Histoire simplifiée des marées

Petite Histoire autour des marées: ces inventeurs de l’antiquité : Pythéas, Sélerrens de Babylone, Selukos, Posidanius de Rhodes jusqu’à nos jours

Ces inventeurs de l’antiquité 


Hérodote, historien grec, 5e siècle av. J.-C.

Herodote

Le phénomène des marées a très tôt étonné et intrigué aussi bien les scientifiques que les philosophes. Hérodote parle de l’élévation et de l’abaissement journalier des eaux de la mer Rouge sans donner plus de détails.


Aristote, philosophe grec, 4e siecle av. J.-C.

Aristote

Dans son livre "Du monde", Aristote avait bien noté que les marées suivent le mouvement de la Lune.


Pythéas, le massaliote, 4e siècle av. J.-C.

photo http://pytheas.free.fr

Pythéas sera le premier à décrire le phénomène des marées et le rôle déterminant de la Lune. C’est le début des recherches sur la théorie des marées

Pytheas était un explorateur et astronome grec de Massilia (Le Marseille antique qui à l’époque était une colonie grecque) qui aurait effectué vers l’an 340 avant JC un voyage dans les mers du nord de l’Europe.

Parti avec un seul navire, il franchit les colonnes d’Hercule (détroit de Gibraltar), remonta vers le nord en longeant les côtes de la Gaule, accosta en Bretagne (l’actuelle Angleterre), atteignit enfin un pays nommé Thulé (l’Islande) qu’il ne put dépasser.
Il revint par la mer Baltique en descendant les côtes de la Germanie.

photo www.vestmo.com

Il ne reste que peu d’éléments du récit de ce voyage. Les livres "Sur l’Océan" (De Cadix jusqu’à Thulé)et "Description de la terre" (deuxième partie de son voyage jusque dans la mer Baltique) ayant disparu, seules les analyses d’historiens et de géographes de l’époque (Polybe, Mela, Pline, Eratosthène ...) subsistent.
L’historien Strabon est celui qui s’intéresse le plus à ce voyage. Il en est aussi le principal détracteur, concluant que Pythéas était un menteur et un vantard.

À cette époque on savait que la Terre était ronde et les astronomes avaient même découvert l’inégalité de la durée des saisons. Pythéas mesure avec grande précision la hauteur du Soleil au solstice d’été. Fin observateur du ciel et de la mer, Pythéas mesure les latitudes et les distances parcourues.
Il découvre la corrélation des marées et de la Lune

"...Arrivé dans l’Océan, au-delà des Colonnes d’Hercule, Pythéas découvre les marées. Ce phénomène éveille sa prudence de marin et attise sa curiosité de scientifique. Les textes de Plutarque et du pseudo-Gallien nous apprennent que Pythéas est le premier savant qui fait la corrélation entre le mouvement de la Lune et celui des marées ; les marées comme la Lune prennent 50 minutes de retard par jour, et un cycle de retard à chaque mois lunaire. Pythéas découvre même que l’amplitude des marées dépend des phases de la Lune. Dès cette époque on sait qu’en période de pleine lune et de nouvelle lune l’amplitude des marées est forte (marées de vives-eaux), et qu’aux quartiers elle est moindre (marées de morteseaux)...
Extrait de "Le tricentenaire de l’Observatoire Astronomique de marseille-provence".

Cette découverte fut sans doute le point de départ des recherches sur la théorie des marées.


Sélerrens de Babylone, 4e siècle av. J.-C.

A la même époque, Sélerrens de Babylone constate le même phénomène en étudiant les marées dans le golfe Persique et particulièrement les effets de la déclinaison des astres sur l’amplitude de la marée.


Selukos, astronome grecque, 3e siècle av. J.-C.

Photo amluz.free.fr

Quelques 150 ans plus tard, un astronome grec Selukos, observant la marée de la Mer Rouge, découvre les inégalités diurnes et relie leur amplitude à la déclinaison de la lune.

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Posidanius de Rhodes, 1e siècle av. J.-C.

Posidanius de Rhodes aura été le premier à se lancer dans les prédictions des marées.

Pour expliquer les phénomènes de la marée, Posidonius supposa, l’un des premiers, que les mouvements de l’Océan suivent ceux du ciel, et qu’ils ont des périodes diurnes, mensuelles et annuelles comme la Lune. Posidanius établit pour les marées des côtes d’Espagne, un tableau donnant la concordance de leurs variations diurnes, semi-diurnes et mensuelles avec les mouvements de la Lune et du soleil.

Posidonius d’Apamée enseignait à Rhodes vers 78 avant notre ère (Pompée et Cicéron ont suivi ses enseignements). Posidanius de Rhodes ou d’Apamée, ne serait-ce pas le même homme?

Pline, l’ancien, 78 après JC

Photo Wikipédia

Il y a deux millénaires, les anciens connaissaient les bases de la théorie des marées.

Pline l’Ancien - Gaius Plinius Secundus - était un naturaliste romain, notamment auteur d’une monumentale encyclopédie intitulée Histoire naturelle.
Il est né en 23 après J.-C. à Novum Comum (Côme), et mort en 79 à Stabies, près de Pompéi, lors de l’éruption du Vésuve.

