Les mouvements incessants des eaux de mer et des océans, ce va-et-vient rythmique qui façonne nos littoraux, fascinent et interrogent depuis toujours. Comment expliquer ces mouvements de va-et-vient des eaux de mer et des océans ? Pourquoi les marées ne sont pas les mêmes partout ? Comment expliquer que certaines marées soient plus importantes que d’autres ? Et qu’est-ce que les coefficients de marée ? C’est ce que nous allons voir dans cet article, en explorant les mécanismes fondamentaux des marées, l'indicateur clé qu'est le coefficient de marée, et les diverses méthodes permettant de les anticiper.
Les Fondements du Phénomène des Marées : Une Interaction Cosmique
La marée désigne un mouvement périodique (quotidien) d’oscillation du niveau de la mer. Ce peut être un mouvement ascendant, on parle alors de marée montante (flux), ou au contraire d’un mouvement descendant, on parle alors de marée descendante (reflux, jusant). C’est Isaac Newton qui a découvert pour la première fois en 1687 ce phénomène d’attraction gravitationnelle des astres sur la Terre, posant les bases de notre compréhension moderne. L’amplitude du mouvement des eaux varie suivant la position des astres par rapport à l’axe de la Terre. Cependant, la force d’attraction gravitationnelle n’est pas la seule à expliquer le phénomène des marées. Il faut y ajouter la force centrifuge liée à la rotation de la Terre sur elle-même. Cette combinaison de forces crée des renflements d'eau sur la Terre. La force centrifuge, d’une part, liée à la rotation de la Terre sur son orbite, s’exerce de manière identique en tout point du globe. Les forces d’attraction gravitationnelles, d’autre part, sont exercées conjointement par la Lune et le Soleil. Elles s’ajoutent ou se contrarient, selon la position relative des astres entre eux. C’est cette force centrifuge qui explique pourquoi il y a deux marées par jour. En effet, la Terre et la Lune forment un système en rotation autour d'un centre de masse commun, générant ainsi une force centrifuge qui repousse l'eau du côté opposé à la Lune. Du côté de la Lune, c'est l'attraction gravitationnelle qui domine et attire l'eau.
Les variations de l'alignement de la Lune et du Soleil par rapport à la Terre sont cruciales pour l'intensité des marées. Ainsi, les marées les plus importantes s’observent lorsque la Lune et le Soleil sont alignés, car leurs forces alors s’additionnent. Cette configuration se produit durant la phase de nouvelle Lune et de pleine Lune. Dans ces conditions, la marée est dite de vives-eaux, caractérisée par un coefficient de marée supérieur à 70. À l’inverse, durant ses phases de premier et dernier quartier, la Lune s’écarte du Soleil (la Terre et les trois astres forment alors un angle droit), et leurs forces se contrarient : c’est la période des mortes-eaux, où le coefficient de marée est inférieur à 70. Par ailleurs, la force d’attraction est d’autant plus intense que ces deux astres sont proches de nous. À l’inverse des équinoxes qui produisent de grandes marées, les solstices produisent de faibles marées puisque l’axe de la Terre est incliné par rapport au Soleil, ce qui modifie l'influence relative de notre étoile.
Le Marnage et la Diversité Locale des Marées
Le marnage (ou l’amplitude de marée) est la différence de la hauteur d’eau entre la pleine mer et la basse mer. Il donne l’amplitude de la marée. Lors des grandes marées, le marnage est plus étendu, car la mer monte plus haut et descend aussi plus bas. Les marées sont plus ou moins facilement observables selon le niveau de marnage des côtes. La baie du Mont-Saint-Michel est un bon exemple de très grand marnage : il est en moyenne d’un peu plus de 10 mètres. Les plus grandes marées de France s’observent d'ailleurs dans la Baie du Mont-Saint-Michel, détentrice du record national et européen, avec un marnage pouvant atteindre 15 mètres. À l'opposé, en Méditerranée, le détroit de Gibraltar empêche l’onde de marée de passer, réduisant de fait considérablement la force des marées et entraînant un marnage très faible. En France, le marnage est maximal dans la région de Saint-Malo / Granville et va décroissant en descendant le long de la côte Atlantique. Cette variabilité géographique est due aux spécificités locales de la topographie sous-marine, des côtes et des bassins océaniques, qui interagissent avec l'onde de marée.
