L'attraction universelle permet de comprendre comment l'action de la Lune et du Soleil sur les masses océaniques en déterminent les mouvements associés aux marées. Reste que l'explication que donne Newton du phénomène révèle de nombreuses carences. C'est que l'affaire est compliquée. L'explication des marées n'était pas à la portée des auteurs de l'Antiquité, s'en seraient-ils véritablement préoccupé, pas plus qu'elle ne l'était à ceux du Moyen âge et même à Newton.  Après lui, les plus fins mathématiciens vont s'attaquer encore à la question. Et l'on ne citera pour preuve que les noms de Bernoulli, de MacLaurin, de d'Alembert, d'Euler, de Laplace... Après eux, d'autres, aux noms peut-être moins "universels", tels Lubbock et Whewell, pousseront au XIX^e siècle, les problèmes encore posés jusque dans leurs derniers retranchements. Mais au total, ils ne légueront au XX^e siècle que des formules empiriques et des méthodes graphiques. Il faudra attendre l'avènement des ordinateurs, puis des satellites océanographiques pour que de nouveaux progrès puisent être espérés.
 

Dates clés :

79 av. J.-C. - Posidonius attribue les marées à l'influence de la Lune.

VIIIe s. - Bède, introduit la notion d'établissement du port.

ca. 1230 - Guillaume d'Auvergne met en parallèle l'effet de la Lune sur les eaux terrestres et celui de l'aimant sur le fer.

XIIIe s. Thomas d'Aquin s'interroge sur les causes du phénomène

1687 - La théorie de l'attraction de Newton donne l'explication des marées.

1790 - 1818 - Travaux de Laplace sur la théorie du Flux et du Reflux.

Le phénomène des marées avait été observé par les Anciens. Hérodote et Diodore parlent de l'élévation et de l'abaissement journalier des eaux de la mer Rouge.  Les Stoïciens attribuaient les marées aux aspirations et expirations de l'âme du monde. Et malgré que les flottes d'Alexandre allant à la conquête de l'Inde, de Jules César tentant celle de la Gaule, aient été stupéfaites et même terrifiées, disent les auteurs, en voyant les navires rester à sec sur la plage à l'heure de la basse mer, la relation du phénomène avec la Lune le cycle lunaire ne faisait en général pas de doute. Un auteur grec connu sous l'identifiant de pseudo-Aristote notait déjà dans son livre Du monde, que les marées suivent le mouvement de la Lune (l'intervalle existant entre deux marées est d'ailleurs la moitié d'un jour lunaire, c.-à-d. la moitié du temps qui existe entre deux passages de la Lune au méridien). Pythéas de Marseille, qui visita l'Atlantique, eut une connaissance encore plus claire des oscillations de la mer, et remarqua qu'elles étaient en rapport avec les révolutions de la Lune. On voit dans Strabon que Posidonius, ami de Cicéron et de Pompée, était également instruit de cette coïncidence. C'est dans Pline (Histoire naturelle, Il, 97) que les marées ont été le moins imparfaitement expliquées : 

"Causa in Sole Lunaque, dit-il. - La cause des marées réside dans l'action du Soleil et de la Lune; les eaux se meuvent en obéissant à un astre avide qui soulève et attire à lui les mers."

Le Moyen Âge

Au Moyen âge, on se préoccupera dans un premier temps de découvrir la loi qui préside aux marées. On la cherche d'abord dans les écrits de Saint Ambroise et de Saint Basile, qui ne disent en fait rien de plus que Pline. Puis Bède le Vénérable propose une première loi de l'établissement du port. Un peu plus tard, l'hypothèse lunaire tend à être oubliée au profit d'autres causes : Paul Diacre imagine des gouffres qui avalent et régurgitent périodiquement les eaux marines, Macrobe ne voit dans les marées que les effets de courants contraires. Les traductions d'ouvrages arabes va faire évoluer notablement la réflexion. Ainsi va-t-on puiser des idées nouvelles (en Occident) dans l'oeuvre d'al-Bitrogi, et surtout, à partir de 1140, dans  l'Introductorim ad Astronomia,  traduction latine d'un ouvrage où Abou Masar (Almasar) détaille avec minutie les liens des marées et de la Lune, la piste lunaire est de nouveau discutée. Guillaume d'Auvergne consacrera ainsi un chapitre aux marées dans son ouvrage Sur l'Univers (De Universo), où il tente une sorte de synthèse entre les idées de Diacre et de ses pairs et celles d'Almasar :

