METOCEAN

Les Vagues Scélérates

Michel Olagnon

Les << vagues scélérates >>, d'une amplitude et d'une sévérité inattendues par rapport aux conditions de mer lorsqu'elles surviennent, sont responsables de nombreux accidents de mer. En anglais, on les appelle << freak waves >> ou << rogue waves >>. On s'efforce d'en présenter ici la nature et les caractéristiques.

Définition
Quelques observations
Des hypothèses sur leur formation
Les perspectives d'alerte et de prévision
D'autres vagues redoutables : tsunamis, mascarets, etc.
Liens vers d'autres sites

Ces pages utilisent des éléments issus de la revue Mariners Weather Log, en particulier la livraison de l'automne 1993 dont nombre d'illustrations sont tirées, ainsi que des informations et des documents fournis par des chercheurs, des ingénieurs, et des professeurs d'écoles maritimes que nous ne pouvons tous citer ici, mais dont la contribution est essentielle.

 
 

Définition

Les récits de Dumont d'Urville au XIXe siècle, affirmant avoir rencontré des vagues monstrueuses dans l'hémisphère sud, le firent passer pour un galéjeur fini. On peut pourtant douter qu'il ait été le premier à survivre pour raconter ce type de phénomène qui existe depuis toujours.

La vague scélérate, c'est celle qui est totalement démesurée par rapport à ce qu'on peut attendre dans les conditions de mer qui règnent lorsqu'elle survient. On peut la caractériser par sa hauteur << crête-creux >>, supérieure à deux fois la hauteur significative de l'état de mer ou par l'élévation atteinte par la crête au dessus du niveau moyen, supérieure à 1.1 à 1.25 fois la hauteur significative crête-creux.

On notera que dans la pratique, on n'a qu'exceptionnellement les moyens de mesurer une vague scélérate pour valider sa nature, et que ce sont malheureusement alors les dégats qu'elle cause qui aboutissent à sa classification.

Ces dégats peuvent être liés non seulement à la hauteur de la vague, mais aussi à sa cambrure  on conçoit bien que la rapidité avec laquelle on passe du creux à la crête fera la distinction entre un véritable mur d'eau ou une douce colline, aussi élevée cette dernière soit-elle.

On distingue généralement les vagues scélérates propement dites des autres vagues anormales dont l'origine n'est pas, elle, liée à l'effet du vent sur la surface de la mer : raz de marée (tsunamis), mascarets, etc., dont on trouve plus loin la description.

 

Quelques observations

Un certain scepticisme subsiste souvent quant à l'existence des vagues scélérates, qui peuvent aussi apparaître comme une trop bonne excuse pour dissimuler des causes moins avouables de naufrages, telles que l'impréparation, les erreurs humaines ou le défaut d'entretien des navires.

Les cas avérés de vagues scélérates sont hélas suffisamment nombreux pour balayer ce scepticisme. Nous en reprenons ci-après quelques uns :

 

La vague du Nouvel An

Le 1er Janvier 95, au cours d'une tempête relativement anodine où les hauteurs crête-creux étaient estimées à 10-12 mètres, une vague s'éleva soudain à plus de 18 mètres au dessus du niveau moyen et endommagea du matériel entreposé sur un pont inférieur ouvert de la plate-forme pétrolière << Draupner >>, en mer du Nord, appartenant à Statoil. La hauteur crête-creux de cette vague peut être évaluée à 31 mètres, soit à peu de choses près le maximum pour lequel la structure avait été conçue et elle a résisté, mais nul n'imaginait qu'une telle vague extrême puisse se produire pour des hauteurs significatives à moins de 16-17 mètres.

L'annonce d'une tempête exceptionnelle avec des hauteurs de vagues à ce dernier niveau aurait sans doute conduit à prendre des précautions vis-à-vis du matériel qui fut endommagé. C'est bien là le danger des vagues scélérates : même si leur sévérité n'excède pas le maximum prévisible, elles surviennent à un moment où on ne s'en croit pas menacé.

