Marée terrestre

déformation de la surface terrestre due à l'attraction lunaire et solaire

La marée terrestre est l'expression de la force de marée sur la Terre solide (en) (par opposition à la marée océanique qui s'effectue sur une partie de l'hydrosphère). Elle est due comme pour les marées océaniques, aux forces de gravitation de la Lune et du Soleil[1]. L'amplitude de la marée terrestre, mesurée par satellite, peut dépasser le mètre[2].

La marée terrestre se définit comme une marée solide, attribut qui peut par ailleurs se rapporter à tout autre corps planétaire[3].

EffetsModifier

Marée gravimétrique et pesanteurModifier

Les forces de marée astronomique modifient directement le vecteur de la pesanteur en norme et en direction. Les forces de marée gravimétriques sont de l’ordre[4] de 0.25×10-6 x g. Les relevés se font désormais par gravimètre à supraconductivité. Sous l’action de la marée gravimétrique une masse de quatre Tonnes voit son poids varier de un gramme[4] .

Résonance spin-orbite des planètesModifier

Les marées solides dans les planètes et les lunes, ainsi que dans les étoiles binaires et les astéroïdes binaires, jouent un rôle clé dans la dynamique à long terme des systèmes planétaires. Par exemple, c'est à cause des marées solides dans la Lune, qu'elle est capturée dans la résonance spin-orbite 1:1 et nous montre toujours un côté. En raison des marées solides qui s'y trouvent, Mercure est piégé dans la résonance spin-orbite 3: 2 avec le Soleil[5]. Pour la même raison, on pense que de nombreuses exoplanètes sont capturées dans des résonances spin-orbite supérieures avec leurs étoiles hôtes[6].

VolcanologieModifier

Les volcanologues utilisent les mouvements réguliers et prévisibles des marées terrestres pour tester et calibrer les instruments de surveillance de la déformation des édifices volcaniques. Ces marées sont aussi suspectées de pouvoir déclencher des événements volcaniques[7]. Les sismologues ont déterminé que les événements microsismiques sont corrélés aux variations de marée en Asie centrale (au nord de l'Himalaya)[réf. nécessaire].

Hydraulique souterraineModifier

La circulation de l'eau libre dans les aquifère est principalement tributaire de phénomènes de grande ampleur comme les cycles climatiques et les pompages. Des variations plus discrètes sont aussi induites par les variations de la pression atmosphérique; pour les aquifères en contact avec la mer, par les marées océaniques; et par les marées terrestres[1].

Précision des instrumentsModifier

L'amplitude semi-diurne des marées terrestres peut atteindre environ 55 cm (22 po) à l'équateur, ce qui est important dans le système de positionnement global, l'interférométrie à très longue base et les mesures de télémétrie laser sur satellite[8],[9]. De plus, pour effectuer des mesures angulaires astronomiques précises, il faut connaître le taux de rotation de la Terre (durée du jourFluctuation de la durée du jour (en)) — précession et nutation (en)), qui est influencé par les marées terrestres (ce qu'on appelle la marée polaire).

Les marées terrestres doivent également être prises en compte dans le cas de certaines expériences de physique des particules[10]. Par exemple, au CERN ou au SLAC National Accelerator Laboratory, les très gros accélérateurs de particules ont été conçus en tenant compte des marées terrestres pour un bon fonctionnement. Parmi les effets à prendre en compte figurent la déformation de la circonférence pour les accélérateurs circulaires et l'énergie du faisceau de particules: les marées terrestres ont des effets mesurables importants sur l'énergie des faisceaux de particule du Grand collisionneur électron-positron du CERN qui obligent à tenir compte des phases de la lune pour son étalonnage; sur les 27 km de circonférence du LEP, les déformation induites par les phases de la lune modifient de 1 mm la circonférence du LEP[11]. Les variations relatives de distance entre deux points voisins de la croûte terrestre sous l'effet des marées gravimétriques ne sont que de l’ordre de 0.05 part par million (5.10-8) de la longueur, soit 1µm pour 20m[4].

