La marée est la variation de la hauteur du niveau des mers et des océans, causée par l'effet conjugué des forces de gravitation dues à la Lune et au Soleil, et de la force d'inertie due à la révolution de la Terre autour du centre de gravité du système Terre-Lune.

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).

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) 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 ce qui 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 n'est pas limité aux eaux, mais affecte toute la croûte terrestre (on parle de « marées crustales »), 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, les objets 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).

Marée basse devant le port de Saint-Hélier à Jersey. Marée haute devant le port de Saint-Hélier à Jersey.

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), ainsi que de l'effet de la force centripète due à la rotation de la Terre autour du barycentre Terre-Lune. Il s'exprime 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

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-Lune .

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.

Le 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 380 000 km, alors que le rayon de la Terre est environ 6 400 km. La Terre peut donc être représentée par un point matériel placé au centre de notre globe et affecté de toute la masse terrestre. Cependant l'attraction que subit une particule en un point quelconque du globe diffère en amplitude.

Représentation schématique du système Terre-Lune utilisée pour décrire le potentiel générateur.

Notons Π {\displaystyle \Pi } le potentiel dont dérive la force génératrice de la marée. Dans un repère géocentrique on écrit ce potentiel appliqué à un point P de la surface du globe, affecté des coordonnées ( a , λ , ϕ ) {\displaystyle (a,\lambda ,\phi )} sous la forme :

avec :

G {\displaystyle G} la constante de gravitation

M L u n e {\displaystyle M_{Lune}} la masse du corps céleste perturbateur

d {\displaystyle d} la distance entre le point P ( a , λ , ϕ ) {\displaystyle P_{(a,\lambda ,\phi )}} et le centre du corps céleste perturbateur

R L u n e {\displaystyle R_{Lune}} la distance entre le centre de la Terre et celui du corps céleste perturbateur

a {\displaystyle a} le rayon de la Terre

ψ {\displaystyle \psi } l'angle zénithal du corps céleste perturbateur au point P ( a , λ , ϕ ) {\displaystyle P_{(a,\lambda ,\phi )}}

On peut exprimer d {\displaystyle d} en fonction de a {\displaystyle a} , R L u n e {\displaystyle R_{Lune}} et ψ {\displaystyle \psi } par la relation issue du théorème d'Al Kashi (voir figure représentation Terre - Lune) :

si on exprime 1/d, l'équation précédente (eq 1.2) devient :

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 ${\displaystyle a/R_{Lune}}$ vaut environ ${\displaystyle 1/60}$ pour la Lune et ${\displaystyle 1/2,5.10^{4}}$ 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 a / R L u n e {\displaystyle a/R_{Lune}} à l'aide de polynômes de Legendre.

avec les polynômes de Legendre définis par :

P 0 ( cos ⁡ ψ ) = 1 {\displaystyle P_{0}^{}(\cos \psi )=1}

P 1 ( cos ⁡ ψ ) = cos ⁡ ψ {\displaystyle P_{1}^{}(\cos \psi )=\cos \psi }

P 2 ( cos ⁡ ψ ) = 3 2 cos 2 ⁡ ψ − 1 2 {\displaystyle P_{2}^{}(\cos \psi )={\frac {3}{2}}\cos ^{2}\psi \lambda _{Lune})} de 2 π {\displaystyle 2\pi } (rotation de la Terre en 1 jour), il décrit donc une fonction semi-diurne.

Le terme sin ⁡ ( 2 ϕ L u n e ) sin ⁡ ( 2 ϕ P ) cos ⁡ ( λ P − λ L u n e ) {\displaystyle \sin(2\phi _{Lune})\sin(2\phi _{P})\cos(\lambda _{P\lambda _{Lune}^{})} n'effectue qu'une période lors d'une rotation, il décrit donc une formule diurne.

Enfin le terme ( 1 − 3 sin 2 ⁡ ϕ L u n e ) ( 1 − 3 sin 2 ⁡ ϕ P ) {\displaystyle (1-3\sin ^{2}\phi _{Lune})(1-3\sin ^{2}\phi _{P}^{})} 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 >> {\displaystyle >>} 24 h), il décrit donc une fonction longue période.

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 400 termes et plus récemment par bien d'autres chercheurs notamment Schureman en 1958.

La syzygie du Soleil et de la Lune (autrement dit, la nouvelle ou pleine lune). Cela se produit essentiellement lorsque la longitude du Soleil et de la Lune sont voisines ou voisines de l'opposition l'une de l'autre, soit deux fois par mois. Précisément, la période de ce phénomène est 14,7652944 jours, moitié de la durée que l'on qualifie de mois lunaire synodique.

