Ondes, Vagues et Houle : Cours de Physique

ONDES-VAGUES-HOULE Eclipse à Chéraute
ONDES , LONGUEUR D'ONDE, VITESSE DE PHASE .
http://christrole.free.fr/tsg/optique/O1_fichiers/Page381.htm
Ondes Planes de Surface. Les Vagues d'un Mascaret.
Sur la Dordogne au Port-de-Vayres près de Libourne
http://jm33500.canalblog.com/archives/2006/05/08/1840547.html
Une Petite Jetée ressere le euve, déforme le front d'Onde et les
Vagues Déferlent. Le fond Remonte aussi ?
Des Bateaux à moteur et Jetskis sautent en Franchissant les
Vagues. Ils perturbent aussi en produisant des Ondes .
http://www.radiofrequences.gouv.fr/spip.php?article38
Onde Transversale . La Direction de Variation de la Grandeur est
Perpendiculaire à sa direction de Propagation.
http://www.lerepairedessciences.fr/terminale_S/1ondes/chap3/cuve_repos.jpg
Vagues à la surface de l'eau d'une cuve à Onde créées par un jet
d'Air Pulsé.
https://www.allosurf.net/meteosurf-faq.php
Vagues de Houle :
λde 10¹ m à 10² km
Eau Peu Profonde
λ≫H(m)
=>
V=
√
g.H(m)
Les Vagues de Houle Créées par le vent à Grande distance,
sont ici peu perturbées par la Mer du Vent, ici très Faible et qui
Frise à peine la surface de la Mer.
Une Onde est considérée comme Plane, lorsque le Front
d'Onde est un Quasi-Plan.
L'onde Loin de l'Antenne Omnidirectionnelle…
Front d'Onde : Lieu des Points Isophases de l'Onde.
Le Front d'Onde est Sphérique pour une Source Ponctuelle
Eau Peu Profonde
λ≫H(m)
=>
V=
√
g.H(m)
;
k=2. π
λ
Nombre d'Onde http://hmf.enseeiht.fr/travaux/CD0001/travaux/optsee/hym/11/houle.htm
Eau Profonde
λ ≪ H(m)
=>
V=
√
g.λ
2. π
V(m/s)=a.
√
λ (m)
Milieu Dispersif V(m/s) dépend de
λ
http://www.ifremer.fr/lpo/cours/vagues_ondes/shortfacteur.html
L'amplitude et la Période ( donc V(m/s) et
λ
) augmentent avec le Fetch et la force du Vent.
La durée d'action du Vent augmente aussi l'Amplitude…, mais jusqu'à une durée d'Équilibre .
Ainsi, une dépression, au large de l'Islande => ondes de longueurs d'ondes différentes.Eau Profonde=>
V(m/s)=a.
√
λ(m)
les ondes dont la longueur d'onde est la plus grande arriveront en premier sur les côtes bretonnes.
La HOULE AU LARGE
λ~ 10² m≪H~ 10³ m
=> Eau Profonde=> "Onde Courte"(Cercles)
V(m/s)=a.
√
λ(m)
En Arrivant PRÈS DE LA CÔTE,
H(m)<λ /2
=> Onde Longue en Eau Peu Profonde=>
V=
√
g.H(m)
=>FROTTEMENT sur le fond,
V(m/s)et λ(m)
diminuent=> l'Amplitude Augmente. T(s) RESTE CONSTANTE.
Les Particules Fluides passent du Mouvement en Cercle à un Mouvement en Ellipse=> Vague DÉFERLE car
VCRÊTE >VCREUX
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ONDES-VAGUES-HOULE Eclipse à Chéraute
Mouvement des particules d'eau au passage au passge de l'onde :http://www.ifremer.fr/lpo/cours/vagues_ondes/mouvement.html
La déformation de l'interface (air-mer dans le cas d'une onde de surface) se propage à la vitesse de
l'onde. Les particules d'eau mises en mouvement au passage de l'onde se déplacent avec une vitesse qui
leur est propre, mais restent en moyenne à la même position.
Cas des ondes courtes
λ≪H(m)
En eau profonde, c'est-à-dire lorsque la longueur
d'onde de l'onde est faible par rapport à la profondeur
H de l'océan (au moins 2 fois plus faible), les
particules d'eau se déplacent sur un CERCLE. Les
ondes sont alors appelées ONDES COURTES (figure
ci-dessous).
Milieu Dispersif :
V=
√
g.λ
2. π
La vitesse de l’onde
dépend de la fréquence
Cas des ondes longues
λ≫H(m)
En eau peu profonde, c'est-à-dire lorsque la longueur
d'onde de l'onde est très grande par rapport à la
profondeur de l'océan (au moins 20 fois plus grande),
les particules d'eau se déplacent sur une ELLIPSE.