Influence sur la végétationModifier

Vu l'extrême faiblesse des changements exercés par les marées terrestres, la gravimétrie a un rôle improbable à un niveau physique ou biologique[12]. Toutefois certaines études[13] ,[14],[15]ont mis en évidence une interactivité des plantes avec les marées terrestres, qualifiée de corrélative et circonstancielle[13].

Force de maréeModifier

Force de marée lunaire : ces images représentent la Lune directement au-dessus de 30 ° N (ou 30 ° S) vue à partir du dessus de l'hémisphère Nord, montrant les deux côtés de la planète. Rouge haut, bleu bas.

La marée terrestre (en anglais Earth tide, solid Earth tide, crustal tide, body tide, bodily tide ou land tide) est le déplacement de la surface de la Terre solide (en) provoqué par la gravité de la Lune et du Soleil. Son composant principal a une amplitude en mètre sur des périodes d'environ 12 heures et plus. Les principaux constituants de la marée terrestre sont semi-diurnes (en), mais il y a aussi des contributions diurnes, semi-annuelles et bimensuelles importantes.

Bien que le forçage gravitationnel provoquant les marées terrestres et les marées océaniques soit le même, les réponses sont assez différentes.

La plus grande des forces gravitationnelles périodiques provient de la Lune, mais celle du Soleil est également importante. Les images ici montrent la force de marée lunaire lorsque la Lune apparaît directement au-dessus de 30 ° N (ou 30 ° S). Ce motif reste fixe avec la zone rouge dirigée vers (ou directement loin de) la Lune. Le rouge indique une traction vers le haut, le bleu vers le bas. Si, par exemple, la Lune est directement au-dessus de 90 ° O (ou 90 ° E), les zones rouges sont centrées sur l'hémisphère nord ouest, en haut à droite. Rouge haut, bleu bas. Si, par exemple, la Lune est directement au-dessus de 90 ° O (90 ° E), le centre de la zone rouge est de 30 ° N, 90 ° O et 30 ° S, 90 ° E, et le centre de la bande bleuâtre suit la grande cercle équidistant de ces points. À 30 ° de latitude, un fort pic se produit une fois par jour lunaire, ce qui donne une force diurne importante à cette latitude. Le long de l'équateur, deux pics (et dépressions) de taille égale transmettent une force semi-diurne.

Marée solideModifier

Déplacements verticaux du mouvement sectoriel. Rouge haut, bleu bas.
East-west displacements of sectorial movement. Red east, blue west.
North-south displacements of sectorial movement. Red north, blue south.
Vertical displacements of tesseral movement. Red up, blue down.
East-West displacements of tesseral movement. Red east, blue west.
North-South displacements of tesseral movement. Red north, blue south.

La marée terrestre englobe tout le corps de la Terre et n'est pas entravée par la mince croûte terrestre et les masses terrestres de surface, à des échelles qui rendent la rigidité de la roche non pertinente. Les marées océaniques sont la conséquence de la résonance des mêmes forces motrices, avec les périodes de mouvement de l'eau dans les bassins océaniques, accumulées sur plusieurs jours, de sorte que leur amplitude et leur timing sont assez différents, et varient sur de courtes distances de quelques centaines de kilomètres seulement. Les périodes d'oscillation de la Terre dans son ensemble ne sont pas proches des périodes astronomiques, donc sa flexion est due aux forces du moment.

Les composantes de la marée, avec une période proche de douze heures, ont une amplitude lunaire (distances de renflement de la Terre/dépression) qui est un peu plus de deux fois la hauteur des amplitudes solaires, comme indiqué dans le tableau ci-dessous. À la nouvelle lune et à la pleine lune, le soleil et la lune sont alignés, et les maxima et minima de marée lunaire et solaire (renflements et dépressions) s'additionnent pour obtenir la plus grande amplitude de marée à des latitudes particulières. Aux phases du premier et du troisième quartiers de lune, les marées lunaires et solaires sont perpendiculaires et l'amplitude des marées est au minimum. Les marées semi-diurnes passent par un cycle complet (une marée haute et une marée basse) environ une fois toutes les 12 heures et un cycle complet de hauteur maximale (une marée printanière et une marée basse) environ une fois tous les 14 jours.

