la vitesse de groupe, par exemple dans le vide la relation de dispersion s'écrit : . Dans le cas contraire, l'enveloppe de l'onde se déformera au fur et à mesure de la propagation. Cette dispersion due à la vitesse de groupe est un effet important pris en compte pour la propagation d'informations par fibres optiques.
Dans la cas de la lumière, la vitesse de phase et la vitesse de groupe sont liées par la relation :
:
avec c la vitesse de la lumière dans le vide.
Voir aussi
:
- Onde
:
- Propagation des ondes
:
- [http://www.futura-sciences.com/images/littlewavepackets.gif Une animation] sur Futura-Sciences
Énergie
- Energie
Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail,
fabriquer de la chaleur, de la lumière, un mouvement.
Historique
L'étymologie du mot énergie est le mot grec εργοs (ergos) qui signifie « travail ».
Après avoir exploité sa propre force, puis celle des esclaves, des animaux et de la nature (les vents et les chutes d'eau), l'homme a appris à exploiter les énergies contenues dans la nature et capables de lui fournir une quantité croissante de travail mécanique par l'emploi de machines: machines outil, chaudières et moteurs. L'énergie est alors fournie par un carburant ou énergie fossile.
L'énergie est un concept ancien;
L’expérience humaine est que tout travail requiert de la force et produit de la chaleur, que plus on « dépense » de force, plus vite on peut faire un travail, et plus on s'échauffe.
Comme l'énergie est nécessaire à toute entreprise humaine, l'approvisionnement en énergie est devenu une des préoccupations majeures des sociétés humaines.
Un Grec de l'antiquité possédait en moyenne 5 esclaves. Un ménage moderne avec un compteur électrique de 6 kW possède l'équivalent énergétique de 36 esclaves.
Énergétique
Dans les sociétés industrielles, l'activité humaine passe par la fourniture d'énergie électrique produite par des matières premières, principalement charbon, gaz naturel, pétrole et uranium ; on parle alors d'énergie fossile; ces matières premières sont appelées par extension « énergies ». On parle aussi d'énergies renouvelables lorsque l'on utilise l'énergie solaire, l'énergie éolienne; l'énergie hydraulique des barrages est la plus importante des énergies renouvelables. (Voir ausi: Politique énergétique).
L'énergie est un concept essentiel en physique, qui se précise depuis le .
On retrouve le concept d'énergie dans toutes les branches de la physique :
- en mécanique,
- en thermodynamique,
- en électromagnétisme,
- en mécanique quantique...
- mais aussi dans les autres disciplines, en particulier en chimie.
Approche vulgarisée
Une unité « universelle »
L'énergie est un concept créé par les humains pour quantifier les interactions entre des phénomènes très différents ; c'est un peu une monnaie d'échange commune entre les phénomènes physiques. Ces échanges sont contrôlés par les lois et principes de la thermodynamique. L'unité officielle de l'énergie est le joule.
Lorsqu'un phénomène entraîne un autre phénomène, l'intensité du second dépend de l'intensité du premier. Par exemple, les réactions chimiques dans les muscles d'un cycliste lui permettent de provoquer le déplacement du vélo. L'intensité de ce déplacement (c'est-à-dire la vitesse) dépend de l'intensité des réactions chimiques des muscles du cycliste, qui peuvent être quantifiées (la quantité de sucre « brûlée » par la respiration, le métabolisme du muscle).
Prenons un exemple plus complexe. Un moteur à explosion fonctionne grâce à une réaction chimique : la combustion (ou « explosion ») qui à lieu à l'intérieur d'un cylindre. Cette réaction correspond à une transformation du combustible de départ (l'essence) en gaz avec émission de chaleur et de lumière, ce qui se traduit par une augmentation de la température et de la pression dans le piston; la différence de pression entre ce gaz et l'atmosphère de l'autre côté du piston déplace ce dernier, qui va, à travers une transmission mécanique, faire tourner les roues ainsi qu'un alternateur qui va produire de l'électricité. Au passage, il y aura des frottements mécaniques qui produiront un échauffement et une usure.
On a donc un réarrangement des molécules (rupture et recréation de liaisons chimiques) qui provoque une augmentation de la quantité de mouvement des molécules (ce qui se traduit par une augmentation de la température du gaz et donc une augmentation de sa pression), qui lui-même provoque le mouvement d'un solide (le piston), qui va entraîner un système de transmission, et pouvoir ainsi d'une part faire tourner un axe, qui peut être par exemple relié au roues d'une voiture ou bien a un alternateur. L'entrainement de la pièce mobile de cet alternateur va faire tourner un aimant qui, par induction au sein d'une bobine, va provoquer un déplacement d'électrons (courant électrique).
Le concept d'énergie va permettre de calculer l'intensité des différents phénomènes (par exemple la vitesse de la voiture et la quantité d'électricité produite par l'alternateur) en fonction de l'intensité du phénomène initial (la quantité de gaz et la chaleur produite par la réaction chimique de combustion).
; Remarques
- Dans les applications grand public, et notamment dans le domaine de la nutrition, on exprime fréquemment l'énergie en calories ; la calorie est en toute rigueur l'énergie qu'il faut fournir pour faire chauffer un gramme d'eau de un degré Celsius, mais les nutritionnistes nomment par simplification « calorie » ce que les physiciens nomment « kilocalorie ».
- En électricité, on utilise le watt-heure (Wh), énergie consommée pendant une heure par un appareil ayant une puissance d'un watt, ou encore son multiple le kilowattheure (kWh) qui vaut 1 000 Wh. Celui-ci n'est pas très éloigné du travail que peut effectuer un cheval en une heure (736 Wh par convention) excepté en termes de coût, car il revient en France en 2005 à 7 centimes d'euro.
- Pour des raisons thermodynamiques (second principe), toute transformation énergétique réelle est irréversible, ce qui veut dire qu'en inversant l'opération (exemple : retransformer en mouvement via un moteur électrique l'énergie produite par la dynamo d'un vélo) on ne retrouve pas la quantité l'énergie consommée au départ. Cela est lié aux pertes.
L'énergie et la révolution industrielle
Le concept d'énergie est fondamental pour l'étude des phénomènes de transformation (comme la chimie et la métallurgie) et de transmission mécanique, qui sont la base de la Révolution industrielle. Le concept physique d'énergie est donc logiquement né au .
En 1686, Leibniz montre que la quantité m·v, appelée « force vive », se conserve.
En 1788, Lagrange montre l'invariance de la somme de deux quantités, que l'on appelllera plus tard « énergie cinétique » et « énergie potentielle ».
Au , on parvient par une série d'expériences à mettre en évidence des constats ou lois :
- on constate que la chute d'un poids donné d'une même hauteur produit toujours le même échauffement (calorimétrie) ;
- et si la vitesse finale n'est pas nulle, la hausse de température est moindre, comme si seulement une partie de la chute était convertie en vitesse et le reste en chaleur ;
- de même un échauffement pourra produire une dilatation, une augmentation de pression, qui elle-même permettra de « travailler » par exemple en déplaçant une masse ;
et le total est toujours conservé : ainsi naît le concept scientifique d'énergie, « chose » encore indéterminée mais dont on postule une propriété :
: L'énergie se conserve dans tous les phénomènes, devenant tour à tour, chaleur, pression, vitesse, hauteur, etc.