On me demandera peut-être, écrit-il, de quelle manière la Lune augmente ou diminue la mer. Je dis que la mer semble augmentée ou diminuée bien qu'en vérité elle ne soit ni l'une ni l'autre; ainsi en est-il de l'eau bouillante; elle n'est pas augmentée par l'ébullition (elle est au contraire diminuée); cependant elle paraît augmentée à cause de l'ébullition, et de la boursouflure. [...] Aussi le flux est-il appelé effervescence ou ébullition de la mer; il provient de la multiplication et de l'ascension des vapeurs qui montent du fond de la mer, des profondeurs des terres qui s'ouvrent à l'accès de la mer et des entrailles même de la Terre qui possèdent beaucoup de chaleur.

"La Lune est cause d'augmentation pour toutes choses humides".

"Saint Thomas d'Aquin, écrit Pierre Duhem dans le tome 9 de son Système du Monde, ne veut pas que l'on conçoive de cette façon l'action de la Lune sur les eaux de la mer. Pour mettre ces eaux en mouvement, la Lune n'a aucun besoin d'y produire, d'y imprimer quelque qualité analogue à la polarisation magnétique que le fer induit dans l'aimant; sans le secours d'aucune forme ou vertu de ce genre, la Lune applique aux eaux de la mer une force motrice.

La pensée de Saint Thomas n'est-elle pas, elle aussi, très moderne? N'a-t-il pas clairement aperçu et marqué la distinction que nous établissons entre les attractions électriques et magnétiques, d'une part, qui supposent l'électrisation ou l'aimantation par influence du corps primitivement à l'état neutre, et l'attraction de gravitation, d'autre part?"

Comme le soulignait encore Duhem, au Moyen Age, on ne remarqua pas la clairvoyance  dont Saint Thomas d'Aquin avait fait preuve en faisant pareille distinction; la comparaison avec l'attraction magnétique demeura longtemps la moins inexacte de celles auxquelles on recourait lorsqu'on voulait rendre compte de l'action de la Lune sur les eaux de la mer. Elle s'inscrivait bien également dans la thématique des astrologues de l'époque (Firmin de Belleval, par exemple). 

Brunetto Latini, Pierre d'Abano, Robert Grosseteste, Roger Bacon, Pierre d'Auvergne, Duns Scot (ou du moins les Scotistes),  Gilles de Rome (Tractatus de fluxu et refluxu maris), Buridan, Témon, dit le fils du Juif, Pierre d'Ailly, etc. ont également abordé par la suite le problème des marées (en s'appuyant toujours largement sur les idées d'Abou Masar et de Guillaume d'Auvergne). Leur grande préoccupation, qui sera celle de tous ceux qui aborderont désormais la question jusqu'au XVII^e siècle sera de  tenter de résoudre l'impasse à laquelle étaient arrivé les astrologues quand ils cherchaient à expliquer l'existence d'un flux et d'un reflux le même jour, et davantage encore quand ils notaient qu'en certains lieux deux marées hautes peuvent s'observer quotidiennement.
 