Le passage du Soleil au nœud lunaire, c'est-à-dire le passage du Soleil dans le plan de l'orbite lunaire : celui-ci se produit deux fois par an (à la régression du nœud près), et détermine les « saisons à éclipse » (ce sont pendant celles-ci que les éclipses de Soleil ou de Lune se produisent). Les marées sont alors plus importantes en syzygie (voir le point précédent) en raison du meilleur alignement Terre-Lune-Soleil. La période précise est 173,310038 jours, moitié de la durée que l'on qualifie d'année draconitique. Le passage du Soleil au nœud lunaire s'est par exemple produit le 25 janvier 2000, le 16 juillet 2000, le 5 janvier 2001, le 28 juin 2001 (plus précisément, cela sont les dates de coïncidence des longitudes moyennes ; notamment, le calcul des anomalies est omis ; mais on reconnaît le voisinage de l'éclipse de Lune du 9 janvier 2001 et de l'éclipse de Soleil du 21 juin 2001). Comme on le constate, ces dates sont actuellement proches des solstices mais évoluent rapidement dans l'année au cours du temps.

La période précise est 182,621095 jours, la moitié d'une année tropique. Le phénomène des marées d’équinoxes n’a rien à voir avec l’alignement Lune-Terre-Soleil, qui a lieu toutes les deux semaines à la pleine lune et à la nouvelle lune et se réalise d’autant mieux lorsqu’il coïncide avec le cycle draconitique de 173 jours (Éclipse#Principes mécaniques). Le Soleil se trouve au-dessus de l’Équateur lors des équinoxes, alors qu’il est au-dessus du tropique du Cancer lors du solstice de juin et au-dessus du tropique du Capricorne lors du solstice de décembre. Rappelons que l’effet de marée d’un astre est maximal au point de la Terre se trouvant le plus proche de cet astre et au point se trouvant le plus éloigné. Aux moments des solstices, un des points où l’effet de marée du Soleil est maximal se trouvera en permanence sur le tropique du Cancer, pendant que l’autre se trouvera aux antipodes, sur le tropique du Capricorne. Chaque point se trouvant sur un des deux tropiques sera donc soumis à un effet de marée maximal du Soleil une seule fois par jour (on parle d’onde diurne). Au moment des équinoxes, ces deux points seront en permanence sur l’Équateur. Chaque point de l’équateur sera donc soumis à un effet de marée maximal du Soleil deux fois par jour (on parle d’onde semi-diurne). À ce moment-là, le terme diurne s'annule dans le calcul des marées, et le terme semi-diurne est maximal.

Le passage de la Lune au périgée, moment auquel les forces de marée exercées par la Lune sont donc les plus importantes. À la différence du nœud lunaire, qui régresse sur l'écliptique, le périgée, lui, avance. Le temps entre deux passages de la Lune au périgée est le mois anomalistique, de 27,5545499 jours. Le calcul de la position du périgée lunaire est soumis à énormément de perturbations.

Le passage de la Terre au périhélie, moment auquel les forces de marée exercées par le Soleil sont donc les plus importantes. Le périhélie terrestre progresse sur l'écliptique ; cela dit, la majeure partie (environ 5/6) de cette progression est en réalité due à la régression (« précession ») de l'équinoxe par rapport aux étoiles fixes. Le temps séparant deux passages de la Terre au périhélie est l'année anomalistique de 365,259636 jours. Il se produit actuellement le 3 janvier de l'année.

Autres facteurs influant sur les marées

Pour la Terre, seule la Lune et le Soleil ont des impacts significatifs, qui s'additionnent ou se contrarient selon les positions respectives de la Terre, de la Lune et du Soleil, et de leur inclinaison. En fait, la Lune est beaucoup plus proche de la Terre que le Soleil, mais a aussi une masse beaucoup plus petite, de telle sorte que leurs attractions sont d'ordres de grandeur comparables : celle du Soleil est environ la moitié de celle de la Lune. Les autres corps célestes possèdent un rapport masse/distance trop faible pour que leur influence soit sensible.

Cette attraction combinée de la Lune et du Soleil est cependant perturbée ou même parfois contrariée par d'autres phénomènes physiques comme l'inertie des masses d'eau, la forme des côtes, les courants marins, la profondeur des mers, ou encore le sens du vent local.