La marée semi-diurne (un maximum toutes les 12 heures environ) est principalement lunaire (seul S 2 est purement solaire) et donne lieu à des déformations sectorielles qui montent et descendent en même temps le long de la même longitude[16]. Les variations sectorielles des déplacements verticaux et est-ouest sont maximales à l'équateur et disparaissent aux pôles. Il y a deux cycles le long de chaque latitude, les renflements opposés et les dépressions également opposées. La marée diurne est lunisolaire et donne lieu à des déformations tessérales. Le mouvement vertical et est-ouest est maximal à 45 ° de latitude et nul à l'équateur et aux pôles. La variation tessérale a un cycle par latitude, un renflement et une dépression; les renflements sont opposés (antipodaux), c'est-à-dire la partie ouest de l'hémisphère nord et la partie est de l'hémisphère sud, par exemple, et de même les dépressions s'opposent, la partie est de l'hémisphère nord et la partie ouest de l'hémisphère sud, dans ce cas. Enfin, les marées bimensuelles et semi-annuelles ont des déformations zonales (constantes le long d'un cercle de latitude), car la gravitation de la Lune ou du Soleil est dirigée alternativement loin des hémisphères nord et sud en raison de l'inclinaison. Il n'y a aucun déplacement vertical à 35°16' de latitude.

Étant donné que ces déplacements affectent la direction verticale, les variations est-ouest et nord-sud sont souvent tabulées en millisecondes pour une utilisation astronomique. Le déplacement vertical est fréquemment tabulé en μGal, car le gradient de gravité dépend de l'emplacement, de sorte que la conversion de distance n'est que d'environ 3 μGal/cm

Autres contributeurs de la marée terrestreModifier

Dans les zones côtières parce que la marée océanique est tout à fait en décalage avec la marée terrestre, à marée haute il y a un excès (ou à marée basse un déficit) d'eau sur ce que serait le niveau d'équilibre gravitationnel et le sol adjacent descend (ou monte) en réponse aux différences de poids qui en résultent. Les déplacements causés par la charge de marée océanique peuvent dépasser les déplacements du corps terrestre dus à la marée. Les instruments sensibles loin à l'intérieur des terres doivent souvent apporter des corrections similaires. Les charges atmosphériques et les tempêtes peuvent également être mesurables, bien que les masses en mouvement soient moins lourdes.

Constituants de maréeModifier

Principaux constituants des marées (en) . Les amplitudes peuvent différer de celles indiquées à quelques pour cent près[11],[17].

Semi-diurneModifier

Constituant de marée Période Amplitude verticale (mm) Amplitude horizontale (mm)
M 2 12.421 h 384,83 53,84
S 2 (solaire semi-diurne) 12.000 heures 179.05 25.05
N 2 12,658 heures 73,69 10,31
K 2 11,967 h 48,72 6,82

DiurneModifier

Constituant de marée Période Amplitude verticale (mm) Amplitude horizontale (mm)
K 1 23,934 h 191,78 32.01
O 1 25,819 heures 158.11 22.05
P 1 24,066 heures 70,88 10,36
φ 1 23,804 h 3,44 0,43
ψ 1 23,869 h 2,72 0,21
S 1 (solaire diurne) 24.000 heures 1,65 0,25

Long termeModifier

Constituant de marée Période Amplitude verticale (mm) Amplitude horizontale (mm)
M f 13,661 jours 40,36 5,59
M m (lune mensuelle) 27,555 jours 21,33 2,96
S sa (solaire semi-annuel) 0,50000 an 18,79 2,60
Noeud lunaire 18,613 ans 16,92 2,34
S a (solaire annuel) 1,0000 an 2,97 0,41