Le tournant du XVII^e siècle

Galilée jugea que le flux et reflux étaient une preuve du double mouvement de la Terre par rapport au Soleil : mais il n'approfondit pas, d'après ce principe, les causes du flux et reflux. Descartes, faisant appel à sa théorie des tourbillons, reprit pour sa part une explication détaillée de ce phénomène. Selon Descartes, lorsque la Lune passe au méridien, le fluide qui est entre la Terre et la Lune, ou plutôt entre la Terre et le tourbillon particulier de la Lune, fluide qui se meut aussi en tourbillon autour de la Terre, se trouve dans un espace plus resserré : il doit donc y couler plus vite; il doit de plus y causer une pression sur les eaux de la mer; et de là vient le flux et reflux. Cette explication, dont nous supprimons le détail et les conséquences, a deux grands défauts; le premier , d'être appuyé sur l'hypothèse des tourbillons, reconnue insoutenable, le second est d'être directement contraire aux phénomènes; car, selon Descartes, le fluide qui passe entre la Terre et la Lune, doit exercer une pression sur les eaux de la mer; cette pression doit donc refouler les eaux de la mer sous la Lune; ainsi ces eaux devraient s'abaisser sous la Lune, lorsqu'elle passe au méridien : or il arrive précisément le contraire.

Kepler se fondant encore sur la comparaison classique du Soleil et de la Lune à deux aimants puissants, avait conjecturé, que l'attraction des parties de la Terre vers la Lune et vers le Soleil, était la cause du flux et reflux. 

"Si la Terre cessait, dit-il dans son Introd. ad Theor. mar., d'attirer ses eaux vers elle-même, toutes celles de l'océan s'élèveraient vers la Lune; car la sphère de l'attraction de la Lune s'étend vers notre Terre, et en attire les eaux." 

Ce qui n'était donc encore et depuis très  longtemps qu'un soupçon, et  rien de plus, allait se trouver vérifié par Newton (1687) avec sa  théorie luni-solaire des marées. Dans son livre Des principes, Newton détermine les forces avec lesquelles le Soleil et la Lune élèvent les eaux de l'Océan, en supposa supposant que la mer soit un fluide partout de même densité, qui recouvre toute la surface de la Terre, et qui prend à chaque instant la figure d'équilibre. II établit, croyant le démontrer, que cette figure est un sphéroïde allongé. Il suppose, en outre, qu'il se forme deux sphéroïdes, l'un sous l'influence de l'action solaire, et l'autre sous celle de la Lune, et qu'en raison de la petitesse de leur excentricité, on peut les concevoir comme superposés l'un à l'autre. Partant de ces différentes hypothèses, il déduit d'abord les phénomènes généraux du flux et du reflux; puis, comparant sa théorie avec les observations de la hauteur des grandes marées à l'embouchure de l'Avon, près de Bristol, il établit que l'attraction lunaire est à l'attraction solaire comme 4,48 est à 1. Enfin, il en conclut que la masse de la Terre est à celle de la Lune comme 39,788 est à 1; que la densité du Soleil est à celle de la Terre comme 1 est à 4, et que la densité de la Terre est à celle de la Lune comme 11 à 9.

Nouvelles lumières

La théorie de Newton était défectueuse sous plusieurs points de vue; et quoiqu'on explique grâce à elle l'essentiel, à savoir comment l'élévation et l'abaissement des eaux de la mer se fait aux mêmes instants dans les points opposés d'un même méridien, sur le continent, et plus spécialement en France où le mot d'ordre portait à se ranger sous la bannière de Descartes, les adversaires de la physique newtonienne, s'engouffrèrent dans les brèches laissées ouvertes. Les Cartésiens soutinrent ainsi pendant un demi-siècle, que si l'attraction produisait le flux et reflux, les eaux de l'océan, lorsqu'elles s'élèvent dans un hémisphère, devraient s'abaisser dans l'hémisphère opposé. Il fallut donc que la génération des opposants s'éteigne pour qu'on finisse avec la physique des tourbillons, et qu'on se préoccupe d'améliorer la théorie newtonienne. 

