Vague scélérate

Les vagues scélérates sont des vagues océaniques très hautes, soudaines, qui sont considérées comme très rares, même si cette rareté n'est que relative. En effet, les observations ne concernent qu'une très faible partie d'entre elles, compte tenu de l'étendue des océans et de la rapidité avec laquelle les vagues se forment et se défont au sein des trains de vagues où elles se propagent.

Vague scélérate vue d’un navire marchand (1940, Golfe de Gascogne, ligne de sonde des 100 brasses).

Jusqu'au milieu du XXe siècle, l'existence des vagues scélérates était mise en doute, faute de mesures objectives, par la grande majorité des scientifiques spécialisés dans l'étude des vagues, malgré les nombreux témoignages rapportés par les marins au cours des siècles, et la rencontre de ces vagues par de gros navires modernes[1]. Ces vagues étaient alors rattachées, sans véritable examen, au folklore maritime[2]. Il a fallu attendre la mesure par une frégate météo britannique d'une vague de 20 mètres et l'analyse de cet événement par l'océanographe Laurence Draper[3] pour que les scientifiques révisent leur position et commencent à s'intéresser au sujet.

Historique

Les marins connaissent depuis des siècles ce que les chercheurs n'ont documenté que depuis la fin du XXe siècle[4].

Les chercheurs ont longtemps peiné à confirmer la réalité des témoignages de marins à propos de vagues monstrueuses. L'idée générale alors était que la hauteur des vagues variait suivant une distribution normale[4].

Cet état de fait a changé en 1995, lorsqu'une vague a frappé l'installation pétrolière Draupner en mer du Nord norvégienne. La plateforme était équipée d'un laser pointé vers le bas et a enregistré une vague de 26 mètres de haut au milieu d'une mer de vagues de 11,8 mètres. Cette preuve tangible a transformé le mythe maritime en réalité[4].

Il serait cependant caricatural d'affirmer que les océanographes n'ont pas cru les dires des marins avant 1995[5]. L'étude scientifique des vagues remonte en effet au XIXe siècle et s'est poursuivie tout au long du XXe siècle[5]. La difficulté à obtenir des données fiables a été le frein principal à l'étude du phénomène, bien plus qu'un refus des spécialistes du domaine[5].

Caractéristiques
La Grande Vague de Kanagawa.

Contrairement aux tsunamis qui sont des vagues de grande longueur d’onde et qui ne s’élèvent qu’à l’approche des côtes, les vagues scélérates font partie de trains d’ondes de l’état de la mer et ont à peu près la même longueur d’onde que leurs voisines, mais ont un profil beaucoup plus abrupt que celui des autres vagues. L’état de la mer étant irrégulier, des vagues de grande hauteur sont toujours possibles, mais plus elles sont hautes (par rapport à la hauteur des autres vagues), moins elles sont probables. On parle de vague scélérate pour des hauteurs du creux à la crête de plus de 2,1 fois la hauteur significative des vagues Hs[alpha 1],[alpha 2]. Les vagues scélérates se forment sans raison évidente. Elles sont souvent décrites comme des murs d’eau qui viennent heurter les navires, contrairement aux vagues « normales » qui montent en pente relativement douce, permettant aux navires de passer par-dessus. Des vagues scélérates ont été observées dans tous les océans du monde, qu’il y ait ou non des courants importants en surface.

Les vagues scélérates peuvent atteindre des hauteurs crête à creux de plus de 30 mètres et des pressions phénoménales. Ainsi, une vague normale de 3 mètres de haut exerce une pression de 6 tonnes par mètre carré. Une vague de tempête de 10 mètres de haut peut exercer une pression de 12 tonnes par mètre carré. Une vague scélérate de 30 mètres de haut peut exercer une pression allant jusqu’à 100 tonnes par mètre carré. Or, aucun navire n’est actuellement conçu pour résister à une telle pression[6].

Il existerait aussi un phénomène dit des « trois sœurs ». Il s’agirait de trois vagues scélérates successives, et donc d’autant plus dangereuses, car un bateau qui aurait eu le temps de réagir correctement aux deux premières vagues n’aurait que très difficilement la possibilité de se remettre dans une position favorable pour la troisième[7].

Théories explicatives

Il convient d’abord de distinguer les grandes vagues des vagues scélérates. Les plus grandes vagues observées sont généralement présentes dans un état de mer déjà fort, soit dans de fortes tempêtes, soit dans des zones de courants contraires, comme dans la zone du courant des Aiguilles[6], le long de la côte est de l’Afrique du Sud. Dans ce cas, il s’agit d’un simple phénomène de réfraction qui augmente la hauteur significative Hs, sans que nécessairement cela donne des vagues de hauteur H supérieure à 2,1 Hs.

