Les «  vagues voyous  » peuvent mesurer 65 pieds de haut, mais ce ne sont pas des «  événements bizarres  », révèlent les données de la mer du Nord

Vagues voyous ont captivé l’attention des marins et des scientifiques pendant des décennies. Ce sont vagues géantes et isolées qui apparaissent soudainement en plein air océan.

Ces géants déroutants sont brefs, généralement durés moins d’une minute avant de disparaître. Ils peuvent atteindre des hauteurs de 65 pieds (20 mètres) ou plus et souvent plus de deux fois la hauteur des vagues environnantes. Une fois un mythe nautique, Des vagues voyous ont maintenant été observées Autour du monde. Parce qu’ils sont si grands et puissants, ils peuvent représenter un danger pour les navires et les structures offshore.

Pour repenser ce que sont les vagues voyous et ce qui les cause, J’ai rassemblé une équipe internationale de chercheurs. Notre étude, publiée dans Nature Scientific Reports, fait la lumière sur Ces géants océaniques utilisant l’ensemble de données le plus complet du genre.

En analysant 18 ans de mesures laser à haute fréquence de la plate-forme pétrolière d’Ekofisk dans la mer du Nord centrale, nous avons atteint la conclusion surprenante que les vagues voyous ne sont pas seulement Occurrences animées. Ils surviennent sous les lois naturelles de la mer. Ils ne sont pas mystérieux, mais un peu simples.

27 500 États de la mer

Nous avons analysé près de 27 500 records de vagues d’une demi-heure, ou États marins, collectés entre 2003 et 2020 dans la mer du Nord centrale. Ces enregistrements, pris toutes les 30 minutes, décrivent à quel point la surface de la mer était élevée comparée au niveau de la mer moyen. Ils comprennent des tempêtes majeures, comme le Vague Andrea événement en 2007.

Dans des conditions normales, les vagues proviennent du vent qui souffle sur la surface de la mer. C’est comme lorsque vous soufflez sur votre tasse de café et formez de petites ondulations à la surface. En mer, avec suffisamment de temps et d’espace, ces ondulations peuvent se transformer en grandes vagues.

Nous nous sommes concentrés sur la compréhension de ce qui fait que les vagues deviennent soudainement voyous et s’élevaient bien au-dessus de leurs vagues voisines. Une théorie proposée est basée sur l’instabilité modulatrice, un phénomène décrit par des modèles mathématiques complexes. J’ai révisé ces modèles dans le passécomme mon travail suggère que cette théorie n’explique pas pleinement ce qui cause les vagues voyous dans l’océan ouvert.

Lorsque les vagues sont piégées dans un canal étroit, la théorie de l’instabilité modulatrice décrit bien leur mouvement ondulant. Cependant, ça commence à s’effondrer Quand vous regardez le vrai océan. Dans des environnements ouverts tels que la mer du Nord, les vagues sont libres de se propager à partir de plusieurs directions.

Pour comprendre la différence, imaginez une foule de spectateurs quittant un stade après un match de football. Si la sortie est un long couloir étroit avec de grands murs, les gens sont obligés de se déplacer dans une seule direction. Ceux à l’arrière avancent, et certains peuvent même grimper sur d’autres, s’accumulant entre les murs de confinement. Cet empilement catastrophique ressemblerait à une vague voyou, causée par leur confinement.

En revanche, si la sortie du stade s’ouvre sur un large champ, les spectateurs peuvent se disperser librement dans toutes les directions. Ils ne se poussent pas les uns aux autres et évitent les pileps.

De même, les chercheurs peuvent générer des ondes voyous dans un canal confiné dans le laboratoire, où ils obéissent à l’instabilité modulatrice. Mais sans le confinement d’un canal, les vagues voyous ne suivront généralement pas ces physique ou ne se forment pas de la même manière en mer.

Notre équipe savait que nous devions étudier la mer en plein air directement pour comprendre ce qui se passait vraiment. Les données réelles que mon équipe a examinées depuis la mer du Nord ne s’alignent pas avec l’instabilité modulatrice – elle raconte une autre histoire.

C’est juste une mauvaise journée en mer

Nous avons analysé les enregistrements de l’État de Sea en utilisant des techniques statistiques pour découvrir des modèles derrière ces rares événements. Nos résultats montrent qu’au lieu de l’instabilité modulatrice, les ondes extrêmes observées plus probablement formées par un processus appelé interférence constructive.

