Astronomie

Pourquoi les marées ne sont-elles hautes que les jours de pleine lune ?

Pourquoi les marées ne sont-elles hautes que les jours de pleine lune ?

Pour autant que je sache, les marées sont plus élevées un jour de pleine lune. Et cela est dû à "l'attraction gravitationnelle" de la lune.
Mais nous savons que la lune est visible à cause de la réflexion des rayons du soleil. Ainsi, même le jour d'une nouvelle lune, la lune est toujours là, mais elle n'est pas visible.
Alors, pourquoi cela n'affecte-t-il pas la gravité sur Terre ?

Merci d'avance.


Il existe deux principales causes gravitationnelles des marées : la Lune et, dans une moindre mesure, le Soleil.

À la pleine lune ou la lune est nouvelle, la Terre, la Lune et le Soleil sont à peu près alignés, et la marée lunaire se combine avec la marée solaire pour donner une "marée de printemps" qui a une portée plus large.

Lorsque la lune est au premier quartier ou au troisième quartier (c'est-à-dire une demi-lune), la marée solaire et la marée lunaire agissent l'une contre l'autre, et vous obtenez une "marée morte" avec une portée inférieure à une marée de printemps.

La taille de la marée un jour particulier à un endroit particulier est fortement affectée par la forme locale de la côte et du fond marin. Certains endroits n'ont qu'une marée par jour, ou des marées de différentes tailles, en raison de ces effets.

Notez que le nom "Marée de printemps" n'est pas de la saison. Vous obtenez les marées de printemps à chaque nouvelle et à chaque pleine lune. Il vient d'un ancien mot anglais signifiant « gonfler » La marée « gonfle » pendant la Nouvelle et la Pleine lune.

Vous n'avez donc pas raison de dire que les marées sont plus hautes le jour de la pleine lune. La gravité de la Nouvelle Lune crée des marées, et les marées à la Nouvelle Lune sont aussi grandes que les marées à la Pleine Lune et plus grandes que les marées à la demi-lune.


Curiosités de marée

Alors que la Terre tourne au cours de sa journée de 24 heures, la Lune progresse dans son voyage de 27,3 jours autour de la Terre. En 24 heures, la lune s'est suffisamment déplacée pour qu'il faille encore 50 minutes pour qu'un point spécifique de la Terre rattrape la lune.

Pourquoi les marées les plus hautes se produisent-elles lorsque la lune est nouvelle ou pleine ?

La lune apparaît nouvelle (sombre) lorsqu'elle est directement entre la Terre et le soleil (avec le soleil éclairant son derrière), et pleine lorsque la Terre est entre la lune et le soleil. Dans ces deux cas, l'attraction gravitationnelle du soleil sur Terre s'ajoute à l'attraction gravitationnelle de la lune sur Terre. L'attraction du soleil est presque deux fois moins forte que celle de la lune, donc en travaillant ensemble, les océans gonflent encore plus haut.

Dans la plupart des endroits, les marées les plus hautes se produisent généralement un jour ou deux après la nouvelle ou la pleine lune. C'est parce que les raz de marée subissent une certaine friction dans l'océan. Même si l'attraction gravitationnelle de la lune est la plus forte le jour de la nouvelle lune, il faut un jour ou deux à l'eau pour atteindre sa hauteur maximale.

Quelles sont les causes des marées mortes ?

Les marées mortes sont les marées les plus faibles, lorsque la marée haute n'est pas très haute du tout. Celles-ci se produisent lorsque la lune est dans son premier ou son dernier quartier (lorsque nous voyons la moitié de sa face) et que les forces gravitationnelles de la lune et du soleil agissent à un angle de 90 degrés, s'annulant ainsi presque l'une l'autre.

Pourquoi certains endroits n'ont-ils qu'une seule marée haute et une seule marée basse par jour ?

C'est là que la prédiction des marées devient plus compliquée. La Lune ne tourne pas autour de la Terre directement autour de l'équateur. D'une part, rappelez-vous que l'axe de rotation de la Terre est incliné d'environ 23,5 degrés par rapport au plan de son orbite autour du soleil. Cette inclinaison est ce qui cause les saisons. De plus, l'orbite de la lune autour de la Terre est inclinée d'environ 5 degrés par rapport au plan de l'orbite terrestre autour du soleil.

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Ainsi, le renflement de marée maximal sera généralement au-dessus ou au-dessous de l'équateur. Parfois, certains endroits sur Terre ne connaissent qu'un seul des deux renflements de marée par jour, produisant une seule marée haute.


Pourquoi les marées ne sont-elles hautes que les jours de pleine lune ? - Astronomie

Je suis enseignant. Récemment, j'ai suivi un cours. Il y avait une question sans réponse concernant la marée haute et la marée basse. Il semble y avoir beaucoup de faits déroutants dans divers livres. Ma question est qu'est-ce qui fait les marées basses et hautes? Pourquoi en est-il ainsi ?