Les observations indiquent que ce seuil de 2,1 Hs est atteint beaucoup plus souvent que ce que prévoit la théorie linéaire de la propagation des vagues. Pour des vagues en canal à houle, se propageant dans une seule dimension il peut y avoir 100 fois plus de vagues scélérates que ce que prévoit la théorie linéaire. La fréquence d’apparition des vagues scélérates est donc nécessairement liée au caractère non linéaire des vagues, connu depuis le XIXe siècle, mais avec des conséquences qui sont encore incomprises. Ainsi, dans un train de houle, la vague scélérate apparaît en empruntant l’énergie contenue dans ses voisines, avant de la leur rendre en disparaissant ou de la perdre en déferlant. On parle de modulation d’amplitude.

Ces vagues sont prévues comme solutions particulières d’équations non linéaires, telles que l’équation de l’onde de Boussinesq[8] ou l’équation de Korteweg et de Vries par exemple. Mathématiquement, elles correspondent au soliton, c’est-à-dire des vagues à forme singulière qui se propagent sans que leur forme ne change. Cette évolution non linéaire est bien vérifiée dans un canal à houle pour des vagues se propageant dans une seule direction[9]. Mais la complexité de telles équations rend difficile la résolution dans le cas à deux dimensions. Une version non linéaire de l'équation de Schrödinger a également inspiré les océanographes pour sortir du modèle mathématique linéaire[10],[11]. Ainsi, le comportement du soliton de Peregrine et des autres solutions rationnelles de cette équation constituent une piste intéressante[12],[13].

Dans le cas de propagation de vagues dans des directions différentes, il semblerait que certaines circonstances encore mal définies puissent provoquer non pas la diminution, mais l’accumulation des ondes de houle, provoquant une vague scélérate.

Détection

Le phénomène des vagues scélérates étant rare et extrêmes, les équipements de mesure sont rarement dimensionnés pour les détecter[14]. De plus un tel phénomène peut sur les enregistrements se confondre avec une erreur de mesure[14]. La mesure des vagues est, depuis les années 1990, faite avec des lasers, radars ou bouées, qui mesurent l’élévation de la surface en un point[15]. De telles mesures sur la plate-forme Draupner, en mer du Nord, ont fourni les premières preuves irréfutables de l’existence des vagues scélérates. Alors que la détection des vagues scélérates par satellite est encore hors de portée en 2009, plusieurs travaux utilisant des radars de navigation embarqués sur des navires essayent de reconstruire la forme de la surface à partir du fouillis de mer[16] pour, entre autres, détecter des vagues scélérates avant que le navire ne les rencontre. En 2012, la Direction générale de l'Armement et l'entreprise toulousaine Noveltis présentent un système d'alerte de vagues extrêmes (SAVAS) susceptible de prévoir sur sept jours les zones à risques de vagues scélérates. Il s'agit d'une modélisation de données météorologiques, physiques et statistiques, actualisée toutes les six heures ; le système a été testé par le patrouilleur L'Adroit au large de l'Afrique du Sud[17],[18].

Conséquences sur la structure des navires

La réalité des vagues scélérates est maintenant parfaitement démontrée et documentée, et peut avoir des conséquences sur la sécurité maritime et la conception des grands navires marchands, notamment les minéraliers et les vraquiers qui ne sont pas conçus pour résister à des impacts hauts au-dessus de la ligne de flottaison, et qui coulent en quelques minutes[alpha 3]

Si un tanker (ou tout bateau long) rencontre une telle vague de face (ou par l’arrière), cela pose deux problèmes :

  • La masse de l’eau en mouvement représente une énergie au moins double par rapport aux vagues habituelles, qui va percuter le bateau par sa proue (par exemple). Il n’est pas rare qu’une vague scélérate ait une hauteur au moins égale à celle du château.
  • L’effet cumulé de la hauteur exceptionnelle des vagues et de la longueur d’onde peut littéralement soulever le bateau par les deux extrémités. La partie centrale du bateau se retrouve alors dans le vide, ou tout au moins se retrouve moins portée par l’eau, et est donc soumise à des efforts mécaniques énormes (surtout si les soutes sont pleines) qui peuvent casser le bateau en deux[19].

Si la vague frappe le bateau par le côté, elle peut le faire chavirer[19].

Il est cependant à noter que les vagues scélérates sont à l'origine de quelques pourcents des naufrages[20]: une erreur humaine couplée à de mauvaises conditions météorologiques est une cause de naufrage bien plus probable que la survenue d'une vague exceptionnelle[20].

