1. Caractéristiques des masses d'air
Une masse d’air est une zone de l’atmosphère où les conditions de température, de pression et d’humidité sont homogènes.
On parle essentiellement de dépressions et d’anticyclones, mais il ne s’agit pas que de pression. Car c’est leur température et leur humidité qui déterminent leur densité.
Deux masses d’air contiguës mais aux caractéristiques différentes ne se mélangent pas immédiatement. L’interface qui les sépare s’appelle un front.
La masse d’air légère tend à passer au-dessus de la masse d’air dense. En s’élevant, la vapeur se condense et des nuages se forment.
Ces masses d’air se déplacent sous l’influence de diverses forces que nous allons voir dans cette partie :
- L’air relativement plus chaud monte
- L’air relativement plus froid descend
- Les pressions relativement plus élevées vont vers les pressions relativement plus basses
- La force Coriolis fait tourner les molécules d’air en mouvement
Une particule d’air est donc soumise à ces forces, ce qui va la faire se déplacer et générer le vent. En analysant les masses d’air, nous pourons donc en déduire l’orientation et la force du vent !
L’ensemble des particules d’air se déplaçant représente la circulation générale atmosphérique. Sur une carte météo, les masses d’air sont représentées par des lignes d’égales pressions appelées « isobares ». L’écart entre les isobares est appelé le « gradient ».
Les isobares vont nous servir à déterminer la direction du vent (nous verrons la loi de Buys-Ballot à ce sujet). Le gradient de pression va nous servir à connaître sa force.
Ainsi, des isobares proches correspondent à des vents forts, des isobares espacés ou mal organisés (marais barométrique) correspondent à des vents faibles ou de direction variable pouvant laisser la place à des phénomènes locaux (des orages par exemple, que nous verrons dans un des cours suivants).
2. La classification des masses d’air de Tor Bergeron
Tor Bergeron est un météorologue suédois particulièrement connu pour les études qu’il a menées dans les années 1930 sur la physique des nuages et des précipitations. Sa classification des grandes masses d’air à l’échelle « synoptique » (voir ci-dessous) est la plus communément utilisée.
Elles sont représentées et caractérisées grâce à trois lettres :
- La première représente l’humidité de la masse d’air (c pour continental donc sèche, m pour maritime donc humide)
- La deuxième, en majuscule, représente ses caractéristiques thermiques, sa chaleur relative (T = tropicale, P = Polaire, A = Artique et Antartique, M = Mousson, E = Équatoriale…)
- La troisième lettre est optionnelle et représente la stabilité de l’air avec les lettres k ou w : pour des masses d’air moins ou plus chaudes que le sol
Cette classification, disponible sur plusieurs échelles, montre donc particulièrement bien les différences et les principales caractéristiques des masses d’air.
3. Les grandes cellules convectives
La convection désigne les mouvements qui animent un fluide et qui impliquent le transfert des propriétés de ce fluide lors de son déplacement.
Ce transfert implique, par exemple, l’échange de chaleur entre une surface et un fluide, ou le déplacement de chaleur au sein d’un fluide.
L’air est un fluide qui sous l’effet du rayonnement solaire et de la température des océans, recevra plus ou moins de chaleur et se mettra plus ou moins en mouvement.
Ce déplacement d’air est l’origine des vents sur terre. À l’échelle de la planète, on parle de vents synoptiques.
Le principe de la cellule convective est le mouvement ascendant de l’air chaud, qui finit par redescendre un peu plus loin en refroidissant. Ce cycle forme des «cellules».
À l’échelle planétaire, on distingue, comme vous le voyez sur les schémas ci-dessous, trois grandes zones de circulation des vents entre l’équateur et les pôles :
- La cellule de Hadley
- La cellule de Ferrel
- La cellule polaire
4. La cellule de Hadley
Pour la navigation, la cellule de Hadley, située au niveau des tropiques, est celle sûr laquelle nous devons nous concentrer.
En effet, comme vous le verrez sur les schémas ci-dessus et ci-dessous, cette cellule provoque tout ce que nous vivons en mer dès que l’on s’approche quelque peu de l’équateur. La cellule de Hadley provoque :
- Les vents synoptiques généraux que sont les alizés, de nord-est au nord et de sud-est au sud de l’équateur (voir les flèches roses ci-dessus)
- La situation géographique de tous les grands anticyclones, qui montent et descendent en latitude avec les saisons. Le plus connu en France est bien sûr l’anticyclone des Açores
- La « Zone de Convergence Inter Tropicale », autrement appelée le «pot au noir»,ZCIT ou (ITCZ en Anglais) zone sans vent synoptique où se forment les orages, les depressions et même les bébés cyclônes
La cellule de Hadley est donc la partie tropicale de la circulation moyenne de l’atmosphère. Elle produit la convergence des alizés vers la fameuse « zone de convergence intertropicale ».
Dans la ZCIT se produit un flux ascendant, et de nombreux « nuages convectifs » se forment (voir ci-dessous).
En altitude, les particules d’air divergent vers le nord et le sud.
Par la suite, une fois refroidi, l’air redescend. Les mouvements descendants inhibent les développements nuageux et produisent les centres des zones de hautes pressions : les anticyclones.
