Seiche

Les seiches sont des oscillations stationnaires dans un bassin fermé ou semi-fermé. Elles se manifestent par des oscillations de la hauteur d'eau, dont l'amplitude et la période varient selon la configuration du bassin.

L'amplitude des seiches peut varier considérablement d'un port à l'autre. Elles se produisent dans de nombreux ports, mais restent souvent peu perceptibles car de faible amplitude. En France des seiches d'amplitude non négligeable se produisent notamment à Brest, Le Conquet, Cherbourg ou encore Royan. Les seiches les plus importantes sont mesurées sur l'île de Groix, à Port-Tudy, où elles peuvent atteindre 1,7 mètres.

Historique

Le mot « seiche » correspond à un terme local utilisé par les bateliers du lac Léman pour désigner les oscillations lente du niveau de l'eau, assez amples pour être constatées sans instrument.

En 1730, l'ingénieur Suisse Duillier complète la description en indiquant que les causes peuvent être d'origine météorologique.

Des seiches ont été mesurées dans les lacs d'Ecosse en 1755 suite au tremblement de terre de Lisbonne. Dans le Loch Lomond, le niveau de l'eau a augmenté de 76 centimètres en 5 minutes puis est redescendu jusqu'au niveau des plus basses eaux d'été, avant de revenir à la hauteur maximale.

À partir de 1869, des observations systématiques sont réalisées sur le lac Léman, les mesures permettent de déterminer de manière scientifique la nature et l'origine de ces balancements. La période des seiches est calculée en se basant sur la formule de Merian, établie en 1828, qui détermine la période des ondes stationnaires d'un bassin rectangulaire fermé de profondeur constante :

Avec :

T : Période des oscillations

L : Longueur du lac

g : accélération de la pesanteur

h : Profondeur moyenne du lac

n : Nombre entier

Par analogie, le mot seiche est aussi utilisé pour désigner les oscillations lentes du niveau de la mer, constatées dans les ports et dans les baies fermées. Ces seiches marines sont du fait de la complexité à les appréhender masquées par d'autres phénomènes comme la marée, la houle, ou bine les surcotes. Contrairement aux seiches des lacs, les seiches marines n'ont fait l'objet d'études systématique que récemment.

Définition

Les seiches correspondent à un mouvement oscillatoire de la hauteur d'eau. Elles font donc partie des ondes de gravité, au même titre que les vagues ou la marée. Le critère distinctif utilisé entre les seiches et les autres types d'onde est la période.

Le graphique ci-dessus représente la distribution de l'énergie des ondes à la surface des océans en fonction de la période.

Les seiches sont donc les ondes de gravité dont la période est comprise entre celle de la houle la plus longue et celle des marées semi-diurnes. Il est communément admis un intervalle de 100 secondes à quelques heures.

Le phénomène de raisonance

Les ondes de seiches ont généralement une amplitude plus faible que celle des seiches elles-mêmes, qui est amplifiée par la résonance.

Les plans d'eau en contact avec l'océan sont en effet excités par les ondes de seiche incidentes. Celles-ci exercent des oscillations forcées, qui peuvent mener à un phénomène de résonance si la fréquence correspond à une fréquence propre de la zone. L'onde pénètre dans l'espace semi-fermé et se retrouve alors piégée. Il y a alors formation d'une onde stationnaire, générée par la superposition de l'onde incidente et de l'onde réfléchie par la paroi.

Les schèmas ci-dessous décrivent le cas de l'onde stationnaire dans un bassin fermé, de longueur L, de profondeur h constante.

Si λ est la longueur d'onde, alors L = n.λ

Le cas n=1 est appelé l'oscillation fondamentale. La hauteur d'eau au niveau du nœud (point N) est constante au cours du temps, alors qu'elle subit la variation maximale au niveau du ventre (point A).

Les autres cas se distinguent par le nombre de nœuds, qui augmente lorsque la longueur d'onde diminue.

