On les a longtemps crues sorties tout droit de l’imagination des marins, mais les vagues scélérates existent bel et bien. Et des chercheurs sont même parvenus à recréer en laboratoire les conditions de la formation de l’une des plus célèbres d’entre elles, la vague Draupner.

Le 1er janvier 1995, une vague scélérate venait frapper la plateforme pétrolière Draupner, dans la mer du Nord. Une vague de plus de 25 mètres de haut, sortie de nulle part. Une vague qui n’a pourtant causé que des dégâts mineurs. Chose rare cependant, concernant une telle vague scélérate : elle a pu être enregistrée par des instruments scientifiques.

Pour comprendre comment naissent ces phénomènes étranges – des vagues gigantesques par rapport à celles de leur environnement et surtout qui surviennent brusquement -, des chercheurs des universités d’Oxford et d’Édimbourg (Royaume-Uni) ont travaillé à recréer la vague Draupner en laboratoire.

Un question d’angle

Les essais ont été menés dans un réservoir circulaire de 25 mètres de diamètre destiné à tester le potentiel des énergies marines. Les chercheurs y ont soulevé des houles. Lorsque les vagues ne se croisent pas, leur déferlement limite naturellement leur hauteur. Mais lorsque deux fronts se croisent à un angle de quelque 120°, le phénomène se produit. Et les chercheurs ont pu observer une « mini » vague Draupner artificielle s’élever devant eux.

Ils espèrent avoir ainsi éclairé les conditions dans lesquelles des vagues scélérates peuvent se développer. Et peut-être, avoir fait un premier pas vers la prédiction d’un phénomène potentiellement dangereux. Mais ils espèrent aussi avoir jeté de nouvelles bases quant à la nature et à l’importance du phénomène plus général de déferlement des vagues en mer.

Pour en savoir plus

Les terribles vagues scélérates mieux comprises grâce aux mathématiques

Il est bien difficile de donner une définition scientifique à un phénomène maritime aussi exceptionnel que les vagues scélérates, ces vagues dont l’amplitude et la violence sont totalement inattendues. Des mathématiciens américains ont pourtant décidé de se jeter à l’eau. Parfois, lorsqu’une onde se forme, elle subit de petites perturbations ; les chercheurs ont décrit les conséquences possibles de ce phénomène.

Article de Nathalie Mayer paru le 01/03/2016

Pour Gino Biondini, chercheur à l’université de Buffalo, aux États-Unis, utiliser les mathématiques pour décrire avec toujours plus de précision des phénomènes naturels que l’on peut observer dans le monde physique, c’est une sorte de quête du Graal. Les récents travaux qu’il a menés avec son équipe sur la propagation des ondes pourraient bien faire avancer la compréhension que les chercheurs ont de phénomènes aussi étranges et mythiques que les vagues scélérates.

Les vagues scélérates sont des vagues dont l’amplitude et la violence sont totalement inattendues, compte tenu des conditions de mer dans lesquelles elles surviennent. Au fil du temps, elles auraient été responsables de nombreux accidents tragiques. C’est pourquoi elles préoccupent tant la communauté scientifique depuis plusieurs décennies. D’autant que le phénomène n’a jamais pu être lié à des conditions géophysiques particulières. De telles vagues peuvent survenir sur tous les océans du monde, en eaux profondes ou peu profondes, en eaux calmes ou en zones de tempête. Parmi les processus physiques qui pourraient expliquer, au moins en partie, la formation de vagues comme celles-ci, il y a le phénomène désigné sous le terme d’« instabilité modulationnelle », ou instabilité de Benjamin-Feir.

Que se passe-t-il lorsque de petites perturbations viennent bousculer le schéma préétabli de la dynamique d’une onde ? C’est la question que pose le phénomène de l’instabilité de modulation. Alors bien sûr, les scientifiques savaient déjà que de petites perturbations étaient potentiellement susceptibles de prendre de l’ampleur jusqu’à complètement distordre (voire briser) l’onde de départ, pour peu que la propagation se fasse sur une longue distance. Mais existe-t-il une façon de décrire précisément le déroulé du phénomène ? C’est à cette question que l’étude de l’équipe de l’université de Buffalo apporte une réponse.

Propagation des ondes : des équations de plus en plus fidèles à la réalité

Au milieu du XVIIIe siècle, Jean le Rond d’Alembert avait proposé une première description mathématique de la propagation d’une onde. « Tant que l’on se cantonne à de faibles distances, l’équation de d’Alembert offre une description satisfaisante de la réalité physique des phénomènes qui se produisent lorsqu’une onde se propage », remarque Gino Biondini. Cependant, les choses se compliquent lorsqu’on s’intéresse à la formation des vagues scélérates ou… à la propagation d’une onde au cœur d’une fibre optique qui traverse l’Atlantique.

De nombreux progrès ont été réalisés en la matière au fil des années, jusqu’à ce que l’équation de Schrödinger non-linéaire ne vienne proposer une description de la dynamique des ondes dans de nombreux contextes physiques, allant de l’optique non-linéaire à la propagation de vagues en eaux profondes. Une question notamment restait encore en suspens : que se passe-t-il lorsqu’une onde subit une petite perturbation à sa formation ?

Les chercheurs de l’université de Buffalo avaient déjà posé les fondements mathématiques de leur réponse dans de précédentes publications. Il leur aura fallu un an de travail supplémentaire pour arriver à une description mathématique des solutions de leurs équations. Ils ont ainsi pu démontrer par le calcul que de nombreuses formes de perturbations différentes font évoluer les ondes via une seule et unique catégorie d’ondes. Des calculs dont les résultats ont d’ores et déjà été validés par des simulations numériques. Ne reste plus qu’à les mettre à l’épreuve du monde réel. « De quoi nous assurer que nous avons bien capté l’essence profonde du phénomène », conclut Gino Biondini.

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