L’Histoire Naturelle, qui compte 37 volumes, est le seul ouvrage de Pline l’Ancien qui soit parvenu jusqu’à nous.
Ce document a longtemps été la référence en matière de connaissances scientifiques et techniques. Pline a compilé le savoir de son époque sur des sujets aussi variés que les sciences naturelles, l’astronomie, l’anthropologie, la psychologie ou la métallurgie. Il y raconte également les marées.

Deux marées par jour 

Pline décrit le rôle de la Lune et du soleil dans le cycle des marées. Livre2-XCIX. (XCVII.)

« J’ai déjà beaucoup parlé de la nature des eaux; mais ce quelles présentent de plus singulier est le flux et le reflux de la mer. La cause de ce phénomène, qui offre beaucoup de variétés, est dans le soleil et dans la lune. La mer, entre deux levers de lune, monte et redescend deux fois, toujours en vingt-quatre heures. A mesure que le ciel s’élève avec la lune, les flots se gonflent ; puis ils reviennent sur eux-mêmes lorsque, après son passage au méridien, elle descend vers le couchant; derechef, quand elle passe dans les parties inférieurs du ciel et gagne le méridien opposé, l’inondation recommence, et enfin le flot se retire jusqu’au lever suivant. »

Un décalage quotidien des marées

Pline se trompe quant aux raisons du décalage et de la durée des flux et reflux. Livre2-XCIX.

« La marée ne se fait jamais au même temps que le jour précédent, comme si elle était l’esclave de cet astre avide qui attire à lui les mers, et qui, chaque jour, se lève à un autre endroit que la veille.
Le flux et le reflux alternent à des intervalles toujours égaux, qui sont de six heures chacun, non pas des heures d’un jour, d’une nuit ou d’un lieu quelconque, mais des heures équinoxiales. Aussi ces intervalles, évalués en heures vulgaires, paraissent-ils inégaux suivant le rapport des heures équinoxiales avec les heures vulgaires du jour et de la nuit; ils ne sont égaux partout qu’aux équinoxes. »

Des marées moins influentes en Méditerranée

L’analyse que réalise Pline est remarquable. Livre2-XCIX.

« Toutes les marées de l’Océan couvrent par leur débordement de plus grands espaces que celles des autres mers, soit qu’un système agissant dans sa totalité ait plus d’énergie qu’agissant dans une de ses parties, soit que l’immense étendue d’une mer ouverte à l’influence illimitée de l’astre y soit plus sensible qu’une mer circonscrite. C’est ce qui fait que ni les lacs ni les rivières n’ont de marées. »

 

Obscurantismes au Moyen-Age

La période obscure du Moyen-âge et l’époque Moderne. Il y a deux mille ans, les anciens connaissaient le principe des marées mais dès le Moyen-Âge les connaissances se perdirent pour être remplacées par de véritables délires. L’époque moderne voit tout doucement apparaître des théories de plus en plus précises.

Le Moyen Âge est une période occidentale située entre l’Antiquité et l’époque Moderne allant du Ve au XIVe siècle. Pendant cette période les explications les plus étranges ont pu être avancées, parfois dues à des esprits scientifiques éminents.

Saint Bède le Vénérable, 673-735

Bede

Dans son Comput, il détaille des calendriers qu’il est le premier en Occident à présenter. Ainsi, il introduit pour la première fois le système de datation prenant comme référence la naissance du Christ. On lui doit aussi des tables incroyables comme par exemple un cycle de 532 ans des dates de Pâques !

Bède s’intéresse aux marées de Jarrow et Wearmouth, situés à l’embouchure de la Tyde. Il pensait que le jusant était dû au souffle de la Lune sur l’eau, le flot intervenant lorsque l’astre s’éloignait..


Zakariya al-Qwazwini, 1203-1283

Savant arabe, Zakariya al-Qwazwini tente la première explication scientifique des marées. Selon lui, la marée montante était due à l’expansion thermique de l’eau échauffée par la Lune et le Soleil.

 

Vers un début de vérité à l’Epoque Moderne

L’Époque Moderne couvre une période historique allant de la fin du Moyen Âge à la fin de la Révolution française. Les bases des mathématiques et de la physique se révèlent progressivement par le génie des grands hommes de notre histoire.

Kepler, 1571-1630

Kepler

L’astronome allemand Kepler (1571-1630) était convaincu que l’explication devait être recherchée dans une force attractive et magnétique de la Lune et du Soleil. Il abandonna cette théorie devant les critiques de Galilée qui attribuait les marées au mouvement de translation et de rotation de la terre.


Galilée, 1564-1642

Galilée

Le physicien et astronome italien Galilée se dit surpris que Kepler s’intéressât à l’action de la Lune sur l’eau et à des phénomènes occultes et autres enfantillages. Lui-même croyait, soutenant la théorie de Copernic de la rotation de la terre, que les marées étaient générées par l’effet combiné de la rotation de la terre autour de son axe et de son mouvement orbital autour du soleil. Ces mouvements étaient censés engendrer des oscillations des océans qui se manifesteraient par la marée.


