Des chercheurs de l'Université d'État de Floride ont découvert que des variations abruptes du fond marin peuvent provoquer des vagues océaniques dangereuses connues sous le nom de vagues scélérates ou anormales, des vagues si catastrophiques qu'elles étaient autrefois considérées comme le fruit de l'imagination des marins.

"Ce sont des vagues énormes qui peuvent causer des destructions massives aux navires ou aux infrastructures, mais ils ne sont pas précisément compris, " a déclaré Nick Moore, professeur adjoint de mathématiques à l'État de Floride et auteur d'une nouvelle étude sur les ondes scélérates.

L'étude est publiée dans la revue Liquides d'examen physique .

Autrefois considéré comme un mythe, ces vagues ont déconcerté la communauté scientifique pendant plusieurs décennies.

Au cours des années, des chercheurs du monde entier ont examiné un certain nombre de facteurs qui, selon eux, pourraient contribuer à ces vagues, y compris le fond marin, l'excitation du vent et un phénomène appelé Benjamin-Feir où les écarts par rapport à une forme d'onde périodique sont renforcés par la non-linéarité.

La plupart des études qui se sont concentrées sur le fond marin n'ont considéré que des pentes douces, et les quelques études qui ont poussé les pentes à des extrêmes plus importants reposaient principalement sur des simulations informatiques.

« Il y avait une sous-représentation relative des données du monde réel que vous pouvez obtenir à partir d'expériences en laboratoire, où vous pouvez contrôler soigneusement les différents facteurs, ", a déclaré Moore. "Souvent, vous avez besoin de ces données du monde réel pour voir si les simulations informatiques vous donnent des prédictions sensées."

Les expériences de laboratoire de Moore ont été les premières à examiner l'effet des variations abruptes du fond marin sur les statistiques des vagues.

Avec Kevin Speer, directeur de l'Institut de dynamique des fluides géophysiques de la FSU et Tyler Bolles, ancien étudiant de la FSU, Moore a créé une longue chambre avec un fond variable. En utilisant un moteur pour générer des ondes aléatoires, l'équipe de recherche a suivi des milliers de vagues pour voir si des modèles ont émergé.

Après que les vagues ont traversé plusieurs pieds d'une profondeur constante, ils ont rencontré une marche au fond du réservoir qui représentait un changement brusque du fond marin. Moore et ses collègues ont découvert qu'au départ, les vagues semblaient normales, suivant une courbe en cloche traditionnelle. Mais quand ils passèrent la marche, les structures des vagues ont considérablement changé.

Les ondes modifiées ont suivi ce qu'on appelle une distribution gamma, une fonction mathématique décrivant certains modèles qui défient la courbe en cloche d'une manière particulière.

"Il est surprenant de voir à quel point la distribution gamma décrit bien les ondes mesurées dans nos expériences, " dit Moore. " En tant que mathématicien, qui me crie qu'il y a quelque chose de fondamental à comprendre."

Les expériences et l'émergence de cette distribution gamma ont stimulé de nouvelles recherches sur l'origine des ondes scélérates.

"Nous devons les comprendre à un niveau fondamental d'abord en développant de nouvelles mathématiques, ", a déclaré Moore. "La prochaine étape consiste à utiliser ces nouvelles mathématiques pour essayer de prédire où et quand ces événements extrêmes se produiront."