Coupe verticale de la cellule de Hadley
Sur l’image ci-dessus, on voit :
- L’air chauffé par le soleil s’élève en formant des nuages (1), c’est la ZCIT. Les pluies et orages y sont fréquents (parfois violents), et les vents synoptiques faibles (c’est le « pot-au-noir »)
- Quand l’air chaud et humide atteint 12 à 15 km d’altitude, il ne peut monter plus haut, il est repoussé vers le nord (2a) et le sud (2b) de l’équateur
- Puis, l’air en altitude se refroidit et redescend (3). Cela se produit autour de 30 à 35 degrés de latitude, et forme des anticyclones permanents
- Finalement, l’air se dirige à nouveau vers l’équateur (4). La force de Coriolis (que nous verrons plus loin) le dévie en formant les alizés de NE dans l’hémisphère nord et de SE dans l’hémisphère sud.
- La position de ces cellules varie dans l’année en fonction des saisons.
5. Les principaux facteurs influençant les masses d’air
=> La pression atmosphérique
C’est la pression, ou force, qu’exerce l’air sur une surface.
Sur la Terre, la pression atmosphérique moyenne au niveau de la mer est de 1 013hPa. Elle dépend essentiellement de la masse de l’atmosphère, celle-ci pouvant évoluer avec la masse moyenne des gaz à concentration variable comme la vapeur d’eau.
La pression se mesure à l’aide d’un baromètre. Elle a été longtemps mesurée en « mm de mercure », en raison de l’utilisation de baromètre à colonne de mercure.
Depuis l’adoption internationale du « Pascal » comme unité de pression, les météorologues utilisent l’Hectopascal (1hPa = 100 Pa), nouvelle dénomination du millibar (1 bar = 100 000 Pa).
La pression atmosphérique diminue de façon régulière avec l’altitude (de moitié à 5500 mètres). Il est ainsi possible d’utiliser la pression pour mesurer la hauteur, ce qui est le principe de base de l’altimètre.
La cause fondamentale de l’existence du vent réside dans l’inégalité des pressions qui règnent en des lieux différents à un moment donné, la nature tendant toujours à revenir à la moyenne de 1013 hPa au niveau de la mer.
=> La température
C’est la résultante des échanges d’énergie qui affecte tous les corps, elle est exprimée en degrés Celsius et est mesurée à l’aide d’un thermomètre, dont le principe de mesure est basé sur la dilatation d’un liquide enfermé dans un tube gradué.
Les écarts de températures entre les masses d’air du globe (liés aux écarts de la température entre les régions du globe) vont provoquer la dilatation des molécules d’air, et donc la variation du poids des masses d’air, ce qui va engendrer l’élévation de l’air relativement chaud et la descente de l’air relativement froid.
=> La force de Coriolis
La force de Coriolis est une force qui agit sur tous les corps mobiles dans un système tournant.
Cet effet est nommé ainsi d’après le physicien français Gaspard de Coriolis (1792-1843), qui a analysé le premier le phénomène.
L’effet de la force de Coriolis sur les fluides en mouvement en général et sur les masses d’air en particulier est très important. C’est elle qui entraine leur rotation !
La Terre tourne autour de son axe de l’ouest vers l’est. On ne s’en rend pas compte mais cette rotation est rapide. En effet, un point situé sur l’équateur parcourt la circonférence de la terre à cet endroit (environ 40000 km) en 24 heures. Ce qui fait tout de même environ 1700 km/h !
En conséquence, un objet ou une particule se déplaçant sur Terre se déplace comme une bille lancée sur un plateau tournant. Il est dévié par la rotation de la Terre.
Exemple : Quand un manège tourne, il est impossible de parvenir au centre en marchant selon une ligne droite, le mouvement de rotation du manège ajoute à notre déplacement un mouvement latéral qui forme alors une courbe.
Comme sur le dessin présenté ci-dessous :
Cette déviation va :
- dans le sens des aiguilles d’une montre, vers la droite, dans l’hémisphère Nord
- en sens inverse, vers la gauche, dans l’hémisphère Sud.
Encore deux choses à savoir à ce sujet :
- L’intensité de cette déviation est liée à la vitesse, donc les vents faibles seront moins déviés que des vents forts
- Des vents soufflant près des pôles seront déviés plus que des vents près de l’Équateur. La force de Coriolis est de zéro à l’Équateur et à son maximum aux pôles.
On constatera donc que le vent suit les isobares de façon d’autant plus proche qu’il est puissant et élevé en latitude.
Voilà, c’est la fin de ce troisième cours, qui traitait cette fois de généralités concernant les masses d’air, des notions fondamentales à maîtriser pour mieux comprendre ce qui se passe en météo !
Vous savez maintenant expliquer pourquoi il y a du vent, quels sont les forces qui le font naître lui et les immenses masses d’air de notre planète, et pourquoi les vents de surface et d’altitudes sont très différents !
Dans la quatrième partie, nous parlerons de la loi de Buys Ballot. Nous parlerons du sens de rotation des dépressions et des anticyclones en fonction de l’hémisphère, et des conséquences concrètes que cela peu avoir sur nos activités nautiques.
À bientôt !
Patrick Belliot