Comme vous le comprenez sûrement, les marées sont causées par l'attraction gravitationnelle de la Lune. La plupart des gens n'ont aucun problème à comprendre pourquoi, lorsque la Lune est directement au-dessus de leur tête, il y a des marées hautes - mais ensuite ils demandent pourquoi il y a deux marées par jour ! C'est aussi une bonne question de se demander pourquoi il y a des marées basses.

La présence de la Lune déforme légèrement la forme de la Terre, et comme l'eau est que les océans se déplacent beaucoup plus facilement que la terre, nous voyons surtout cette déformation sous forme de marées dans l'océan (mais la terre bouge légèrement aussi) . La force de gravité varie inversement avec la distance de l'objet (c'est-à-dire qu'elle s'affaiblit à mesure que vous vous en éloignez), de sorte que la partie de la Terre la plus proche de la Lune est tirée vers elle légèrement plus que le centre, tandis que la partie la plus est un peu moins tiré vers lui. Cela signifie que la Terre devient (très légèrement) en forme d'œuf, et comme il n'y a qu'une quantité limitée d'eau pour faire le tour, cela provoque des marées hautes sur "l'avant et l'arrière" de la Terre (vu de la Lune) et des marées basses côtés.

Vous trouverez ci-dessous un joli diagramme illustrant cela et aussi pourquoi nous avons des marées de printemps (beaucoup plus extrêmes) et des marées de Neap (beaucoup moins extrêmes) à différents moments de l'année.

Cette page a été mise à jour le 18 juillet 2015.

A propos de l'auteur

Maîtres Karen

Karen a été étudiante diplômée à Cornell de 2000 à 2005. Elle a ensuite travaillé comme chercheuse dans le cadre d'enquêtes sur les décalages vers le rouge des galaxies à l'Université Harvard et fait maintenant partie de la faculté de l'Université de Portsmouth dans son pays d'origine, le Royaume-Uni. Dernièrement, ses recherches se sont concentrées sur l'utilisation de la morphologie des galaxies pour donner des indices sur leur formation et leur évolution. Elle est la scientifique de projet pour le projet Galaxy Zoo.


Pourquoi le soleil est-il plus brillant que la lune ?

Dans la mythologie tagalog, il y avait un être suprême nommé Bathala qui régnait sur le monde. Parmi ses enfants se trouvaient Mayari, la divinité lunaire féminine, et Apolaki, le dieu solaire. À la mort de leur père, les deux frères et sœurs se sont disputés pour savoir qui gouvernerait le monde. Apolaki voulait le gouverner par lui-même, mais Mayari le voulait également. Leur désaccord a conduit à la guerre divine. Dans la mythologie tagalog, tous les divins ont des yeux qui émettent des lumières. Dans la bataille entre Apolaki et Mayari, les combats ne se sont arrêtés que lorsque Apolaki a involontairement poignardé Mayari dans l'un de ses yeux. Il s'est excusé et a cédé au désir de son frère et de sa sœur de partager sa domination du monde. Apolaki régnait sur le monde le jour et Mayari le régnait le soir. Cependant, la lumière du soir (la Lune) est plus faible que la lumière du jour (le Soleil) car la déesse Mayari la Lune ne peut utiliser qu'un de ses yeux.


Marées terrestres

La rotation de la Terre et l'attraction gravitationnelle du soleil et de la lune créent des marées.

Sciences de la Terre, Astronomie, Océanographie, Géographie, Géographie physique

La rotation de la Terre et l'attraction gravitationnelle du soleil et de la lune créent des marées sur notre planète. Parce que le soleil est tellement plus gros que la lune (27 millions de fois plus massif), il a une attraction gravitationnelle beaucoup plus grande sur Terre. La masse extrême du soleil, et donc l'attraction gravitationnelle, est la raison pour laquelle la Terre (et les autres planètes et corps célestes du système solaire) sont en orbite autour de l'étoile.

Mais la dépendance de la force de marée sur la gravité peut être un peu trompeuse. Contrairement à la gravité, les forces de marée dépendent beaucoup plus de la distance que de la masse. Ainsi, la lune relativement petite exerce une force de marée beaucoup plus forte sur Terre que le soleil gargantuesque parce qu'elle est tellement plus proche et en moyenne, la lune est à 384 399,9 kilomètres (238 855 milles) de la Terre, tandis que le soleil est à 149,6 millions de kilomètres (92,92 millions de milles) .

Les océans de la Terre, d'autres plans d'eau et, dans une bien moindre mesure, la terre réagissent à la lune en se bombant et en plongeant lorsque la lune tourne autour de la Terre. Le soleil joue également un rôle dans la formation des marées, mais beaucoup plus petit. Les marées se déplacent autour de la Terre comme des renflements dans l'océan. Alors que l'océan se gonfle vers la lune, une marée haute est créée. La marée haute du côté de la Terre face à la Lune est appelée la marée haute. La marée haute causée par le renflement de l'autre côté de la Terre est appelée marée basse haute. (Une marée basse et haute peut être comprise comme la force de marée de la lune tirant le planète &mdashpas l'océan&mdashvers lui.)

notre planète, la troisième à partir du Soleil. La Terre est le seul endroit dans l'univers connu qui abrite la vie.


Pourquoi les marées durent-elles 6 heures si le soleil et la lune ont des cycles de 24 heures ?