Mécanisme de génération des ondes de seiches

De nombreux phénomènes peuvent être à l'origine des ondes de seiche. Ils peuvent prendre la forme d'impulsions ; tels que des glissements de terrain ou des tremblements de terre. Dans ce cas, l'onde est appelée tsunami.

D'autres explications sont aussi fréquemment avancées :

• Les variations d'intensité de précipitation
• Les ondes internes

Les ondes internes sont des oscillations de thermocline. Elles peuvent entraîner des variations du niveau de la surface de l'eau.

• L'irrégularité de la houle
• Le vent

Par exemple, il a été démontré que les importantes variations de la vitesse du vent produites par les cellules convectives sont à l'origine de la plupart des seiches du port de Rotterdam.

• Les variations de pression atmosphérique

Il s'agit d'explication la plus fréquente dans les cas de seiches portuaires. Le passage de dépression s'accompagne de variations de pression atmosphérique qui en agissant directement sur le niveau de la mer, peuvent être à l'origine de la formation d'ondes de seiche.

Pourquoi s'intéresser aux seiches

Les seiches posent parfois des problèmes pour la sécurité de la navigation. À notre connaissance les ports pour lesquels des problèmes de seiche ont été rapportés sont : Dunkerque, Dieppe, Port-Tudy, Royan, Bayonne, Marseille et Sète.

Les principales gênes occasionnées sont :

• problème de fermeture des portes à flots

C'est le cas en particulier à Cherbourg. Le fonctionnement des portes d'écluse automatiques, est asservi à la hauteur d'eau. Une oscillation rapide peut déclencher une manœuvre inappropriée des portes.

• problème d'amarrage

Les variations rapides du niveau de la mer entraînent des problèmes de tenue à quai des navires, avec des contraintes importantes au niveau des amarres. Il y a un risque de choc des bateaux entre eux et avec le quai. À Bayonne en particulier, un remorqueur peut être affecté au déplacement des navires soumis aux seiches.

• courants violents

À Port-Tudy, la seiche qui peut atteindre 1,5 m, engendre des courants violents jusqu'à 10 nœuds.. Le courant commence à présenter une gêne sérieuse pour les bateaux à partir d'une hauteur de seiche de 70 cm, ce qui se produit annuellement à plusieurs reprises. À partir d'une hauteur de 1m le port est tout simplement fermé ce qui se produit plusieurs fois par an.

• modification de la bathymétrie

Les courants induits par les seiches peuvent éroder ou enregistrer certaines zones du port

• talonnement des navires

La seiche modifie la profondeur d'eau disponible, et donc influe sur la marge de sécurité des navires vis-à-vis de leur tirant d'eau.

• niveaux extrêmes

Le calcul des niveaux extrêmes est basé sur l'analyse statistique des données marégraphiques qui ne prennent pas en compte les seiches (filtrées). Les niveaux calculés, utilisés pour les études de risque de submersion marine sous-estiment donc les niveaux réels en cas de seiche.

Exemple de Seiche à Port-Tudy, lors du passage de la tempête Petra (5/2/2014)

Pour en savoir plus

• Rapport NIVEXT - Niveaux marins extrèmes contenant une étude spécifique sur les seiches portuaires. SHOM, 2015
• Seiche dans le port de Royan durant la nuit du 15 au 16 février 2011

Références

• Ardhuin F., E. Devaux, L. Pineau-Guillou (2010). Observation and forecasting of seiches on the French Atlantic Coast, 11^th National Seminar on Coastal Engineering – Civil Engineering 22-24 June 2010, Sables d'Olonne, pp. 1-8, DOI: 10.5150/jngcgc.2010.001-A
• Mignot E., M. Pozet, N. Riviere, S. Chesne (2015). Bidirectional seiching in a rectangular, open channel, lateral cavity. 22ème Congrès Français de Mécanique. Lyon, 24 - 28 Août 2015.
• Pons F., Ph. Sergent, A. Lambert. (2008). Calculation of seiches using Refonde software, 10^th National Seminar on Coastal Engineering – Civil Engineering, 14-16 October 2008, Sophia Antipolis.

Dernière mise à jour de la page : 24/11/2015