A1 Événements de surface extrêmes

Topique

Les phénomènes extrêmes de surface océanique sont les perturbations les plus énergétiques et les plus immédiates qui se produisent à l'interface entre l'océan et l'atmosphère. Cette catégorie comprend trois phénomènes distincts : les cyclones tropicaux, qui génèrent des vagues extrêmes et des ondes de tempête capables d'inonder les côtes ; les vagues scélérates, vagues solitaires d'amplitude anormalement élevée qui émergent de la mer même par houle modérée ; et les inondations côtières, qui surviennent lorsque la marée haute, l'onde de tempête et les vagues extrêmes coïncident – ​​une combinaison qui provoque une élévation soudaine du niveau de l'eau sur la côte, dépassant ainsi ce que chacun de ces trois facteurs produirait séparément.

L'onde de tempête est la montée du niveau de la mer le long de la côte causée par un cyclone tropical par deux mécanismes simultanés : la force du vent, qui pousse et accumule l'eau contre le rivage, et la dépression centrale du cyclone lui-même, qui provoque une élévation du niveau de la mer en raison de l'effet de baromètre inversé, selon lequel chaque diminution d'un hectopascal de la pression atmosphérique entraîne une élévation du niveau de la mer d'un centimètre. Cette même onde de tempête peut être amplifiée par résonance côtière, un phénomène connu sous le nom de résonance de Proudman. Ce phénomène se produit lorsque la vitesse d'avancée du cyclone coïncide avec la vitesse de propagation d'une onde de marée de grande longueur d'onde, une vitesse qui dépend de la profondeur de l'eau et de la gravité. Dans ce cas, la résonance de Proudman multiplie l'onde de tempête par un facteur de trois à cinq par rapport à ce que produirait le cyclone seul.

Contrairement aux ondes de tempête, les vagues scélérates ne dépendent pas de la présence d'un cyclone. La théorie des ondes les décrit comme des solutions de l'équation de Schrödinger non linéaire. Parmi ces solutions, les vagues de respiration – également appelées vagues de Peregrine – sont des vagues solitaires qui émergent d'une houle uniforme. C'est cette émergence très soudaine qui leur permet d'atteindre une amplitude jusqu'à trois fois supérieure à celle de la houle de fond avant de se dissiper. La formation de ces vagues scélérates s'explique par deux mécanismes qui peuvent agir de concert : la focalisation non linéaire, connue sous le nom d'instabilité de Benjamin-Feir, qui concentre l'énergie de plusieurs vagues voisines en une seule vague d'amplitude bien supérieure ; et la dispersion géométrique, qui se produit lorsque les fonds marins présentent une topographie sous-marine complexe. Cette complexité entraîne une dispersion géométrique de l'énergie des vagues, qui finit par se concentrer en certains points du littoral.

Ainsi, sur les côtes exposées directement à la trajectoire d'un cyclone tropical, la surcote peut atteindre une hauteur de un à dix mètres, et la distribution des hauteurs de vagues associées suit généralement des lois à queue lourde, telles que la loi de Weibull ou une loi de Rayleigh modifiée, ce qui rend les vagues les plus extrêmes plus fréquentes que ne le prédit une distribution ordinaire. C'est précisément lorsque la marée haute, la surcote et l'une de ces vagues extrêmes – qu'il s'agisse d'une vague scélérate ou simplement d'une composante de la houle de tempête – coïncident au même moment et sur la même côte que se produisent les inondations côtières, le troisième phénomène extrême de surface océanique qui a ouvert cette discussion.

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