Seiche (hydrodynamique)
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En l'absence de sollicitation extérieure, la pesanteur stabilise une masse d'eau contenue dans un bassin de forme et de taille quelconques. Comme tout système stable, cette masse peut être le lieu d'oscillations qui s'appellent alors seiches. L'amortissement étant souvent faible, celles-ci peuvent se perpétuer longtemps après que la sollicitation a cessé ou, dans le cas d'oscillations entretenues, atteindre des amplitudes importantes par un phénomène de résonance .
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[modifier] Mécanisme
Le mécanisme de ces oscillations propres s'explique en considérant un bassin allongé de section rectangulaire. Celui-ci peut être le siège d'ondes stationnaires de gravité qui effectuent des allers-retours dans la section. Pour qu'une onde stationnaire se maintienne, à l'amortissement près, il faut que l'aller-retour corresponde à un nombre entier de longueurs d'onde définies par leurs périodes et la profondeur (voir Vague), les modes propres étant d'autant moins importants que ce nombre entier est plus élevé.
Dans la nature, ce phénomène se produit généralement dans des bassins dont la profondeur est petite par rapport aux premières longueurs d'onde, ce qui a plusieurs conséquences. La première est que la masse d'eau est concernée dans toute sa profondeur. D'autre part, les excursions verticales sont plus faibles que les excursions horizontales. Enfin, la célérité se réduit pratiquement à la racine carrée du produit de la profondeur h par l'intensité g de la gravitation, d'où les périodes d'ordre n d'un bassin de largeur L :
A l'oscillation fondamentale obtenue pour n=1 correspond la seiche uninodale, la plus importante pratiquement. Celle-ci correspond à des élévations en opposition de phase sur les deux murs, le nœud sans mouvement vertical, mais avec le mouvement horizontal maximal, se trouvant au centre. Comme en musique (voir Onde sur une corde vibrante), il y a également des harmoniques munis de périodes sous-multiples de la période fondamentale.
Pour calculer les périodes propres d'un bassin de section constante mais de profondeur variable le long de celle-ci, il faut procéder à une intégration en fonction de la célérité variable. Lorsque le bassin a une forme quelconque, les phénomènes se compliquent mais il y a toujours, en théorie, un grand nombre de modes d'oscillations.
[modifier] Exemples
[modifier] Lacs
Il semble bien que le premier phénomène rapporté concerne les seiches lémaniques observées sur le Lac Léman, le mot seiche étant un terme local. A l'origine de celles-ci, on trouve un basculement de la masse d'eau sous l'effet du vent ou d'une dépression localisée. Lorsque cet effet cesse, le lac oscille à sa période fondamentale (de l'ordre d'une heure pour le Léman) jusqu'à ce que l'amortissement annule ces oscillations.
On a également observé de telles oscillations libres à la suite de séismes.
[modifier] Ports
Des seiches se produisent aussi de manière fréquente dans certains ports mais, dans ce cas, le vent ou la sismicité sont rarement en cause. Il s'agit plutôt de résonances excitées par des termes basse fréquence liés aux trains de vagues. Leur principal inconvénient réside dans les forces horizontales importantes appliquées sur les bateaux. Dans les ports où ces oscillations se produisent, il convient de prendre des précautions dans l'amarrage et dans les défenses des navires à quai.
Le phénomène diffère aussi de ce qui se produit dans un lac en ce sens qu'il s'agit nécessairement d'un bassin ouvert dans lequel la résonance est d'autant plus aiguë que la passe est plus petite.
[modifier] Golfes
Les oscillations observées dans des ports se produisent à plus grande échelle dans des golfes. L'excitation provient alors de la marée qui présente la particularité de posséder, en fonction des mouvements de la Lune et du Soleil, diverses périodes bien déterminées. La proximité entre une période propre d'un golfe donné et celle d'une onde de marée particulière conditionne l'amplification, parfois spectaculaire, du marnage sur certains sites.
Ainsi, dans la Baie de Fundy au Canada, celui-ci peut dépasser 15 mètres. C'est lié au fait que la période du fondamental de la baie est de 13 h environ, donc proche de la période de l'onde lunaire semidiurne (12 h environ). A plus petite échelle, dans la Mer Méditerranée «sans marées», le Golfe de Gabès (Tunisie) présente des marnages qui avoisinent 2 mètres.