En 1738, l'Académie des sciences de Paris ayant mis au concours la question des marées, les plus illustres mathématiciens de l'époque répondirent à son appel, et cette théorie reçut des perfectionnements importants. Parmi les travaux remarquables que ce concours fit éclore, nous citerons ceux de MacLaurin, de Daniel Bernoulli et d'Euler. Néanmoins aucun n'a répandu autant de lumières sur ce sujet que Laplace, à la fin du XVIII^e siècle. La premier, il traita ce sujet comme une question générale d'hydrodynamique. Mais, afin de simplifier ses formules, il fut forcé d'avoir recours à l'hypothèse d'un fluide couvrant entièrement un sphéroïde régulier, et, par suite, les résultats qu'il a obtenus, bien qu'exprimant d'une manière rigoureuse les lois générales des marées, laissent de côté une foule de circonstances particulières. 

Thomas Young a essayé d'étendre la méthode de Laplace au cas d'un océan couvrant seulement une partie de la surface de la Terre, et plus ou moins irrégulier dans sa configuration : Il a cherché en même temps à renfermer dans ses calculs les effets du frottement de l'eau sur les heures et la grandeur des marées: Mais, il faut le reconnaître, il sera sans doute toujours impossible de comprendre dans la même formule l'ensemble des circonstances accessoires qui exercent leur influence sur l'heure et l'étendue de ce phénomène; d'ailleurs, aujourd'hui même, la plus grande partie de ces circonstances sont encore inconnues. Déjà Laplace écrivait :

"Tout ce que nous pouvons faire, c'est d'analyser les phénomènes généraux qui doivent résulter des actions combinées de la Lune et de Soleil, et de déduire de nos observations les données indispensables pour compléter la théorie des marées pour chaque port particulier". 

Au-delà des Océans...

Les marées atmosphériques.

Le mouvement général de la mer entre les tropiques de l'Est à l'Ouest, est plus difficile à expliquer; ce mouvement cependant est rendu patent par la direction constante des corps qui nagent à la merci des flots. De plus, dès la fin du XV^e siècle, c'est-à-dire depuis le début des voyages transatlantiques, il a été observe que, toutes choses d'ailleurs égales, la navigation vers l'Occident est prompte, et le retour difficile.  L'explication du phénomène va s'avérer d'autant plus difficile, que l'intuition ne permet pas de deviner ce que le seul calcul permet de dégager. Il faudra attendre d'Alembert  et ses Recherches sur la cause des vents , pour montrer pourquoi en effet cela doit être ainsi; que l'action du Soleil et celle de la Lune, doivent mouvoir les eaux de l'Océan sous l'équateur d'Orient en Occident. Cette même action doit produire dans l'air un effet semblable; et c'est la, selon lui, une des principales causes des vents alizés.

F. Folie, qui fut nommé en 1885 directeur de l'Observatoire de Bruxelles et qui se démit de ces fonctions en 1897, a accompli le pas suivant. Il a étudié les marées atmosphériques en les considérant  comme dues elles aussi à l'action du Soleil et de la Lune. Des observations faites pendant près de 50 ans à l'Observatoire de Bruxelles, il a déduit, en 1887, que le Soleil exerce sur le baromètre une action en vertu de laquelle la hauteur de cet instrument est minima aux équinoxes, la différence des hauteurs barométriques entre les solstices et les équinoxes étant en moyenne de 0,5 mm; et, en 1888, que la Lune exerce aussi sur le baromètre une action en vertu de laquelle la hauteur de cet instrument est minima aux syzygies, la différence des hauteurs barométriques entre les quadratures et les syzygies étant en moyenne de 0,3 mm. F. Folie attribue ces effets aux marées plus fortes produites dans l'atmosphère par le Soleil et par la Lune aux équinoxes et par notre satellite aux syzygies.

Bouquet de la Grye étudie à partir de 1879 la question des marées, et en particulier celle des marées atmosphériques provenant de l'action du Soleil et de la Lune. Il a prouvé, par des calculs basés sur de nombreuses observations faites à Brest pendant 25 années, qu'il existe des marées atmosphériques diurnes, semi-diurnes et semi-mensuelles liées à l'âge de la Lune, à sa parallaxe et à sa déclinaison.

Hervé Faye, enfin, après avoir écrit en 1877 :

Quant à l'influence prétendue de la Lune sur le temps, ce n'est qu'un vulgaire préjugé, bien des fois combattu,