Le Coefficient de Marée : Un Indicateur Essentiel
Qu’il soit pêcheur, voileux, surfeur ou simple baigneur, le calendrier des marées rythme le quotidien des amoureux de l’Océan. Au-delà des heures de la basse mer et haute mer, il délivre le coefficient de marée, qui est l’indicateur de référence en France pour le marnage, c’est-à-dire la différence de hauteur d’eau entre la basse mer et la pleine mer. Quasi uniquement utilisé en France, le coefficient de marée n’est qu’un indicateur. Il permet aux usagers de la mer de savoir si la marée du jour a un gros ou un petit marnage. Il peut aller de 20 à 120. Un coefficient de marée proche de 20 correspond à une petite marée : la différence de hauteur d’eau entre la basse mer (BM) et la pleine mer (PM) est faible. On va dire que la mer ne "bouge" pas beaucoup au long de la journée. Elle est comme morte, d'où l’expression "Mortes eaux". L’avantage de ces faibles coefficients est que l'on sait où mettre sa serviette de plage sans qu’elle apprenne à nager, car le niveau de la mer varie peu. Au contraire, un coefficient proche de 120 correspond à de grandes marées.
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Le coefficient de marée est calculé pour la pleine mer, en prenant pour référence nationale Brest. Son calcul prend en compte la hauteur de la pleine mer et le niveau moyen de la mer. En France, l'ampleur de la marée par rapport à sa valeur moyenne est indiquée par le coefficient de la marée, exprimé en centièmes, qui prend une valeur comprise entre 20 et 120. Ce coefficient est calculé comme étant le marnage semi-diurne de la formule harmonique divisé par la valeur moyenne du marnage pour les marées de vive-eau d'équinoxe. « Le coefficient est calculé sur Brest et est appliqué pour tous les autres ports », explique Nicolas Weber, spécialiste de la marée au SHOM (Service Hydrographique et Océanographique de la Marine).
Si le coefficient est une donnée nationale, le marnage, lui, varie beaucoup d’un point à l’autre, même entre deux plages proches. En effet, les marées sont une affaire d’ondes qui parcourent la masse d’eau des océans. Le coefficient reste quand même approximatif, car on peut avoir un même coefficient pour des hauteurs de pleine mer différentes. Par exemple, pour la marée du 21 mars, un coefficient de 119 est prévu avec une hauteur d’eau de 13,25 mètres au Mont-Saint-Michel. Le lendemain, le coefficient est de 118, mais la hauteur d’eau est plus élevée que la veille, de 20 centimètres. Comment l’expliquer ? « Le coefficient représente le marnage et pas la hauteur atteinte, rappelle Nicolas Weber. Autre élément à prendre en compte : le coefficient est un indicateur calculé pour toute la France. Or, chaque site a des spécificités locales. »
Le COEFFICIENT, qu’est-ce que ça CHANGE ? De forts coefficients (au-delà de 80) entraînent une grande différence d’eau entre la marée haute et la marée basse. Plus la marée est forte, donc plus son coefficient est fort, plus la mer sera vive. Le courant sera plus fort, et d’autant plus fort à "mi-marée" (quand on a les 3/12e de mouvement). Au Mont-Saint-Michel, on dit que la mer avance à la vitesse du galop d’un cheval. C’est surtout vrai les jours de vives-eaux. Un coefficient grande marée, combiné à d’autres facteurs comme le vent, peut entraîner des courants marins puissants ou submerger des zones habituellement sûres.
Les grandes marées se produisent au moment de la pleine lune ou de la nouvelle lune. Les coefficients de marée s’envolent sur le littoral atlantique lors de ces périodes, atteignant parfois 105, 110, et même jusqu’à 117, signe de grande marée. On parle de « marée du siècle » lorsque les coefficients de marée les plus élevés sont atteints (119-120). Mais la dénomination est impropre, car en réalité un tel phénomène se produit une fois par tous les dix-huit ans lorsque Terre, Lune et Soleil sont en parfait alignement.