Observations et accidents notables

Entre 1973 et 1994, on estime que vingt-deux cargos ont coulé à la suite d'une rencontre avec des vagues scélérates[21]. Les chercheurs suspectent que les vagues scélérates ont fait plus de 500 victimes rien qu'au cours de la seconde moitié du 20e siècle[4]. Parmi les observations et accidents suspectés figurent :

XIXe siècle

XXe siècle
  •  : Le SS Kronprinz Wilhelm, paquebot allemand le plus moderne de son temps (vainqueur du Ruban Bleu) est endommagé lors de son voyage inaugural de Cherbourg à New York par une énorme vague. La vague a frappé le navire de front[24].
  • 1909 : Le SS Waratah quitta Durban, Afrique du Sud avec à son bord 211 passagers et membres d'équipage mais n'arriva jamais au port du Cap[25],[alpha 4].
  •  : le journal de bord et récit d’Ernest Shackleton de l’expédition Endurance qui revint de l’île de l'Éléphant à bord du James Caird, un canot de sauvetage, évoquent une vague scélérate[25].
  • Le navire militaire USS Ramapo (en) (1933) – a mesuré une vague de 34 m[26], évoquée par Rachel Carson en 1951 dans Cette mer qui nous entoure.
  • 1943 : au large du Groenland, le pont avant du RMS Queen Elizabeth est enfoncé de 15 cm et les vitres de la passerelle, situées à 27 m au-dessus de la ligne de flottaison enfoncées[réf. nécessaire].
  • 1963 : le croiseur Jeanne d'Arc, naviguant dans l'Océan Pacifique à environ quatre cents kilomètres des côtes japonaises, affronte un train de trois grosses vagues qui se caractérisent par une hauteur exceptionnelle (estimée par le commandant entre quinze et vingt mètres), une faible distance entre deux vagues (cent mètres environ), une direction différente (d'une vingtaine de degrés) du train de houle normal, une vitesse de propagation élevée (vingt nœuds) et une largeur très courte du phénomène, dont le front ne s'étendait que sur huit cents mètres environ (l'aviso Victor Schœlcher, naviguant deux milles plus loin, ne ressent rien du phénomène)[25],[7].
  • 1974 : la proue du cargo norvégien Wilstar est enfoncée par une vague.
  •  : le cargo allemand München, réputé insubmersible, disparaît dans l'Atlantique Nord. Un morceau de canot de sauvetage retrouvé peu de temps après montre une pièce métallique déformée d'avant en arrière par une force énorme[27].
  • 1980 : L'Esso Languedoc est balayé par une vague de 25 à 30 mètres. La vague qui a traversé le pont depuis l'arrière du supertanker français près de Durban, en Afrique du Sud, et a été photographiée par le second, Philippe Lijour[28].
  • 1985 : L'USCGC Polar Sea (WAGB-11), alors qu'il passe au large de Vancouver, subit un coup de vent violent au cours duquel il fit par deux fois l’expérience des "Trois Sœurs". Cet incident coûta la vie à un marin. Il finit par rejoindre son port de Seattle pour boucler le premier tour du sous-continent Nord-Américain[29].
  •  : la plate-forme pétrolière de Draupner, reçoit une vague de 25,6 m de haut alors que la hauteur significative n’atteignait que 10,8 m, mesurée en mer du Nord[30].
  •  : le Queen Elizabeth 2 affronte une vague de 30 m dans l’Atlantique Nord. Son commandant, le capitaine Warwick, vit arriver :« ...un mur d'eau solide de 30 mètres de haut ! J'ai eu le sentiment de faire route droit sur les falaises de Douvres »[31],[6].

XXIe siècle
  •  : le Bremen et le Caledonian Star reçoivent trois vagues de 30 m dans le Pacifique Sud[6].
  •  : le Norvegian Dawn rencontre une vague de 21 m au large de la Caroline du Sud.
  •  : le Pont-Aven rencontre une vague d’une hauteur d’environ 20 m au large d’Ouessant[20].
  •  : le MV Louis Majesty, au large de la Catalogne, subit trois vagues de grande hauteur (plus de 8 m) : les vitres du salon passagers explosent, il y a deux morts et un blessé grave[32].
  • : le Brigitte Bardot, un navire appartenant à la Sea Shepherd Conservation Society (SSCS) est très gravement endommagé par une vague scélérate alors qu'il poursuivait un baleinier japonais.
  •  : le Jean Nicoli de la Corsica Linea subit une vague scélérate faisant voler en éclats les sabords de la passerelle de navigation endommageant fortement tous les appareils de navigation, le contraignant à être dérouté sur le port de Toulon au lieu de Marseille. « L’entrée dans la rade s’est effectuée à l’ancienne, au moyen d’une communication par VHF entre la passerelle, la machine et la barre »[33].