Ainsi, grâce à l'énergie, on peut mettre en relation des observations aussi différentes qu'un mouvement, une rotation, une température, la couleur d'un corps ou d'une lumière, une consommation de sucre ou de charbon, une usure, etc.
Il apparaît également que si l'énergie se conserve et se transforme, certaines transformations sont faciles ou réversibles et d'autres non.
Exemple : Il est facile de transformer de la hauteur de chute en échauffement, et on peut le faire intégralement, en revanche l'inverse est difficile (il faut des appareils complexes) et une partie de l'« énergie » devra être diffusée et donc perdue. Cette observation sera à la base de l'idée d'entropie.
À partir du concept de conservation de l'énergie (en quantité), on pourra regarder d'un œil différent des systèmes complexes (notamment biologiques et chimiques) qui violent apparemment cette loi, et on parviendra, moyennant de nouveaux progrès scientifiques, à toujours valider le postulat ou principe de conservation de l'énergie.
Énergie et ésotérisme
Cependant, cette notion de « quelque chose » est assez floue et assez bien illustré par la boutade :
:principe -1 de la thermodynamique : l'énergie existe, la preuve, c'est qu'on la paie
(référence aux principes de la thermodynamique). Cette notion floue a laissé l'image dans de nombreux esprit d'une sorte de fluide qui passerait d'un objet à l'autre au cours des transformations, réminescence du concept de phlogistique (un « fluide immatériel » censé véhiculer la chaleur).
Faute d'un vocabulaire plus approprié, le terme « énergie » revient fréquemment dans les discours pseudo-scientifiques.
La confusion est en partie entretenue par des simplifications de langage, où par commodité on énonce parfois que
- une onde est un transport d'énergie sans transport de matière
—ou bien —
- la masse est une forme d'énergie :
alors que des formulation exactes (mais parfois plus longues) seraient :
- une onde propage une perturbation sans transport de matière
— et —
- de la masse peut se transformer en énergie électromagnétique et vice versa ,
les intensité des phénomènes (perturbation et masse) pouvant s'exprimer sous la forme d'une énergie.
; Notes
- L'inadéquation de ce concept a été montrée par des machines à frottement, montrant qu'on pouvait tirer de la matière autant de phlogistique qu'on le désirait sans qu'elle se modifie en quoi que ce soit
- Sachant que la relation E=mc² est vraie pour les seules particules dotées de masse au repos, et non pour les photons (voir à leur sujet : Impulsion)
Énergie en sciences physiques
En physique, l'énergie est donc une manière d'exprimer l'intensité des phénomènes ; c'est de fait une quantité mesurable, et qui s'exprime de manière différente selon les transformations que subit un système (réaction chimique, choc, mouvement, réaction nucléaire etc.). L'énergie se définissant de manière différente selon les phénomènes, on peut de fait définir diverses « formes d'énergie » (voir plus loin).
Par ailleurs, d'après la loi de causalité, un phénomène a une cause ; c'est la variaiton d'intensité du phénomène-cause qui provoque la variation de l'intensité du phénomène-effet. Si les intensités des phénomènes cause et effet sont exprimée sous la forme d'une énergie, on voit alors que l'énergie se conserve (voir ci-après).
L'unité du système international pour mesurer l'énergie est le joule (J).
Certaines activités utilisent d'autres unités, notamment l'électron-volt (1 eV = 1,602·10-19 J), le kilowatt-heure (1 kWh = 3,6 MJ), la calorie (4,18 J), la Calorie (alimentaire : 4 180 J ; notez le C capitale), et le kilogramme en physique relativiste.
La thermodynamique est la discipline qui étudie les transformations de l'énergie qui font intervenir l'énergie thermique. Le premier principe affirme que l'énergie se conserve, le second principe impose des limitations à la transformation de l'énergie thermique en énergie mécanique, électrique ou autre.
Energie, puissance et force
Le mot « énergie » provient du mot grec signifiant « travail ». Mais le mot « travail » est aussi utilisé en physique pour désigner l'énergie fournie par l'action d'une force.
En physique, force et énergie sont deux manières différentes de modéliser les phénomènes. Par exemple, on pourra traiter la chute d'un objet soit:
- avec les forces : en appliquant les lois du mouvement de Newton, en écrivant que l'accélération est proportionnelle à la force et inversement proportionnelle à la masse ;
- ou avec les énergies : en formulant que la diminution de l'énergie potentielle de gravité est égale à l'augmentation de l'énergie cinétique.
Le travail désigne donc l'énergie d'un phénomène qui peut aussi être modélisé par une force, c'est-à-dire un phénomène qui provoque une action dirigée dans une direction.
Cependant, certains phénomènes ont une action désordonnée, chaotique ; par exemple, l'agitation des molécules d'un gaz au repos (sans vent), ou bien l'agitation des atomes d'un solide. Cette agitation désordonnée provoque la sensation de « chaud », et elle est mesurée par un paramètre appelé température. L'énergie liée à cette agitation désordonnée est appelée énergie thermique.
Rendement
L'énergie « libérée » par un phénomène se disperse entre plusieurs autres phénomènes.
Ainsi, dans une flamme (réaction chimique), une partie de l'énergie dégagée devient chaleur, une autre lumière, une autre fraction est stockée dans des molécules complexes, etc.
Le rendement, c'est le quotient entre l'énergie qui prend la forme qui nous intéresse et l'énergie dépensée.
Par exemple, dans le cas d'un moteur, ce qui nous intéresse, c'est le mouvement mécanique produit. Le reste de l'énergie est au mieux considéré comme perdu (cas de ce qui part en chaleur dans les gaz d'échappement), au pire nuisible (cas de ce qui part en travail d'usure physique ou chimique du moteur).
Un moteur idéal, qui convertirait toute l'énergie de combustion de l'essence en mouvement mécanique du véhicule, aurait un rendement de 1 (ou de 100 %).
Le rendement réel est bien sûr toujours inférieur à 1.
Dans certain cas, il peut apparaître un rendement « apparent » supérieur à 1 :
- une pompe à chaleur donne couramment 3 fois plus de chaleur qu'on lui a injecté d'énergie électrique. Cela n'est possible que parce que l'on a compté en sortie la chaleur pompée à l'extérieur. Dans ce cas, le rendement énergétique est égal à 1 (par définition, puisque l'énergie se conserve) ce qui fait que ce paramètre de rendement n'a aucune utilité pratique, et qu'il vaut mieux utiliser le rendement apparent.
Un autre cas de rendement apparent supérieur à 1 provient d'une sous-estimation de l'énergie injectée. Ainsi, pour les chaudières on prend traditionnellement comme référence l'énergie « PCI » du combustible, qui suppose une combustion ne produisant que des gaz. Les chaudières à condensation, capables de récupérer l'énergie thermique de la transformation de la vapeur d'eau en liquide, ont pu ainsi afficher des rendements supérieurs à 1.
