La marée est la variation de la hauteur du niveau des mers et des océans, causée par la combinaison des forces gravitationnelles dues à la Lune et au Soleil et des forces d'inertie dues à la révolution de la Terre autour du centre de masse du couple Terre-Lune et de celui du couple Terre-Soleil, le tout conjugué à la rotation de la Terre sur son axe.
Lors de la pleine lune et de la nouvelle lune, c'est-à-dire lorsque la Terre, la Lune et le Soleil sont sensiblement dans le même axe (on parle de syzygie), l'influence des corps célestes s'additionne et les marées sont de plus grande amplitude (vives-eaux). Au contraire, lors du premier et du dernier quartiers, lorsque les trois corps sont en quadrature, l'amplitude est plus faible (mortes-eaux)Pourquoi y a-t-il alternance des vives et des mortes-eaux ?..
Le courant de marée montante se nomme flux ou flot, le courant de marée descendante se nomme reflux ou jusant..
Selon l'endroit de la Terre, le cycle du flux et du reflux peut avoir lieu une fois (marée diurne) ou deux fois par jour (marée semi-diurne)La marée. ou encore être de type mixte.
Le niveau le plus élevé atteint par la mer au cours d'un cycle de marée est appelé pleine mer (ou couramment marée haute). Par opposition, le niveau le plus bas se nomme basse mer (ou marée basse). Lorsque la mer a atteint son niveau le plus haut ou le plus bas et semble ne plus progresser, on dit que la mer est étale. Parler de « marée haute » et de « marée basse » est le plus courant, bien que le mot marée désigne normalement un mouvement.
Les marées les plus faibles de l'année se produisent normalement aux solstices d'hiver et d'été, les plus fortes aux équinoxes de printemps et d'automne.
Ce mouvement de marée est le plus visible, mais il n'est pas limité aux eaux : des marées, presque invisibles, affectent aussi l'atmosphère (marées atmosphériques) et toute la croûte terrestre (marées terrestres), bien que dans une moindre mesure. Par conséquent, ce que nous percevons sur les côtes est en fait la différence entre la marée crustale et la marée océanique. Plus généralement, en raison des lois de la gravité, les objets et fluides célestes sont l'objet de forces de marée à proximité d'autres corps (Io, satellite rapproché de Jupiter, est soumis à des forces de marée colossales).
thumb|Cap Sizun, marée montante de coefficient 115, accélérée 600 fois.
Origine
Les marées sont dues à la déformation des océans par les forces d'attraction de la Terre et des corps célestes les plus influents (la Lune et le Soleil). Elles s'expriment de façon différente en chaque point du globe, en raison de nombreux effets additionnels : inertie du déplacement de l'eau, effets induits par la marée elle-même et les déformations terrestres, propagation des ondes différentes induites par des facteurs tels que la force de Coriolis, la taille et la forme des bassins (ouverts ou fermés, profond ou pas), etc..
Phénomène physique
Théorie de la marée thumb|Mécanisme des marées : A. Syzygie ; B. Quadrature 1. Soleil ; 2. Terre ; 3. Lune 4. Direction de l'attraction par le Soleil 5. Direction de l'attraction par la Lune.
Selon la loi universelle de la gravitation, les masses liquides des mers et des océans sont attirées par les objets célestes les plus influents : la Terre, la Lune et le Soleil. En particulier, le point le plus proche de la Lune est plus attiré que le point à l'opposé. Une première composante de la force de marée résulte donc de la différence d'attraction entre celle de la Terre et de celle de la Lune, selon le barycentre Terre-Lune.
Le même phénomène existe pour l'ensemble des astres, et en particulier pour le Soleil, qui, bien qu'éloigné de la Terre, exerce une forte influence en raison de sa masse élevée.