 

Le porte-avions bousculé

Un hiver, au nord-est du cap Hatteras (Caroline du Nord), le porte-avions américain USS Valley Forge fut pris par une vague scélérate alors qu'il entreprenait de mettre le cap au nord-est. La vague, sans doute déjà exceptionnelle en elle-même, était encore amplifiée par un courant contraire jusqu'à près de quatre fois la hauteur des vagues environnantes. Des tonnes d'eau s'abattirent sur le pont d'envol dont une part sur l'avant babord fut alors découpée comme par un gigantesque couteau à fromage. Les quartiers des aspirants du groupe aérien restèrent suspendus dans une position précaire, ils étaient heureusement inoccupés au moment de l'incident.

On peut supposer sans trop s'avancer que le changement de route n'aurait pas été amorcé à ce moment précis si l'arrivée d'une vague d'une telle ampleur avait pu être prédite.

 

La vague qui monta jusqu'au ciel

Alors qu'il navigait comme second sur un minéralier bien construit et bien entretenu de 156 000 tonnes de Monrovia à Birkenhead, le capitaine T. Wilson Cameron, remarquant que la route était tracée, du Portugal au Golfe de Gascogne, au voisinage de la ligne de sonde des cent brasses (isobathe à environ 180 m de profondeur) fit part à son commandant des avertissements qu'il avait lui-même reçus quelques années plus tôt de son second lieutenant espagnol alors qu'il commandait un petit caboteur pour une traversée hivernale du golfe de Gascogne : " Dans ces parages, les vagues dangereuses sont particulièrement fréquentes, mon père et mon grand-père m'en ont souvent averti ". Le commandant ayant estimé qu'on ne pouvait se fier au folklore colporté par des lieutenants en second, le navire se trouva quelques nuits plus tard à tailler sa route au nord-ouest de l'Espagne dans les eaux en question, par vent de force 6-7 et recevant occasionnellement quelques paquets de mer : des conditions tout à fait tenables qui n'inquiétaient en rien l'équipage. Le ciel était peu nuageux, et la lune pleine dans l'ouest.

A 5 heures 20, la lune se voila et il fit soudain sombre comme dans un four. T.W. Cameron se tourna vers babord pour voir quelle sorte de nuage pouvait bien masquer aussi totalement la lune. A sa stupéfaction horrifiée, ce n'était pas un nuage, mais une vague immense arrivant par le travers. Elle s'étendait loin au nord et au sud, sans déferlement ni traînée d'écume d'aucune sorte. Elle avait un front quasi-vertical, et à moins d'une centaine de mètres du navire, elle commença à déferler. Heureusement, un coup de gîte atténua l'impact.

Aucune voie d'eau ne se déclara, mais certains dégats n'en furent pas moins surprenants. Le pont du château avant était descendu de 8 centimètres, et les membrures qui le soutenaient, des fers de 35 centimètres, fissurées de part en part. Les projecteurs boulonnés au dessus de la passerelle, à 15 mètres de la flottaison, avaient été emportés avec leurs supports. Malgré leurs lourds capots de laiton, les verres des compas et des répéteurs de gyro du poste de vigie, à 21 mètres de la flottaison, étaient fêlés.

Par curiosité, T.W. Cameron calcula plus tard l'élévation angulaire de la lune au moment de la vague : 17o42". Pour lui, la vague présentait les caractéristiques d'un tsunami : approche rapide, absence de déferlement et de traînées d'écume, direction d'approche différente des autres vagues. On peut toutefois se poser la question de la réalité d'un tremblement de terre sous-marin qui l'aurait générée, car ces caractéristiques se retrouvent dans beaucoup d'observations, toutes par forte brise ou pire, corrélation difficile à attribuer au seul hasard.

 

Comme si nous avions fait route droit sur les falaises de Douvres

Les paquebots de la Cunard semblent attirer tout particulièrement les vagues scélérates. En 1942, le Queen Mary, avec 15 000 soldats américains à son bord, fut tout prêt de chavirer en rencontrant des vagues exceptionnellement cambrées dans l'Atlantique à l'approche des côtes européennes.

En 1943, le Queen Elizabeth s'enfonça dans le creux précédant une vague géante au large du Groenland. La vague s'écrasa sur le navire, et fut suivie d'une seconde. Les impacts mirent en pièces les vitres de la passerelle, à 27 mètres au dessus de la flottaison, et le pont avant fut enfoncé de 15 centimètres.