Loi de conservation
L'énergie est une quantité qui se conserve.
La notion de conservation est relativement simple à comprendre.
Si on met dans un volume quelque chose et que l'on ferme bien la boîte, l'on s'attend à y retrouver, lorsqu’on l’ouvrera ultérieurement, ce qu'on y a mis. Ceci en physique s'appelle un principe de conservation ; la boîte est l'ensemble des phénomènes considérés. Si on ne retrouve pas tout, c'est que une partie a pu sortir sous une forme ou une autre ou même que ce qui manque (ou est en plus) a changé de forme et qu’on ne s'en est pas rendu compte. On a en fait « oublié de mettre un élément dans la boîte », on a négligé d'inclure un phénomène dans le système.
Ce principe est tellement fort en physique qu’à chaque fois qu'il a parut ne pas être vérifié cela a conduit à des découvertes importantes. Chaque fois qu'il a semblé que l'énergie n'était pas conservée, il s'agissait en fait de sa transformation en une nouvelle forme. Par exemple, la radioactivité a un temps été interprétée comme la ré-émission de quelque chose qui était reçu de l'extérieur et l'explication est venue de l'équivalence masse énergie.
L'énergie dans un volume est donc d'office conservée, par principe, et si elle diminue dans le volume, c'est que une partie en est sortie... ou qu'elle s'est transformée en quelque chose qu'il nous faut identifier : chaleur, masse, rayonnement etc. La perte d'énergie, même minime, est fréquemment due à sa transformation en énergie thermique.
On est tenté d'écrire :
: « L'énergie se transforme d'une forme en une autre, mais ne disparaît jamais. »
La formulation exacte serait :
: « Lorsque l'intensité d'un phénomène varie, cela ne peut se faire que par la variation d'un autre phénomène ; la somme des énergies représentant l'intensité de ces phénomènes est une constante. »
Dans les processus radioactifs, le mouvement de la particule éjectée, ou l'impulsion du photon créé, provient de la disparition de la masse ; on écrit souvent par un raccourci que « l'énergie de masse se transforme en énergie cinétique ».
L'énergie d'une réaction chimique correspond à une variation de masse trop infime pour être mesurable, ce qui a fait croire un temps à la conservation de la masse dans les réactions chimiques. De fait, on considère toujours actuellement que la masse se concerve lors d'une réaction chimique, mais l'on sait que c'est une approximation.
Un résultat majeur de la physique théorique se basant sur le formalisme lagrangien, le théorème de Noether, montre que le fait que l'énergie se conserve est équivalent à la symétrie de translation dans le temps des équations de la physique.
Cette quantité est composée d'éléments divers (énergie thermique, énergie cinétique, énergie de masse etc.), qui s'échangent dans un jeu qui est toujours à sommes nulles. Le théorème de Noether montre que cette caractéristique est équivalente à la symétrie des équations physiques par rapport à une translation dans le temps ou l'espace.
Formes d'énergie
En pratique, on distingue souvent différentes « formes » d'énergie. Toutefois, il faut être conscient que l'énergie sert à mesurer l'intensité d'un phénomène, cette division n'est qu'une manière de faire correspondre l'énergie au phénomène qu'elle mesure. Par ailleurs, cette distinction n'a rien d'absolu, mais dépend uniquement de la position de l'observateur : le principe de relativité s'applique aussi à l'énergie, de sorte que le même phénomène pourra être analysé en terme d'énergie « cinétique », « électromagnétique », ou « potentielle »...
Les formes d'énergie classiquement considérées sont :
- énergie cinétique : l'énergie associée au mouvement d'un corps ou d'une particule ; cela comprend également l'énergie électromagnétique transportée par les photons (lumière, ondes radio, rayons X et γ...) ou par des particules chargées (énergie électrique).
- énergie thermique : l'énergie cinétique d'un ensemble au repos.
- On peut dire que les autres types d'énergie sont des énergies potentielles : moyennant un petit changement, possible sans travail, un système instable se transforme en un système plus stable, avec dégagement de la différence d'énergie entre les deux systèmes (le plus stable ayant une énergie moindre).
- énergie de masse ou énergie nucléaire : avec la théorie de la relativité, Einstein nous a appris que masse et énergie sont équivalentes (le fameux E= mc²). Par exemple, lors de fission nucléaire, la masse totale de matière diminue légèrement. La masse « manquante » est convertie en énergie cinétique. Dans les centrales nucléaires, cette énergie est ensuite transformée en énergie thermique et finalement en production d'électricité.
- énergie potentielle mécanique (énergie potentielle de gravité ou énergie potentielle élastique) qui forme avec l'énergie cinétique ce qu'on appelle l'énergie mécanique.
- énergie potentielle chimique
- énergie potentielle électromagnétique (énergie potentielle électrostatique ou magnétostatique ): position instable d'une ou plusieurs particule(s) chargée(s) dans un champ électromagnétique, par exemple l'énergie stockée dans un condensateur ou dans une bobine électrique.
- chaleur latente
- énergie libre
Par ailleurs, on appelle improprement et par extension « énergie » des sources de puissance utilisée par l'homme, qui relève en fait de l'énergie cinétique d'un fluide particulier (air, eau) ou de particules (photons, éléments de fission ou produits de fusion nucléaire)
- énergie nucléaire
- énergie éolienne
- énergie solaire
- énergie marémotrice
Énergie et puissance
L'énergie dépensée pour créer un phénomène mesure l'ampleur du phénomène final. Cette énergie est fournie par un autre phénomène, appelé « phénomène moteur ».
Certains phénomènes moteurs vont faire le travail rapidement, d'autre plus lentement ; par exemple, un manutentionnaire gringalet mettra longtemps avant de monter des parpaings un par un en haut de l'échafaudage, alors qu'un manutentionnaire musclé en portera plusieurs à la fois et sera plus rapide (en revanche, le résultat final sera exactement le même).
Cette capacité à mobiliser beaucoup d'énergie en un temps donné est appelée puissance du phénomène moteur :
:la puissance est l'énergie fournie par un phénomène divisée par la durée du phénomène, P = E/t.
La puissance se mesure en watts (1 W = 1 J/s)
Voir l'article détaillé Puissance.
Approvisionnement en énergie
Les sources d'énergies utilisées par l'homme sont :
- Les énergies d’origine fossile (gaz, pétrole, charbon) dans les voitures, les avions, les centrales thermiques...
- L'énergie d’origine nucléaire obtenue par fission nucléaire (la fusion nucléaire n'étant pas envisageable dans un avenir prévisible à court terme)
- L'énergie d’origine biomassique (biomasse sèche, biomasse humide et biocarburants)
- L'énergie d’origine hydraulique des fleuves, barrages et conduites forcées; renouvelable.