D'autre part, la Terre tourne autour du barycentre du système Terre-Lune., ce qui soumet les objets situés à sa surface à une force centrifuge. De façon simplifiée, la marée résulte donc de la combinaison de ces deux forces :
la force résiduelle résultant de la combinaison des différentes forces d'attraction ; une force centrifuge due à la rotation du système Terre-LuneGilles Roulet, « La Marée », cours Ifremer (France) de master 2011-2012 ..
C'est la combinaison de ces deux facteurs qui explique la présence de deux « bourrelets d'eau » de part et d'autre de la Terre selon l'axe Terre-Lune.
Il s'ensuit une déformation de la surface des mers, mais aussi des sols, qui diffère donc de ce qu'elle serait sans la présence de la Lune et du Soleil.
Pour la mer, on peut comparer cette déformation à une énorme vague qui serait de forme régulière si les fonds des océans « étaient réguliers et s'il n'y avait pas de côtes ».
Il convient d'ajouter que la rotation diurne de la Terre sur elle-même n'est pas à l'origine physique — au sens strict — du phénomène de marée. En revanche, elle participe au phénomène en ce que la rotation vient localement moduler l'effet de la marée, un même lieu du globe voyant un potentiel générateur variant dans le temps du fait de la combinaison du mouvement de rotation et des mouvements relatifs des corps perturbateurs par rapport à la Terre.
Potentiel générateur La présence de la Lune et du Soleil est à l'origine de forces de gravitation qui produisent les marées.
La force génératrice de la marée dérive d'un potentiel lié à la distance de la Terre à la Lune, soit environ , alors que le rayon de la Terre est environ . L'attraction que subit une particule en un point quelconque du globe diffère en amplitude en fonction de sa position.
thumb|350px|alt=Schéma explicatif du potentiel générateur|Représentation schématique du système Terre-Lune utilisée pour décrire le potentiel générateur.
Notons le potentiel dont dérive la force génératrice de la marée. Dans un repère géocentrique on écrit ce potentiel appliqué à un point de la surface du globe, affecté des coordonnées sous la forme :
(eq : 1.1)
avec : la constante de gravitation la masse du corps céleste perturbateur la distance entre le point et le centre du corps céleste perturbateur la distance entre le centre de la Terre et celui du corps céleste perturbateur le rayon de la Terre l'angle zénithal du corps céleste perturbateur au point
On peut exprimer en fonction de , et par la relation issue du théorème d'Al-Kashi (voir figure représentation Terre-Lune) : (eq : 1.2)
si on exprime 1/d, l'équation précédente (eq 1.2) devient : (eq : 1.3)
La Lune et le Soleil sont les seuls corps célestes dont l'influence est notable dans la génération des marées sur la Terre, l'un en raison de sa proximité, l'autre en raison de sa masse.
Le terme vaut environ pour la Lune et pour le Soleil. On peut donc estimer que :
Il devient donc possible, avec cette supposition, de décomposer (eq 1.3) sous la forme d'une série en à l'aide de polynômes de Legendre.
avec les polynômes de Legendre définis par :
C'est là qu'intervient une subtilité. Le terme principal de la série est celui d'ordre 1, qui est proportionnel à . Ce terme a une période angulaire de 360 degrés, ce qui signifie qu'il décrit un cycle de basse - pleine mer en . Or le cycle des marées est d'environ . Pour résoudre cette question, il convient de préciser que le référentiel dans lequel on analyse le problème n'est pas galiléen, car la Terre et la Lune ne sont pas immobiles (comme montré dans la figure), mais elles sont en rotation autour de leur centre de gravité commun. L'analyse rigoureuse des forces oblige donc à ajouter au potentiel décrit par (eq 1.1) un terme de potentiel décrivant la force d'entraînement de notre référentiel (qui est en l’occurrence une force centrifuge) pour pouvoir appliquer les lois de la mécanique. Or ce terme centrifuge compense et annule exactement le terme d'ordre 1 de la série. Le terme le plus grand de la série devient alors celui d'ordre 2.