Et pourquoi la Méditerranée est-elle plus haute en hiver ?

Question posée par FRANCESC AGUILAR I DOMENJÓ (Grau de Castelló). JOSEP L. PELEGRÍ réponses :

Les deux questions de nos lecteurs portent sur les marées marines, il semble donc judicieux d'y répondre ensemble. La première concerne ce que nous appelons la variation de périodicité diurne, c'est-à-dire la variation se produisant au cours d'une journée en fait, comme le dit le lecteur, le cycle des marées est plus court qu'une journée. Pourtant, pour comprendre les caractéristiques d'un tel cycle, nous l'appelons diurne. La seconde fait référence à une période de variabilité beaucoup plus longue, une période annuelle, que nous appelons saisonnière car elle est liée aux saisons. Les océans répondent à d'autres cycles de changement du niveau de l'eau, certains beaucoup plus courts, comme les vagues qui ont une périodicité de secondes, et d'autres beaucoup plus longs, comme la variation glaciaire-interglaciaire, avec une périodicité d'environ 100 000 ans au cours du dernier million années. Mais les deux cycles évoqués par le lecteur sont les plus significatifs dans les échelles de temps dans lesquelles les hommes observent la mer, d'où leur importance.

Les cycles de marée varient selon les lieux, bien que la périodicité la plus fréquente, notamment en Méditerranée occidentale, soit de 12,42 heures, cette marée est appelée marée lunaire semi-diurne. Une période de 12,42 heures signifie que le temps doit s'écouler pour que la même phase de la marée se répète, par exemple, si nous avons une marée basse, nous devons attendre 12,42 heures pour une autre marée basse. Ainsi, la période entre la marée basse et la marée haute est d'environ 6 heures. Il est cependant important de prendre en compte que le cycle complet prend un peu plus de 12 heures (12,42) au lieu de 6 heures.

Pourquoi trouve-t-on alors une marée dominante de 12.42 heures ? Cela est dû à ce que nous appelons la marée d'équilibre. Imaginons la Terre sans continents, recouverte d'un océan d'eau avec la même profondeur en chaque point. La force principale d'un tel océan est l'attraction gravitationnelle de la Terre, dirigée vers le centre de notre planète, mais il ressent également l'attraction gravitationnelle de la lune (il n'y aurait pas de marées sans lune ni étoiles). Cela dit, l'attraction de la lune n'est pas la seule force astronomique subie par la planète. Non seulement la Lune tourne autour de la Terre : en raison de la présence de la Lune, la Terre tourne également autour du centre de masse du système Terre-Lune, un centre de masse qui se trouve, en fait, à l'intérieur de notre planète. Le résultat de cette rotation est que l'océan recouvrant la Terre est soumis non seulement à l'attraction gravitationnelle de la Lune mais aussi à une force centrifuge. La somme de ces deux forces fait que l'océan adopte une forme elliptique, avec l'axe qui traverse les deux extrémités de l'ellipse pointant vers la lune : c'est ce qu'on appelle la marée d'équilibre (comme on peut le voir sur cette image).

Imaginons aussi un instant que la lune ne change pas de position (ou à peine) pendant 24 heures : la Terre effectue une rotation complète pendant cette période, donc une île de cet océan connaîtra deux marées hautes et deux marées basses, c'est-à-dire une marée avec une période de 12 heures (la situation est en fait un peu plus complexe car l'axe de rotation de la Terre n'est pas perpendiculaire au plan dans lequel se déplacent la Terre et la Lune, appelé écliptique, vous pouvez le voir dans cette image). La différence entre 12h42 et 12h00 vient du fait que pendant la rotation quotidienne de la Terre, la Lune change aussi légèrement de position (cela prend environ 30 jours pour un tour complet autour de la Terre).

La deuxième question est plus facile à répondre (et à visualiser !). La montée du niveau de l'eau diminue durant l'hiver pour deux raisons essentielles. D'abord parce que l'océan se refroidit – un phénomène connu sous le nom d'effet isostérique : l'eau plus froide devient plus dense, donc son volume diminue. Et d'autre part, lorsque la pression atmosphérique diminue, le niveau d'eau monte, le phénomène est connu sous le nom d'« effet baromètre inverse » : un changement de seulement 1 millibar représente un changement de 1 cm du niveau d'eau.

Josep L. Pelegrí. Chercheur au Département d'Océanographie Physique. Institut des sciences de la mer, CSIC, Barcelone.


Les marées

Nos premières considérations sur les marées considéreront un modèle simple dans lequel nous avons une Terre non rotative qui, sans les marées, serait recouverte d'une profondeur d'eau uniforme, qui n'exerce aucune traînée de friction. Nous ajouterons des complications comme la rotation et la topographie plus tard. C'est aussi un traitement qualitatif dans lequel rien des dessins est à l'échelle !