Interférence constructive Se produit lorsque deux vagues ou plus s’alignent et se combinent en une seule grande vague. Cet effet est amplifié par le naturel asymétrie des vagues de mer – Leurs crêtes sont généralement plus nettes et plus abruptes que leurs auges plus plates.

Les vagues voyous se forment lorsque de nombreuses vagues plus petites s’alignent et que leurs crêtes plus raides commencent à s’empiler, se construisant en une seule vague massive qui s’élève brièvement bien au-dessus de son environnement. Il suffit d’une promenade en bateau paisible pour se transformer en une mauvaise journée en mer est un moment où de nombreuses vagues ordinaires convergent et se cassent.

Ces vagues voyous montent et diminuent en moins d’une minute, suivant ce qu’on appelle un motif quasi-déterministe dans l’espace et le temps. Ce type de motif est reconnaissable et reproductible, mais avec des touches d’aléatoire. Dans un océan idéalisé, cet aléatoire disparaîtrait presque, permettant aux vagues voyoues de grandir à des hauteurs presque infinies. Mais il faudrait également une éternité pour assister à l’une de ces vagues, car tant de gens devraient s’aligner parfaitement. Comme attendre Fortuna, la déesse du hasard, de rouler un billion de dés et de faire atterrir presque toutes sur le même nombre.

Dans le véritable océan, la nature limite la taille d’une vague voyueuse rupture des vagues. Alors que la vague augmente en hauteur et en énergie, elle ne peut pas se tenir au-delà d’un certain point de non retour. La pointe de la vague se déverse et se divise en mousse ou en blanc, libérant l’excès d’énergie.

Le motif quasi-déterministe derrière les vagues voyous

Les vagues voyous ne sont pas limitées à la mer. Une interférence constructive peut arriver à de nombreux types de vagues. Une théorie générale appelée le quasi-déterminisme des vaguesdéveloppé par l’océanographe Paolo boccottiexplique comment les ondes voyous se forment, à la fois dans l’océan et dans d’autres systèmes d’ondes.

Par exemple, Pour l’eau turbulente qui coule à travers un canal confinéune vague voyou se manifeste sous la forme d’un pic intense et de courte durée dans les tourbillons – des modèles de tourbillons de rotation dans l’eau qui s’agrandissent momentanément à mesure qu’ils se déplacent en aval.

Alors que les ondes océaniques semblent imprévisibles, la théorie de Boccotti montre que les vagues extrêmes ne sont pas complètement aléatoires. Lorsqu’une très grande vague se forme, les vagues de la mer autour de celles-ci suivent un schéma reconnaissable formé par une interférence constructive.

Nous avons appliqué la théorie de Boccotti pour identifier et caractériser ces modèles dans les enregistrements mesurés des vagues de la mer du Nord.

Les ondes géantes observées dans ces enregistrements portent une sorte de signature ou d’empreinte digitale, sous la forme d’un groupe de vaguesqui peut révéler comment la vague voyou a pris vie. Pensez à un groupe de vagues comme un petit paquet de vagues se déplaçant ensemble. Ils se lèvent, se paissent puis se fanent à travers des interférences constructives. Le suivi de ces groupes de vagues permet aux chercheurs de comprendre la vue d’ensemble d’un événement voyou au fur et à mesure qu’il se déroule.

À titre d’exemple, une puissante tempête a frappé la mer du Nord le 24 novembre 2023. Une caméra sur la plate-forme Ekofisk a capturé une vague voyou massive de 55 pieds (17 mètres). J’ai appliqué la théorie du quasi-déterminisme et un Modèle d’IA pour étudier l’origine de cette vague extrême. Mon analyse a révélé que l’événement voyou a suivi ces théories – quasi-déterminisme et interférence constructive – et provenait de plusieurs vagues plus petites s’accumulant à plusieurs reprises.

Reconnaître la forme des vagues voyous peut aider les ingénieurs et les concepteurs à construire des navires plus sûrs et des plates-formes offshore – et mieux prédire les risques.

Cet article édité est republié à partir de La conversation sous une licence créative Commons. Lire le article original.