BIZARRE NATURE (3/7)

L’énigme des vagues scélérates

On les appelle scélérates, monstrueuses ou phénoménales… Ces vagues heureusement fort rares jaillissent de nulle part, culminant parfois à trente mètres de haut. Les scientifiques peinent à les expliquer.

Pendant longtemps, les physiciens n’ont pas cru à l’existence des vagues scélérates, des phénomènes pourtant bien ancrés dans la mémoire des marins, comme en atteste, en 1916, l’explorateur britannique Ernest Shackleton. Parti d’Antarctique à bord d’un canot à voile avec quelques marins, pour aller chercher du secours en Amérique du Sud et sauver le reste de son expédition resté sur le continent glacé, il témoigne de l’horreur (1): «Vers minuit, j’étais à la barre quand j’ai remarqué une ligne de ciel clair entre le sud et le sud-est. J’ai prévenu les hommes que le ciel se dégageait mais au bout d’un moment j’ai compris ce que je voyais n’était pas une percée dans les nuages, mais la crête blanche d’une vague monstrueuse. En 36 ans de navigation dans toutes sortes de mers, je n’avais jamais rencontré de vague aussi gigantesque […] Nous avons senti le navire se soulever et puis se projeter en avant comme un bouchon dans les brisants. Nous étions plongés dans un chaos d’eau bouillonnante; mais le bateau a survécu, à moitié rempli d’eau, retombant comme un poids mort et frémissant sous le choc.

Nous avons surmonté l’épreuve avec l’énergie du désespoir, rejetant l’eau par-dessus bord avec tous les récipients qui nous passaient sous la main; après dix minutes d’incertitude, le navire se remit à flotter et cessa de tituber comme un ivrogne sonné par l’attaque de la mer. Nous espérions ne plus jamais rencontrer une telle vague.»

L'équipage de fortune de Ernest Shackleton arrivant sur les côtes de la Géorgie du Sud, après avoir parcouru plus de 1000 km en mer

Pendant des décennies, les vagues scélérates étaient suspectées d’être impliquées dans le naufrage de grands navires, comme celui du MS München – long de 261 mètres – dans l’Atlantique Nord en 1978. Mais faute de survivants, il n’y avait pas de certitude. Puis les témoignages ont commencé à s’accumuler, comme celui du capitaine du paquebot Queen Elizabeth II en 1995, qui a croisé la route d’une vague de 29 m de haut: «Un immense mur d’eau… on aurait dit que nous foncions tout droit dans les falaises blanches de Douvres». La même année, les occupants de la plateforme pétrolière norvégienne Draupner, en mer du Nord, ont vu tout à coup une vague de 25 m d’amplitude – du creux à la crête – se dresser devant eux avant de s’abattre, heureusement sans faire de victimes ni gros dégâts. Des témoignages confirmés par des instruments de mesure à bord de Draupner: la crête scélérate a grimpé à 18,5 m au-dessus du niveau moyen de la mer, dans une mer dont les plus grosses vagues ne dépassaient pas 8 mètres à ce moment-là.

Les données se sont accumulées, notamment par grâce aux radars installés dans le champ pétrolier offshore de Goma, en mer du Nord, qui ont relevé 466 vagues de plus de 21 m en douze ans. En 2004, on a pu observer ces vagues pour la première fois depuis l’espace. De quoi achever de convaincre les scientifiques les plus sceptiques qui estimaient jusque-là que la probabilité d’observer une vague géante n’était que d’une tous les 10 000 ans.

Il n’existe pas de définition précise des vagues scélérates. Les physiciens considèrent qu’une vague est anormale quand elle est deux fois plus haute que la hauteur significative des vagues, celle annoncée dans les bulletins de météo marine. La hauteur significative correspond à la moyenne de hauteur – mesurée entre le creux et la crête – du tiers des vagues les plus fortes. Mais forts de cette définition informelle, les scientifiques peinent à comprendre comment les scélérates apparaissent et disparaissent.

Equation mathématique complexe

Dès 1983, le mathématicien britannique Howell Peregrine, spécialiste des fluides, avait proposé de décrire les vagues géantes avec une équation mathématique complexe, dont la solution est une onde puissante et capable de se propager sans s’affaiblir. Une onde baptisée «soliton de Peregrine», en hommage au chercheur décédé en 2007, dont une équipe avait montré, en 2010 dans Nature Physics, l’intérêt pour l’étude des vagues scélérates avec de la lumière.