Les marées résultent de l'interaction gravitationnelle de la Terre avec le Soleil et la Lune. Celui de la Lune est supérieur à celui du Soleil. La plupart des gens savent qu'en syzygie (lorsque la gravité du Soleil et de la Lune agissent sur la même ligne) il y a Marées de printemps.

et en quadrature (lorsque la gravité du Soleil et de la Lune agissent perpendiculairement l'un à l'autre) il y a Marées mortes:

La Terre tourne sous l'eau une fois par jour, donc (dans ce modèle simple) il y a deux marées hautes par jour.
Notez également que la Lune orbite autour de la Terre sur une orbite elliptique, tout comme la Terre orbite autour du Soleil. Au périgée et au périhélie, l'attraction gravitationnelle de la Lune et du Soleil respectivement sera la plus grande, donc les marées résultantes seront plus élevées. Les marées de printemps les plus élevées se produiront lorsque la Terre est au périhélie ou près et que la Nouvelle ou la Pleine Lune est au périgée ou près.

Pourquoi y a-t-il deux marées par jour ?

C'est une question qui se pose régulièrement, et c'est une à laquelle beaucoup de réponses données sont fausses ou trop compliquées. Avant d'aborder cela, il est nécessaire de considérer brièvement cadres de référence. La plupart des explications données pour le renflement de marée du côté de la Terre éloigné de la Lune invoquent une force imaginaire appelée force centrifuge [1]. Il s'agit d'une construction mathématique qui nous permet de considérer un référentiel de rotation. Il n'est pas nécessaire que la force responsable de la montée des marées soit la force gravitationnelle. Si l'on considère un référentiel inertiel on peut se passer de la notion de force centrifuge et simplifier les choses en ne considérant que les forces réelles.

Imaginez la Lune à droite de votre écran d'ordinateur. Prenons une ligne passant par le centre de la Terre et 3 points sur cette ligne. D est le point de la surface de l'océan terrestre le plus éloigné de la Lune, N est le point de la surface de l'océan terrestre le plus proche de la Lune, C est le centre de la Terre. N est le plus proche de la Lune, donc subit la plus grande attraction gravitationnelle, D est le plus éloigné, donc il subit la moindre attraction, et C subit une attraction intermédiaire entre les deux :

En supposant une Terre rigide [2] recouverte d'un océan fluide, il y a un renflement en N parce que l'eau y est tirée plus que C et il y a un renflement en D parce qu'elle est moins tirée qu'en C. Si ce n'est pas le cas vous satisfaire, jouons avec les vecteurs. Les flèches sur le schéma ci-dessus sont des vecteurs de force. Si l'on soustrait le vecteur force en C de ceux en D et N, on a :

Ainsi, par rapport au centre de la Terre, les vecteurs de force en D et N sont opposés et approximativement égaux [3], d'où 2 marées.

Pourquoi la marée haute n'est-elle pas directement sous la Lune ?

Il y a deux éléments à la réponse à cette question :
A) Si nous simplifions notre modèle original en considérant le frottement entre le corps de la Terre et la gaine d'eau, nous voyons que la Terre essaie d'entraîner les masses de marée avec elle dans sa rotation quotidienne, et la Lune essaie de la retarder . Le résultat de ceci est que le renflement de marée "conduit" la Lune [4].

Ceci est encore compliqué par les positions relatives du Soleil et de la Lune (voir ci-dessous) qui entraînent des variations de la période de marée.

B) Si nous compliquons davantage notre modèle simple en introduisant une topographie réelle, nous constatons que cela change radicalement les choses. Les marées réelles sont également la conséquence d'oscillations dans les bassins océaniques, d'entonnoirs dans des cours d'eau étroits, de retards causés par les eaux peu profondes, etc. Les marées réelles ne peuvent pas être prédites à partir des principes mois, après quoi le Soleil et la Lune reviennent aux mêmes positions dans le ciel) avant que des prédictions raisonnablement fiables puissent être faites, mais même celles-ci seront affectées par des choses comme la pression barométrique.

Pourquoi les marées hautes alternées sont-elles plus hautes que celles intermédiaires ?

La réponse courte est que ce n'est pas nécessairement l'affaire. Quand cela arrive un fréquent mauvaise réponse qui est donné, c'est que la marée du côté de la Lune de la Terre est plus élevée, puis recourt à un argument fallacieux sur l'attraction gravitationnelle et les forces centrifuges.
le bonne réponse est que cela est dû au fait de l'inclinaison orbitale de 23,5° de l'axe de rotation de la Terre par rapport au plan de l'écliptique (alias le obliquité de l'écliptique). La position de la lune reste à moins de 5 degrés de l'écliptique. Les renflements de marée bruts résultants par rapport au niveau moyen de la mer ressemblent à ceci :

La première chose à noter est qu'à la latitude A, il n'y a qu'une seule marée haute par jour, car en A' l'eau en face du renflement en A est en fait au dessous de niveau moyen de la mer. C'est ce qu'on appelle un marée diurne.
À la latitude B, les renflements de marée sont à des hauteurs différentes au-dessus du niveau moyen de la mer, la marée étant plus élevée à un point où elle tourne sous B qu'elle ne l'est sous B'. C'est ce qu'on appelle un marée mixte.
À la latitude C, le renflement de marée est à la même hauteur au-dessus du niveau moyen de la mer à la fois en C et en C'. Les marées seront donc approximativement de la même hauteur. C'est un marée semi-diurne.