Notes et référencesModifier

  1. a et b Projet GAIA - Année 3 Exploitation des cycles d'injections et de soutirages de gaz aux sites de Lussagnet et Izaute pour déterminer les paramètres hydrodynamiques de l'aquifère des Sables infra-molassiques. Rapport d’étape BRGM/RP-67369-FR Juillet 2018. Lire en ligne
  2. « marée terrestre », sur gdt.oqlf.gouv.qc.ca (consulté le 20 mai 2020)
  3. « marée solide », sur gdt.oqlf.gouv.qc.ca (consulté le 20 mai 2020)
  4. a b et c « Histoire du Centre international des Marées terrestres (ICET) », sur www.astro.oma.be (consulté le 21 mai 2020)
  5. Noyelles, B., Frouard, J., Makarov, V. V. et Efroimsky, M., « Spin-orbit evolution of Mercury revisited. », Icarus, vol. 241,‎ , p. 26–44 (DOI 10.1016/j.icarus.2014.05.045, Bibcode 2014Icar..241...26N, arXiv 1307.0136)
  6. Makarov, V. V., Berghea, C. et Efroimsky, M., « Dynamical Evolution and Spin–Orbit Resonances of Potentially Habitable Exoplanets: The Case of GJ 581d. », The Astrophysical Journal, vol. 761, no 2,‎ , p. 83 (DOI 10.1088/0004-637X/761/2/83, Bibcode 2012ApJ...761...83M, arXiv 1208.0814)
  7. Sottili G., Martino S., Palladino D.M., Paciello A., Bozzano F. (2007), Effects of tidal stresses on volcanic activity at Mount Etna, Italy, Geophys. Res. Lett., 34, L01311, DOI:10.1029/2006GL028190, 2007.
  8. IERS Conventions (2010). Gérard Petit and Brian Luzum (eds.). (IERS Technical Note ; 36) Frankfurt am Main: Verlag des Bundesamts für Kartographie und Geodäsie, 2010. 179 pp., (ISBN 9783898889896), Sec. 7.1.1, "Effects of the solid Earth tides"
  9. User manual for the Bernese GNSS Software, Version 5.2 (November 2015), Astronomical Institute of the University of Bern. Section 10.1.2. "Solid Earth Tides, Solid and Ocean Pole Tides, and Permanent Tides"
  10. Accelerator on the move, but scientists compensate for tidal effects, Stanford online.
  11. a et b « Comment la lune a taquiné les physiciens du CERN », Raison présente, vol. 106, no 1,‎ , p. 128–129 (lire en ligne, consulté le 20 mai 2020)
  12. T. Vesala, S. Sevanto, P. Paatero et E. Nikinmaa, « Do tree stems shrink and swell with the tides? », Tree Physiology, vol. 20, no 9,‎ , p. 633–635 (ISSN 0829-318X et 1758-4469, DOI 10.1093/treephys/20.9.633, lire en ligne, consulté le 21 mai 2020)
  13. a et b Peter W. Barlow et Joachim Fisahn, « Lunisolar tidal force and the growth of plant roots, and some other of its effects on plant movements », Annals of Botany, vol. 110, no 2,‎ , p. 301–318 (ISSN 0305-7364, PMID 22437666, PMCID 3394636, DOI 10.1093/aob/mcs038, lire en ligne, consulté le 21 mai 2020)
  14. (en) Kurt Holzknecht et Ernst Zürcher, « Tree stems and tides – A new approach and elements of reflexion (reviewed paper) », Schweizerische Zeitschrift fur Forstwesen, vol. 157, no 6,‎ , p. 185–190 (ISSN 0036-7818, DOI 10.3188/szf.2006.0185, lire en ligne, consulté le 21 mai 2020)
  15. « Rythmes lunaires et marées gravimétriques dans les traditions forestières et la recherche. », sur www.fao.org (consulté le 21 mai 2020)
  16. Paul Melchior, "Earth Tides", Surveys in Geophysics, 1, pp. 275–303, March, 1974.
  17. Michael R. House, "Orbital forcing timescales: an introduction", Geological Society, London, Special Publications; 1995; v. 85; p. 1-18. http://sp.lyellcollection.org/cgi/content/abstract/85/1/1

BibliographieModifier

  • André Libault, « Gravimétrie et marées terrestres. », Annales de géographie, vol. 61, no 324,‎ , p. 154–155 (lire en ligne, consulté le 20 mai 2020)


  • McCully, James Greig, Beyond the Moon, A Conversational, Common Sense Guide to Understanding the Tides, World Scientific Publishing Co, Singapour, 2006.
  • Paul Melchior, Earth Tides, Pergamon Press, Oxford, 1983.
  • Wylie, Francis E, Tides and the Pull of the Moon, The Stephen Greene Press, Brattleboro, Vermont, 1979.