De plus, un cycle long s’établit aussi sur une période de 18,6 ans durant lequel le niveau moyen des pleines mers augmente de 3 % par an durant 9 ans, puis diminue de 3 % durant 9 ans, et ainsi de suite. Ce cycle exacerbe puis diminue les effets de la montée des océans induite par le réchauffement climatique Selon l'IRD de France, là où l'amplitude des marées est naturellement forte (exemple : baie du Mont Saint-Michel) ce cycle contribuera dans les années 2008-2015 proportionnellement plus à l'élévation du niveau de la pleine mer, ou des grandes marées hautes que le seul réchauffement climatique (jusqu'à + 50 cm, c'est-à-dire 20 fois l'expansion thermique de l'océan consécutive au réchauffement climatique global). Inversement de 2015 à 2025 la phase décroissante de ce cycle devrait conduire à un ralentissement apparent du phénomène de montée de l'océan, et probablement de l'érosion du trait de côte qui lui est généralement lié.

Les courants marins

La Terre se déplace au cours de sa circonvolution entre deux lignes de circonférence formant une couronne dont l'écartement est le diamètre de la Terre, environ 12 756 km. Cela nous amène à constater que la circonférence intérieure est plus courte que l'extérieure. Cette différence se traduit par 80 150 km en 1 an soit environ 220 km par jour et un peu plus de 9 km/h qui correspond à la différence de vitesse de déplacement dans l'espace entre l'intérieur et extérieur de la couronne, soit la face midi et la face minuit de notre globe terrestre. Cette différence est à l’origine des courants marins à contresens de la rotation le long de l'équateur.

L'inertie

C'est une force qui s'oppose au mouvement d'une masse que l'on veut déplacer (augmentation de vitesse) ou arrêter (diminution de vitesse). Plus la masse est grande, plus l'inertie sera importante. C'est le cas de la masse d'eau de tous les océans du globe, qui tente de contrarier les mouvements auxquels elle est soumise par attraction combinée de la Lune et du Soleil.

Il y a généralement deux cycles de marée par jour (il y a des exceptions) dont les instants de haute mer et de basse mer varient avec la Lune (attraction prépondérante).

La marée se manifeste essentiellement sur les côtes maritimes, où la mer monte ou se retire suivant un cycle lié, d'une part à la rotation de la Terre et à sa révolution autour du Soleil, d'autre part à la rotation de la Lune autour de la Terre. Ce cycle complet (marée basse et marée haute) dure environ 12 heures 25 minutes.

L'effet piston

Lorsque les côtes se resserrent en entonnoir, comme dans le fond de certaines baies (baie du Mont-Saint-Michel, baie de Fundy, etc.) il y a amplification de la hauteur des marées qui peuvent dépasser 14 mètres entre les basses eaux et les hautes eaux par effet de résonance. Il s'y produit aussi un retard horaire progressif comme en Manche de l'entrée à Dunkerque, ou dans l'estuaire du fleuve Saint-Laurent au Canada. Les mers intracontinentales et intérieures sont peu sujettes aux marées car les masses d'eau et les distances entre les côtes concernées sont beaucoup plus faibles que dans les océans. Pour les mers partiellement ouvertes, tout dépend de l'ouverture par rapport au volume propre: en Méditerranée, l'étroitesse du détroit de Gibraltar empêche remplissage ou vidage conséquent , alors que dans le golfe du Morbihan, la marée génère des courants violents.

Les marées terrestres

La Terre subit aussi l'influence des marées, puisque les plaques du manteau terrestre, bien que solides, sont élastiques et déformables, et de ce fait se déplacent comme le niveau des océans. À Paris, aux heures qui correspondraient à une marée haute, le niveau terrestre est ainsi plus éloigné du centre de la Terre d'environ 30 centimètres en comparaison avec une position par rapport à la Lune correspondant à une marée basse. Les marées terrestres, combinées à l'auto-gravitation de la masse océanique, tendent d'autre part à réduire le marnage en pleine mer (correspondant à la marée d'équilibre) d'environ 30%.

Historique de l'étude des facteurs causaux des marées

De l'antiquité au VI siècle

Dans l'Antiquité, le phénomène de marée est remarqué par Hérodote dans la mer Rouge, et les Grecs avaient également noté les courants capricieux de certains détroits méditerranéens. Ils prirent pleinement conscience du phénomène en s'aventurant en dehors de la Méditerranée, au IV siècle av. J.-C. (Pythéas en Atlantique, Alexandre le Grand en Inde). Un lien avec la position de la Lune est proposé par le même Pythéas, celui-ci se fondant sur ses propres observations ainsi que sur celles des Celtes de la côte Atlantique.

Platon pensait que les marées étaient provoquées par des oscillations de la Terre. Mais les observations les plus précises sont effectuées par Posidonios au I siècle av. J.-C. à Cadix. Il décrit trois phénomènes périodiques liées aux marées : les deux marées quotidiennes, correspondant aux deux culminations (inférieure et supérieure) de la Lune ; la période semi-mensuelle correspondant aux syzygies avec le Soleil ; la période semi-annuelle correspondant aux marées d'équinoxe. Il évalue correctement le décalage entre le passage de la Lune et le soulèvement des eaux.