- L'énergie d’origine éolienne
- L'énergie d’origine solaire (conversion de l'énergie lumineuse en chaleur ou en électricité)
- L'énergie d’origine géothermique
- L'énergie d’origine marémotrice
Quelques chiffres intéressants
En 1960, 50% de l'électricité produite en France venait de sources renouvelables (hydroélectricité). Le doublement de la consommation était prévu tous les dix ans (loi vérifiée depuis le début du siècle), et ce bon rapport ne pouvait être maintenu, tous les sites favorables étant équipés.
La relève fut assurée par le nucléaire qui fournit aujourd'hui 80% de l'électricité. La régularité du doublement en 10 ans a pris fin au moment du choc pétrolier de 1973.
L'Allemagne a fait récemment grimper sa production d'électricité éolienne de 38% par an pendant deux années consécutives. Elle contribue pour 10% de ses besoins.
Pour fixer les idées, les moteurs réunis de la fusée Saturne V dans les années 60 consommaient à eux seuls pendant les quelques minutes de leur combustion une énergie équivalente à un millième de ce qui était brûlé en pétrole sur la planète pendant le même temps. (source : L'économie de l'énergie, Yves Manguy, Dunod)
Le prix du pétrole est en septembre 2004 voisin de 50 dollars le baril. Il reste à environ 50 dollars en mars 2005. Des experts ont fait savoir le 7 juin 2004 que ce prix ne pourrait se maintenir de façon viable et qu'à court terme une montée à 180 dollars le baril serait probable. L'augmentation des cours de 25% entre juin et septembre 2004 attire à nouveau l'attention sur leur communication de l'époque :
- [http://news.bbc.co.uk/1/hi/business/3777413.stm Quadruplement des cours à court terme signalé en juin 2004] (BBC)
- Consommation d'énergie de quelques pays industrialisés, d'après les chiffres de L'état du monde 2004, Paris, La Découverte, 2003 : on observe que les pays à climat froid (Scandinavie) et les pays immenses (États-Unis, Canada, Australie) consomment le plus d'énergie.
Selon le site du CEA, un parc de 4 réacteurs à fusion du type ITER pour une fourniture en continu de 4x1500 MW (600 000 personnes) occuperait 1 km² : http://www-drfc.cea.fr/
Voir aussi
Articles connexes
- Consommation d'énergie
- Craquage de l'eau
- Énergie primaire
- Énergie renouvelable
- Énergie nucléaire
- Pic pétrolier
- Production d'électricité
- Arrêt du nucléaire
Liens externes
- [http://www.greenpeace.org/france_fr/multimedia/download/1/359529/0/Eole_ou_Pluton_VF.pdftarget= Eole ou pluton étude comparative entre le nucléaire et l'énergie éolienne]
ja:エネルギー
ko:에너지
ms:Tenaga
simple:Energy
th:พลังงาน
Tsunami
2004.]]
Un tsunami (du japonais 津 tsu, port, et 波 nami, vague, donc littéralement « vague portuaire ») est une onde provoquée par un rapide mouvement d'un grand volume d'eau (océan ou mer). Ce mouvement est en général dû à un séisme, à une éruption volcanique de type explosive ou bien à un glissement de terrain de grande ampleur. Un impact météoritique peut aussi en être la cause, de même qu'une explosion atomique sous-marine. Ainsi, contrairement aux vagues, un tsunami n'est pas créé par le vent.
Bien que les tsunamis atteignent une vitesse de 800 km/h quand le fond de l'océan est profond, ils sont imperceptibles au large car leur amplitude n'y dépasse que rarement le mètre pour une période (temps entre deux vagues successives) de plusieurs minutes à plusieurs heures ; il ne faut donc pas les confondre avec les vagues scélérates qui provoquent des naufrages en haute mer. En revanche, ils peuvent provoquer d'énormes dégâts sur les côtes où ils se manifestent par
- une baisse du niveau de l'eau et un recul de la mer dans les quelques minutes qui le précèdent ;
- un raz-de-marée, à savoir une élévation rapide du niveau des eaux d'un mètre à plusieurs dizaines de mètres provoquant un courant puissant capable de pénétrer profondément à l'intérieur des terres lorsque le relief est plat.
Dans certains cas assez rares, le tsunami peut prendre la forme d'une vague déferlante ou, sur un fleuve, d'un mascaret.
En fonction de l'intensité de l'action mécanique qui les génère et de la géométrie de l'océan, ils se propagent sur des milliers voire une dizaine de milliers de kilomètres et peuvent toucher plusieurs continents, dans des zones où le séisme ou l'éruption volcanique ne sont pas détectés. Lors d'un fort tremblement de terre en zone côtière, ils sont généralement plus meurtriers et destructeurs que la secousse elle-même.
Étymologie
continent
Le terme tsunami (kanji : 津波) est un mot japonais composé de tsu (津), le port, le gué, et de nami (波), la vague ; il signifie littéralement « vague portuaire ». Elle fut nommée ainsi par les pêcheurs qui, n'ayant rien perçu d'anormal au large, retrouvaient leur ville portuaire ravagée. Le mot est francisé, il prend donc un s au pluriel (des tsunamis).
Dans l'expression française « raz-de-marée », le terme « raz » désigne un courant rapide. C'est un mot d'origine viking qui a été importé lors de l'invasion de la Normandie, puis est passé dans le breton avant de passer dans le français. Il a également donné le nom à la Pointe du Raz, et le mot anglais race (course), qui évoque également la rapidité, a la même étymologie.
Le problème du terme « raz-de-marée » est que le phénomène n'a rien à voir avec les marées, qui sont provoquées par l'attraction de la lune et du soleil ; le raz de marée est provoqué par des événements d'origine terrestre. L'association avec les marées fait référence à son apparence, comme une crue extrêmement rapide du niveau de la mer, plutôt que comme une vague géante. Par ailleurs le terme de raz-de-marée reste imprécis car il ne préjuge pas de l'origine sismique du phénomène : le passage d'un ouragan peut également élever le niveau de l'eau d'un à deux mètres et provoquer des inondations similaires.
Pour éviter l'association fausse avec les marées et pallier l'imprécision du terme de raz-de-marée, les scientifiques préfèrent le mot tsunami, officialisé en 1963. Le terme est passé par ailleurs dans la langue courante.
Sources : voir Bibliographie thématique : étymologie.
Création, propagation et déferlement
Bibliographie thématique : étymologie
Un tsunami est créé lorsqu'une grande masse d'eau est déplacée. Cela peut être le cas lors d'un séisme sous-marin important, d'une magnitude de 7 ou plus sur l'échelle de Richter, lorsque le niveau du plancher océanique le long d'une faille s'abaisse ou s'élève brutalement (voir Fig. 1), lors d'un glissement de terrain côtier ou sous-marin, ou lors d'un impact par une météorite. Il est notable qu'un fort séisme ne produit pas nécessairement un tsunami : tout dépend de la manière dont se modifie le niveau du plancher océanique aux alentours de la faille.