Un paysage maritime change radicalement entre une petite et une grande marée. Ces jours-là, les plages peuvent être quasiment recouvertes ou, au contraire, très étendues, révélant un estran plus large avec parfois des trésors cachés ou des endroits habituellement immergés. L'estran est la bande de terre couverte à marée haute et découverte à marée basse. Un exemple emblématique est le passage du Gois, utilisable à marée basse et recouvert à marée haute. Si vous aimez la pêche à pied, par exemple, un coefficient élevé sera idéal, car il découvrira une grande partie du littoral. Les grandes marées, surtout lors des coefficients les plus élevés, offrent un spectacle impressionnant que beaucoup aiment observer et photographier.
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Vocabulaire Essentiel des Marées
Comprendre le vocabulaire des marées est fondamental pour les gens de mer.
- Hauteur d'eau : Elle correspond à la hauteur de la mer par rapport au zéro hydrographique des cartes marines à une heure donnée. Dans l’annuaire des marées, on trouve les hauteurs d’eau des pleines et basses mers. « À la basse mer, la hauteur d’eau va être de zéro ou même un peu en dessous de zéro », précise Nicolas Weber.
- Zéro hydrographique : C’est le niveau de référence commun aux cartes marines et aux annuaires de marée, à partir duquel sont comptées, d'une part les profondeurs portées sur les cartes et d'autre part, les hauteurs d'eau résultant des calculs de marée. Il permet au marin de connaître la profondeur d’eau quelle que soit l’amplitude de la marée. La sonde indiquée sur la carte est la distance entre le zéro hydrographique et le fond, comptée positivement vers le bas et négativement vers le haut. Une sonde découvrante est symbolisée par une sonde soulignée.
- Marnage : C’est la différence entre la hauteur de la basse mer et la hauteur de la pleine mer. Il donne l’amplitude de la marée. Lors des grandes marées, le marnage est plus étendu, car la mer monte plus haut et descend aussi plus bas.
- Coefficient : Quasi uniquement utilisé en France, le coefficient de marée n’est qu’un indicateur. Il permet aux usagers de la mer de savoir si la marée du jour a un gros ou un petit marnage. Il va de 20 à 120 et résulte d’un calcul qui prend notamment en compte la hauteur de la pleine mer et le niveau moyen de la mer.
Prévision et Calcul des Marées
La périodicité des pleines et basses mers n'étant pas de 12 heures mais de 12 heures et 25 minutes (en moyenne) en France métropolitaine, il convient de prédire - grâce à la position des astres - les heures des marées en des lieux remarquables, les ports principaux, et de les consigner dans un annuaire. Chaque année, le SHOM (Service Hydrographique et Océanographique de la Marine) publie un calendrier des marées pour les ports de France métropolitaine et d’Outre-Mer. Par des observations répétées, les services chargés de prédire les marées, comme le SHOM en France, ont mis au point des modèles permettant de calculer les horaires et les hauteurs des marées futures. Ces modèles sont en constante évolution et se sont affinés avec l'évolution des puissances de calcul, des recherches sur les équations à mettre en œuvre, et avec l'apparition de données d'altimétrie de la surface des océans très précises grâce aux satellites. Depuis 1991, c'est la formule harmonique qui est utilisée par le SHOM pour calculer les heures et hauteurs dans les environs des ports principaux figurant dans l'Annuaire des marées.
Le calcul des marées fait appel à des notions arithmétiques simples et aussi… au bon sens marin. Il existe de nombreuses méthodes qui ne se valent pas. L'annuaire du SHOM est l'ouvrage de référence pour effectuer les calculs des marées. Avant de tenter tout calcul, il convient de savoir dans quel créneau horaire on se trouve. L'annuaire du SHOM a adopté une heure unique pendant toute l'année, UTC+1. Ensuite, vient le problème de la localité. Dans quel port vais-je arriver ? Est-ce un port principal ? Un port rattaché ? En France, les coefficients de marée sont calculés pour le port de Brest et considérés comme identiques sur les côtes de l'océan Atlantique et de la Manche, car l'onde de marée qui les atteint n'est que faiblement perturbée. Cela constitue néanmoins une approximation. Le coefficient est le même partout, mais attention à la vitesse de propagation de l’onde de marée, surtout dans la Manche ! Par exemple, à Dunkerque, la pleine mer suit celle de Brest avec plus de 6 heures de décalage. Donc si la pleine mer a lieu à Brest à 21 heures, le coefficient correspondant s’appliquera à la pleine mer du lendemain à Dunkerque.