La différence de hauteur des marées alternées est appelée 'inégalité diurne' et dépend de la déclinaison de la Lune. Lorsque la Lune est au sud de l'équateur (céleste), les marées "côté lune" dans l'hémisphère N seront plus basses que l'autre marée, elles seront plus hautes lorsque la Lune est au N de l'équateur.

Pourquoi y a-t-il tant de variation dans la période des marées ?

Il y a plusieurs raisons à cela:

L'explication donnée ci-dessus sur la façon dont la marée « mène » la Lune est grossièrement simplifiée, en ce sens qu'elle ne tient pas compte du Soleil. Pendant les phases gibbeuses croissantes et décroissantes de la Lune, la géométrie est telle que le « plomb » est plus grand – c'est ce qu'on appelle amorçage des marées. Pendant les phases croissantes gibbeuses et décroissantes du croissant, le « plomb » est réduit – c'est ce qu'on appelle retard des marées.
En raison de l'ellipticité et de l'obliquité de l'orbite de la Lune, la période entre son passage au méridien (alias point culminant, transit) varie, faisant ainsi varier la longueur du jour de marée dont la moyenne est de 24h 50min.
Le mouvement de la Lune est (dé)raisonnablement compliqué. Non seulement il se déplace dans une ellipse dont le plan est incliné sur celui de l'écliptique, mais cette orbite est perturbée par le Soleil. L'effet changeant de la gravité du Soleil est appelé variation. Il faut y ajouter évection et inégalité annuelle. Évection est un changement dans l'excentricité de l'orbite. Inégalité annuelle est l'effet du fait que la Terre ne maintient pas une distance constante du Soleil en raison de son orbite elliptique. Ces perturbations affectent le signifie anomalie (l'angle d'un imaginaire signifie lune, se déplaçant à vitesse angulaire constante sur une orbite circulaire, à partir de son périgée, mesuré au centre du cercle) de la Lune jusqu'à environ 10°. le vraie anomalie (angle de la vraie Lune, orbite réelle, etc.) est fonction de l'anomalie moyenne et de l'excentricité.

[1] A ceux qui souhaitent insister sur le fait que nous devons considérer un référentiel tournant parce que nous vivons dans un, j'ai deux choses à dire :

  • Considérez les mots de Mike Humberston écrits dans le newsgroup uk.sci.astronomy :
    "C'est un peu comme une personne qui vit à l'intérieur d'une boîte et prétend que les limites de l'univers sont les bords de sa boîte. Ceux d'entre nous qui choisissent de vivre en dehors des cases peuvent voir qu'il a tort."
  • Obtenez vos informations sur les marées ici. Comme vous le verrez, les diagrammes de force deviennent plus compliqués dans un référentiel tournant.

[2] En fait, la Terre n'est pas rigide. Il a approximativement la même rigidité que l'acier doux et la croûte subit des marées de l'ordre de quelques centimètres d'amplitude. Nous ne les remarquons pas parce que nous n'avons pas de point de référence pour les expérimenter.

[3] La force en N est légèrement supérieure à la force en D, en raison de la relation cubique inverse entre la séparation et la force de marée. Cependant, c'est ne pas la cause de l'inégalité des marées. Il existe également une force de montée des marées relativement minuscule résultant de l'accélération centripète due au fait que la Lune et la Terre « orbitent » dans leur barycentre (qui se trouve à 1600 km de profondeur à l'intérieur de la Terre) avec une période d'un mois sidéral.

[4] Une conséquence de ceci est que la Lune « traîne » sur la Terre, ralentissant sa rotation et augmentant la durée du jour de 2 millisecondes par siècle. Le moment angulaire du système est conservé, le moment angulaire de la Lune augmente (ou, en d'autres termes, elle gagne de l'énergie de rotation de la Terre à mesure que la Terre ralentit) et, par conséquent, elle s'éloigne progressivement.


Si vous êtes allé au bord de la mer, vous avez peut-être remarqué que le niveau de l'eau change tout au long de la journée. Parfois l'eau est haute, et parfois l'eau est basse. Ce schéma d'élévation et de baisse du niveau de la mer est connu sous le nom de marées. Lorsque le niveau d'eau est élevé, nous l'appelons marée haute. Lorsque le niveau d'eau est bas, nous l'appelons marée basse. Entre la marée haute et la marée basse, les courants de marée déplacent l'eau vers ou loin du rivage. Les scientifiques ont un nom spécial pour la différence de niveau d'eau entre la marée haute et la marée basse. Ils l'appellent le amplitude des marées. Par exemple, si l'eau a une profondeur de 75 centimètres (cm) à marée haute et de 25 cm à marée basse, alors le marnage est de 50 cm (75 cm - 25 cm = 50 cm). La figure 1 ci-dessous montre la marée haute et la marée basse dans la baie de Fundy, qui est située entre les provinces canadiennes du Nouveau-Brunswick et de la Nouvelle-Écosse.