Descartes, 1596-1650

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Descartes, quant à lui défendit l’idée de l’origine lunaire des marées. Selon lui, la lune et la terre sont chacune entourées d’un grand tourbillon. La pression exercée par le tourbillon de la lune sur celui de la terre était transmise à la surface de la terre et générait les marées.


Wallis, 1642-1727

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Le mathématicien anglais Wallis proposa en 1666 une version de la théorie de Galilée en cherchant à y inclure l’influence de la lune. Il proposa d’expliquer les oscillations de la marée non seulement par le mouvement de la terre autour du soleil, mais également par son mouvement autour du centre de gravité du système terre-lune. Ses travaux sont précurseurs de ceux de Newton.
On lui doit le calcul différentiel et intégral ainsi que le symbole de l’infini que l’on utilise de nos jours.

 

La théorie moderne


Isaac Newton 1642-1727

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Newton, en 1687, pose les fondements véritables en rattachant la théorie des marées à son grand principe de la gravitation universelle. Il admet que la cause des marées réside dans l’attraction exercée sur les molécules des océans par la lune et le soleil, seuls astres à considérer en raison de leur proximité ou de leur masse.

Il développe la théorie statique, qui suppose que la surface des mers est une surface équipotentielle, mais aboutit à un échec. La mécanique des fluides était trop peu avancée à son époque pour qu’il puisse donner une théorie plus approfondie des marées.


Laplace 1749-1827

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Il fallut attendre quelques décennies pour qu’un progrès appréciable soit réalisé dans l’explication du phénomène.
Pierre-Simon Laplace, au quatrième livre de la mécanique céleste envisagea le problème sous son aspect dynamique.

La théorie dynamique qu’il fut le premier à formuler est à la base de tous les développements ultérieurs. Elle s’appuie sur deux principes:

-celui des oscillations forcées

-celui de la superposition des petits mouvements

L’application de ces principes permis à Laplace d’établir une expression de la dénivellation et de la distance de l’astre.

Cette formule dite formule de Laplace admet que les amplitudes sont proportionnelles à leurs valeurs théoriques et que les marées correspondantes sont déphasées par rapport à la marée théorique.


Whewell

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William Whewell est un minéralogiste et mathématicien anglais né à Lancastre le 24 mai 1794 et mort à Cambridge le 6 mars 1866.
Après Laplace, Whewell envisage la marée sous la forme d’ondes parcourant les océans.


Airy

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Sir George Biddell Airy (27 juillet 1801 – 2 janvier 1892) était un mathématicien, astronome, géodésien et physicien britannique.
Airy reprit la conception de Whewell et étudia la propagation des ondes-marées notamment dans le courant et les rivières en tenant compte des frottements.


Lord Kelvin

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William Thomson (1824-1907), mieux connu en tant que Lord Kelvin, était un physicien britannique né en Irlande.

Une des innovations de ce thermodynamicien, est l’introduction d’un « zéro absolu » correspondant à l’absence absolue d’agitation thermique et de pression d’un gaz. Il a laissé son nom à l’échelle de température dite absolue ou température « thermodynamique » mesurée en kelvins.
La formule de Laplace se prête mal aux prédictions des marées à forte inégalité diurne. Pour résoudre ce problème, lord Kelvin, en 1870, décomposa le potentiel de la force génératrice de la marée en une somme de termes périodiques.
Il inventa une machine mécanique, le Tide Prédictor, pour faire la somme de tous les termes et tracer la courbe de marée.

le Tide Prédictor visible au Science Museum à Londres
le "Tide Prédictor", visible au Science Museum à Londres


Poincaré

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Henri Poincaré (29 avril 1854 à Nancy, France - 17 juillet 1912 à Paris) est un mathématicien, physicien et philosophe français. Théoricien de génie, ses apports à maints domaines des mathématiques et de la physique ont radicalement modifié ces deux sciences.
A la fin du XIXème siècle, la théorie dynamique fut reprise par Poincaré qui indiqua les méthodes de calcul au moyen desquelles on pourrait obtenir la solution du problème des marées sur un globe où les océans sont séparés par des continents.


Hough

Hough, astronome au Cap, compléta la théorie de Laplace en déterminant la nature et la période des oscillations libres des océans.


Rollin A. Harris

Enfin, aux Etats-Unis, Rollin A. Harris (1897), montra l’importance des phénomènes de résonances dans la formation des marées et parvint à expliquer de manière satisfaisante les particularités du phénomène dans divers ports du globe.

 

Lecture  et sources documentaires

Histoire des marées - de Andre Gillet : De l’Antiquité à nos jours, les marées ont inspiré nombre d’hypothèses et de théories, tantôt farfelues, tantôt rigoureuses. André Gillet retrace ici l’histoire de la compréhension des marées, et raconte comment de grands savants tels Aristote, Galilée ou Newton, ou des personnages moins réputés, ont exercé leur sagacité sur le difficile problème du flux et du reflux des mers.

Au rythme des marées et des phases de la lune

France Inter 54 minutes - https://www.franceinter.fr/emissions


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