Mystère résolu 127 ans plus tard : pourquoi certains bateaux s’arrêtent net alors que le moteur tourne toujours

Au large de la Norvège comme dans d’autres mers du globe, des navires se retrouvent parfois quasiment immobiles, malgré des moteurs en parfait état.

Ce phénomène intrigant, observé pour la première fois à la fin du XIXe siècle, vient d’être expliqué avec précision par une équipe de chercheurs français. Comme le rapporte le média argentin Clarín, des physiciens de l’université de Poitiers affirment avoir enfin levé le voile sur l’énigme de « l’eau morte », cette situation étrange où un bateau n’avance plus, même en poussant les gaz.

Un phénomène noté dès 1893 par un explorateur norvégien

Tout commence en 1893, lors d’une expédition vers la Sibérie. L’explorateur norvégien Fridtjof Nansen, célèbre scientifique et aventurier, navigue alors à bord de son navire Fram dans les eaux froides du Grand Nord. C’est là qu’il vit une scène déroutante : son bateau se met soudain à ralentir, jusqu’à presque s’arrêter, alors que le moteur fonctionne normalement et que l’équipage redouble d’efforts pour manœuvrer.

Nansen décrit un navire qui semble comme saisi par une force invisible. Selon le récit rapporté par Clarín, il résume ainsi son impression : « Il semblait retenu par une force mystérieuse et ne répondait pas toujours à ce que nous lui indiquions avec le gouvernail. Nous avons fait des boucles, parfois des tours complets, testé toutes sortes de stratégies pour y échapper, mais avec très peu de succès. »

Un bateau qui avance au ralenti, voire s’arrête presque net, alors que l’hélice tourne normalement : c’est l’effet d’« eau morte » décrit dès 1893 par Fridtjof Nansen.

À l’époque, l’explorateur comprend déjà un élément clé : le phénomène survient là où une couche d’eau douce, issue notamment des glaciers, repose sur de l’eau de mer plus salée. Ce type de configuration est fréquent dans les fjords, ces longs bras de mer encaissés entre des parois rocheuses, caractéristiques des côtes norvégiennes.

« Eau morte » : quand les couches d’eau se transforment en piège invisible

Le phénomène reçoit le nom d’« eau morte ». Il ne s’agit pas d’une mer d’huile au sens classique, mais d’une situation où le bateau se trouve littéralement freiné par la structure même de l’eau sous sa coque.

En 1904, le physicien et océanographe suédois Vagn Walfrid Ekman se penche à son tour sur l’énigme. En laboratoire, il montre que, là où l’eau douce surnage sur l’eau salée, des vagues internes se développent à la frontière entre les deux couches. Ces vagues ne se voient pas en surface, mais elles absorbent une partie de l’énergie fournie par la propulsion du navire.

Les vagues internes, invisibles depuis le pont, peuvent capter l’énergie du bateau au point de presque annuler l’effet de l’hélice.

Selon les travaux d’Ekman, si ces vagues internes se forment au bon endroit et au bon rythme, elles peuvent s’opposer à la poussée créée par l’hélice et freiner drastiquement le navire. Le bateau consomme du carburant, le moteur tourne, mais la vitesse chute comme si l’on tirait sur un frein géant caché sous la surface.

Une équipe française met à jour deux résistances invisibles

Plus d’un siècle plus tard, des physiciens de l’université de Poitiers, l’une des plus anciennes universités de France, ont décidé de reprendre le problème avec les moyens modernes. Leur étude a été publiée dans la revue scientifique américaine Proceedings of the National Academy of Sciences.

Les chercheurs ont réalisé une série d’expériences contrôlées. Ils ont remorqué un petit bateau à l’aide d’une corde dans un canal spécialement aménagé, tout en filmant finement le sillage généré par l’embarcation avec des caméras haute résolution. L’objectif : voir comment la surface et les couches internes de l’eau réagissent, selon les configurations.

Leur conclusion pointe deux types de résistances capables de provoquer l’effet d’« eau morte » :

• la résistance cinématique, liée au mouvement relatif des couches d’eau et à la formation des vagues internes ;
• la résistance dynamique, associée à la manière dont l’énergie est transférée du bateau vers ces vagues, puis dissipée.

Les scientifiques montrent que la théorie d’Ekman, centrée sur le freinage dû aux vagues internes, reste valable, mais qu’elle doit être complétée. Dans un canal étroit ou un fjord, les parois latérales amplifient ce phénomène d’ondes, car l’énergie ne peut pas se disperser facilement sur les côtés.

Dans un espace confiné, les vagues internes se renforcent et freinent davantage le navire. En pleine mer, l’effet change de nature : la résistance décrite par Nansen domine rapidement.

Les auteurs de l’étude estiment ainsi avoir « résolu un mystère de plus d’un siècle » concernant la nature réelle de l’effet d’« eau morte ». Ils expliquent aussi pourquoi certains travaux antérieurs, menés eux aussi dans des canaux étroits, avaient sans doute surestimé un type de résistance par rapport à l’autre.

