Étant situé sur le bord d’un lac et à proximité de l’océan, Soustons est un lieu privilégié pour observer des vagues de toutes tailles.

L’apparition de vagues à la surface de l’eau est un phénomène très commun: une simple perturbation de la surface se propage dans toutes les directions sous la forme d’ondes. C’est le poids de l’eau qui crée ce mouvement, une fois qu’il a démarré. L’eau située au-dessus du niveau moyen retombe alors que celle située au-dessous remonte.

Une première illustration de la création de vagues est faite à l’aide d’un rétroprojecteur sur lequel un récipient contenant de l’eau est posé. Les participants créent des vagues par différents moyens qu’ils proposent (souffler, jeter de graines, gouttes d’eau qui tombent, toucher, …). On observe que les ondes partent dans toutes les directions : des vagues circulaires s’éloignent du point d’impact. Ces ondes sont rapides et il est difficile de les étudier à l’aide de notre petit récipient. Des flotteurs, disposés dans le bac, ne se déplacent que de bas en haut au passage des vagues ; ils ne les suivent pas. Les ondes se déplacent à la surface de l’eau, mais pas l’eau elle-même. On remarque aussi que les ondes se réfléchissent sur les parois de la cuve.

Le vent est la principale source des vagues sur l’océan. La belle houle qui arrive à Soustons-plage a parcouru des centaines, voire des milliers, de kilomètres depuis sa création par le vent soufflant sur de vastes surfaces de l’océan Atlantique (il n’y a pas de telle houle sur les côtes Normandes ou Méditerranéennes). Un petit exercice va nous permettre d’illustrer comment le vent peut soulever l’eau et créer des vagues. Le même phénomène physique permet d’expliquer la dangerosité des baïnes et le fait que les avions puissent voler.

La vitesse de propagation des vagues dépend de leur espacement (longueur d’onde) et de la profondeur de l’eau. On va décrire ici les deux cas limites pour lesquels cette vitesse n’est fonction que d’un seul de ces paramètres.

Lorsque la longueur d’onde est faible devant la profondeur, la vitesse de propagation est d’autant plus grande que la longueur d’onde est élevée. Ce régime peut être observé au bord du lac, par temps calme, en lançant un caillou. On note que les cercles s’éloignent d’autant plus vite qu’ils sont plus séparés les uns des autres.

Dans l’autre situation, où la longueur d’onde est grande devant la profondeur, la vitesse dépend principalement de la profondeur : plus celle-ci est faible et plus la vitesse est réduite. Nous avons construit un dispositif permettant d’illustrer ce comportement et de mesurer la vitesse, pour une profondeur donnée. Ce régime est celui que l’on rencontre pour les vagues arrivant auprès des côtes ainsi que pour les tsunamis.

On invite également les participants à observer le sillage qui suit le déplacement des oiseaux sur le lac. L’angle formé par les deux directions du sillage est constant et vaut 40° environ. Il est le même si on remplace le petit canard par une barque, voire un porte-conteneurs. Ce phénomène permet d’évoquer de nouveaux phénomènes comme les ondes de choc et la dispersion.

Un description détaillée de cet atelier est fournie dans le document joint. Les images des affiches qui résument les points développés ici sont également en pièces jointes.

Enfin, deux posters, illustrent comment les électrons ou protons sont portés à de très hautes énergies, dans les accélérateurs de particules, en « surfant » sur des vagues électromagnétiques.

Contact : patrick.roudeau@ijclab.in2p3.fr