Figure 1. La baie de Fundy possède l'un des plus grands amplitudes de marée au monde. La photo de gauche montre la côte à marée haute. La photo de droite montre exactement le même endroit à marée basse. Le marnage est la différence de hauteur d'eau entre l'image de gauche (marée haute) et l'image de droite (marée basse). (Crédit image: utilisateur de Wikimedia Commons Samuel Wantman, 2013)

Les marées résultent d'un bras de fer gravitationnel entre la Terre, la Lune et le Soleil. La Lune force gravitationnelle est légèrement plus fort du côté de la Terre qui est plus proche de la Lune que du côté de la Terre qui est plus éloigné de la Lune. Cette petite différence dans la force de la force gravitationnelle de la Lune tire les océans de la Terre dans une forme elliptique. En conséquence, l'eau « s'accumule » dans les océans des deux côtés de la Terre, comme le montre la figure 2 ci-dessous. Les deux longues extrémités de la forme elliptique allongée sont appelées les renflement de marée. Les marées hautes se produisent à proximité de chaque extrémité du renflement de marée. Les marées basses se produisent entre les deux, là où l'océan est plus mince, en raison de l'accumulation d'eau au niveau du renflement de marée.


Figure 2. Sans la Lune, le contour de la Terre ressemblerait à un cercle si vous regardiez le pôle Nord. Mais parce que la Terre a une lune, les différences dans les forces gravitationnelles exercées par la Lune étirent les océans en une forme elliptique, créant un renflement de marée qui dépasse de l'endroit où se trouverait l'océan si la Terre n'avait pas de lune. Noter: Cette image n'est pas à l'échelle. En réalité, le renflement de marée est beaucoup plus petit que celui montré ici. La Lune est aussi beaucoup plus éloignée de la Terre.

Le renflement de marée pointe toujours près d'une ligne imaginaire reliant la Terre et la Lune. Au fur et à mesure que la Terre tourne, différentes parties de la Terre sont affectées par le renflement de marée. C'est ce qui fait que les marées montent et descendent. Dans de nombreux endroits, il y a deux marées hautes et deux marées basses chaque jour. Certains endroits ont deux marées hautes et deux marées basses, mais l'une des paires de marées hautes et de marées basses a une amplitude de marée plus petite que l'autre. Dans d'autres endroits, il n'y a qu'une marée haute et une marée basse chaque jour. Ces différences sont souvent contrôlées par la forme du fond marin et du littoral à un endroit particulier.

Le Soleil crée également un renflement de marée parce que la force gravitationnelle du Soleil est un peu plus forte du côté de la Terre qui lui fait face que du côté de la Terre qui lui fait face. Selon l'endroit où se trouve la Lune sur son orbite autour de la Terre, les renflements de marée faits par la Lune et le Soleil peuvent s'aligner dans la même direction ou s'annuler partiellement. Nous pouvons dire où se trouve la Lune sur son orbite grâce à la les phases de la lune. La Lune a quatre phases principales : nouveau, premier quartier, plein et troisième quartier. Comme le montre la figure 3 ci-dessous, les renflements de marée créés par le Soleil et la Lune s'alignent dans la même direction à la nouvelle lune et à la pleine lune, lorsque le Soleil, la Terre et la Lune forment une ligne. Cela crée un marée de vive eau. Les marées de printemps ont une amplitude de marée plus grande que la normale (marées hautes plus hautes et marées basses plus basses). Lorsque la Lune est au premier ou au troisième quartier, le Soleil, la Terre et la Lune forment un "L", et les renflements de marée de la Lune et du Soleil forment un signe plus (+). Cela crée un marée basse. Les marées mortes ont une amplitude de marée inférieure à la normale (plus bas marées hautes et plus haute marées basses).


Figure 3. (Haut) Les marées de printemps se produisent lorsque le Soleil, la Terre et la Lune forment une ligne, de sorte que le renflement de marée créé par le Soleil (en jaune clair) et le renflement de marée créé par la Lune (en bleu clair) s'alignent tous les deux avec l'un l'autre. Les marées de printemps ont une amplitude de marée plus grande que la normale. (En bas) Les marées mortes se produisent lorsque le Soleil, la Terre et la Lune forment un "L". Les marées mortes ont une amplitude de marée plus petite que la normale. Noter: Cette image n'est pas à l'échelle. La Lune et le Soleil sont beaucoup plus éloignés de la Terre que ce qui est montré ici. Le Soleil est aussi beaucoup plus gros.

Dans ce projet scientifique en astronomie, vous comparerez l'amplitude des marées à la pleine lune et au premier quartier de la lune pour voir à quel point les phases de la Lune affectent les marées dans les océans de la Terre.


Quelles sont les causes de la marée haute et de la marée basse ? Pourquoi y a-t-il deux marées chaque jour ?

Les marées ont causé beaucoup de problèmes récemment. Pendant les périodes de marée haute, les zones basses qui bordent l'océan sont désormais inondées bien plus souvent qu'auparavant. Entre 2000 et 2017, la fréquence moyenne des « inondations à marée haute » aux États-Unis a augmenté de 50 %. Les inondations de ce type bloquent les routes, endommagent les infrastructures et refoulent les égouts pluviaux.