Posidonios voit dans ce phénomène la manifestation d'une sympathie, d'une attirance des flots pour la Lune réputée humide. Cicéron, Pline l'Ancien, Strabon, Ptolémée affirment que le phénomène des marées dépend des cours de la Lune et du Soleil.

Du VII au XVIII siècle

Au VII siècle, avec Augustin Erigène, les termes de morte-eau (ledo) et de vive-eau (malina) et leur corrélation avec les phases de la Lune apparaissent pour la première fois.

Au VIII siècle, Bède le Vénérable approfondit les observations de Posidonios et étudie les variations des marées d'un point à l'autre de la côte anglaise. Il est le premier à « affirmer l'existence et la constance, en chaque lieu, d'un retard de la marée sur l'heure lunaire » : l'établissement du port. Il constate que « des vents favorables ou contraires peuvent avancer ou retarder les heures du flux et du reflux... ».

Au IX siècle, l'astronome perse Albumasar décrit de façon détaillée dans son Introductorium magnum ad Astronomiam les corrélations entre marée et Lune.

Toutefois, si l'explication par l'attirance a la faveur des astrologues et des médecins pour qui la Lune est l'astre humide par excellence, elle n'est pas reçue par les disciples d'Aristote qui limitent à la lumière et au mouvement l'action des astres sur la Terre.

À partir du XIV siècle, se développe la théorie aimantique des marées qui compare l'action de la Lune sur les eaux de la mer à l'action de l'aimant sur le fer.

C'est aux médecins et astrologues du XVI siècle qu'il faut attribuer l'idée de décomposer la marée totale en deux marées de même nature, l'une produite par la Lune, l'autre par le Soleil.

Au XVII siècle, Kepler adopte le concept d’une force d’attraction de la Lune, de nature magnétique, qui engendrerait le phénomène des marées. Galilée se moque de la position de Kepler quant à l'attraction lunaire et explique le flux et le reflux de l’océan par les actions qu‘engendrent la rotation de la Terre. Malgré les objections, Galilée considère prouver le mouvement de la Terre par cette explication.

La théorie de la gravitation de Newton permit de revenir à l'influence lunaire et solaire, fondée sur des principes scientifiques. Cette théorie fut largement adoptée au cours du XVIII siècle, même si, au début du XIX siècle, Bernardin de Saint-Pierre tenta de persuader l'Académie des sciences française que ce n'était pas la Lune mais la fonte (alternée avec le gel nocturne) des glaciers qui provoquait les marées. Poussant jusqu'au bout son raisonnement, il justifiait la grande amplitude des marées d'équinoxe par l'action conjuguée des glaciers arctiques et antarctiques.

Marnage

Le marnage est, pour un jour donné et dans un intervalle pleine mer - basse mer, la différence de hauteur d'eau entre le niveau de la pleine mer et celui de la basse mer (exemple : marnage de 6,0 m). Le marnage varie continuellement. La zone alternativement couverte et découverte par la mer, limitée par ces deux niveaux lorsqu'ils sont à leur maximum, est appelée l'estran ou zone de marnage, ou encore « zone de balancement des marées ».

Le marnage est parfois confondu avec l'amplitude de marée, mais cette dernière expression est tantôt assimilée à l’expression anglaise tidal range désignant le marnage, tantôt assimilée à l’expression tide amplitude désignant le demi-marnage (différence de hauteur d'eau à pleine mer ou à basse mer avec celle de la mi-marée).

Coefficient de marées

Il s'exprime en centièmes et varie de 20 à 120, et indique la force de la marée. Le coefficient moyen est 70.

Les grandes marées ou marées de vives-eaux se produisent lorsque la Lune et le Soleil se trouvent en conjonction ou opposition (on parle de syzygie) par rapport à la Terre (situation de pleine ou de nouvelle lune) : leurs forces d'attraction s'ajoutent. Ce phénomène explique que les plus grandes marées (marées d'équinoxes ) ont lieu lors de la première syzygie qui suit l'équinoxe (21 mars et 21 septembre).

Inversement, les marées sont faibles (marées de mortes-eaux) lorsque la Lune est à 90° de l'axe Soleil-Terre (situation de premier ou dernier quartier). De même, les plus faibles ont lieu aux alentours des solstices d'été et d'hiver (21 juin et 21 décembre).