En 1995, le Queen Elizabeth II suivit les traces de ses aînés : au large de Terre-Neuve, le commandant vit arriver sur lui un " mur d'eau solide ", blanc d'écume, dont il estima la hauteur à 30 mètres. Le navire fut là-aussi endommagé, mais put regagner le port sans encombre. La meilleure comparaison que le commandant put trouver pour faire part de son expérience fut qu'il avait eu le sentiment " de faire route droit sur les falaises de Douvres ".

 

 

Des hypothèses sur leur formation

Il existe des vagues << vagues scélérates >> dont les origines sont expliquées, comme les raz de marée (tsunamis) qui sont habituellement dus à des glissements de terrain sous-marins, ou compréhensibles, comme les << rouleaux du Cap >> que crée la houle des quarantièmes qui se heurte au courant des Aiguilles qui descend le long de la côte orientale de l'Afrique. Des vagues qui ne peuvent manifestement pas se classer dans ces catégories se présentent cependant avec une fréquence qui dépasse ce que prédisent les théories classiques à conditions moyennes données. Une vague comme celle du Jour de l'an 95 à Draupner a une probabilité théorique d'occurrence de l'ordre de 3 pour dix mille en année pleine. Toutefois, l'examen des accidents survenus aux plates-formes pétrolières dans le monde montre que la probabilité effective serait supérieure à un pour cent, c'est à dire qu'un opérateur qui posséderait cent plates-formes pourrait en observer une par an en moyenne

Les vagues sont créées par la friction du vent à la surface de la mer. Elles peuvent ensuite se propager pendant quatre à cinq jours, d'un continent à l'autre, avant de rencontrer une côte ou de s'atténuer suffisamment pour disparaître. Les vagues qui proviennent d'une autre région -- la houle -- peuvent aussi se combiner avec des vagues générées par le vent local. L'état de mer ainsi constitué est supposé avoir une répartition assez uniforme de son énergie dans le temps et dans l'espace. Les vagues scélérates sont dangereuses parce qu'elles surviennent au sein d'un état de mer plutôt modéré et qu'elles concentrent en elles une proportion inattendue de l'énergie qui aurait du se trouver dispersée, débordant ainsi les précautions et les dimensionnements qu'on avait réalisés sur la foi de cette modération apparente.

L'analyse des observations se heurte à leur rareté, et au manque de fiabilité des instruments de mesure en conditions extrêmes. Toutefois, notre équipe et les laboratoires français et étrangers avec lesquels elle collabore ont pu récemment émettre quelques hypothèses.

 

L'empilement par focalisation des fréquences

Les vagues se propagent d'autant plus vite que leur longueur d'onde est grande, et la longueur d'onde varie généralement comme la hauteur.

Les vagues scélérates se produisent plus fréquemment dans les forts états de mer, où les vagues sont déjà inhabituellement cambrées. Il s'agirait par conséquent de vagues << jeunes >>, générées dans un état de mer en croissance ou proche de son paroxysme. Cela pourrait valider leur explication par la création de vagues de plus en plus fortes, se propageant donc plus vite, et rattrapant celles générées plus tôt dans la tempête pour << s'empiler >> à un moment donné.

 

L'arrêt de la dissipation par turbulence

De telles vagues sont liées à l'existence de vents particulièrement violents, mais pourraient survenir au moment d'accalmies. L'interprétation serait alors que le déferlement induit par le vent limitait l'élévation des vagues en dissipant l'énergie, et que sa chute soudaine fait disparaître ce frein et laisse enfler démesurément certaines vagues.

 

Le verrouillage en forme de tsunami

La plupart de ces vagues sont très unidirectionnelles, confortant les récits qui parlent d'un mur d'eau s'étendant à perte de vue de chaque côté. Dans certains cas, on pourrait ainsi imaginer qu'elles surgissent du centre de la dépression comme des raz de marée. Plus précisément, la conjugaison de différents trains de vagues prendrait, à un moment donné, une forme proche de celle de l'onde solitaire, et se propagerait ensuite presque comme telle, au lieu que chaque composante vive sa propre vie et qu'elles se re-séparent donc.

 

 

Les perspectives d'alerte et de prévision

Si elle suit les théories classiques de la propagation des ondes et de la génération des vagues par le vent, une vague scélérate ne mérite ce qualificatif que sur une distance de l'ordre du kilomètre et pendant une durée de l'ordre de la minute. Même si la vague s'écarte des mécanismes classiques, on conçoit aisément qu'il serait illusoire de penser avertir de l'apparition d'une vague précise.

