La houle (extrait d’un cours de Mécanique des Fluides)

La houle est un mouvement oscillatoire des couches superficielles de l'eau dû au frottement d’un vent éloigné de la zone observée sur la surface de l’eau. Il n’y a donc pas de relation entre la houle et le vent local.
C’est le physicien anglais George Biddell Airy qui modélisa, au XIXème siècle, la houle par une onde mécanique plane progressive sinusoïdale. Ce modèle n’est valable que pour une houle régulière d’amplitude faible devant la longueur d’onde. Bien qu’il s’agisse d’une représentation très simplifiée de la réalité, ce modèle décrit bien les propriétés de la houle.

Comme toutes les ondes mécaniques, la houle transporte de l’énergie sans transporter de matière. Il n’y a qu’à regarder un goéland posé sur une vague pour s’en rendre compte : la perturbation passe, le soulevant, puis il revient à sa position initiale. Si l’eau est assez profonde et si l’amplitude de la vague reste faible, le déplacement vertical lors du passage de la vague est accompagné d’un mouvement de va-et-vient horizontal de même amplitude. Airy a établi que, lors du passage d’une vague en eau profonde, les particules d’eau voisines de la surface sont mises en mouvement et reviennent pratiquement à leur position initiale, formant des orbites circulaires dont le diamètre est égal à la hauteur de la vague (voir le schéma ci-dessous). Ce mouvement circulaire se poursuit sous la surface, mais il s’amortit très rapidement avec la profondeur (il n’est pratiquement plus décelable à une profondeur comparable à la longueur d’onde de la vague).

Le document ci-contre illustre, dans le plan vertical, le mouvement circulaire d’une particule d’eau qui revient à sa position initiale après le passage de la vague. La célérité (en m.s-1) de ce type d’onde obéit à des lois différentes selon la profondeur de l’eau : En eau profonde, c’est-à-dire lorsque la profondeur de l’eau est supérieure à une demi-longueur d’onde, on a : avec g = 9,8 m.s-2 et λ : longueur d’onde en m. En eau peu profonde, c’est-à-dire lorsque la profondeur de l’eau est inférieure à un dixième de la longueur d’onde, on a : avec g = 9,8 m.s-2 et h : profondeur de l’eau en m.

En arrivant près de la côte, la houle atteint des eaux peu profondes et se propage avec une célérité qui dépend de la profondeur d'eau. La houle est donc ralentie et comme son énergie mécanique est conservée, son amplitude augmente. La période ne changeant pas à l'approche de la côte, la longueur d’onde de la houle diminue : les vagues se resserrent. Ainsi en arrivant près du rivage, la houle est de plus en plus raide et le mouvement des particules d'eau est déformé. La vitesse des particules sur la crête devient plus importante que celle des particules dans le creux de l'onde ; lorsque la crête n'est plus en équilibre, la vague déferle pour la joie des surfeurs.