Météorologie

Bases

Circulation locale

Pourquoi l'air est-il en mouvement? Quelles sont les forces qui le font se déplacer?

Le soleil réchauffe plus ou moins la Terre selon les endroits, ce qui crée des différences de pression atmosphérique. Ces différences s'équilibrent grâce aux mouvements de l'air, qui peuvent avoir plusieurs échelles: une échelle planétaire (c'est la circulation des masses d'air sur la Terre), une échelle moyenne (les tornades), et une échelle locale (comme par exemple le vent dans une vallée). A certains endroits de la Terre, le vent souffle quasiment toujours dans la même direction. A d'autres endroits, la direction principale du vent varie avec les saisons. Sur la plupart des régions le vent n'est pas le même d'un jour à l'autre. La direction du vent est définie en fonction de son origine indiquée par la boussole: un vent qui souffle du nord vers le sud est appelé vent du nord.

La plupart du temps c'est le soleil qui crée le vent. Mais il existe d'autres forces qui sont aussi importantes :

1. Le Gradient de Pression — responsable de différences de
pression horizontales et du vent     
          

On sait que le vent se forme suite aux différences de pression entre deux zones (c'est le gradient de pression). Plus les pressions sont différentes et plus la force est grande. La distance qui sépare la zone de haute pression de la zone de basse pression détermine avec quelle vitesse l'air accélère. Les météorologistes appelle "la force du gradient de pression" cette force qui permet au vent de commencer à souffler.

2. La gravité  — qui cause des différences de pression verticales. A une altitude donnée la force gravitationnelle est constante.  

3. La force de Coriolis — Une fois que le vent a commencé à souffler, la rotation de la Terre modifie sa direction. On appelle cela l'effet de Coriolis, du nom du savant l'ayant mis en évidence.

Cette force fait se dévier tous les objets vers la droite de leur direction de mouvement dans l'hémisphère Nord, et vers la gauche dans l'hémisphère Sud.  La force de Coriolis a une influence importante sur les objets de très grande taille, comme les masses d'air ou les masses d'eau qui se déplacent sur des distances considérables. Les objets plus petits, comme un bateau sur la mer, sont trop petits pour ressentir les effets de la force de Coriolis sur leur mouvement.   

 

4. La friction — elle a peu d'effet sur l'air dans l'atmosphère, à part au niveau du sol. L'influence de la friction sur le mouvement de l'air décroît avec l'altitude, jusqu'à ne plus avoir d'effet du tout (à environ 1 à 2 km de haut). La zone de l'atmosphère près de la surface dans laquelle la friction a des conséquences sur les mouvements de l'air est appelée couche limite.


5. La force centrifuge — Un objet qui se déplace sur un cercle a tendance à vouloir être éjecté du cercle. Cette force, appelée force centrifuge, dépend de la masse de l'objet, (plus l'objet est lourd et plus cette force est grande), de la vitesse de rotation (la force est augmentée si la vitesse l'est aussi), et de la distance au centre (plus on s'éloigne du centre et plus la force est grande).

4. Vous avez déjà ressenti cette force centrifuge, sur un manège, dans une voiture qui prend un virage, sur un vélo lorsque vous tournez brusquement...

Photo by Patricia Marroquin © http://www.betterphoto.com/gallery/
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Brises de mer et brises de terre

L'eau a une capacité thermique plus élevée que l'air, ce qui veut dire qu'elle se réchauffe plus lentement que l'air, mais qu'elle garde aussi la chaleur plus longtemps. Ainsi pendant la journée, alors que la terre se réchauffe vite si le soleil brille, la mer (ou un grand lac) qui se réchauffe plus lentement, est généralement plus froide. On a vu que le soleil, en chauffant différemment certaines régions de la Terre, crée des différences de pression. Il en va de même au bord de la mer un jour de grand beau temps: il existe des différences de pression entre les masses d'air situées au dessus de la mer et celles au dessus de la Terre, car l'air au dessus de la mer est plus froid que celui au dessus de la Terre, ce qui permet la création de vents locaux appelés brises de mer.

La brise de mer se développe lorsqu'il fait beau et que l'air au dessus de la terre se réchauffe plus que celui au dessus de la mer, car la mer a davantage d'inertie thermique. La terre se réchauffe, l'air se dilate et s'élève. Pour remplacer cet air chaud qui monte, de l'air plus froid se déplace de la mer vers la terre. 

Comme l'eau a une inertie thermique plus importante, la mer (et donc l'air qui est au dessus) ne se refroidit pas autant que la terre. La circulation s'inverse er l'air se déplace de la terre vers la mer. Cela s'appelle la brise de terre.

Brises de vallée et de Montagne

Dans les régions montagneuses, il existe aussi des phénomènes de vents locaux. L'ensoleillement est plus intense sur les pentes des montagnes que dans les vallées, et ceci génère des brises de vallée durant la journée, et des brises de montagne durant la nuit.

Ainsi, des vents locaux remontent les pentes montagneuses durant la journée, et redescendent vers la vallée pendant la nuit. L'air qui se déplace doit forcément être remplacé. Une représentation simplifiée de la  circulation de l'air est en Figure 8. Cependant, cette circulation sur les pentes n'existe que pendant une petite partie de la journée. En réalité, la circulation de l'air dans les vallées est un peu plus compliquée que cela !

Plus la vallée est étroite et plus il y a d'air qui monte. L'air qui s'élève est remplacé par l'air du sol de la vallée ou des plaines. Ainsi, pendant la journée, l'air provient des zones les plus basses et les plus plates de la vallée et s'élève vers les sommets. Comme un vent porte toujours le nom de l'endroit ou de la direction dont il vient, ce vent est appelé brise de vallée. Pendant la nuit, l'air refroidit et redescend le long des flancs de la montagnes, dans la direction opposée (de la montagne vers les vallées et les plaines). Ce vent s'appelle donc brise de montagne.

10. Circulation locale pendant une brise de vallée.

Ce schéma de circulation locale est simplifié, car les montagnes ne sont pas lisses et sont entourées de nombreuses vallées . Cependant , cela donne une idée des mouvements de l'air en zone montagneuse.

A propos de cette page:

auteur: Vera Schlanger & Szabolcs Bella - Hungarian Meteorological Service
relecteur scientifique: Dr. Ildikó Dobi Wantuch / Dr. Elena Kalmár - Hungarian Meteorological Service, Budapest
dernière version:  2005-03-03

Vous pouvez lire aussi (en anglais) :

http://www.infoplease.com
http://www.ux1.eiu.edu
http://phun.physics.virginia.edu
http://cimss.ssec.wisc.edu
http://www.research.umbc.edu
http://www.doc.mmu.ac.uk/aric/