C = 20, définit la plus faible marée possible

C = 45, définit une morte-eau moyenne

C = 70, définit la séparation entre vive-eau et morte-eau

C = 95, définit une vive-eau moyenne

C = 100, définit une vive-eau équinoxiale moyenne

C = 120, définit la plus forte marée possible

Si U est, en un lieu donné, le demi-marnage de la plus forte marée de vive-eau survenant après une syzygie équinoxiale moyenne (C = 100), alors la hauteur d'eau (h) à la pleine mer d'une marée de coefficient (C) est environ :

h_pm = (1,2 + C) × U

de même la hauteur d'eau à la basse mer sera approximativement : h_bm = (1,2 − C) × U

Note :

Dans ces deux précédentes formules, le coefficient C ne doit pas être exprimé en centièmes. C variant de 20 à 120, dans ces formules il prendra les valeurs de 0,2 à 1,2.

U est également appelé unité de hauteur du lieu considéré.

Exemple pratique : la hauteur d'eau à pleine mer en un lieu où l'unité de hauteur U = 5,50 m, lorsque le coefficient C = 95 sera approximativement : h_pm = (1,2 + 0,95) × 5,50 = 11,825 m. De même la hauteur d'eau à basse mer sera h_bm = (1,2 − 0,95 ) × 5,50 = 1,375 m.

Classement des composantes de la marée

Lieux de marées remarquables

Les couleurs indiquent la composante M2 des marées. Deux lignes cotidales diffèrent d'une heure. Les centres sont les points amphidromiques.

Au Canada : dans la baie d'Ungava, le marnage peut atteindre 17 voire 20 mètres et dans la baie de Fundy, 18,5 m. Ces baies sont les deux endroits où les marées les plus importantes au monde ont lieu et, selon les sources, on attribue à l'une ou à l'autre le record de marnage. Viennent ensuite Puerto Gallegos en Argentine (16,8 m), l'estuaire de la Severn en Angleterre (16,5 m), la baie de Frobisher au Canada (16,3 m) et la baie du Mont-Saint-Michel en France (15 m).

En Grande-Bretagne : le canal de Bristol, avec 15 m de marnage.

En France : jusqu'à 15 m de marnage dans la baie du Mont-Saint-Michel en Normandie, où il est traditionnellement dit que « la mer monte à la vitesse d'un cheval au galop » et entoure alors le Mont-Saint-Michel. Il est possible d'observer cet important marnage à Granville et plus largement le niveau de la mer pour ce site, entre autres, à partir du site des réseaux de référence des observations marégraphiques REFMAR.

En Norvège : le Saltstraumen, remplissant un fjord de 400 millions de mètres cubes.

En Australie-Occidentale : les Horizontal Falls, dans la région du Kimberley, avec 10 m de marnage environ.

À Pondichéry (Inde) et dans certains ports du Viêt Nam, où il n'y a qu'une seule marée par jour.

Les modèles de marées

Caractéristique de l'onde de marée

L'attraction de la Lune et du Soleil crée une onde de marée qui, en se propageant, crée le phénomène de marée. La vitesse de propagation est élevée dans les eaux profondes (400 nœuds en Atlantique, soit environ 200 mètres par seconde), beaucoup plus faible dans les eaux peu profondes (30 nœuds en Manche, soit environ 15 mètres par seconde). Cette vitesse détermine le décalage des horaires de pleine mer en différents lieux.

De plus, la marée subit un retard par rapport aux situations astrales ; on parle d'âge de la marée. Sur les côtes françaises, elle vaut environ 36 heures. À Brest, on verra donc les grandes marées 36 heures après la pleine lune. Cette notion d'âge de la marée ne doit pas être confondue avec le temps de propagation de l'onde de marée décrite au paragraphe précédent.

L'ampleur et la périodicité de la marée dépendent du lieu : ils sont déterminés par de nombreux facteurs dont la taille du bassin maritime, sa profondeur, le profil des fonds marins, l'existence de bras de mer, la latitude, etc. Dans certaines mers, comme la Méditerranée, tous ces facteurs sont à l'origine d'une marée tellement faible qu'elle peut être négligée. Ailleurs les marées peuvent atteindre 15 mètres de marnage.

Selon la latitude du lieu et la morphologie de sa côte (caractéristiques ci-avant), on distingue des marées de quatre types :

Régime de marée semi-diurne : deux pleines mers et deux basses mers ont lieu chaque jour lunaire (24 h 50 min), cas typique des côtes atlantiques européennes avec des amplitudes similaires ;

Régime de marée semi-diurne à inégalité diurne : régime similaire au précédent mais les hauteurs des pleines mers et des basses mers consécutives ont des amplitudes différentes (océan Indien) ;

Régime de marée diurne : régime plutôt rare dans lequel on observe une pleine mer et une basse mer par jour (golfes du Mexique, de Finlande, mer Baltique, mers d'Indochine) ;

Régime marée mixte : au cours de la lunaison, succession de marées marquant une transition progressive entre le type diurne et le type à inégalité diurne (côtes de l'océan Pacifique, mer Égée, mer Adriatique).

