Que nous reste-t-il à comprendre du courant de baïne?

Beaucoup... Les recherches sur le courant de baïne, mais surtout plus largement les courants d'arrachement partout dans le monde, visent (1) à mieux comprendre leur contribution dans le mélanges des masses d'eau et les échanges hydro-sédimentaires entre le plateau continental et les franges littorales ce qui est important le transport des polluants et nutriments, (2) explorer leur interaction avec la morphodynamique court terme (quelques jours) des plages ou encore (3) développer des méthodes pour prédire leur occurrence. La courte liste est loin d'être exhaustive!

Les échanges entre scientifiques et les sauveteurs sont de plus en plus d'actualité, en particulier dans les pays anglo-saxons, afin notamment de converger vers des recommandations les plus simples et les plus universelles (e.g., Rip Current Symposium tous les 2 ans depuis 2010, comité RipSafe). Non seulement des physiciens, mais aussi des chercheurs en Sciences Humaines et Sociales et en Psychologie participent à ces discussions à l'échelle internationale. Un des sujets de discussion est par exemple doit-on "nager parallèle" ou "se laisser flotter". Cette question est complexe: dans le cas du courant d'arrachement de cap de droite on voit qu'il faudrait bien sûr nager parallèlement vers la gauche, mais se laisser flotter si on est pris dans celui de gauche! Pour les courants de baïne et d'arrachement en général, c'est très, très, très complexe, pour un nombre de raisons bien trop important pour être listées ici.

On rencontre une succession de barres et de baïnes tout le long du littoral aquitain avec, en moyenne, environ un système tous les 350-400 mètres. Sur la figure de droite, on voit que ces systèmes sont parfois très réguliers avec des baïnes s'ouvrant préférentiellement vers le sud, i.e. dans le sens prédominant de la dérive littorale (en raison des houles majoritairement d'incidence Nord-Ouest), c'est l'image "classique" sur le littoral aquitain. Toutefois, force est de constater que la majorité du temps les systèmes sont plutôt irréguliers (cf figure de droite).

Une question récurrente est: comment se forment ces systèmes barre/baïnes? On entend souvent "personne ne sait". Au contraire, on sait depuis assez longtemps comment et pourquoi ces systèmes se forment, le principal souci est de réussir à donner une explication simple car on est en face de processus physiques extrêmement complexes. Pour ce faire, il est judicieux de rappeler ci-dessous une notion fondamentale en mécanique qui est la notion d'équilibres stables et instables.

Prenons l'exemple d'un pendule avec une tige rigide soutenant une boule de masse M. Cette boule n'est soumise qu'à deux forces: la tension de la tige T et son poids P. Lorsque cette boule est à la verticale en bas (bleu) elle est en équilibre (T+P=0). Si on bouge légèrement cette boule, elle revient à sa position d'équilibre, elle est donc en équilibre stable. Prenons maintenant la boule à la verticale en haut (rouge). La boule est en équilibre (T+P=0). Par contre si on bouge légèrement la boule d'un côté ou de l'autre, celle-ci va descendre en tournant autour de l'axe, elle est donc en équilibre instable.

C'est exactement le même principe pour les plages sableuses (avec du sable pas trop fin!) exposées aux houles océaniques: ces plages dans un état homogène (plage rectiligne) sont en équilibre instable. Evidemment ici c'est bien plus compliqué que la situation du pendule avec juste deux forces. En effet, la physique des plages sableuses soumises à l'action de la houle rassemble des processus hydro-sédimentaires très complexes et très non-linéaires impliquant en plus beaucoup de rétroactions: propagation des vagues, déferlement, génération des courants, transport sédimentaire et évolution du fond associé, etc. Pour ces phénomènes d'instabilité des systèmes complexes en physique, on parle souvent de systèmes "auto-organisés". Ces systèmes "auto-organisés" ont tous des propriétés "émergentes" qui ont la particularité d'avoir une structuration cohérente (motifs réguliers, voir analogies dans d'autres domaines de la physique: cosmologie, thermodynamique, etc.). C'est pourquoi les systèmes barre/baïne ont une certaine longueur d'onde le long de la plage.

Pour simuler la formation des systèmes barre/baïne, il faut développer des modèles mathématiques et numériques très complexes. Ci-dessous nous montrons un exemple de simulation (sans marée) où on voit que, en partant d'une plage sableuse rectiligne de 2 kilomètres soumise à une houle légèrement oblique, des systèmes barre/baïne réguliers se forment au bout de quelques jours en migrant le long de la plage. On voit également que ces systèmes barre/baïne sont couplés à des cellules de circulation des courants d'arrachement (courant de baïne). Deux choses importantes ici peuvent être soulignés: (1) l'évolution des systèmes barre/baïne est indissociable de la dynamique des courants d'arrachement (ou de baïne) puisqu'ils interagissent en permanence et (2) la formation des systèmes barre/baïne ne nécessite pas la présence de marée contrairement à ce qu'on peut entendre ici et là. La marée a plutôt pour effet (1) d'inhiber légèrement la morphodynamique des systèmes barre/baïne et (2) de favoriser la formation de "cuvettes" vers le bord dans l'alignement du chenal qui rend donc la morphologie des systèmes barre/baïne légèrement différente de celle des systèmes plus "classiques" qu'on observe sur les autres plages océaniques, en particulier aux Etats-Unis et Australie qui sont les systèmes les plus documentés.



Ce schéma d'instabilité marche donc pour les plages sableuses (sable pas trop fin) exposées aux houles océaniques. Si la plage est exposée aux houles océaniques mais avec du sédiment très fin, alors on n'observe pas ce type de système mais plutôt une plage plane de pente très douce. C'est par exemple le cas des plages du sud-ouest de l'île d'Oléron pourtant soumises aux même houles que l'Aquitaine et qui ne présentent pas de système barra/baïne. A l'opposé, des plages soumises à des houles courtes (générées localement) avec du sable très grossier seront très pentues et n'auront pas non plus ce type de système: dans un cas assez extrême, on peut parler des plages de galets de Nice.