Apparaissant aussi soudainement qu’elles disparaissent, les vagues scélérates sont des vagues anormalement élevées par rapport à l’état de mer environnant. Bien que relativement rares, elles sont régulièrement signalées en océanographie depuis une cinquantaine d’années. La première étude systématique de leur génération spontanée dans un canal de laboratoire vient d’être publiée dans la revue américaine Physical Review Fluids.
Vue du canal de 150 m de l’École Centrale de Nantes dans lequel la caractérisation des vagues scélérates a été rapportée.
Crédit photo : Éric Falcon
Pour mieux comprendre l’apport des auteurs, retournons dans les années 1980. Le mathématicien britannique D. Howell Peregrine étudia une équation régissant la dynamique des vagues (équation dite de Schrödinger non linéaire), et trouva une de ses solutions connue aujourd’hui sous le nom de « soliton Peregrine ». À première vue, ce soliton ressemble à une vague normale, mais à un instant précis et à un endroit localisé de l’espace, son amplitude augmente d’un facteur 3! En 2011, un groupe expérimental en Allemagne envoya cette solution à une extrémité d’un canal, qui en se propageant, atteignit effectivement la grande amplitude prévue avant de disparaître. Deux ans plus tard, deux mathématiciens, canadien et américain, démontrèrent, sur la base de la même équation, qu’une grande classe d’ondes aléatoires devrait en réalité évoluer spontanément pour engendrer des structures de grande amplitude semblables au soliton Peregrine.
Au vu de ce résultat, un consortium de physiciens de l’Institut Jean Le Rond d’Alembert (CNRS/Sorbonne Université), du laboratoire Matière et systèmes complexes (MSC, CNRS/Université Paris Cité), du laboratoire LHEEA (CNRS/École Centrale de Nantes), du laboratoire de physique de l’École Normale Supérieure (CNRS/PSL/ENS), et du laboratoire PhLAM (CNRS/Université de Lille) ont alors envoyé cinq heures de vagues aléatoires à une extrémité d’un canal de 150 mètres de long. Pour la première fois, ils ont observé émergeant de cet ensemble de vagues aléatoires des événements extrêmes tout à fait similaires à des solitons Peregrine qu’ils ont pu ainsi analyser quantitativement. Leur étude systématique révèle alors qu’à mesure que les vagues se raidissent et que le modèle théorique sous-jacent devient inexact, des vagues scélérates sont toujours observées mais diffèrent alors du soliton Peregrine. Ce résultat suggère que le mécanisme sous-jacent régissant leur génération, appelé « focalisation non linéaire », est robuste et s’applique à une très grande classe de vagues.
Référence :
Emergence of Peregrine solitons in integrable turbulence for deep water gravity waves
G. Michel, F. Bonnefoy, G. Ducrozet, G. Prabhudesai, A. Cazaubiel, F. Copie, A. Tikan, P. Suret, S. Randoux, and E. Falcon
Physical Review Fluids 5, 082801(R) (2020) – Rapid Communication
DOI: 10.1103/PhysRevFluids.5.082801
À lire aussi
Appel à projets 2025 UPCité – University of Toronto
L’appel à candidature pour l’année 2025 de l’appel à projets conjoints entre l'Université Paris Cité (UPCité) et notre partenaire privilégié University of Toronto (U of T), est lancé dès ce mardi 1er avril jusqu’au 2 juin 2025. Les objectifs L’Université Paris Cité...
Une instabilité paramétrique inédite dans un simple filet d’eau
En physique de manière générale et en mécanique des fluides en particulier les physiciens s’intéressent souvent aux instabilités : un système physique, partant d’un état de base, dit instable, évolue spontanément vers une nouvelle configuration, plus robuste....
Retour sur la présentation des appels européen du Cluster 2 : Culture, créativité et Société Inclusives
Le 18 mars 2025 matin s’est tenu à l’auditorium Dumézil l’évènement Cluster 2 : SHS. Ce séminaire organisé par l’université Paris Cité et l’Inalco dans le cadre du Réseau Recherche Europe* avait pour but principal de présenter les opportunités de financements...
UPCité, au coeur de l’innovation
L'Université Paris Cité joue un rôle clé dans l'écosystème de l'innovation, en développant des technologies de pointe à travers ses laboratoires et instituts, soutenues par une stratégie globale. Son expertise a fait l'objet d'une visite de plusieurs laboratoires...