Le déplacement d'eau se propage de proche en proche et crée un mouvement de grande longueur d'onde (généralement quelques centaines de kilomètres) et de grande période (quelques dizaines de minutes). Lorsque la cause du tsunami a lieu près d'une côte, celle-ci peut être atteinte en moins d'une heure ; on parle alors de tsunami local.
Certains tsunamis sont capables de se propager sur des distances de plusieurs milliers de kilomètres et d'atteindre l'ensemble des côtes d'un océan en moins d'une journée. Ces tsunamis de grande étendue sont généralement d'origine tectonique, car les glissements de terrain et les explosions volcaniques produisent généralement des ondes de plus courte longueur d'onde qui se dissipent rapidement.
Il faut garder à l'esprit que ce n'est pas principalement la hauteur du tsunami qui en fait sa force destructrice mais la durée de l'élévation du niveau de l'eau et la quantité d'eau déplacée à son passage : si des vagues de plusieurs mètres de hauteur, voire d'une dizaine de mètres, sont légion sur les côtes pacifiques, elle ne transportent pas assez d'eau pour pénétrer dans les terres. Au contraire, un tsunami d'une hauteur d'un ou deux mètres peut s'avérer ravageur, car la quantité d'eau qu'il transporte lui permet de déferler jusqu'à plusieurs centaines de mètres à l'intérieur des terres si le relief est plat et sans obstacles naturels (arbres). On peut voir le phénomène sous un autre angle : une vague classique, d'une période d'au plus une minute, n'élève pas le niveau de l'eau suffisamment longtemps pour qu'il pénètre profondément, tandis que le niveau des eaux s'élève au dessus de son niveau normal pendant 5 à 30 minutes lors du passage d'un tsunami.
Sources : voir Bibliographie thématique : dossiers généraux.
Dangers liés aux tsunamis
Les dangers liés aux tsunamis sont dus à l'inondation qui en résulte, à la force du courant qu'ils engendrent tant lors du flux que du reflux et à sa capacité à happer les personnes au large.
Pertes humaines
Bibliographie thématique : dossiers généraux, le 1 avril 1946.]]
Les victimes emportées par un tsunami peuvent recevoir divers coups par les objets charriés (morceaux d'habitations détruites, bateaux, voitures, etc.) ou être projetées violemment contre des objets terrestres (mobilier urbain, arbres, etc.) : ces coups peuvent être mortels ou provoquer une perte des capacités menant à la noyade. Certaines victimes peuvent aussi être piégées sous les décombres d'habitations. Enfin, le reflux du raz-de-marée est capable d'emmener des personnes au large, où elles dérivent et, sans secours, meurent de noyade par épuisement ou de soif.
Dans les jours et semaines suivant l'événement, le bilan peut s'alourdir, en particulier dans les pays pauvres. L'après raz-de-marée peut être plus mortel que la vague elle-même. Les maladies liées à la putréfaction de cadavres, à la contamination de l'eau potable et au périssement des aliments sont susceptibles de faire leur apparition. La faim peut survenir en cas de destruction des récoltes et des stocks alimentaires.
Dégâts
1946.]]
Les tsunamis sont susceptibles de détruire habitations, infrastructures et flore en
raison :
- du fort courant qui emporte les structures peu solides (voir illustration 2) ;
- de l'inondation qui fragilise les fondations des habitations, parfois déjà atteintes par le tremblement de terre précédant le raz-de-marée ;
- de dégradations dues aux chocs d'objets charriés à grande vitesse par la crue.
De plus, dans les régions plates, la stagnation d'eaux maritimes saumâtres peut porter un coup fatal à la faune et à la flore côtières, ainsi qu'aux récoltes. Sur les côtes sableuses ou marécageuses, le profil du rivage peut être modifié par la vague et une partie des terres, immergées.
Prévention
La présence d'un système d'alerte permettant d'alerter la population quelques heures avant la survenue d'un tsunami, la sensibilisation des populations côtières aux risques et aux gestes de survie, et la sécurisation de l'habitat permettent de sauver la plupart des vies humaines.
Système d'alerte
1946]]
Il suffit généralement de s'éloigner de quelques centaines de mètres à quelques kilomètres des côtes ou d'atteindre un promontoire élevé de quelques mètres à quelques dizaines de mètres pour être épargné. La mise à l'abri ne prend donc que quelques minutes à un quart d'heure, aussi un système d'alerte permet-il d'éviter la plupart des pertes humaines.
Un dispositif de surveillance et d'alerte, utilisant une maille de sondes sub-océanique et traquant les séismes potentiellement déclencheurs de tsunamis, permet d'alerter les populations et les plagistes de l'arrivée d'un tsunami dans les pays donnant sur l'océan pacifique : le Centre d'alerte pacifique de tsunami, basé sur la plage d'Ewa à Hawaii, non loin d'Honolulu.
Sources : voir Bibliographie thématique : prévention.
Sécurisation de l'habitat
À Hawaii, où le phénomène est fréquent, les règlements d'urbanisme imposent que les constructions proches du rivage soient bâties sur pilotis.
À Malé, la capitale des Maldives, une rangée de tétrapodes en béton dépassant de 3 mètres le niveau de la mer est prévu pour diminuer l'impact des tsunamis.
Sensibilisation
La sensibilisation au phénomène et à ses dangers est également un facteur déterminant pour sauver des vies humaines, car toutes les côtes ne possèdent pas de système d'alarme - les côtes des océans Atlantique et Indien en sont notamment dépourvues. De plus, certains tsunamis ne peuvent être détectés à temps (tsunamis locaux).
Deux indices annonçant la survenue possible d'un tsunami sont à reconnaître et impliquent qu'il faut se rendre en lieu sûr :
- retrait rapide et inattendu de la mer, car il annonce la survenue d'un raz-de-marée ;
- tremblement de terre, même mineur, car il peut s'agir d'un séisme majeur distant provoquant un tsunami.
Si l'on est surpris par le raz-de-marée, grimper sur le toit d'une habitation ou la cime d'un arbre solides, tenter de s'accrocher à un objet flottant que le tsunami charrie sont des solutions de dernier recours. En aucun cas, il n'est sûr de revenir auprès des côtes dans les heures suivant le raz-de-marée, car celui-ci peut être composé de plusieurs vagues espacées de quelques dizaines de minutes à plusieurs heures.
Sources : voir Bibliographie thématique : prévention.
Les barrières naturelles
Un rapport publié par l'UNEP suggère que le tsunami du 26 décembre 2004 a causé moins de dégâts dans les zones où des barrières naturelles, telles que les mangroves, les récifs coraliens ou la végétation côtière, étaient présentes.
Fréquence et localisation du phénomène
Au , dix tsunamis par an furent enregistrés, dont un et demi par an a provoqué des dégâts ou des pertes humaines. Sur cette période d'un siècle, sept provoquèrent plus d'un millier de morts, soit moins d'un tous les dix ans.
80% des tsunamis enregistrés le sont dans l'océan pacifique ; parmi les huit tsunamis ayant causé plus d'un millier de victimes depuis 1900, seul le tsunami du 26 décembre 2004 n'a pas eu lieu dans l'océan pacifique.