Car la physique a ceci de fascinant que des phénomènes très différents sont parfois décrits par une même équation. «Avec de la lumière, on contrôle tous les paramètres: la forme de l’onde, sa durée, et la détection est plutôt facile, confiait au Temps Christophe Finot, de l’Université française de Bourgogne, coauteur de l’étude. Grâce aux lois d’échelle, une impulsion laser d’un millième de milliardième de seconde correspond, dans l’eau, à une «vague». On peut donc étudier des quantités de phénomènes en un temps relativement court.»

Trois ans plus tôt, dans un article publié dans Nature, le groupe piloté par Daniel Solli (Université de Californie à Los Angeles) avait ouvert cette voie qui consiste à mimer les ondes océaniques à l’aide de paquets de lumière injectés dans une fibre optique. Un outil précieux qui permet de multiplier les expériences, sans devoir attendre qu’un satellite n’annonce de nouvelles données sur l’océan. Mais le parallèle est difficile à établir, ne serait-ce que parce que les «vagues» de lumière dans une fibre optique représentent un 'océan' à une seule dimension. Ce qui n’empêche pas Daniel Solli d’être optimiste comme il l’expliquait en juillet dernier à la revue Physics World: «Nous ne pouvons pas forcément attendre une exacte correspondance entre les ondes scélérates optiques et océaniques, mais il est évident qu’il existe d’étonnantes similarités entre les deux phénomènes.»

Accumulation de petites vagues

Si Christophe Finot, Daniel Solli et leurs collègues ont raison, les vagues scélérates peuvent donc naître de l’accumulation de petites vagues qui, subitement, mettent en commun leur énergie pour donner naissance à une onde aussi furtive et localisée que gigantesque. Une démonstration spectaculaire de phénomènes physiques «non linéaires», pour lesquels 1+1 peut faire 10, par une sorte d’effet boule de neige. Mais de nombreux autres phénomènes peuvent expliquer la formation de ces impressionnants murs d’eau, et il est difficile d’évaluer le rôle du vent et du courant. Tout juste sait-on que les vagues scélérates semblent plus fréquentes dans des régions où les courants océaniques croisent la route de puissants systèmes de vagues, comme dans le courant des Aiguilles au large de l’Afrique de l’Est, où dans l’Atlantique Nord, quand le Gulf Stream rencontre les vagues venues de la mer du Labrador. Dans ces situations, les courants joueraient le rôle de lentilles, qui concentrent localement l’énergie des vagues. Mais il en existe d’autres situations où des vagues apparaissent en l’absence de courant.

 

Les scientifiques manquent cruellement de données fiables pour les confronter aux modèles qu’ils élaborent dont ils espèrent qu’ils pourront, un jour, prévoir les vagues scélérates. Or celles-ci sont rares et ne préviennent jamais! Le 4 février 1963, la Jeanne d’Arc, un croiseur de la marine nationale française, avait essuyé trois vagues gigantesques dans le Pacifique, de quinze à vingt mètres d’amplitude dans une mer qui culminait à sept-huit mètres. Etrangement, à quatre kilomètres de là, un autre navire qui l’accompagnait, le Victor Schoelcher, avait échappé à ces falaises liquides, ces trois «glorieuses», comme les baptisa Frédéric Moreau, le commandant en second de la Jeanne d’Arc, lorsqu’il consigna les faits par écrit: les vagues scélérates se propageaient à grande vitesse, environ 35 km/h, dans une direction différente – de 20 à 30 degrés – de celle de la houle. L’événement n’aura duré, au total, qu’une trentaine de secondes. Assez pour que Frédéric Moreau conclue ainsi sa note: «Il est certain que la manière la plus sûre d’éviter les événements de mer consiste à ne jamais quitter la terre ferme…»

(1) Ernest Shackleton, «L’Odyssée de l’Endurance», Ed. Phébus


 

Lire aussi:

Episode 1. Le mystère des pierres qui bougent toutes seules

Episode 2. Le rayon vert du soleil couchant

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