Les ondes sont alors appelées ONDES LONGUES
(figure ci-dessous).
Milieu Non Dispersif :
V=
√
g.H(m)
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ONDES-VAGUES-HOULE Eclipse à Chéraute
SILLAGE D’UN CORPS SE DÉPLAÇANT À LA SURFACE DE L’EAU
● En eau profonde
λ≪H(m)
,
Conde=
√
g.λ
2. π
, le V du sillage de Kelvin forme un angle de 39°,
Quel que soit la vitesse du corps et sa forme. Contrairement au "Cône de Mach".
● En eau peu profonde
λ≫H(m)
,
Conde=
√
g.H(m)
indépendante de λ, l’angle du V du sillage
diminue si Vbateau augmente, comme pour le "Cône de Mach". Bâton déplacé dans Flaque d’eau.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Nombre_de_Mach#/media/File:Perturbations_en_sonique.png
L’angle du Cône de Mach diminue si Vavion augmente, car
toutes les ondes de pression( longitudinales, de volume) générées
par la pénétration de l’avion dans l’air se propagent à
CSON =k.
√
(T(° C ))=Cste
https://www.lepetitshaman.com/photo-que-se-passe-t-il-
quand-un-avion-depasse-le-mur-du-son/
Condensation de la vapeur d’eau en
avant de l’onde de choc en N pour P(t)
Compression-Détente-Patm.
Entre les 2 verticales du N, P=nRT/V
diminue→T < Trosée→Liquéfaction
https://fr.wikipedia.org/wiki/Singularit
%C3%A9_de_Prandtl-Glauert
Le F18 est à V~ Cson.
Hors de cette plage, la zone de
condensation s’amincie .
L’onde de Choc à l’arrière, marque la
fin de la condensation, verticale, elle
montre le cône de Mach à Mach 1.
DanslesillagedesnaviresPrLaScienc368Juin2018P98.pdf
En eau profonde,
Conde =a.
√
λ
, les ondes transversales
Front ⊥
⃗
Conde
, de surface, générées par le Bateau n’ont
pas toutes la même vitesse.Vues depuis le bateau, le long de la
coque et surtout derrière, elles sont Stationnaires/Bateau
Conde=VBateau ⇒ λ=k.VBateau
2
.
Les ondes qui interfèrent positivement forment la vague de
sillage qui se propage à Vgroup, vitesse de l’Énergie.
Le Bateau en A a émis :
Les Fronts d’ondes sur le cercle " Fronts d’ondes".
Les ondes en phase dont les fronts se propagent à
VVague-group=Cmoy-ondes/2
→Cercle "front de Groupe"
http://philippe.boeuf.pagesperso-orange.fr/robert/physique/sillage.htm
➢ Les vagues sont la superposition d’ondes sinusoïdales (Hypothèse linéaire d’Airy)
Quand un caillou tombe à l'eau il forme une série de cercles concentriques, qui ont une étonnante structure si l'on y
regarde de près: une sorte de large anneau s'écarte lentement, il contient des vagues plus petites qui vont plus vite que lui
(deux fois plus vite d'ailleurs). On voit nettement ces petites vagues s'échapper de l'anneau en s'estompant. Un physicien
particulièrement en verve dirait qu'il s'agit d'une parfaite illustration des notions de vitesse de phase (la vitesse des petites
ondes internes) et de vitesse de groupe (vitesse de progression de l'anneau). En fait, le caillou heurtant l'eau ne fabrique
pas une seule onde, mais toute une série (un paquet d'ondes), elles interfèrent les unes avec les autres pour former le
paquet.http://philippe.boeuf.pagesperso-orange.fr/robert/physique/sillage.htm PHILIPPE BOEUF PROFESSEUR DE PHYSIQUE COLLÈGE/LYCÉE.
DanslesillagedesnaviresPrLaScienc368Juin2018P98.pdf
Lorsque l’eau est assez profonde, la vitesse des ondes
sinusoïdales qui se propagent en surface dépend de leur lon-
gueur d’onde.
Conde=
√
g.λ
2. π
Une conséquence importante est qu’une vague ne se
propage pas de la même façon que les ondes sinusoïdales
qui la composent. Puisque ces ondes élémentaires ont des
vitesses différentes, elles se décalent les unes par rapport
aux autres, ce qui modifie la position où leurs amplitudes
s’additionnent et construisent la vague. Ainsi, la vitesse du
paquet d’ondes formant la vague diffère de celle des ondes
qui le composent. Un calcul détaillé montre que, dans l’eau,
la vitesse de propagation de la vague (ou de l’énergie) est
égale à la moitié de la vitesse moyenne des ondes élémen-
taires (si ces ondes ne sont pas trop différentes).
