De nombreux cours d’eau offrent le spectacle de superbes cascades, dont les sites attirent de nombreux touristes. L’exemple le plus célèbre est, sans conteste, les chutes du Niagara en Amérique du Nord, qui sont un ensemble de trois chutes d’eau situées sur la rivière Niagara (56 km) qui relie le lac Érié au lac Ontario, dans l’est de l’Amérique du Nord, à la frontière entre le Canada et les États-Unis et visitées chaque année par plus de dix millions de personnes. Cette merveille naturelle est partagée par les villes jumelles de Niagara Falls (New York) aux États-Unis et Niagara Falls (Ontario) au Canada. :

Bien qu’elles ne soient pas particulièrement hautes (52 et 21 m), les chutes du Niagara sont très larges (945 m).
Avec un débit1 de plus de 2 800 m3/s, elles sont les chutes les plus puissantes d’Amérique du Nord

Toutefois, les petites cascades dans les vallées des massifs alpins ou pyrénéens attirent aussi chaque jour de nombreux randonneurs. Toutes ces cascades, grandes et petites, obligent les services chargés de leur entretien à maîtriser l’affluence des touristes et à effectuer régulièrement des travaux conséquents.
Mis à part la beauté de ces sites éclairés par des eaux aux couleurs saisissantes, quelles propriétés remarquables possèdent ces chutes ?

Du point de vue hydraulique, la propriété la plus notable est certainement la grande vitesse atteinte par chaque tranche d’eau en chute libre. Pour une chute de 100 m, elle est de l’ordre de 45 m/s, pour une chute de 10 m de l’ordre de 14 m/s. Au regard d’un touriste situé à proximité immédiate, ces deux vitesses, respectivement 160 km/h et 50 km/h, semblent vertigineuses. En réalité, le frottement de l’eau dans l’air n’est pas négligeable comme on pourrait le penser, en raison des instabilités de la surface libre. Celle-ci acquiert une forme très complexe d’où sont arrachées de très nombreuses gouttelettes et, avec elles, une quantité de mouvement significative. Elle n’est pas comparable à une paroi lisse, mais plutôt à une paroi rugueuse. La vitesse est donc plus faible que les valeurs données plus haut, qui constituent néanmoins des ordres de grandeur convenables.

L’autre propriété remarquable des cascades est la présence très fréquente d’un brouillard autour de la chute. L’origine de ce nuage, pratiquement posé sur l’eau de la cuvette qui reçoit la cascade, est double. On y trouve d’abord le reliquat des gouttelettes arrachées de la chute après évaporation partielle, limitée par la capacité de l’air environnant à dissoudre la vapeur d’eau. On voit aussi ce nuage se reformer constamment au-dessus de la cuvette qui renvoie en l’air sous la forme d’une trombe une partie significative du débit qu’elle reçoit. La hauteur de cette trombe, qui retombe à son tour dans la cuvette en l’agitant puissamment, peut atteindre plusieurs mètres.

Nota : À découvrir aux éditions EDP Sciences, "L’air et l’eau", un ouvrage de René Moreau, dont sont extraites des parties de cette page.