Sources : voir Bibliographie thématique : statistiques sur les tsunamis.
Caractéristiques physiques
Propagation en haute mer
Bibliographie thématique : statistiques sur les tsunamis
En pleine mer, le tsunami se comporte comme la houle : c'est une onde à propagation elliptique, c'est-à-dire que les particules d'eau sont animées d'un mouvement elliptique à son passage. Il n'y a (presque) pas de déplacement global de l'eau, une particule retrouve sa position initiale après le passage du tsunami. La figure 1 illustre le déplacement des particules d'eau au passage de la vague.
Mais, contrairement à la houle, le tsunami provoque une oscillation de l'eau aussi bien en surface (un objet flottant est animé d'un mouvement elliptique à son passage, cf. point rouge du haut sur la Fig. 2) qu'en profondeur (l'eau est animée d'une oscillation horizontale dans le sens de la propagation de l'onde, voir le point rouge du bas sur la Fig. 2). Ce fait est lié à la grande longueur d'onde du tsunami, typiquement quelques centaines de kilomètres, qui est très supérieure à la profondeur de l'océan - une dizaine de kilomètres tout au plus. Il en résulte que la quantité d'eau mise en mouvement est bien supérieure à ce que la houle produit ; aussi le tsunami transporte-t-il beaucoup plus d'énergie que la houle.
Caractéristiques fondamentales
onde
Un tsunami possède deux paramètres fondamentaux :
- l'énergie mécanique libérée ;
- pour simplifier, sa période , c'est-à-dire le temps écoulé entre deux crêtes successives (Dans la pratique, un tsunami est un court train d'onde qui est caractérisé par son spectre de périodes – voir transformée de Fourier pour une explication détaillée).
Ces paramètres sont sensiblement constants au cours de la propagation du tsunami, dont la perte d'énergie par friction est faible du fait de sa grande longueur d'onde.
Les tsunamis d'origine tectonique ont des périodes longues, généralement entre une dizaine de minutes et plus d'une heure. Les tsunamis générés par des glissements de terrain ou l'effondrement d'un volcan ont souvent des périodes plus courtes, de quelques minutes à un quart d'heure.
Les autres propriétés du tsunami comme la hauteur de la vague, la longueur d'onde (distance entre les crêtes) ou la vitesse de propagation sont des quantités variables qui dépendent de la topographie et/ou des paramètres fondamentaux et .
Longueur d'onde
friction
La plupart des tsunamis ont une longueur d'onde supérieure à la centaine de kilomètres, bien supérieure à la profondeur des océans qui ne dépasse guère 10 km, de sorte que leur propagation est celle d'une vague en milieu « peu profond ». La longueur d'onde dépend alors de la période et de la profondeur de l'eau selon la relation :
:,
où m˙s-2 est la gravité, ce qui donne numériquement
: km.
La période est le plus souvent comprise entre 60 km (période de 10 min et profondeur de 1 km), typique des tsunamis locaux non tectoniques, et 870 km (période de 60 min et profondeur de 6 km), typique des tsunamis d'origine tectonique.
Vitesse de propagation
numériquement 2004.]]
Pour les tsunamis de période suffisamment longue, typiquement une dizaine de minutes, soit la plupart des tsunamis d'orgine tectoniques, la vitesse de déplacement d'un tsunami est fonction de la seule profondeur d'eau :
:.
Cette formule peut être utilisée pour obtenir une application numérique :
: km/h,
ce qui signifie que la vitesse est de 870 km/h pour une profondeur de 6 km et de 360 km/h pour une profondeur d'un kilomètre. La figure 4. illustre la variabilité de la vitesse d'un tsunami, en particulier le ralentissement de la vague en milieu peu profond, notamment à l'approche des côtes.
De la variabilité de cette vitesse de propagation, il résulte une réfraction de la vague dans les zones peu profondes. Ainsi, le tsunami a rarement l'allure d'une onde circulaire centrée sur le point d'origine, comme le montre la Fig. 5. Toutefois, l'heure d'arrivée d'un tsunami sur les différentes côtes est prévisible puisque la topographie des océans est bien connue. Cela permet d'organiser au mieux l'évacuation lorsqu'un système de surveillance et d'alerte est en place.
Amplitude
Pour des tsunamis de longue période, qui présentent peu de dissipation d'énergie même sur de grandes distances, l'amplitude du tsunami est donnée par la relation :
:,
c'est-à-dire que l'amplitude augmente lorsque l'eau devient moins profonde, en particulier à l'approche des côtes (voir Fig. 4) et quand l'énergie est plus élevée. Elle diminue avec la distance, typiquement en car l'énergie se répartit sur un front d'onde plus grand.
Pour les tsunamis de faible période (souvent ceux d'origine non sismique) la décroissance avec la distance peut être beaucoup plus rapide.
Déferlement sur les côtes
Mouvement horizontal de l'eau
Lorsque le tsunami s'approche des côtes sa période et sa vitesse diminuent, son amplitude augmente. Lorsque l'amplitude du tsunami devient non négligeable par rapport à la profondeur de l'eau, une partie de la vitesse d'oscillation de l'eau se transforme en un mouvement horizontal global, appelé courant de Stokes. Sur les côtes, c'est davantage ce mouvement horizontal et rapide (typiquement plusieurs dizaines de km/h) qui est la cause des dégâts que l'élévation du niveau de l'eau.
À l'approche des côtes, le courant de Stokes d'un tsunami a pour vitesse théorique
:,
soit
:.
Complexité des effets d'un tsunami en zones côtières
Cependant, contrairement à la propagation en haute mer, les effets d'un tsunami sur les côtes sont difficiles à prévoir car de nombreux phénomènes peuvent avoir lieu.
Contre une falaise, par exemple, le tsunami peut être fortement réfléchi ; à son passage on observe une onde stationnaire dans laquelle l'eau a essentiellement un mouvement vertical.
- Selon l'angle d'attaque du tsunami sur la côte et la géométrie de celle-ci, le tsunami peut interférer avec sa propre réflexion et provoquer une série de vagues stationnaires avec des zones côtières non inondées (« nœuds ») et des zones avoisinantes particulièrement touchées (« ventres »).
- Un tsunami à l'approche d'une île est capable de contourner celle-ci en raison du phénomène de diffraction lié à sa grande longueur d'onde ; en particulier la côte opposée à la direction d'arrivée du tsunami peut également être touchée. Lors du tsunami du 26 décembre 2004, la ville de Colombo au Sri Lanka fut inondée bien qu'en apparence, elle fût protégée du tsunami par le reste de l'île (voir la Fig. 5).
- Dans les fjords et les estuaires étroits, l'amplitude de la vague peut être amplifiée, comme c'est le cas pour les marées (cette dernière peut atteindre dix mètres d'amplitude sur certaines côtes comme au Mont Saint-Michel alors qu'elle n'atteint pas un mètre sur des îles comme Madère). Par exemple la baie de Hilo a une période d'oscillation typique de 30 min et fut davantage ravagée que le reste de l'île lors du passage du tsunami de 1946, qui avait une période de 15 min : la première vague du tsunami interférait constructivement avec la troisième, et ainsi de suite.