Notes et références

Notes
  1. Certains auteurs utilisent un seuil à 2 fois au lieu de 2,1.
  2. Un autre critère de définition parfois employé est le fait que le mécanisme de formation d'une vague scélérate n'est pas le même que celui d'une vague classique (qui est dû au vent). Cependant c'est un critère qui n'est guère pertinent dans une optique de sûreté maritime.
  3. La houle normale exerce une pression de 1,5 t/m². La tempête exerce une pression de l'ordre de 6 t/m². Les vagues scélérates exercent sur la coque des bateaux une pression de 100 t/m². (Documentaire de la BBC, « Freak wave », série Horizon (première diffusion 14 novembre 2002). Diffusé en version française par Thalassa en 2010.)
  4. Le courant des Aiguilles à l'Est de l'Afrique du Sud a été étudié pour ses effets destructeurs sur la marine marchande.

Références
  1. Jean-Paul Guinard, Les vagues scélérates, juillet 2007
  2. Les vagues monstrueuses qui coulent des navires sont repérées par les satellites radar de l’ESA
  3. Freak Ocean Waves, Oceanus, Vol. X, No. 4, May 1964
  4. (en) Charlie Wood, « The Grand Unified Theory of Rogue Waves », sur Quanta Magazine (consulté le )
  5. Michel Olagnon (ill. Janette Kerr (en)), Anatomie curieuse des vagues scélérates, Versailles, Quæ, coll. « Carnets de sciences », , 176 p. (ISBN 978-2-7592-2967-3, présentation en ligne), X. Un élevage de serpents de mer, « La scélératesse ne date pas d'hier », p. 162-167.
  6. (en) Chris Hall, « Freak Waves », Beacon, no 185,‎ (lire en ligne [PDF]).
  7. Capitaine Frédéric-Moreau, « Évènement de mer du 4 février 1963 », sur http://www.ifremer.fr/, IFREMER, (consulté le ).
  8. Joseph Boussinesq, « Théorie de l'intumescence liquide, appelée onde solitaire ou de translation, se propageant dans un canal rectangulaire », Comptes rendus de l'Académie des sciences, vol. 72,‎ , p. 755–759 (lire en ligne)
  9. (en)On the extreme statistics of long-crested deep water waves: Theory and experiments, Mori, N., M. Onorato, P. A. E. M. Janssen, et al., 2007, J. Geophys. Res. 112 (C9): C09011.
  10. Documentaire de la BBC, « Freak wave », série Horizon (première diffusion 14 novembre 2002). Diffusé en version française par la télé française (Thalassa) en 2010.
  11. Michel Olagnon (ill. Janette Kerr (en)), Anatomie curieuse des vagues scélérates, Versailles, Quæ, coll. « Carnets de sciences », , 176 p. (ISBN 978-2-7592-2967-3, présentation en ligne), VIII. L'analyse statistique, « L'équation de Schrödinger », p. 124-126.
  12. (en) A. Chabchoub, N.P. Hoffmann et N. Akhmediev, « Rogue wave observation in a water wave tank », Phys. Rev. Lett.,‎ (DOI 10.1103/PhysRevLett.106.204502)
  13. (en) M. Onorato, D. Proment, G. Clauss et M. Clauss, « Rogue Waves: From Nonlinear Schrödinger Breather Solutions to Sea-Keeping Test », Plos One, vol. 8,‎ (DOI 10.1371/journal.pone.0054629)
  14. Michel Olagnon (ill. Janette Kerr (en)), Anatomie curieuse des vagues scélérates, Versailles, Quæ, coll. « Carnets de sciences », , 176 p. (ISBN 978-2-7592-2967-3, présentation en ligne), VI. Des mesures faciles à perdre !.
  15. (en) Haver S (5 aout 2003). Freak wave event at Draupner jacket January 1 1995. (PDF)
  16. (en)Sea Surface Elevation Maps Obtained with a Nautical X-Band Radar – Examples from WaMoS II Stations [PDF], Hessner, K., et K. Reichert, 2007: 10th International workshop on wave hindcasting and forecasting, North Shore, Oahu, Hawaii, 11-16 novembre 2007.
  17. Nicolas Vanel. Navigation : l'arme française contre les "vagues scélérates". Metro, 29 novembre 2012, p. 14.
  18. « Un calculateur pour prévoir les vagues scélérates », sur http://www.meretmarine.com, Mer et marine, (consulté le )
  19. Michel Olagnon (ill. Janette Kerr (en)), Anatomie curieuse des vagues scélérates, Versailles, Quæ, coll. « Carnets de sciences », , 176 p. (ISBN 978-2-7592-2967-3, présentation en ligne), V. L'effet fait la lame.
  20. Michel Olagnon (ill. Janette Kerr (en)), Anatomie curieuse des vagues scélérates, Versailles, Quæ, coll. « Carnets de sciences », , 176 p. (ISBN 978-2-7592-2967-3, présentation en ligne), IX. Gouverner sans prévoir, « La hiérarchie du danger », p. 139-142 et 148-151.
  21. Anne Debroise, Les vagues scélérates in Science et Vie no 1047, décembre 2004, p. 102-103
  22. (en) Hamish Haswell-Smith, The Scottish Islands : The Bestselling Guide to Every Scottish Island, Canongate, , 518 p. (ISBN 978-1-84767-277-3, lire en ligne)
  23. Peter May, Les disparus du phare, rouergue littérature, , 320 p. (ISBN 978-2-8126-1119-3, lire en ligne)
  24. (en) « KRONPRINZ WILHELM HAD A STORMY VOYAGE : New Liner Swept by a Huge Wave That Did Much Damage. Ran for Days at Half Speed, but in Clear Weather Proved Herself Fast -- Passengers and Officers Pleased. », The New York Times,‎ , p. 16 (lire en ligne)
  25. Michel Olagnon (ill. Janette Kerr (en)), Anatomie curieuse des vagues scélérates, Versailles, Quæ, coll. « Carnets de sciences », , 176 p. (ISBN 978-2-7592-2967-3, présentation en ligne), IV. Légendes et histoires vécues, p. 52-69.
  26. Rogue Giants at Sea, Broad, William J, New York Times, July 11, 2006
  27. Documentaire de la BBC "Freak wave" série Horizon (première diffusion 14 novembre 2002). Diffusé en version française par Thalassa en 2010.
  28. « Les vagues monstrueuses qui coulent des navires sont repérées par les satellites radar de l’ESA », sur www.esa.int (consulté le )
  29. Michel Olagnon (ill. Janette Kerr (en)), Anatomie curieuse des vagues scélérates, Versailles, Quæ, coll. « Carnets de sciences », , 176 p. (ISBN 978-2-7592-2967-3, présentation en ligne, lire en ligne), IV. Légendes et histoires vécues, « Les trois sœurs », p. 59-60.
  30. (en) Site de K. Dysthe et H. Krogstad, H. Socquet-Juglard et K. Trulsen, chercheurs norvégiens.
  31. Anne Debroise, Les vagues scélérates in Science et Vie no 1047, décembre 2004, p. 98
  32. « lci.tf1.fr/monde/europe/2010-0… »(Archive • Wikiwix • Archive.is • Google • Que faire ?).
  33. « Une vague scélérate endommage la passerelle du Jean Nicoli », lemarin.fr, 7 mars 2017.

