Tout comme une note musicale est composée d'un fondamental et de plusieurs harmoniques, l'onde de marée peut être décomposée en une série d'harmoniques. Ces harmoniques ayant des périodes incommensurables entre elles, la marée est un signal non périodique. Elle ne se répète jamais à l'identique.

Nomenclature des harmoniques

L'harmonique principal est la composante lunaire semi-diurne, provoquée par la résultante de l'attraction gravitationnelle de la Lune sur la Terre et de la force centrifuge. Les harmoniques se regroupent par groupes selon qu'ils sont plutôt semi-diurnes, diurnes, bimensuels, mensuels etc. et aussi quart-diurnes, sixième-diurnes etc.

Les composantes portent un nom de code (M2 par exemple), le chiffre indique le groupe de la composante : 1 pour diurne, 2 pour semi-diurne, 3 pour tiers-diurne etc.

Spectre de la marée à Brest

La figure ci-dessous illustre l'amplitude des harmoniques à Brest. Les deux composantes principales sont les semi-diurnes lunaire (M2) et solaire (S2). Les autres bien que moins importantes contribuent à la complexité du signal de marée. D'ailleurs la prédiction de la marée utilise les 105 plus importantes composantes.

Les composantes tiers-, quart- etc. diurnes modulent l'amplitude de la marée au sein d'une journée, ce qui fait que la pleine-mer du matin peut être différente de la marée du soir. Ces composantes haute fréquences apparaissent près des côtes du fait des interactions des composantes entre elles.

Types de marée

Sur le pourtour de l'océan Atlantique et de la Manche la marée est essentiellement semi-diurne pourtant ce n'est pas le cas partout ailleurs dans le monde. Voici les marégrammes en 4 points du globe, ils représentent l'évolution du niveau de la mer pendant un mois.

Dans certaines régions la marée est beaucoup plus irrégulière qu'à Brest : entre une PM et une BM il peut y avoir une mini oscillation (comme à Seattle) ou bien elle peut être tantôt semi-diurne, tantôt diurne (comme à Victoria).

Le type de marée dépend en fait de l'importance relative des composantes diurnes par rapport aux composantes semi-diurnes selon le rapport :

c'est le rapport des amplitudes diurnes (solaire O1 et lunaire K1) sur les amplitudes semi-diurnes (solaire S2 et lunaire M2)

Les types de marées se répartissent ainsi dans le monde :

Certains harmoniques sont associés aux mouvements des astres tandis que d'autres apparaissent sans qu'apparemment rien ne les produise comme par exemple l'harmonique quart-diurne. D'où viennent-ils alors ?

Dans le jargon des physiciens ces harmoniques proviennent des interactions non-linéaires des composantes de marée entre elles. Cela signifie que lorsque l'amplitude de la marée devient suffisament importante, la marée réelle n'est plus la somme des composantes harmoniques mais quelque chose de plus compliqué. Dans la réalité cela se produit sur les plateaux continentaux là où la marée est amplifiée.

Une des conséquence de ces interactions est la création d'une résiduelle, c'est à dire d'une composante qui n'oscille plus du tout. Il s'agit donc d'un courant permanent créé par la marée.

Si le Soleil et la Lune créent un harmonique semi-diurne, comment sont créés tous les autres ? Certains sont associés aux variations des paramètres orbitaux et la plupart des autres sont dûs aux interactions nonlinéaires des ondes entre elles. Ces interactions se produisent principalement près du littoral où les courants de marée sont importants. Ainsi, l'interaction de l'onde M2 avec elle même crée l'onde M4 ainsi qu'une résiduelle constante. Cette résiduelle de marée participe de fait au courant moyen.

Résonnance

Dans certaines régions du globe la marée est particulièrement forte, c'est le cas dans la baie du Mont Saint-Michel (15 m d'unité de hauteur). Les marées les plus fortes se trouvent dans la baie de Fundy, située sur la frontière entre les Etats Unis et le Canada du côté Atlantique.

Ce phénomène d'amplification de la marée est dû à la forme particulière des côtes. L'onde de marée incidente rebondit au fond de ces baies et crée une onde réfléchie. Lorsque la baie a une certaine longueur l'onde incidente et l'onde réfléchie peuvent être en phase, doublant ainsi l'amplitude de la marée. Ce phénomène porte le nom de résonnance.