La marée en France métropolitaine

Elle est du type « semi-diurne », avec une période moyenne de 12 heures 25 minutes. Il y a donc un décalage chaque jour des heures de basse et pleine mer.

Le marnage est très variable. Celui-ci peut atteindre 14 mètres dans la baie du mont Saint-Michel lors des grandes marées, et être seulement quelques dizaines de centimètres en Méditerranée en mortes-eaux.

潮汐是地球上的海洋表面受到太阳和月球的潮汐力作用引起的涨落现象。潮汐造成海洋和港湾口积水深度的改变，并且形成震荡的潮汐流，因此制作沿海地区潮汐流的预测在航海上是很重要的（参见航海）。在涨潮时会埋在海水中，而在退潮时会裸露出来的潮间带，是潮汐造成的重要海洋生态。

潮汐的变化位置与月球、太阳和月球的相对位置有关，并且会与地球自转的效应耦合和海洋的海水深度、大湖及河口。潮汐现象除了发生在海洋之外，也会在其它引力场的时间和空间系统内发生（参见其它的潮汐）。

在每天的，特别是在浅海和港湾实际发生的海平面变化，不仅受到天文的潮汐力影响，还会受到气象（风和气压）的强烈影响，例如风暴潮。

特征

海水经历几个小时的上涨或在海滩上进展，

水达到被称为高潮的最大高度。

经历几个小时的海平面降低，或是像瀑布一样从海滩退出，

水面在所谓的低潮停止降低。

潮汐的组成

月球公转与地球自转方向相同，但地球自转速度快于月球公转，使涨潮被地球自转带着跑，在月球至中天前到来，相差约3度。 月球与潮汐隆起（tidal bulge，或称隆堆）相互吸引，使得地球自转渐渐变慢，而月球公转渐快。这使得当前每一年月球轨道约推离地球38毫米，而地球的一日延长约23微秒。 因为月球对地球万有引力的作用，地球视作一固态整体，较背对月球一侧的海水更被拉近月球，因此背对月球一侧的海水形同「升高」了。这造成两端的潮汐隆起与每天两次的涨潮。 潮汐的变化是多种不同周期活动最终的结果，这种影响称为潮汐的组成。 潮汐变化的时间尺度范围从数小时到一年，所以要在固定的观测站以潮汐表精确的纪录水位的高低变化，可以筛选出变化周期短于一分钟的水位变化。这些数据将会和参考值（或已知数），通常是平均海平面，做比较。 主太阴半日潮 在大多数的地区，潮汐最主要的成分是主太阴半日潮，也称为M2，它的周期是12小时25.2分钟，正好是太阴潮汐日的一半，也是月球至下一次中天所需的一半时间，也是地球上同一个地点因为自转再一次正对着月球的周期。使用简单的潮汐钟就可以追踪这个成分的潮汐。因为月球以和地球公转相同的方向环绕着地球运转，因此太阴日比地球日长一点。以手表上的分针做比较就可以了解：分针与时针在12:00重合，但再次重合的时间是1:05，而不是1:00就可以了解了。 变动的范围：大潮和小潮 图2：艺术家概念下的大潮 图3：艺术家概念下的小潮 半日潮的潮差（在半天之内水域的最高和最低位置的变化）各自有两个星期或14天周期的不同变化。在新月和满月，当太阳、月球和地球的在一条在线，也就是朔望的时刻，太阳和月亮的潮汐力迭加，潮汐的潮差会达到最大：称为大潮（英文为spring tide，但与春季无关，不能译为春潮，而是在字面上源自较古老的含义：跳跃、向前喷出、上升等水文学的自然现象）。