Surfer sur la vague

Amérique du Nord

Juin

2013

Bac

Spécifique

Tle

Physique — Chimie

Surfer sur la vague

Ondes et particules

La houle est un train de vagues régulier généré par un vent soufflant sur une grande étendue de mer sans obstacle, le fetch.

Sujet 5Surfer sur la vague50 min

Amérique du Nord, juin 2013

Enseignement spécifique

Ondes et particules

Exercice

5 pts

Calculatrice autorisée

La houle est un train de vagues régulier généré par un vent soufflant sur une grande étendue de mer sans obstacle, le fetch. En arrivant près du rivage, sous certaines conditions, la houle déferle au grand bonheur des surfeurs !

Donnée : intensité de la pesanteur : $g = 9,8 m \cdot s^{– 2}$ .

Partie I La houle, onde mécanique progressive

1 Pourquoi peut-on dire que la houle est une onde mécanique progressive ? 0,5 pt

2 Il est possible de simuler la houle au laboratoire de physique avec une cuve à ondes en utilisant une lame vibrante qui crée à la surface de l’eau une onde progressive sinusoïdale de fréquence f = 23 Hz. On réalise une photographie du phénomène observé (document 1).

Déterminer, en expliquant la méthode utilisée, la vitesse de propagation v de l’onde sinusoïdale générée par le vibreur. 1 pt

Doc. 1Simulation de la houle au laboratoire avec une cuve à ondes

3 Au large de la pointe bretonne, à une profondeur de 3 000 m, la houle s’est formée avec une longueur d’onde de 60 m.

En utilisant le document 2, calculer la vitesse de propagation v₁ de cette houle. En déduire sa période T₁. 0,75 pt

Doc. 2Vitesse de propagation des ondes à la surface de l’eau

• Cas des ondes dites « courtes » (en eau profonde) :

longueur d’onde λ faible devant la profondeur h de l’océan $(λ < 0,5 h)$

$v = \sqrt{\frac{g \cdot λ}{2 π}}$

• Cas des ondes dites « longues » (eau peu profonde) :

longueur d’onde λ très grande devant la profondeur de l’océan $(λ > 10 h)$

$v = \sqrt{g \cdot h}$

g est l’intensité du champ de pesanteur terrestre.

D’après http://www.ifremer.fr/

4 Arrivée de la houle dans une baie

a. Sur la photographie aérienne du document 3, quel phénomène peut-on observer ? Quelle est la condition nécessaire à son apparition ? 0,5 pt

Doc. 3Photographie aérienne de l’arrivée de la houle dans une baie

b. Citer un autre type d’onde pour laquelle on peut observer le même phénomène. 0,25 pt

Partie II Surfer sur la vague

La houle atteint une côte sablonneuse et rentre dans la catégorie des ondes longues.

1 Calculer la nouvelle vitesse de propagation v₂ de la houle lorsque la profondeur est égale à 4,0 m, ainsi que sa nouvelle longueur d’onde λ₂. Les résultats obtenus sont-ils conformes aux informations données dans le document 4 ? 1 pt

Doc. 4Déferlement des vagues sur la côte

En arrivant près de la côte, la houle atteint des eaux peu profondes. Dès que la profondeur est inférieure à la moitié de la longueur d’onde, les particules d’eau sont freinées par frottement avec le sol. La houle est alors ralentie et sa longueur d’onde diminue. Ces modifications des caractéristiques de l’onde s’accompagnent d’une augmentation d’amplitude. La période est la seule propriété de l’onde qui ne change pas à l’approche de la côte.

Ainsi en arrivant près du rivage, la vitesse des particules sur la crête est plus importante que celle des particules dans le creux de l’onde, et lorsque la crête n’est plus en équilibre, la vague déferle.

D’après http://www.ifremer.fr/

2 Pour la pratique du surf, la configuration optimale est :

● à marée montante, c’est-à-dire entre le moment de basse mer et celui de pleine mer ;

● avec une direction du vent venant du Sud-Ouest.

Un surfeur consulte au préalable un site Internet qui lui donne toutes les prévisions concernant le vent, la houle et les horaires des marées (document 5).

Doc. 5Prévisions maritimes

Tableau des marées – Juin 2012

Jour	Pleine mer (h:min)		Basse mer (h:min)
Jeudi 21 juin	06:54	19:08	00:58	13:10
Vendredi 22 juin	07:31	19:44	01:34	13:46
Samedi 23 juin	08:08	20:22	02:10	14:24
Dimanche 24 juin	08:47	21:02	02:49	15:04

D’après http://www.windguru.cz/fr/

Proposer, en justifiant, un créneau favorable à la pratique du surf entre le jeudi 21 et le samedi 23 juin 2012. 0,5 pt

3 Un autre phénomène très attendu par les surfeurs, lors des marées importantes, est le mascaret.

Le mascaret est une onde de marée qui remonte un fleuve. Cette onde se propage à une vitesse v de l’ordre de 5,1 m ⋅ s^–1.

Le passage du mascaret étant observé sur la commune d’Arcins à 17 h 58, à quelle heure arrivera-t-il à un endroit situé à une distance d = 13 km en amont du fleuve ? 0,5 pt