Voir aussi

Cinématographie

Articles connexes

Bibliographie

 : Ouvrage utilisé comme référence principale dans cet article.

  • Anne Debroise, « Les vagues scélérates », Science et Vie, no 1047,‎ , p. 98–103 ;
  • (en) Hervé Socquet-Juglard, Spectral Evolution and probability distributions of surface ocean gravity waves and extreme waves, Institut de Mathématiques Appliquées, Université de Bergen, Norvège, 2005, 111 p. (thèse de doctorat) ;
  • (fr) Julien Touboul, Étude de l’interaction entre le vent et les vagues scélérates, Institut de recherche sur les phénomènes hors équilibre, Université d’Aix-Marseille, Marseille, 2007, 168 p. (thèse de doctorat de Systèmes Complexes) ;
  • (en) Efim Pelinovsky (dir.), Extreme ocean waves, Londres, Dordrecht, Springer, , 196 p. (ISBN 978-1-4020-8313-6) ;
  • Mathilde Fontez, « Vagues scélérates », Science et Vie, no 1089,‎ , p. 76–90 ;
  • (en) Christian Kharif, Efim Pelinovsky et Alexey Slunyaev, Rogue waves in the ocean, Berlin, Springer, , 216 p. (ISBN 978-3-540-88418-7) ;
  • Michel Olagnon (ill. Janette Kerr (en)), Anatomie curieuse des vagues scélérates, Versailles, Quæ, coll. « Carnets de sciences », , 176 p. (ISBN 978-2-7592-2967-3, présentation en ligne). .

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