Lorsque des cyclones ou d'autres tempêtes océaniques massives touchent terre, leurs vagues géantes battent les côtes et causent parfois des dégâts considérables.

Maintenant, une équipe internationale de chercheurs a analysé des mois de données de grandes vagues côtières pour fournir de nouvelles informations qui pourraient aider à améliorer la conception d'une variété de structures côtières, des ports maritimes aux digues, pour mieux résister aux vagues destructrices.

Dans l'étude publiée le 28 octobre dans la revue Rapports scientifiques , les chercheurs rapportent combiner un modèle mathématique pour décrire la formation de grosses vagues avec des mesures du monde réel prises dans des eaux peu profondes juste au large des côtes irlandaises, où les vagues ont été signalées pour frapper le rivage avec suffisamment de force pour déplacer des roches de 100 tonnes.

"Dans ce travail, nous avons analysé des données réelles afin de montrer que, pendant plusieurs mois en mesurant différents événements orageux, nous constatons que les vagues extrêmes que nous avons observées dans les données côtières ont tendance à être en moyenne plus petites que les vagues scélérates que nous avons observées en eau profonde, mais ils ont des caractéristiques similaires, " a déclaré Francesco Fedele, professeur agrégé à la Georgia Tech School of Civil and Environmental Engineering.

"Ces grandes vagues côtières sont toujours causées par des interférences constructives - l'effet des vagues venant dans toutes les directions différentes et se rencontrant essentiellement en un point et s'empilant pour former une grande vague, et par des non-linéarités de second ordre qui déforment la forme sinusoïdale des vagues pour avoir des crêtes plus nettes et des creux moins profonds ", a déclaré Fedele.

L'équipe de recherche comprenait également M. Aziz Tayfun, professeur émérite de l'Université du Koweït, Frédéric Dias, professeur à l'University College Dublin, et James Herterich, un associé postdoctoral, aksi à l'University College Dublin.

Dans l'étude, qui a été parrainé par la Science Foundation Ireland, les chercheurs ont analysé les mesures capturées par un appareil de profilage de courant acoustique Doppler (ADCP) qui a été déployé pendant plusieurs mois au fond de l'océan au large de Killard Point au printemps 2015 et au large des îles d'Aran au printemps 2017. Pendant ce temps, l'appareil a pu capturer les données de deux tempêtes intenses qui ont produit de grandes vagues côtières.

La tempête la plus récente, Doris, qui a frappé la côte irlandaise en février 2017, produit des vagues aussi hautes que 43 pieds du sommet au creux, et la tempête précédente en 2015 a causé des vagues encore plus hautes, aussi haut que 73 pieds, selon les mesures de l'ADCP, qui fonctionne en émettant des impulsions sonores et en mesurant la force des sons rebondissant sur des particules flottantes pour calculer la hauteur de l'eau.

Les chercheurs ont utilisé ces données pour comparer avec les modèles statistiques Tayfun-Fedele et Boccotti utilisés pour expliquer les vagues océaniques malveillantes qui se produisent dans des eaux beaucoup plus profondes. Ces modèles ont été utilisés dans une analyse des deux fameuses vagues scélérates du monde réel, Andréa et Draupner, observés sur les plates-formes pétrolières de la mer du Nord en 1995 et 2007, ainsi que la vague scélérate de Killard observée au large des côtes irlandaises en 2014.

"Nous avons pu étendre ces modèles statistiques, largement validés pour les vagues en eaux profondes, pour décrire les vagues scélérates côtières, ", a déclaré Fedele.

La comparaison des profils de vagues simulés des vagues scélérates en haute mer et des profils de vagues générés par les données collectées pour les vagues littorales a montré un profil similaire pour tous, suggérant que les ondes littorales sont générées à peu près de la même manière que celles des eaux profondes, dit Fedele.

Mais pour les vagues du littoral, le déferlement des vagues saigne une partie de leur énergie, il a dit.

"Une fois que vous entrez dans les eaux peu profondes, les non-linéarités accrues rendent les vagues moins dispersives et la tendance des vagues à se briser s'intensifie., " Fedele a déclaré. "Une grande partie de l'énergie est dissipée formant des calottes blanches qui s'écrasent contre le rivage."

La recherche pourrait fournir une base pour la conception de structures côtières construites pour résister aux forces des vagues au fil du temps.

"Pour les personnes qui veulent concevoir des structures côtières, vous devez savoir quelle est la plus grosse vague qui va déferler dans une zone côtière au cours de la durée de vie de la structure - quelle est la plus grosse vague parmi les millions de vagues ou plus qui se produiront, " Fedele a dit. " Et une fois que vous avez cette connaissance en utilisant ces méthodes statistiques, vous pouvez concevoir la structure pour résister à la plus haute vague."

Fedele a déclaré que les prochaines étapes de la recherche consisteraient à étudier davantage la mécanique physique du point où les vagues se brisent, soit contre le rivage comme dans le cas des vagues côtières, ou lorsque des vagues scélérates en haute mer éclatent en pleine eau.