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Éclairer les vagues géantes

Des vagues hautes comme des immeubles qui surgissent d’une mer déchaînée pour briser en deux un navire : à cette vision d’apocalypse contée par des rescapés traumatisés, les océanographes ont longtemps réagi avec scepticisme. Car les statistiques semblaient formelles : plus une vague était haute, moins elle était probable. Selon leurs estimations, il paraissait presque impossible qu’un bateau ait pu ne serait-ce qu’en apercevoir l’une d’elles dans toute l’histoire de la navigation.

Mais peu à peu, grâce à des mesures à bord de plate-formes pétrolières ou en scrutant les images satellites des océans, les scientifiques se sont aperçus que de tels monstres, loin d’être des événements rarissimes était nettement plus fréquents qu’on ne le pensait. Et que nombre de naufrages terrifiants pouvaient bel et bien avoir été causés par la rencontre avec ces vagues.

Mais comment en comprendre le mécanisme, quand aucune expérience de laboratoire n’était en mesure de reproduire un tel phénomène ? Les choses changèrent quand trois chercheurs de l’université de Californie comprirent qu’il existait un système assez analogue où il serait possible d’étudier ces événements si particuliers : les fibres optiques. Ils publièrent ainsi en 2007 la première observation des équivalents lumineux de ces « vagues scélérates ».

Douze ans plus tard, cette découverte a généré énormément de travaux, mais l’origine des vagues scélérates dans les océans reste débattue. Avec des collègues de Besançon, Tampere en Finlande, Sydney et Dublin, Arnaud Mussot, du laboratoire physique des lasers, atomes et molécules (Phlam¹), s’est penché sur les multiples avancées opérées durant cette période, et tout particulièrement les analogies entre les fibres optiques et la science qui traite des vagues, l’hydrodynamique. Plusieurs études ont notamment montré que des phénomènes particuliers pouvaient émerger dans les deux domaines. C’est le cas des « Akhmediev breathers », modèles théoriques permettant de décrire la formation de ces vagues géantes et leurs équivalents en optique (des impulsions lumineuses très intenses). Il s’agit d’ondes localisées, très puissantes qui correspondent à des conditions initiales bien particulières et donc très rares.

Cependant, tout n’est pas expliqué, loin s’en faut. Ces analogies ont leurs limites et les observations expérimentales en laboratoire également. Par exemple, les recherches ont montré que ce qui était vrai en bassin ne l’était pas forcément dans l’océan. Les mécanismes qui paraissaient déterminants dans ces expériences de laboratoires ne l’étaient pas nécessairement en haute mer. Des simulations montraient que le lieu, le vent et l’état de la mer pouvaient rendre primordiaux des mécanismes qui auraient été négligeables en d’autres circonstances. Dans certains cas, ces vagues géantes viennent de « mers croisées » bien connues des navigateurs, où des vagues de différentes directions se superposent. Dans d’autres cas, elles apparaissent à cause d’instabilités dans des mélanges de vagues beaucoup plus aléatoires. Si des expériences en bassin commencent aussi à les reproduire, les techniques d’intelligence artificielle type machine learning pourraient jouer un rôle-clé pour prédire les vagues scélérates dans l’océan (et identifier de nouvelles analogies et recoupements entre l’optique et l’hydrodynamique.)

La publication scientifique : Rogue waves and analogies in optics and oceanography, John M. Dudley, Goëry Genty, Arnaud Mussot, Amin Chabchoub & Frédéric Dias, Nature Reviews Physics, 2019.

¹ (Univ. Lille/CNRS)




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