Dérive d'objets flottants

Le mouvement d'un objet qui dérive à la surface de la mer est le résultat net de plusieurs forces agissant sur sa surface (courants, vent, vagues), et son centre de masse (flottabilité). Il est possible d'estimer la trajectoire à partir des données sur le vent local, le courant de surface, et la forme et la flottabilité de l'objet.

La position d'un objet flottant est calculée en intégrant numériquement la vitesse de dérive totale V de l'objet, donnée par:

V = Vc + Vw, (1)

où Vc est la vitesse du courant, et Vw la vitesse de dérive due au vent relative à la vitesse de l'eau ambiante.

Le courant océanique est constitué de deux composantes: le courant de surface, qui comprend la dérive d'Ekman, les mouvements baroclines, les courants de marée et d'inertie, et de la dérive de Stokes induite par les vagues.

Vc est supposé influencer tous les objets flottants de la même manière. Il est généralement pris entre 0.3 et 1 mètre sous la surface et obtenu à partir d'un modèle numérique d'océan.

Vw résulte des forces dues au vent et aux vagues agissant sur l'objet, et dépend fortement des caractéristiques de l'objet.

L'équation (1) est résolue de deux manières en fonction des forces qui déterminent Vw.

Pour les objets relativement petits (en pratique, moins de 30 mètres de long), les forces dues aux vagues peuvent être ignorées et les forces dues au vent sont d'importance variable, en fonction de la nature émergée de l'objet. Les objets de cette classe comprennent les corps, les radeaux, les petites embarcations, et débris divers. La dérive due à la force du vent est communément appelée leeway.

Pour les grands objets (les navires), les deux forces dues au vent et aux vagues sur l'objet doivent être prises en compte.

En raison de l'asymétrie de presque tout objet flottant, celui-ci dérive avec un certain angle par rapport au vent. Ainsi, on peut décomposer le vecteur de vitesse de dérive en deux composantes: une composante sous le vent (downwind) et une composante vent de travers (crosswind), comme le montre la figure ci-dessous.

Ce concept est une approche empirique au problème très difficile de déterminer la force nette sur un objet à la dérive. La large gamme d'objets (taille, forme) que nous pouvons avoir à suivre ne simplifie pas le problème. Ainsi, les études empiriques d'objets réels ont été jusqu'à présent la méthode la plus fructueuse.

Allen (Allen, 1999) a compilé les résultats d'expérimentations en mer effectuées pour déterminer comment les différentes classes d'objets réagissent au vent. Les composants DWL et CWL pour chaque classe d'objet sont déterminées à partir des régressions linéaires sur la vitesse du vent. Les écarts-types sur les coefficients DWL et CWL sont identifiés comme des "barres d'erreur" sur les propriétés de dérive.

De petites différences dans l'orientation initiale de l'objet par rapport au vent peuvent conduire à une dérive à droite ou à gauche de la direction du vent, avec la même probabilité.

L'orientation initiale est généralement inconnue, de sorte que la prévision est obligée de tenir compte de ces deux possibilités.

Ces deux positions ne sont pas stables. L'objet peut changer d'amure sous l'effet des conditions environnementales, principalement des vagues. La fréquence recommandée pour tenir compte de ces changements d'amure dans une simulation stochastique est de 4% par heure (Allen, 2005).

MOTHY-leeway s'applique à 91 cibles SAR.

Cette version est basée sur le résultat d'expérimentations en mer, menées en Europe, au Japon, et par le service des Gardes Côtes américain. Elle utilise aussi des données provenant des retours d'expérience des CROSS et MRCC. Elle est mis en oeuvre selon une technique élaborée par le service météorologique norvégien.

On simule la dérive d'un grand nombre d'objets (entre 8760 et 416616 objets selon la durée de la dérive) dont les caractéristiques suivent une distribution statistique ce qui permet d'associer une probabilité aux prévisions de dérive. L'orientation initiale de l'objet détermine la dérive à droite ou à gauche du vent. Ainsi, dans la dérive des deux points noirs seule l'incertitude sur l'orientation initiale est prise en compte. Ces deux trajectoires se font sans changement d'amure. L'incertitude sur la dérive liée aux caractéristiques de l'objet, à l'environnement et au changement d'amure est prise en compte dans la dérive des points de couleur.

Chavirage du trimaran Maxi80 Prince de Bretagne dans le Golfe de Gascogne lors de la Transat Jacques-Vabre 2015.
Dérive parfaitement prévue par MOTHY!