当月球在上弦或下弦的位置，从地球看到的太阳和月球相距90度， 太阳的力量抵销了部分的月球力量，使两者的合力效果最小。在月相周期的这种位置上，潮汐的潮差最小：称为小潮（英文neap tide的字源不清楚）。大潮的时候，高水位高于平均值，而低水位低于平均值，憩潮的时间比平均短，但潮流比平均值强大；小潮的结果是一切都小于平均值。大潮和小潮的时间间隔大约是7天。 月球与地球之间的距离变化也影响到潮汐的高度，当月球在近地点，潮汐的潮差会增加，而在远地点时潮汐的潮差会减少。每7.5个朔望月，新月或满月会和近点月重合，会造成近点月大潮使潮汐的潮差达到最大。如果在此时有风暴出现在沿海地区，其结果是造成的灾害（各种形式上的财物损失，等等）会特别的严重。 半日潮潮差的差异 当一天有两次但高度不同的涨潮（也有两次高度不同的退潮），这种形式称为混合型半日潮。 海洋测深学 滨线和海床形状的变化会改变潮汐的传播，所以潮汐时间和高度的预测不能单纯的只观测月球在天空中的位置。海岸的特性，如水下的深度和海岸的形状，都会影响到每个不同地区的潮汐预报；精确的海水高度和潮汐时间可能需要依据不同地区的海岸地形学特征对潮汐流动影响的模型来预报。但是，对给定地点的潮汐，月球的高度和满潮与干潮时间的关系（月潮间隔）是有相对应的常数和可预测的，而相同海岸的其他地点的潮汐之间也是有关联的。例如，维吉尼亚州诺福克的涨潮可预测出现在月球过中天之前的2.5小时。 大块的陆地和海滩对原本可以在全球自由流动的海水是一种障碍，它们不同的形状和大小经常会影响到潮汐的大小，结果是潮汐有不同的类型。例如，美国大陆东海岸的主要形式是单日潮，大西洋沿岸的欧洲也是如此，而美国大陆西岸的形式则是混合的半日潮。 其它的成分 影响潮汐的因素包括太阳的引力、地轴的倾斜、月球轨道的倾角和地球与月球轨道的椭圆形状。 少于半天的周期变化称为谐振成分。反之，长周期的成分是超过一天、一个月或一年的循环。 相位和振幅 图4：M2潮汐的成分。振幅以颜色显示，白线为间隔一小时的等潮线。环绕无潮点的的曲线显示潮汐的方向，每个指示6小时的同步周期 因为M2的成分是主宰潮汐的最主要因素，潮汐的阶段或相位，使用在满潮之后几小时来呈现是有用的概念。潮汐的阶段也可以用角度来测量，一个循环是360度。潮汐相位相同阶段的连接称为等潮线，类似地形图上的等高线。等潮线（也称为潮汐相位）沿着同时发生高潮的海岸延伸至海洋中，并且等潮线会沿着海岸推进。半日和长期相位的成分由海水每日的最高水位的高度来测量。这些与下面讨论的精确性只适用于一个单一的潮汐成分。 对一个像水盆一样被海岸线环绕的海洋，等潮线的点会快速的向内并汇聚在一个共同的点，称为无潮点。无潮点是在一次的满潮和干潮的高低水位之间，海面没有起与落，稳定不动的点（罕见的异常在潮期中经常发生在小岛和它的周围，如同环绕在新西兰和马达加斯加。）。潮汐的运动一般在扫过大陆的海岸线时会减少，因此横越过等潮线的是振幅相同的轮廓（在高潮和低潮之间一半的距离），并在无潮点衰减为零。一个半日潮的无潮点大约在潮汐钟正面的中间，时针指向满潮的等潮线的方向；它的方向与干潮的等潮线相对着。 满潮线以无潮点为中心，以等潮在线升的方向，远离退潮的等潮线，约每12小时旋转一周。由于柯氏力效应，这种转动通常在南半球是顺时针方向，而在北半球是逆时针方向。与参考潮汐相位在相位上的差异称为期。参考潮汐是在无陆地的0°经线，也就是格林威治子午在线假设的一个平衡潮成分。 在北大西洋，因为等潮线是以无潮点向逆时针方向旋转，在纽约港的满潮会比诺福克港早约一个小时。南方的哈特拉斯角的潮汐力更为复杂，因而不能只依靠北大西洋的等潮线来预测。