Les efforts portent donc plutôt sur l'identification de particularités des conditions de mer qui favoriseraient l'apparition de vagues scélérates. La question est abordée sous deux angles différents et complémentaires : l'investigation quasi-policière autour des observations avérées de vagues extrêmes, examen des situations météorologiques, du vent et d'autres paramètres qui auraient pu être mesurés ; et l'étude de mécanismes supposés capables de présider à leur génération.

Des essais de systèmes d'alerte ont été réalisés en mer du Nord par le passé, sans vraiment convaincre. Le regain d'intérêt récent pour le sujet auprès de laboratoires de recherche dans de nombreux pays, la mise en commun accrue des résultats, et le lancement de projets au niveau européen avec une forte implication des météos nationales, laissent maintenant espérer des progrès significatifs à brève échéance.

 

 

D'autres vagues redoutables

Ce qui rend les vagues scélérates redoutables, c'est l'effet de surprise. Les tsunamis (raz de marée) et les mascarets peuvent encore de nos jours prendre les populations au dépourvu, mais en théorie, on peut en prévoir le risque avec un certain délai, même s'il s'agit parfois d'une question de minutes. Les mécanismes générateurs en sont parfaitement compris, et on ne peut donc les classer dans la même catégorie que les autres vagues scélérates.

 

Tsunamis

Les raz de marée ont une origine sismique, le plus souvent un glissement de terrain sous-marin. L'ébranlement concerne alors toute la tranche d'eau, tandis que pour les vagues générées par le vent, les mouvements de la masse d'eau décroissent rapidement avec l'immersion. Il se propage alors comme une onde solitaire de longueur d'onde infinie, c'est à dire que la vague semble se déplacer d'un bloc, et à une vitesse donnée par la formule racine(gd) en fonction de la gravité et de la profondeur, ce qui donne 200 m/s, soit 720 km/h pour une plaine abyssale de 4000 m. Bien qu'on l'appelle onde solitaire, le phénomène est généralement constitué d'une succession de vagues. A Hilo, sur la Grande-Ile de Hawaii, plus de la moitié des victimes du tsunami du premier Avril 1946 furent des personnes qui se précipitèrent pour porter secours après la première vague, et furent noyées par les suivantes.

 

Au large, l'amplitude du raz de marée se mesure en centimètres, il n'est pas ressenti. Mais quand les fonds remontent, l'énergie se retrouve à devoir passer au travers d'une section de plus en plus faible, et le frottement sur le fond fait un << croche-pied >> à la vague. Celle-ci enfle donc, se cambre et peut même déferler.

Du fait de leur génération par des phénomènes sismiques, les raz de marée font l'objet dans les zones à risques comme le bassin du Pacifique de réseaux d'alerte spécialisés. Malheureusement, les populations ne disposent pas toujours des moyens de recevoir à temps les bulletins d'alerte, à la fois pour des raisons d'équipement de communication et parce que certains séismes sont proches des côtes, comme ce fut le cas le 17 Juillet 1998 en Papouasie Nouvelle-Guinée où le raz de marée fit plus de 2000 morts.

 

Mascarets

Dans certaines embouchures de fleuves, l'onde de marée, ralentie par la faible profondeur, voit ses composantes s'empiler, et peut être amenée à se transformer en une vague visible et à déferler. Beaucoup de grands estuaires ont ou avaient leurs mascarets avant que des travaux d'aménagement ne les fassent disparaître, en particulier la Seine, la Gironde, la Severn, l'Amazone, la Quiantang, etc. Il existe même une association des surfeurs qui se passionnent pour la chevauchée de ces vagues particulières.

Le mascaret est parfaitement prévisible, mais son amplitude peut être affectée par différents facteurs : surcote de marée due au vent, période d'étiage prononcé, et, bien entendu, coefficient de marée. Il arrive toutefois que les précautions prises pour s'en protéger se révèlent insuffisantes, comme en Septembre 2000 sur la Quiantang. On rapporte également que c'est en s'exposant imprudemment au mascaret de la Seine que périt Léopoldine, la fille de Victor Hugo.

 

 

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Mise à jour 01/02/2001
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