Environ 40 pour cent de la population mondiale vit à moins de 100 kilomètres d'un littoral. Les récentes tendances des inondations doivent amener beaucoup de ces personnes à s'interroger sur la science des marées. Comment se produisent les marées ? Pourquoi certaines zones ont-elles des marées plus spectaculaires que d'autres ? Et pourquoi le niveau de la mer ne peut-il pas rester constant partout, tout le temps ? Aujourd'hui, nous allons examiner la physique et les particularités des marées de la planète Terre.

Pousser l'eau

Consultez le schéma ci-dessous. Sur la photo, vous remarquerez que notre planète est assise à l'intérieur d'une goutte d'eau de mer qui a la forme d'un ballon de rugby. Il y a une bosse dans l'océan de chaque côté de la planète. Observez qu'un renflement dépasse de la moitié du globe qui fait face à la lune tandis que l'autre est situé à l'extrémité opposée de la Terre.

Pourquoi ces renflements existent-ils ? En un mot, ils sont principalement causés par l'attraction gravitationnelle de la lune sur la Terre. Cette force peut avoir deux composantes distinctes. Il peut tirer la matière "verticalement", c'est-à-dire perpendiculairement à la surface de la Terre. Et il peut aussi tirer les choses "horizontalement" - c'est-à-dire: dans une direction parallèle à la face de notre planète.

Maintenant, la tache sur le globe qui se trouve juste sous la lune à un moment donné s'appelle le point sublunaire. Pendant ce temps, l'endroit de l'autre côté de notre planète qui est directement en face du point sublunaire est connu sous le nom de point antipodal. Ce n'est pas un hasard si les renflements océaniques sont les plus élevés juste au-dessus de ces deux endroits. Au point sublunaire et au point antipodal, l'attraction gravitationnelle de la lune manque d'une composante horizontale - quelque chose qui manque également aux deux coins du monde qui sont situés à 90 degrés de ces points.

Ces quatre zones sont uniques à cet égard, chaque autre endroit sur Terre subit une force horizontale qui pousse les molécules d'eau dans l'océan vers le point sublunaire (où la force gravitationnelle de la lune est la plus forte) ou le point antipodal (où l'attraction gravitationnelle de la lune est est à son plus faible). C'est pourquoi l'océan se gonfle au-dessus de ces deux zones.

Voici le soleil

Une fois toutes les 24 heures, la Terre effectue une rotation complète autour de son axe. Au cours de ce processus, n'importe quel endroit donné à la surface de la planète (comme, disons, Long Island ou l'Australie) traversera ces deux renflements océaniques. Ainsi, dans la plupart des régions, lorsque votre maison est directement sous un renflement, la marée locale devrait être haute. Mais au fur et à mesure qu'elle pénètre dans l'espace entre les renflements, la marée dans votre région devrait baisser. Ce n'est pas toujours le cas, comme vous l'apprendrez ensuite.

Pour l'instant, discutons d'un autre facteur qui influence nos marées. Le soleil exerce également une attraction gravitationnelle sur les océans, mais comme notre compagnon solaire est plus éloigné, ses effets sur les marées sont moins prononcés que ceux de la lune. Pourtant, la grosse boule de gaz et de plasma améliore sensiblement les renflements de marée sur une base régulière.

"Les marées sont [à leur] plus grande . quand le soleil et la lune s'alignent », déclare Duncan Agnew, géophysicien à l'Université de Californie à San Diego, dans un e-mail. Il note que cela se produit pendant deux phases lunaires distinctes : les pleines lunes et les nouvelles lunes. Les astronomes et les scientifiques de la Terre appellent ces marées de grande taille des marées de printemps. (Notez que le nom n'a rien à voir avec la saison du printemps en effet, les marées de printemps se produisent tout au long de l'année.)

Pendant les grandes marées, les "marées hautes" sont vraiment hautes et les marées "basses" sont anormalement basses. Les choses deviennent moins extrêmes lorsque le soleil et la lune sont à angle droit l'un par rapport à l'autre (par rapport à la Terre). Un tel arrangement produira une marée morte une période pendant laquelle la différence entre les marées hautes et basses est minime.

Quand les continents interfèrent

Préparez-vous : les choses sont sur le point de devenir encore plus complexes. La Terre est peut-être une « planète bleue », mais 29 % de la surface de notre monde est recouverte de terre. Les criques, les falaises et d'autres caractéristiques géographiques peuvent également interférer avec les marées, les intensifiant dans certains endroits et les affaiblissant dans d'autres.

La plupart des zones côtières reçoivent deux marées hautes par jour, avec une nouvelle toutes les 12 heures et 25 minutes. Pourtant, les exceptions à la règle ne sont pas difficiles à trouver. "Les marées océaniques sont un processus compliqué qui implique la force des marées agissant sur l'eau qui est, pour ainsi dire, également libre de se déplacer dans les bassins océaniques", explique Agnew. De nombreuses plages du golfe du Mexique ne reçoivent qu'une seule marée haute par jour, un sous-produit du débit d'eau restreint. Ailleurs, l'eau qui pénètre dans la baie de Fundy en forme de V en Nouvelle-Écosse est poussée vers le haut lorsqu'elle se déplace vers l'intérieur des terres. Il en résulte d'énormes disparités de hauteur entre les marées basses et hautes appelées marées de forage.

