Ce qui motive les formes de notre planche de surf , c’est la vague ! La vitesse du flux perçue par notre planche est la principale source du planing, car la force de planing évolue avec le carré de cette vitesse. Nous pourrons collecter dans ce chapitre les informations nécessaires à l’évaluation de la vitesse dans une vague de surf.
FORMATION ET CARACTERISTIQUES DE VITESSES DE LA HOULE :
formation de la houle d’après (Bascon, s.d
La vague de surf résulte de la houle. La formation de la houle passe par trois étapes, la déformation locale de la surface par le vent, l’accumulation de ces déformations sur une distance balayée par le vent, nommée fetch, générant une mer formée, et la propagation des ondes en dehors de la zone ventée que l’on nomme houle ou Swell. La houle est formée de vagues de même hauteur et période qui se déplacent en groupe. La période étant la durée entre deux passages de crêtes et la longueur d’onde la distance entre ces crêtes. La houle peut parcourir des milliers de kilomètres en eau profonde en perdant très peu d’énergie.
La houle forme une onde sinusoïdale dont la longueur est environ 1.6 fois le carré de la période T en seconde : L = 1.6 x T² (T en seconde et L en mètres). Les vagues de longue période, donc de grande longueur d’onde, contiennent plus d’énergie, cette énergie varie comme le carré de la période. En eau profonde, la vitesse C (m/sec) de la vague est donnée en fonction de la longueur d’onde L par la relation :
Équation 1: C = sqrt (9.81 L/ 2π)
avec π=3.14 on peut approximativement calculer V(m/sec) =1.56 TOn pourra aussi utiliser la formule simplifiée : Vitesse (Km/h) = 5.6 T. Exemple : une météo annonçant une houle de période 10 secondes donne des vagues de 1.6T²=1.6x10²=160 mètres de longueur entre crêtes, se déplaçant à 5.6x 10 = 56 km/h.
Mais attention, pour prévoir le moment ou les vagues venant d’une tempête au large commencerons à arriver, il faudra prendre en compte le fait qu’en eau profonde, la houle se déplace en groupes de vagues deux fois moins rapides que les vagues qui les constituent.
Ce phénomène est expliqué par la consommation d’énergie au front du groupe pour élever la première vague, cette énergie sera restituée en fin de groupe par l’apparition d’une nouvelle vague : Quand le centre du groupe de vague se déplace d’A vers B, les vagues qui le constituent se déplacent 2 fois plus rapidement. La vague (1) vient donc mourir sur le front du groupe pendant qu’une vague (4) apparait en queue du groupe. Nos vagues de vitesses 56 km/h se déplacent à travers l’océan en groupe évoluant à 56/2=28 km/h.
Formation de la zone de surf: Le comportement de la houle est modifié lorsque le fond se rapproche de la surface a une profondeur inférieure a la moitié de la longueur d’onde L (wavelength). La vitesse de crête ralentit et perd sa relation avec la période a l’approche du fond. Les vagues de période 10 secondes de notre exemple, se déplaçant à 5.6*10=56 km/h, qui arrivent prêt du bord ralentissent à une vitesse dépendante de la profondeur D (Depth).
vagues en eau peu profonde (H.Quetelard
La vitesse de crête C en eau peu profonde (Profondeur inférieure à L/20) est décrite par la relation:
Équation 2: C = racine (9.81 x d) Avec C vitesse de crête en m/sec et d profondeur en mètres.
Il résulte de cette définition que : sur une faible profondeur donnée, toutes les vagues se déplacent à la même vitesse quelle que soit la période. La vitesse de crête devient proportionnelle à la racine carrée de la profondeur. Un déferlement loin du bord, correspondant à une profondeur importante implique un déplacement de crête rapide Les vagues qui déferlent sur de grandes profondeurs, ont de grandes vitesses de crêtes qui nécessitent d’être tracté par un jet ski pour atteindre la vitesse nécessaire au pic. Une autre conséquence de la vitesse de crête ralentissant suivant la diminution de la profondeur, est que l’énergie de vitesse de la houle ne disparaît pas, elle se tansforme en hauteur de vague : plus la vague arrive vite sur un haut fond, plus la variation de vitesse est importante, et plus l’élévation généré par le ralentissement est importante. La vague expulse l’excédent d’énergie de vitesse en augmentant la hauteur de sa crête. La vague se raidie et sa pente augmente jusqu’au déferlement. Si nous nous souvenons que la vitesse de crête au large est liée à la période T suivant : V(m/sec) =1.56 T, nous voyons l’importance du paramètre « période » de la vague : Une houle de 1m au large à 10 secondes de période est perçue comme plus "grosse" qu’une houle 1m20 au large à 5 secondes de période, car la diminution de vitesse est plus importante et la transformation en hauteur a l’approche du fond sera d’autant plus importante. Les données des houlographes (bouées, munie de système de mesures des hauteurs de vagues, installées au large des côtes) Les informations de houle en temps réel sont consultables sur le net, sur des sites de surf report comme allosurf.net par exemple.