Les Méthodes de Calcul des Hauteurs d'Eau
Pour les ports principaux, il convient d'utiliser les courbes types de chaque port (sauf Saint-Malo / Le Havre), ces courbes types sont décalées de la sinusoïde et plus précises, car adaptées spécialement pour chaque port principal. Le calcul de la hauteur d'eau sur une courbe type est très simple et se résout par l'obtention d'un facteur 'f' de manière graphique. L'entrée dans les courbes fournit un facteur 'f' qui est l'équivalent d'un pourcentage du marnage. Il peut varier de 0 (basse mer) à 1 (pleine mer). Ce facteur, multiplié par le marnage, et le résultat obtenu doit être additionné à la hauteur de basse mer. Note : Les ports de Saint-Malo et du Havre possèdent des tables de hauteurs d'eau données heure par heure pour tous les jours de l'année. Les courbes types, moins précises dans ce cas, sont donc à proscrire.
La méthode harmonique est utilisée pour les ports rattachés, car aucune courbe type n'est délivrée pour ces derniers. On assimile la variation de la hauteur d'eau dans le temps à une sinusoïde. La première approximation effectuée pour modéliser l'onde de marée de façon simple est la considération de celle-ci comme étant sinusoïdale. Modélisons l'onde de marée par une fonction sinusoïdale. Nous souhaitons faire coïncider l'instant t=0 avec la pleine mer. Comme pour la pleine mer, le deuxième cosinus égale 1. Si maintenant nous prenons la basse mer comme heure de référence, il faut que cela coïncide avec un minimum du cosinus. Il suffit donc de prendre l'opposé du modèle que nous avions pris. Nous pouvons donc en conclure que quelle que soit la référence choisie (PM ou BM) la variation de la hauteur d'eau est la même au signe près. Or, le sinus au carré nous fait perdre une information, le signe. En d'autres termes, si l'heure de l'étude se trouve avant la marée prise en référence, cela ne sera pas pris en compte, nous aurons la valeur absolue du résultat souhaité. Donc, dans tous les cas, il faut analyser la situation pour savoir s'il faut retrancher ou ajouter la variation de la hauteur. En conséquence, il ne sert à rien de conserver le signe négatif obtenu dans le premier cas.
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La principale méthode enseignée pour le calcul des marées est la règle des douzièmes, qui consiste à calculer l'heure-marée, le marnage et le douzième. Il faut dans un premier temps récupérer les informations des marées de la plage horaire concernée. Pour calculer la hauteur d’eau heure par heure, on va considérer que le passage de la basse mer (BM) à la pleine mer (PM) met 6h tout pile. Petit détail technique qui rend le calcul plus compliqué : la marée ne monte pas (ou ne descend pas) à un rythme constant. La marée monte ou descend de 1/12 en première heure de marée, de 2/12 en deuxième heure de marée, puis de 3/12 (3ème heure), de 3/12 (4ème heure), de 2/12 (5ème heure) et enfin de 1/12 en sixième heure. L'heure-marée, sachant qu'il y a approximativement 6 heures dans une marée montante ou descendante, se calcule en faisant la différence entre l'heure de haute mer et l'heure de basse mer ou inversement (toujours mettre la soustraction de manière à avoir un résultat positif). Par exemple, si l’eau monte de 5,90m en 5h43, on va diviser 5h43 en 6 intervalles, ce qui donne environ 57 minutes par "heure-marée".
Cette méthode, consistant en l'approximation d'un sinus par une fonction affine définie par morceaux, chaque intervalle valant une heure-marée, est définie comme étant le temps séparant les pleines et basses mers consécutives, divisé par 6. Cette méthode ne devrait pas être appliquée à un port principal, mais seulement à un port rattaché. Le SHOM préconise une seule méthode, mais il est important de noter les approximations des autres.