Animation x Fixe et t Variable http://philippe.boeuf.pagesperso-orange.fr/robert/physique/sillage.htm
On voit les ondes intérieures (fréquence plus élevée) aller deux
fois plus vite que le groupe (les fuseaux)... Ici, seules deux
ondes de longueurs différentes sont combinées.
Vagues→Paquet d’ondes sinusoïdales à
Conde=
√
g.λ
2. π
en eau
profonde. http://olivier.granier.free.fr/cariboost_files/PC-ondes-EM-plasma.pdf
La Vague s’aplatit et s’étale au cours du temps, par l’avance
croissante des composantes de forte vitesse à λ forte→Houle
Longue à la côte. PrLaScienc409Nov2011_LesVaguesEnEquations.pdf
➢ La vitesse de propagation de l’énergie, donc des Vagues
VEnergie=VVagues=Vgroupe≃CMoyOndesSinus
2
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ONDES-VAGUES-HOULE Eclipse à Chéraute
SILLAGE DES NAVIRES
Les ondes de sillage, à la surface se propagent
perpendiculairement à la vitesse du bateau et interfèrent
positivement pour créer, la ou les Vagues de sillage.
Ces ondes, paraissent stationnaires, vu du navire. Les Fronts
d’onde, perpendiculaires à la direction de propagation, se
propagent à la vitesse du bateau.
Un transporteur de véhicules (ou voiturier) est un navire
utilisé pour le transport de voitures et d'autres véhicules, à
l'exclusion de tout autre type de cargo. Ils sont surtout utilisés sur
les routes Europe - Asie - États-Unis, pour le transport de
voitures neuves. https://fr.wikipedia.org/wiki/Transporteur_de_v%C3%A9hicules
Quelques navires dépassent désormais les 250 mètres de long
(classe Tamesis) et le plus grand transporteur actuel, le MV
Mignon, de la compagnie suédo-norvégienne Wallenius-
Wilhelmsen, peut embarquer plus de 7 200 voitures. Il existe des
projets de transporteurs de plus de 270 mètres de long avec une
capacité de plus de 8 500 véhicules pour la fin des années 2000.
Départ de Santander d’un navire HÖEGH AUTOLINERS
La pilotine qui le suit sous la porte à mi-longueur est à peine
visible. Elle va récupérer le pilote dans quelques minutes à
hauteur du Danger isolé au nord du chenal. (Photo Djl depuis Ifoulki)
https://www.hoeghautoliners.com/
Ressaut circulaire au tour des jets d'eau verticaux en fond d'évier…PrLaScience513Juillet2020
Serait dû au dépassement de Veau > VvagueOnde_Gravitaire partie amont ressaut et Veau < VvagueOnde_Gravitaire Aval Ressaut.
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ONDES-VAGUES-HOULE Eclipse à Chéraute
Animations flash© de Physique
http://www.pedagogie.ac-nantes.fr/physique-chimie/enseignement/ressources-documentaires/propagation-ondes-126375.kjsp?
RH=1309459107744 $ gnash tempo/VaguesMerHydroDynam/onde_vibration.swf
MODÉLISATION NUMÉRIQUE DES VAGUES→ PRÉVISIONS
http://www.shom.fr/les-activites/activites-scientifiques/oceanographie/houle-vagues-et-littoral/modelisation-numerique/
Pour la prévision on utilise plutôt des modèles qui représentent l'évolution du spectre car ils permettent de s'affranchir des détails du
mouvement des vagues. La prévision consiste donc à intégrer dans le temps l'équation d'évolution des densités spectro-
angulaires E(f,q), avec f =1/T. la fréquence et q la direction d'où viennent les vagues :
dE / dt + [divx (CgE) + div (CqE) ] = S → Équation de Transport → (1)
→évolution dans le temps +[transport d'énergie dans l'espace + changement de direction ] = sources - puits
La vitesse Cg est la vitesse de groupe des vagues, vitesse à laquelle l'énergie des vagues est transportée, il s'agit d'un vecteur,
orienté dans la direction de propagation des vagues.
La vitesse Cq → vitesse du changement de direction des vagues, causé par les variations de profondeur, ou bien la courbure de la
Terre (si le fond est plat et sur une "Terre plate", Cq = 0 ).
(CgE) est le flux d'énergie des vagues. Il peut atteindre facilement 100 kW / m.→10km de côte bien exposée→ Eelec 10⁶ Hab.
Ci dessous l'énergie E représentera souvent la variance de l'élévation de surface en mètres carrés (on a alors E = 4 Hs²) l'énergie
étant alors r(kg/m³)g(m/s²)E(m²), avec r la masse volumique de l'eau→rgE(kg/s²)→N/m Force par longueur de Vague ?
En regroupant le transport et l'évolution on obtient l'équation (1) sous forme Lagrangienne : dE / dt = S → (2)
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