Liste de raz-de-marée de grande importance
Les magnitudes des séismes évoqués dans la liste ci-dessous sont donnés sur l'échelle de Richter. Le nombre de victimes des tsunamis est arrondi ; il s'agit d'estimations pour les catastrophes d'avant le .
Sont reportés ci-dessous les tsunamis ayant fait plus de 1 000 victimes estimées, ainsi que quelques autres moins meurtriers, mais d'amplitude ou d'étendue considérables :
- Antiquité et Moyen Âge
- environ Crète : l'éruption du volcan de l'île grecque de Santorin provoque un tsunami d'une centaine de mètres en Crète qui contribue à la disparition de la civilisation minoenne.
- 21 juillet 365 ap. J.-C., séisme et raz-de-marée ressentis dans toute la Méditerranée orientale et notamment à Alexandrie.
- 1570, Chili, 2 000 victimes.
-
- 1605, Japon, 5 000 victimes.
- 1611, Japon, 5 000 victimes.
- 1674, Indonésie, 2 500 victimes.
- 1692, Jamaïque, 3 000 victimes.
-
- 1703, Japon, 5 000 victimes.
- 1707, Japon, 30 000 victimes.
- 17 octobre 1737, Kamchatka et îles Kouriles : un tsunami consécutif au séisme du Kamchatka atteint 50 m de hauteur au nord des îles Kourile.
- 1746, Pérou, 4 000 victimes, essentiellement à Lima.
- 1 novembre 1755, Portugal et Madère, 90 000 victimes : un séisme violent à Lisbonne provoque un tsunami et 85 % de la ville est ravagée. La revue américaine Science of Tsunamis Hazards, éditée par la Tsunami Society basée à Hawaii, a cité le cas du capitaine d'un navire britannique mouillant au large de la Barbade, dans les Antilles (à plus de 4 000 km de distance du Portugal), qui nota dans son journal de bord, le 1 novembre 1755, le déferlement d'une vague de plus de trois mètres de haut sur les plages de l'île. D'autres témoignages comparables rapportent les effets du tsunami dans les autres îles des Antilles dans l'après-midi du même jour, le séisme européen ayant eu lieu plusieurs heures auparavant.
- 1766, Japon, 1 500 victimes.
- 1782, Asie du Sud-Est, 40 000 victimes : un tsunami touche l'Asie du Sud-Est, principalement en Chine.
- 1792, Japon, 15 000 victimes.
-
- 1854, Japon, 3 000 victimes.
- 1868, Chili, 25 000 victimes.
- 27 août 1883, océan Indien, 40 000 victimes : un tsunami associé à l'éruption du Krakatoa est détecté sur la plupart des côtes du globe, avec une élévation du niveau de la mer de 40 mètres près de la zone d'origine.
- 1896, Japon, 25 000 victimes.
- 1899, Indonésie, 3 500 victimes.
-
- 1923, Japon, 2 000 victimes.
- 1933, Japon, 3 000 victimes.
- 1 avril 1946, océan Pacifique, 2 000 victimes : un séisme de magnitude 8,6 au large de l'Alaska provoque un tsunami qui atteint 30 m en Alaska, 12 m à Hawaii, et touche le Japon ainsi que la côte ouest des États-Unis.
- 9 juillet 1958, Alaska, 2 victimes : un glissement de terrain consécutif à un fort séisme dans la baie de Lituya en Alaska provoque le plus grand tsunami connu - il dévaste la végétation sur l'un des flancs jusqu'à une hauteur de 500 m - mais la géographie de la baie l'empêche de se propager dans l'océan Pacifique.
- 22 mai 1960, Chili et océan Pacifique, 5 000 victimes : un séisme de magnitude 9,5 au Chili provoque un raz-de-marée meurtrier d'une hauteur allant jusqu'à 25 m au Chili, 10 m à Hawaii et 3 m au Japon.
Voir article détaillé : Tremblement de terre de 1960 au Chili.
- 27 mars 1964, Ouest des États-Unis, 100 victimes : un séisme de magnitude 9,3 au large de l'Alaska y provoque un tsunami de 15 m, qui touche la Californie où le niveau des eaux s'élève de 6 m.
- 1976, Indonésie, 8 000 victimes dans l'île de Célèbes.
- 1992, Indonésie, 2 200 morts dans l'île de Flores.
- 17 juillet 1998, Papouasie-Nouvelle-Guinée, 2 000 victimes : un séisme de magnitude 7,0 à 20 km des côtes provoque un tsunami local d'une hauteur d'environ 10 m.
-
- 26 décembre 2004, océan Indien, au moins 285 000 victimes (bilan officiel au 30/01/2005) : un séisme de magnitude 9,0 au large de l'Indonésie provoque un tsunami qui touche les pays d'Asie du Sud (Indonésie, Malaisie, Thaïlande, Inde, Sri Lanka) et dans une moindre mesure les côtes orientales de l'Afrique.
Voir article détaillé: tsunami du 26 décembre 2004.
Sources : voir Bibliographie thématique : statistiques sur les tsunamis.
Mégatsunamis
Voir article principal : Megatsunami
On définit comme mégatsunami un tsunami dont la hauteur au niveau des côtes dépasse cent mètres. Un mégatsunami, s'il se propage librement dans l'océan, est capable de provoquer des dégâts majeurs à l'échelle de continents entiers. Les séismes étant incapables a priori d'engendrer de telles vagues, seuls des événements cataclysmiques, tels un impact météoritique de grande ampleur ou l'effondrement d'une montagne dans la mer, en sont la cause possible. Au delà du fantasme, on notera les faits suivants :
- Aucun mégatsunami non local n'a été rapporté dans l'histoire de l'humanité. Notamment, l'explosion du Krakatoa en 1883 et l'effondrement du volcan de Santorin dans l'Antiquité n'en n'ont pas produit.
- Les causes possibles d'un mégatsunami sont des phénomènes rares, espacés d'échelles de temps géologiques — au bas mot plusieurs dizaines de milliers d'années, si ce n'est des millions d'années. Or, certains scientifiques estiment qu'un mégatsunami aurait récemment été provoqué par l'effondrement du Piton de la Fournaise sur lui-même, à la Réunion : l'événement remontrait à 2 700 avant Jésus-Christ environ. Autrement dit, la probabilité d'un mégatsunami dans un avenir proche, disons quelques siècles, est extrêmement ténue.
- Les glissements de terrain produisent des tsunamis de courte période qui ne peuvent se propager sur plusieurs milliers de kilomètres sans dissiper leur énergie. Par exemple, lors des glissements de terrain à Hawaii en 1868 sur le Mauna Loa et en 1975 sur le Kilauea, des tsunamis locaux importants furent générés, sans que les côtes américaine ou asiatique distantes ne fussent inquiétées.