Des fjords norvégiens à la bataille antique d’Actium

Le projet mené à Poitiers ne se limite pas aux mésaventures de Nansen. Les chercheurs l’inscrivent dans un programme plus large, qui interroge la stratégie navale à travers l’histoire. Leur question de départ : pourquoi les énormes navires de Marc Antoine et Cléopâtre ont-ils été vaincus par des bateaux plus petits, théoriquement moins puissants, lors de la bataille d’Actium en 31 avant notre ère ?

Cette bataille navale majeure de l’Antiquité, qui oppose la flotte de Marc Antoine et Cléopâtre à celle d’Octave (le futur empereur Auguste), se solde par une défaite lourde pour la reine d’Égypte. Les textes anciens soulignent souvent l’encombrement des grands navires et leurs difficultés de manœuvre.

Les travaux sur l’« eau morte » suggèrent une piste complémentaire : dans certaines conditions, la structure de la colonne d’eau, la présence de couches d’eau de densités différentes ou la configuration fermée d’un plan d’eau peuvent pénaliser des bâtiments plus massifs. Des navires plus petits et plus maniables peuvent alors tirer parti d’une résistance moindre et conserver l’avantage tactique.

Ce que l’« eau morte » change concrètement pour la navigation

Pour un marin, l’« eau morte » ne relève pas seulement de la curiosité scientifique. Sur un navire moderne, ce phénomène peut :

• augmenter fortement la consommation de carburant pour une vitesse réelle très faible ;
• perturber la planification de la route et des horaires, notamment dans les fjords ou les zones polaires ;
• modifier la réponse du bateau au gouvernail, donc compliquer les manœuvres ;
• surprendre l’équipage, qui peut suspecter à tort un problème de moteur ou de coque.

Les marines marchandes ou militaires qui naviguent en zones où se superposent eau douce et eau salée disposent désormais d’une description plus fine de ces résistances cachées. Cela peut servir à adapter les vitesses, les trajectoires et même certains choix de conception des coques ou de puissance de propulsion.

Quelle situation pour les navires en France ?

Le phénomène étudié par l’université de Poitiers concerne directement des situations que connaissent aussi les marins français. En France, l’« eau morte » peut se produire dans :

• les estuaires où l’eau douce des fleuves rencontre l’eau salée de l’océan, comme en Gironde ou en Loire ;
• certains ports encaissés ou bassins abrités où des eaux de densités différentes se superposent ;
• les zones côtières proches de fleuves de montagne, où l’apport d’eau douce est important après la fonte des neiges.

Les règles de navigation françaises ne prévoient pas de dispositif spécifique lié à l’« eau morte », mais les professionnels formés à l’hydrographie et à l’océanographie connaissent ces effets de stratification de l’eau. Le Service hydrographique et océanographique de la Marine (Shom), équivalent français des services hydrographiques d’autres pays, fournit des données sur les courants, la salinité et la température de l’eau qui aident à anticiper ces phénomènes.

Pour les plaisanciers, l’« eau morte » peut rester largement imperceptible, car leurs bateaux sont légers et leurs trajets se déroulent souvent en eaux bien brassées par les marées et le vent. Les grands ferries, cargos ou navires militaires, eux, sont beaucoup plus sensibles aux couches d’eau et aux vagues internes, en particulier lorsqu’ils transitent dans des chenaux ou des zones à forte stratification.

Un phénomène lié à la densité : quelques repères pour comprendre

L’« eau morte » repose sur un principe physique assez simple : l’eau n’a pas partout la même densité. L’eau salée est plus dense que l’eau douce, l’eau froide est en général plus dense que l’eau plus chaude. Quand deux masses d’eau de densités différentes se rencontrent sans se mélanger totalement, elles forment des couches superposées.

À l’interface entre ces couches, des vagues internes peuvent se former, comme à la surface, mais enfouies à plusieurs mètres de profondeur. Ces vagues ne sont presque pas visibles depuis le pont, pourtant elles déplacent de grandes masses d’eau et absorbent de l’énergie. Pour un navire lourd, traverser une zone où ces couches sont marquées revient à franchir un tapis roulant à contre-sens.

Un risque surtout pour les grands navires et les zones fermées

L’« eau morte » ne provoque pas à elle seule de naufrage brutal comme une tempête. Le danger vient plutôt de la perte de contrôle partielle du bateau et de la sous-estimation des distances réellement parcourues. Dans un détroit, un fjord encadré de falaises ou un chenal étroit, un navire trop freiné peut réagir avec retard au gouvernail. Cette inertie accrue complique l’évitement d’obstacles ou d’autres navires.

À l’avenir, les chercheurs prévoient d’affiner leurs modèles pour mieux intégrer ces résistances dans les simulations numériques de route et de consommation. Pour les compagnies maritimes, comprendre quand et où l’« eau morte » se manifeste peut représenter un gain énergétique, en évitant de gaspiller du carburant dans des zones où, quelle que soit la puissance envoyée au moteur, le navire restera presque scotché à l’eau.