Si on se limite à l'ordre 2 qui représente déjà 98 % du signalChristian Le Provost. Contribution à l'étude des marées dans les mers littorales : Application à la Manche. Univ. Sci. et Médicale de Grenoble et Inst. Nat. Polytech., Grenoble, 1973., on peut écrire le potentiel (eq 1.1) sous la forme : (eq : 1.4)
On donne les coordonnées au corps céleste et les coordonnées au point du globe P, on peut donc exprimer sous la forme :
L'équation (eq 1.4) devient alors :
(eq : 1.5)
Si on détaille chacun des trois termes de l'équation (eq 1.5), et que l'on ne considère que le mouvement de rotation de la Terre en un jour, nous pouvons obtenir les termes de génération des premières ondes de marée.
En effet :
Le terme effectue deux périodes lors d'une rotation de l'angle de (rotation de la Terre en 1 jour), il décrit donc une fonction semi-diurne ; Le terme n'effectue qu'une période lors d'une rotation, il décrit donc une formule diurne ; Enfin le terme ne dépend pas de la longitude mais uniquement de la latitude du corps céleste et du point de mesure, ce terme varie en fonction du mouvement de déclinaison du corps céleste (période 24 h), il décrit donc une fonction longue période.
Nous ne développerons pas davantage ici le potentiel en fonction de tous les mouvements orbitaux des deux corps célestes perturbateurs. Nous ne citerons que les travaux de l'astronome et mathématicien George Darwin, deuxième fils du célèbre biologiste Charles Darwin.
En 1883, il a effectué ce précédent calcul et a extrait 59 termes solaires et 32 termes lunaires. Ce travail est repris par Doodson qui a déduit près de et plus récemment par bien d'autres chercheurs notamment Schureman en 1958.
Ce sont George Darwin et Doodson qui ont nommé les termes du développement du potentiel, ces noms sont toujours utilisés pour nommer les ondes.
Les noms correspondent à un assemblage d'informations, ainsi M vient de M (Moon) un terme lunaire et 2 un terme semi-diurne, il en est de même pour l'onde solaire S.
Pourquoi deux bourrelets opposés ? thumb|upright=3|left|Schéma pédagogique d'explication des marées.
Prenons deux objets sphériques homogènes A et B attirés l'un vers l'autre par la force gravitationnelle. Pour l'objet A, son centre de gravité est attiré vers le centre de gravité de B, selon les lois de l'attraction universelle (g sur le schéma). La force d'attraction est un peu plus importante sur la partie la plus proche de B (g + sur le schéma), cette partie va donc avoir tendance à se bomber en direction de B, car la force d'attraction y est plus importante que celle au centre de gravité de A. Par contre, sur la partie de A la plus éloignée de B, l'attraction est moins forte (g - sur le schéma), la force d'attraction y est plus faible, et cette partie éloignée va avoir tendance à se bomber dans la direction opposée à B. La rotation de la Terre et de la Lune s'effectue autour du centre de gravité commun de l'ensemble Terre-Lune (qui se situe à l'intérieur de la Terre, à de son centre). Sous les hypothèses ci-dessus de la marée statique, on observerait typiquement deux marées océaniques correspondant à chacun des deux bourrelets situés sur la droite Terre-Lune. Comme la Terre tourne sur elle-même, le phénomène s'observerait suivant une périodicité semi-diurne d'environ 12 h 25 min, correspondant à la moitié du jour lunaire (temps séparant deux passages successifs de la Lune au méridien). Une périodicité de 12 h pourrait aussi être relevée, ce qui traduit l'existence d'une marée solaire, d'amplitude un peu moins forte que celle causée par la Lune.
Toutefois, le raisonnement présenté ne prend pas en compte les effets de propagation horizontale des courants de marée à la surface des océans, ou à proximité des côtes. Il en résulte dans ce dernier cas l'existence de marées de grande amplitude dans certaines régions propices, par la conformation des rivages ou des fonds, et dans le premier cas l'existence dans certaines régions océaniques de points où on n'observe qu'une seule marée journalière.