Le risque de mégatsunami reste cependant médiatisé et surévalué. Des modèles controversés prédisent en effet deux sources possibles de mégatsunami dans les prochains millénaires : sont envisagés un effondrement le long des flancs du Cumbre Vieja aux Canaries (mettant la côte est du continent américain en danger) et un autre au Kilauea à Hawaii (menaçant la côte ouest de l'Amérique et celles de l'Asie). Des études plus récentes remettent en cause le risque d'effondrement sur les flancs de ces volcans, d'une part, et le caractère non local des tsunamis engendrés, d'autre part.
Sources : Bibliographie thématique : mégatsunamis.
Voir également
- Mascaret
- Ondes dans les océans
- Vague
- Vague scélérate
- Houle
- Marée
- causes possibles d'un tsunami
- Séisme côtier ou sous-marin
- Tectonique
- Glissement de terrain
- Impact météoritique
- Explosion sous-marine
- Tsunamis récents marquants
- Tsunami du 26 décembre 2004 dans l'océan indien
- tsunami consécutif au tremblement de terre du Chili en 1960 dans l'océan pacifique
Bibliographie thématique
Étymologie
- [http://www.radiofrance.fr/listen.php?pnm=pnm://son.radio-france.fr/chaines/france-inter/chroniques/rey/rey_271204.ra Raz-de-marée] (bande sonore), France Inter, chronique Le mot de la fin d'Alain Rey, 27 décembre 2004
- [http://www.liberation.fr/page.php?Article=264942&AG Tsunami ou raz-de-marée ?], Libération n° 7352, 30 décembre 2004
Statistiques
- [http://wcatwc.arh.noaa.gov/tsustats.pdf Statistiques sur les Tsunamis], site gouvernemental des États-Unis (en anglais)
Organes de surveillance et d'alerte
- organes internationaux
- [http://ioc.unesco.org/itsu/ ITIC], centre international d'information sur les tsunamis, organe de l'UNESCO (en anglais)
- [http://www.prh.noaa.gov/ptwc/ PTWC], centre pacifique d'alerte (en anglais)
- [http://www.drgeorgepc.com/TsunamiFAQFrench.html Questions récurrentes (FAQ) sur le système d'alerte]
- organes d'alerte nationaux
- [http://wcatwc.arh.noaa.gov/ WC/ATWC], centre d'alerte de la Côte Ouest des États-Unis et de l'Alaska (en anglais)
- [http://poseidon.uprm.edu/ poseidon], centre d'alerte de Porto Rico (en anglais)
- [http://www.shoa.cl/servicios/tsunami/tsunami.php SHOA tsunami], système chilien d'alerte (en castillan)
Dossiers généraux
- [http://www.futura-sciences.com/comprendre/d/dossier514-1.php Qu'est ce qu'un tsunami ?], site futura-sciences.com
- [http://www.notre-planete.info/geographie/tsunamis_0.php Les tsunamis], site notre-planete.info
- [http://ioc.unesco.org/itsu/files.php?action=viewfile&fid=53 glossaire sur les tsunamis], site de l'UNESCO
- [http://www.prh.noaa.gov/itic/library/about_tsu/faqs.html Questions récurrentes (FAQ)], sur le site de l'ITIC (en anglais)
Prévention
- [http://www.prh.noaa.gov/itic/fr/library/pubs/great_waves/tsunami_great_waves_tc.html Les grandes vagues], brochure de l'ITIC
- [http://pubs.usgs.gov/circ/c1187/ Survivre à un tsunami], témoignages recueillis par le [http://www.usgs.gov/ US Geologic Survey] accompagnés de conseils (en anglais)
- [http://www.fema.gov/hazards/tsunamis/tsunamif.shtm Tsunami: fact sheet], sur le site de l'agence états-unienne [http://www.fema.gov FEMA] (en anglais)
- [http://www.tsunami.org/faq.htm Questions récurrentes (FAQ)], sur le site du [http://www.tsunami.org Pacific Tsunami Museum] (en anglais)
Mégatsunamis
- [http://www.drgeorgepc.com/TsunamiMegaEvaluation.html Évaluation du risque de mégatsunami], étude détaillée avec références sur le [http://www.drgeorgepc.com site du Dr. Pararas-Carayannis] (en anglais)
Galeries photo
- [http://www.futura-sciences.com/communiquer/g/showgallery.php/cat/543 Photos de tsunami] sur futura-sciences.com
- [http://thanks4supporting.us/tsunami-aftermath-penang-island-malaysia.html Photos : Tsunami Penang, Malaysia]
- [http://thanks4supporting.us/visit-to-kota-kuala-muda.html Photos : Tsunami – Kota Kuala Muda, Kedah, Malaysia]
Catégorie:Catastrophe
Catégorie:Nature
Catégorie:Océanographie
Catégorie:Phénomène naturel au Japon
zh-min-nan:Hái-tiòng ko:지진해일 ms:Tsunami ja:津波 th:คลื่นสึนามิ Worcestershire Royals
Worcestershire County Cricket Club is a county cricket club based at New Road, Worcester, England. The club was formed on 11 March, 1865, and attained first-class status in 1899. In the National League, they are known as the Worcestershire Royals, although unofficially the county is known by some fans as "the Pears".
Between the wars, Fred Root was among the county's finest players, and one of the first exponents of leg theory bowling.
Worcestershire's first period of great success came in the 1960s under the Presidency of Sir George Dowty, when the county won two County Championships thanks to the achievements of such players as Norman Gifford, Tom Graveney, Jack Flavell, Len Coldwell and Basil D'Oliveira. The following decade, the New Zealander Glenn Turner was instrumental in Worcestershire's third championship. And in the 1980s, the prodigious batting feats of Graeme Hick and the arrival of Ian Botham paved the way for two more county titles.
2005 first-class squad
:Note: This section lists all players who have appeared in a first-class match in the 2005 season. For a list of the official squad, including those who have not made such appearances, see Worcestershire County Cricket Club in 2005.
Captains
Notable past players
County caps awarded
:Note: Worcestershire no longer award traditional caps, instead awarding "colours" on a player's Championship debut.
Honours
- County Championship winners: 1964, 1965, 1974, 1988, 1989
- Second Division champions: 2003
- Sunday League winners: 1971, 1987, 1988
- NatWest Trophy winners: 1994
- Benson and Hedges Cup winners: 1991
Records
- Highest team total: 696/8 declared vs Somerset, Worcester, 2005
- Lowest team total: 24 vs Yorkshire, Huddersfield, 1903
- Highest individual innings: 405
- by Graeme Hick vs Somerset, Taunton, 1988
- Best bowling: 9-23 by Fred Root vs Lancashire, Worcester, 1933
- Highest team total: 404/3 in 60 overs vs Devon, Worcester, 1987
- Lowest team total: 70 all out in 22 overs vs Gloucestershire, Worcester, 2002
- Highest individual innings: 180
- by Tom Moody vs Surrey, The Oval, 1994
- Best bowling: 7-19 by Neal Radford vs Bedfordshire, Bedford, 1991
Category:English first class cricket teams
Category:Sport in Worcestershire
Category:Worcester
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