Les marées peuvent être utilisées comme source d'énergie renouvelable. La centrale marémotrice de la Rance en Bretagne, en France, utilise les marées de la Manche pour produire de l'électricité depuis 1966. Une installation plus grande de ce type a ensuite été construite en Corée du Sud.


Annexe Détail mathématique supplémentaire

Cette section donne un aperçu des mathématiques de la variation de la force de marée due à la Lune à différents endroits de la Terre..

Champs gravitationnels et forces de marée

le champ gravitationnel at a point is the gravitational force which acts on a one kg mass at that point. From Newton’s law of gravitation, the magnitude of the Moon’s gravitational field at a distance R from its centre is given by the following relationship.

  • F(R) is the Moon’s gravitational field at a distance R from the centre of the Moon. Comme F(R) is a vector quantity it has a direction as well as a magnitude. As gravity is an attractive force, the direction of F(R) is always towards the centre of the Moon.
  • |F(R)| indicates the magnitude or strength of the gravitational field F(R). The two ‘|’ s are mathematical notation for the size of a quantity.
  • Mm is the mass of the Moon, 7.346 x 10 24
  • G is a number known as the gravitational constant and is equal to 6.674 x 10 -11 m 3 kg -1 s -2 . G is always spelt with a capital letter and usually pronounced ‘Big G’ to avoid confusion with g (which is the strength of gravity at the Earth’s surface).

The units gravitational fields are measured in are Newtons per kilogramme.

The diagram below shows how the magnitude and direction of F(R) varies at a number of locations on the Earth.

The diagram shows a two-dimensional slice through the Earth-Moon system. The point marked with a purple dot is the centre of the Earth. Other locations on the Earth are marked with a black dot. At each location, the direction of the red arrow marks the direction of the Moon’s gravitational field and the length its magnitude.

The tidal force due to the Moon, at any given location on Earth , is the différence between the Moon’s gravitational field at that location and the gravitational field due to the Moon at the Earth’s centre. The diagram below shows the tidal force due to the Moon at various locations on the Earth.

Direction of the tidal force -The diagram shows a two-dimensional slice through the Earth-Moon system. At each location, the direction of the black arrow marks the direction of the tidal force due to the Moon’s gravitational field and the length its magnitude.

As you can see from the diagram the tidal force is at its strongest at the location on Earth closest to the Moon (B) where its direction is towards the Moon and also at the location on Earth farthest from the Moon() where its direction is directly away from the Moon. At some locations (e.g. UNE et C) the tidal force is directed inwards towards the centre of the Earth.

Working out the magnitude of the tidal force

If we take the point on the Earth’s surface closest to the Moon, then it is at a distance from the centre of the Moon of DEM – RE, where DEM is the distance between the centre of the Moon and the centre of the Earth and RE is the radius of the Earth.

The magnitude of the Moon’s gravitational field F1 at this point is

The tidal force T1 is given by subtracting the gravitational field due to the Moon at the Earth’s centre Fc, de F1. Because the magnitude of F1 is larger than Fc, T1 points in the direction of the Moon. The magnitude of T1 is given by:

Because the radius of the Earth (RE) , is significantly smaller than the Earth-Moon distance (DEM ) then DEM – RE ≈ DEM and RE 2 is small compared to 2REEM and can be neglected. Therefore, the equation simplifies to:

So, the tidal force varies as the inverse cube of the distance from the Moon.

Conversely, if we take the point on the Earth’s surface farthest away from the Moon, then its distance from the centre of the Moon is DEM + RE.

The strength of the Moon’s gravitational field F2 at this point is

The tidal force T2 is given by subtracting the gravitational field due to the Moon at the Earth’s centre Fc, de F2. Because the magnitude of F2 is smaller than Fc, T2 points away from the Moon. The magnitude of T2 is given by:

As with the previous case, because the radius of the Earth (RE) , is significantly smaller than the Earth-Moon distance (DEM ) then DEM + RE ≈ DEM and RE 2 is small compared to 2REEM and can be neglected. Once again, the equation simplifies to:

So, the magnitude of the tidal forces at the points closest to the Moon and farthest away are approximately equal but act in the opposite direction.

Some examples of tidal force at different Earth-Moon distances

If we put the value of the Moon’s mean distance from the Earth DEM, 384 400 km, into the equations then the tidal forces on a 1 kg mass at the two locations are as follows.

  • At the location closest to the Moon, the tidal force T1 has a magnitude of 1.13 x 10 -6 Newtons towards the Moon.
  • At the location farthest from the Moon, the tidal force T2 has a magnitude of 1.07 x 10 -6 Newtons away from the Moon.

Although the standard unit of force used by physicists is the Newton, the strengths of gravitational forces are often expressed in units of g. One g is the average acceleration due to gravity on the Earth’s surface and is equal to 9.81 Newtons per kilogramme. So, to convert from Newtons per kilogramme to g you need to divide by 9.81.