2^ème partie : Théorie physique simplifiée et description de la dynamique des vagues

AULA (Association de Utilisateurs du lac d’Annecy)

c/o GIRALP 34 rue des Marquisats

74000 ANNECY

 

Contribution de la AULA à la Commission « MOTORISATION »

Collège des usagers. 26 janvier 2010.

2^ème partie

Théorie physique simplifiée et description de la dynamique des vagues

/ Jean Claude BUFFIN. Président de la AULA

Pour préciser ce dont on parle, j’ai essayé de me remémorer quelques notions de mécanique des fluides apprises il y a 45 ans dans une école d’ingénieur.

Pour en savoir plus, si besoin, cette commission pourrait auditionner un ingénieur de Navale !

Et lire la documentation qui a été rassemblée par M Oriboni, qui vous est jointe.

Pour ceux qui ne veulent pas parler « idiot » de vagues, je joins aussi quelques extraits d’une vieille encyclopédie. Et sur Internet il y a certainement des sites spécialisés…

En simplifiant quelques définitions:

• Quelle que soit sa taille, un navire crée un mouvement ondulatoire d’un train de 3 à 5 vagues.
• Une vague est une oscillation verticale qui se propage en surface, et qui ne déplace pas d’eau vers l’avant.
• Quand cette oscillation arrive à la berge, le fond remonte, et l’onde va progressivement s’élever, en même temps que la remontée du fond. Quand l’avant de cette onde devient un plan presque vertical, elle ne peut plus tenir en équilibre, et la crête bascule et tombe sur la face avant de l’onde, qui entraîne cette masse d’eau. A ce seul moment, il y a déplacement d’eau, en déferlante.
• La propagation horizontale d’un train de vagues a une vitesse plus ou moins grande suivant une longueur d’onde :
• L’amplitude d’oscillation (h) (hauteur de la vague entre le creux et la crête) ;
• La vitesse de propagation (v) de l’oscillation;
• La longueur d’onde (i) (intervalle entre 2 vagues) ;
• La forme de la vague (f);

dépendent de

• La masse d’eau déplacée par le navire, c’est en relation avec sa jauge ;
• Et de la vitesse de déplacement de cette masse d’eau par le navire,

avec d’autres facteurs :

• Forme de l’étrave du navire ;
• Forme longitudinale et transversale de la coque = la carène
• Nombre de pales de l’hélice et leur forme + Nombre de tours par minute…
• Pour simplifier, et par analogie avec les sons qui sont aussi un phénomène vibratoire, on pourrait parler de :
• Vagues « aiguës » (h= 15 à 20 cm ; l = 1 m)
• Vagues « faibles» (h= 20 cm ; l = 1,5 m)
• Vagues « moyennes» (h =20 à 30 cm) ; l = 2 m)
• Vagues « fortes» (h = 30 à 40 cm ; l = 2,5 m)
• Vagues « graves» (h = 40 à 60 cm ; l = 3 m)

Il peut aussi y avoir d’autres combinaisons et on voit parfois sur le lac des vagues « hautes » et « courtes » (h = 50 cm ; l = 1,5m)

• Paradoxalement, toute embarcation est capable de générer chacun de ces types de vagues.

Pour exemple, Monsieur le pêcheur, lorsqu’il se rend à son lieu de pêche, ou lorsqu’il rentre à midi de sa partie de pêche à la pleine vitesse de son Mercury de 15 ou 20 CV, avec ses 100 kg assis à l’arrière de sa barque fabrique une vague « moyenne », tout à fait comparable à celle d’un bateau de ski nautique qui tracte un mono-skieur entre 45 et 50 km/h, puisque le carénage de ce bateau est conçu pour que la hauteur de la vague diminue lorsque la vitesse augmente.

A contrario, quand ce bateau de ski nautique navigue entre 15 et 30 km/h, (étrave cabrée, coque non déjaugée), il fabrique une vague de 30 à 40 cm de haut de type « forte ».

• Autre exemple, une barge d’un club de plongée chargée d’une palanquée d’une 12 aine de plongeurs avec tout leur équipement qui navigue à 10-15 km/h, fabrique une vague « grave ».
• Autre exemple de la complexité de l’hydrodynamique navale : à même puissance du moteur, à même vitesse, un Hors bord et un In Bord, de même longueur ne font pas la même vague à chaque régime de vitesse…
• D’autre part chaque bateau de transport de passagers ou de location crée un train individuel de vagues dont la typicité peut s’exprimer par au moins 3 types successifs de la typologie ci-dessus.
• Toutes ces simples constatations sont faciles à observer pour quiconque a navigué au moins une fois sur un bateau à moteur. Est-ce le cas des participants à cette réunion ?

• Il faut aussi avoir observé que lorsque des vagues de même type, ou de types différents, se conjuguent ou se croisent, les ondes peuvent changer de caractéristiques, et être transformées en un autre système d’ondes aux propriétés bien différentes des vagues initiales : résonance, ou amplification, ou mouvements circulatoires, ou neutralisation réciproque…
• Les vagues de vent interviennent aussi dans toutes ces interférences.
• Tout cela répond à des lois de la mécanique des fluides et des phénomènes ondulatoires.

Tangage et roulis

• La sensibilité de l’assiette (équilibre) d’une embarcation qui reçoit un train de vagues est différente:
• Selon  sa taille et sa masse ;
• Selon qu’elle est immobile ou en mouvement ;
• Selon l’orientation de son axe par rapport à la direction du train de vagues
• Et bien évidemment selon la caractéristique du train de vagues, hauteur et longueur d’onde.
• On appelle Tangage le balancement d’un navire de l’Avant à l’Arrière, et de l’Arrière vers l’Avant, produit par l’agitation d’un plan d’eau.
• Et on appelle Roulis les oscillations successives et alternatives d’un navire tantôt sur bâbord (gauche en regardant la proue), tantôt sur tribord (droite).

Des moyens astucieux permettent de limiter l’effet de roulis subi par une embarcation :

• Rames posées sur l’eau à l’horizontale de chaque coté de l’embarcation ;
• Cônes en tissu immergés sur chaque bord de l’embarcation ;
• Pendant les quelques heures des quelques jours où la navigation est relativement « intensive », les pêcheurs peuvent se « réfugier » à l’intérieur de la bande de rive, où les vagues se seront un peu « étalées » selon la formule qui rappellera quelques souvenirs à quelques uns : x= a cos w t ! ! !
• Voir d’autres infos dans l’extrait de l’Encyclopédie.

PJ.

• Copie de 3 pages d’une ancienne Encyclopédie QUILLET datée MCMXLVIII (= 1948 ! ! !)
• Le théorème de Lamotte
• Hydrodynamique navale