物理学

图5：从北极鸟瞰的地球和月球。 潮汐物理学的历史 牛顿在他的自然哲学的数学原理（1687）一书中以科学的研究奠定了用数学解释潮汐发生的基础力量。牛顿首先应用牛顿万有引力定律计算由太阳和月球吸引造成的潮汐，并且提供了引潮力最初的理论。但是牛顿的理论和他的后继者是采用之前拉普拉斯的均衡理论，在很大的程度上是以近似值描述潮汐即使在覆盖整个地球的非惯性海洋中也会发生引潮力（或是相当于位能）对潮汐理论依然是有意义的，但做为一个中间的数值，而不是最终的结果；理论已经考虑地球动力学与潮汐的关系，而受到地形、地Ë球自转和其它因素的影响。 在1740年，在巴黎的法国皇家科学院提供奖金给最佳的潮汐理论，由丹尼尔·伯努利、Antoine Cavalleri、欧拉、和柯林·马克劳林共享这笔奖金。 马克劳林使用牛顿的理论显示一个覆盖了足够深度海洋的单一平滑球体，在潮汐力的作用下会变形成为扁长的椭球体，而长轴就指向引起变形的**。马克劳林也是第一个写下地球的柯里奥利力对运动的影响。 欧拉意识到在水平方向的力（引潮力）才是驱动潮汐的力（比垂直方向的起潮力大）。 在1744年，达朗贝尔研究潮汐的大气方程序，但没有包括转动的因素。 皮埃尔-西蒙·拉普拉斯以偏微分方程的形式制订有关海洋在水平的流动和海表面高度的系统，是第一件主要的潮汐动力理论，而且拉普拉斯潮汐方程在今天仍在使用。William Thomson, 1st Baron Kelvin重写了拉普拉斯方程中的涡度项目，使方程序可以描述与解决驱动沿岸陷落波，也就是所知的克耳文波 。 其他人，包括克耳文与亨利·庞加莱继续开发拉普拉斯理论，根据这些发展与E W布朗和Arthur Thomas Doodson的月球理论在1921年开发和发布，第一个现代化的引潮谐波形式：道森列出了388项潮汐频率，其中有些方法现在仍被使用着。 力 若以月球潮汐为例，作用于每单位质量的引潮力是月球的引力场在该单位质量的位置和在地心的矢量差。此每单位质量引潮力可分解为垂直 (即径向) 分量 和水平 (即切向) 分量 。简化后，它们分别是 和 。 其中 是万有引力常数， 是月球质量， 是地球半径， 是地心与月心的距离， 是该单位质量与地心的连接与地—月连接的夹角。 最高潮发生在正面向月球 ( ) 和正背向月球 ( ) 两位置。在该两处 及 。最低潮则发生在 和 两位置。在该两处 及 。 数值上， 是地球引力加速度 的千万份之一 ( )。这个比例约莫等于一根火柴与一辆 2 公吨汽车重量之比。无论潮汐幅度如何，此垂直引潮力与海水的重量仍保持这比例 (因为它们均正比于质量)。 如此微弱的引潮力是不可能在 的影响下能垂直把海水拉起或压下。 事实上，海洋潮汐的发生是引潮力的水平分量 () 起的作用，而不是垂直分量 ()。 譬如，在 (低潮) 至 (高潮) 的范围内， 都是沿地球表面以单一相同方向作用这长达地球周界四份之一的海水。 如果以平衡潮理论来说，这样把海水水平挤压就会令海水的压强在这大范围内随 缓慢增加。同时，海水保持着平衡，海面下增大了的压强就会把海水水位推至适当高度，在正面向和正背向月球两位置，海水的压强最大，水位亦升得最高 (潮涨)。 与 虽属同数量级 (一样微弱) ，但只是前者能产生可观察的效果， 因为它不须与地心吸力抗衡及可以有长达 的作用距离。 如果以动力潮理论来说， 亦较 重要， 它会把海水推动，形成潮流、潮波，把海水带向潮涨位置。

规律

月球对地球不同部分的引力与对地心引力的差别 某个**受外**万有引力的作用下，正对外**和背对外**的部位向外凸出，而与外**垂直的部位向内凹进。一般固体形变不明显，流体形变比较明显。 在一篇科普文章中，岳东晓得出某地点的潮汐高度公式如下 , 其中是造成潮汐的**质量，为地球质量，为地球半径，为地球到**的距离，是该地点与地心的连线与地心--**连线的夹角。由此公式计算出月球产生的最大潮汐高度为40厘米，太阳引发的潮汐高度为16厘米。 但以上由岳东晓推导的公式不正确。有关的学术文献多不胜数，计算潮汐高度的公式已广为人知。正确公式前的分数应该是 3/4 ，而不是 1/2。

影响

潮汐的存在使**之间的相对速度减小，对彼此的自转起刹车作用。比如，月球和地球之间的潮汐使月球的自转周期等于它的公转周期，称之为潮汐锁定。 潮汐使**被拉长，如果是黑洞等质量巨大的**引起的潮汐，一旦潮汐力超过分子间作用力，会把周围的物体撕得粉碎。 虽然潮汐对固体形变的影响不大，但是潮汐往往成为地球上地震（星震）的诱因之一。

名称由来

地球上的海水或江水，受到太阳、月球的引力以及地球自转的影响，在每天早晚会各有一次水位的涨落，这种现象，早称之为潮，晚称之为汐。

应用

水位的涨落形成了水的势能和动能，即潮汐能。潮汐能是一种蕴藏量大、洁净无污染的可再生能源。人们通常在潮汐能资源丰富的海湾或河口修建潮汐发电站，利用潮汐能发电。 对于以浮潜为玩乐的人士来说，涨潮时比退潮时更适合进行潜水活动。相反地，有些活动如挖蚬，退潮时比涨潮时更适合进行。 澎湖的双心石沪是利用海水的潮汐来捕鱼，当涨潮时，鱼会游进石沪里觅食，退潮后鱼就会受困在里面，这时渔民就可以趁机捕捞渔获。