Voici un graphique montrant la variation de vitesse (m/sec) de crête en fonction de la période en secondes, de la houle suivant des hauteurs de fond (h en mètres) variant de 0.1 à 40 m :
vitesses de vagues en fonction de la période et de la profondeur (French
Voici deux graphiques montrant une moyenne de 57000 mesures de hauteur et de périodes, effectuées de 2013 à 2016 au large de St Jean de Luz (profondeur 20m) par le centre d’études techniques maritimes et fluviales (Cetmef):
Cetmef
Nous pouvons constater une prédominance des vagues de hauteur entre 1 et 1.5 mètres et des périodes majoritairement situées entre 6 et 13 secondes.
LA VAGUE DEFERLANTE ET SON FLUX MONTANT:
Les particules d’eau ne sont pas transportées par l’onde qui voyage. La trajectoire des particules mises en mouve-ment par le passage de la vague est circulaire en eau profonde et elliptique lorsque le fond se rapproche de la sur-face. Le terme « flux montant » est utilisé ici pour décrire la trajectoire de l’eau dans la phase ou la vague s’élève, il représente la trajectoire des particules de la base vers la crête de vague. Le concept de flux montant est particulièrement adapté à la description des phénomènes hydrodynamiques dans un repère se déplaçant avec la vague.
mouvements particules flux montant
Le déferlement intervient quand la profondeur entre le niveau d’eau calme et le fond atteint de 0.8 à 1.3 fois la hauteur de vague (la valeur exacte est une fonction de la pente de fond, de la hauteur et longueur d’onde de houle). La trajectoire elliptique des particules d’eau, génère des vitesses horizontales au sommet de l’ellipse, qui deviennent supérieures à la vitesse de propagation de la houle. Cette trajectoire elliptique génère des vitesses relatives spécifiques au moment du déferlement : la vitesse relative entre la lèvre projetée et le flux en base de vague est le double de la vitesse de la houle :
vitesse relative du flux montant
Sachant que la vitesse de l’onde en eau peu profonde est : C = racine (9.81 x d) Avec C vitesse de crête en m/sec et d profondeur en mètres, Si l’on prend comme repère fixe la cote, la vitesse de crête d’une vague déferlant sur un fond de 4 mètres est d’environ : Racine (9.81 x 4) = 6.26 m/sec x 3.6 = 22.55 km/h.
variation de vitesse du flux montant, relatif au surfeur se déplaçant à la vitesse de crête, aux 3 points de hauteurs h/H de la figure précédente
On peut considérer qu’un observateur se déplaçant avec la crête, observe alors à la base de la vague, un flux « relatif » montant, opposé à la vitesse de houle. Le surfeur connait bien cette aspiration dans la vague qui arrive. Au bas de ces vagues un effet aspirant résultant des trajectoires elliptiques des particules génère une vitesse opposée et égale à la vitesse de la crête. Si on est projeté par la lèvre on perçoit une vitesse relative au bas de vague, pouvant atteindre le double de la vitesse de crête, soit 12.5 m/sec x 3.6=45 km/h.
Dans la zone verticale le flux montant est sensiblement égal à la vitesse de la houle. Le flux relatif perçu par le surfeur suivant l’onde est donc composé de 2 vecteurs vitesse : Vecteur Vitesse relative = Vecteur vitesse de flux montant + Vecteur vitesse de trajectoire.
Pour terminer cette brève description de la houle et des vagues, nommons ici diverses zones et points qui nous servirons de repère pour la suite :
