Les grandes déferlantes observées sur une plage peuvent résulter de systèmes météorologiques distants sur une certaine distance de l’océan ininterrompu. Cinq facteurs influencent la formation des vagues de vent qui vont ensuite se transformer en houle océanique :

• La vitesse ou la force du vent par rapport à la vitesse des vagues – le vent doit se déplacer plus rapidement que la crête de la vague (dans la direction dans laquelle la crête de la vague se déplace) pour qu’il y ait un transfert net d’énergie de l’air vers l’eau ; des vents prolongés plus forts créent des vagues plus grandes
• La distance ininterrompue d’eau libre sur laquelle le vent souffle sans changement significatif de direction (appelée le fetch)
• La largeur de la surface de l’eau dans le fetch
• Durée du vent – le temps pendant lequel le vent a soufflé sur le fetch
• Profondeur de l’eau

Tous ces facteurs fonctionnent ensemble pour déterminer la taille des vagues de vent :

• Hauteur de la vague (du creux à la crête)
• Longueur de la vague (de la crête à la crête)
• Période de la vague (intervalle de temps entre l’arrivée de crêtes consécutives à un point stationnaire)
• Direction de la propagation de la vague

Une mer pleinement développée présente la taille maximale de vague théoriquement possible pour un vent d’une force et d’un fetch spécifiques. Une exposition supplémentaire à ce vent spécifique entraînerait une perte d’énergie égale à l’apport d’énergie donnant un état stable, en raison de la dissipation d’énergie due à la viscosité et à la rupture du sommet des vagues sous forme de « whitecaps ». Les vagues dans une zone donnée ont généralement une gamme de hauteurs. Pour les bulletins météorologiques et pour l’analyse scientifique des statistiques sur les vagues de vent, leur hauteur caractéristique sur un intervalle de temps est généralement exprimée comme la hauteur significative des vagues. Ce chiffre représente la hauteur moyenne du tiers le plus élevé des vagues pendant une période donnée (généralement choisie dans une fourchette de 20 minutes à 12 heures), ou dans un système de vagues ou de tempête spécifique. La hauteur significative des vagues est également la valeur qu’un « observateur entraîné » (par exemple, l’équipage d’un navire) estimerait à partir d’une observation visuelle de l’état de la mer. Étant donné la variabilité de la hauteur des vagues, les plus grandes vagues individuelles sont susceptibles d’être un peu moins de deux fois la hauteur significative des vagues.

Sources de génération des vagues de ventEdit

Les vagues de vent sont générées par le vent. D’autres types de perturbations, comme les événements sismiques, peuvent également provoquer des ondes de gravité, mais ce ne sont pas des ondes de vent et elles ne donnent généralement pas lieu à une houle. La génération des vagues de vent est initiée par les perturbations du champ de vent transversal à la surface de l’eau.

Cependant, si l’on établit une surface d’eau plate (échelle de Beaufort 0) et des flux de vent transversal abrupts à la surface de l’eau, alors la génération d’ondes de vent de surface peut être expliquée par deux mécanismes, qui sont initiés par les fluctuations de pression normale des vents turbulents et les flux de cisaillement de vent parallèles.

Génération de vagues de surface par les ventsEdit

D’après les « fluctuations du vent » : La formation des vagues de vent est amorcée par une distribution aléatoire de la pression normale agissant sur l’eau à partir du vent. Par ce mécanisme, proposé par O.M. Phillips en 1957, la surface de l’eau est initialement au repos, et la génération de la vague estinitiée par les flux de vent turbulent et ensuite par les fluctuations du vent, la pression normale agissant sur la surface de l’eau. En raison de cette fluctuation de pression apparaissent des contraintes normales et tangentielles qui génèrent un comportement de vague sur la surface de l’eau.

Les hypothèses de ce mécanisme sont les suivantes :

1. L’eau est initialement au repos;
2. L’eau est inviscide;
3. L’eau est irrotationnelle;
4. La pression normale à la surface de l’eau provenant du vent turbulent est distribuée aléatoirement ; et
5. Les corrélations entre les mouvements de l’air et de l’eau sont négligées.

Les hypothèses de ce mécanisme sont:

Généralement, ces mécanismes de formation de vagues se produisent ensemble à la surface de l’océan, donnant lieu à des vagues de vent qui finissent par devenir des vagues complètement développées. Si l’on suppose une surface de mer très plate (nombre de Beaufort, 0), et qu’un flux de vent soudain souffle régulièrement à travers elle, le processus physique de génération de vagues serait le suivant:

1. Les flux de vent turbulent forment des fluctuations de pression aléatoires à la surface de la mer. De petites vagues d’un ordre de quelques centimètres de longueur d’onde sont générées par les fluctuations de pression (mécanisme de Phillips).
2. Le vent transversal continue à agir sur la surface de la mer initialement fluctuée. Puis les vagues deviennent plus grandes et, ce faisant, les différences de pression augmentent, et l’instabilité de cisaillement qui en résulte accélère la croissance des vagues de façon exponentielle (mécanisme de Miles).
3. L’interaction entre les vagues à la surface génère des vagues plus longues (Hasselmann et al., 1973) et cette interaction transfère l’énergie des vagues plus courtes générées par le mécanisme de Miles à celles qui ont des fréquences légèrement inférieures à celles du pic de magnitude des vagues. En fin de compte, la vitesse des vagues devient supérieure à celle du vent transversal (Pierson & Moskowitz).

• (Note : La plupart des vitesses des vagues calculées à partir de la longueur d’onde divisée par la période sont proportionnelles à la racine carrée de la longueur. Ainsi, à l’exception de la plus courte longueur d’onde, les vagues suivent la théorie des eaux profondes décrite dans la section suivante. La vague de 8,5 m de long doit être soit en eau peu profonde, soit entre profonde et peu profonde.)