Météorologie: masses d’air et vents

Comme bien des choses sur notre globe, le vent dépend du Soleil. Le processus est assez simple: d'abord, les rayons du Soleil frappent la surface de la Terre et se transforment en chaleur.
Au contact du sol, l'atmosphère se réchauffe, elle aussi. En raison de différents facteurs, comme la latitude ou le degré de réflectivité du sol (albédo), la surface du globe n'est pas chauffée uniformément.
Cela crée donc des masses d'air de différentes températures... et des perturbations. L'air chaud est moins dense et se met à s'élever, tandis que l'air froid, plus dense, vient prendre sa place. Avec le temps, l'air chaud finit par se refroidir et redescendre, alors que l'air froid, lui, s'est réchauffé au contact du sol. La boucle est bouclée.
Bref, tout ces mouvements entre masses d'air chaud et d'air froid, c'est ce que l'on appelle communément le vent.

On retrouve donc plus facilement du vent lorsque les conditions favorisent un écart de température entre les masses d'air.
C'est notamment le cas du « vent de terre » et du « vent de mer » que l'on retrouve près des côtes. Durant le jour, l'air se réchauffe plus rapidement au-dessus de la terre que de la mer. Il se crée une zone de basse pression – ou dépression – au-dessus de la terre. L'air plus froid de la mer se dirige alors vers la terre. C'est le « vent de mer ».
La nuit, c'est le contraire qui se produit. La terre se refroidit plus rapidement que la mer. L'air au-dessus du sol se refroidit et forme une zone de haute pression. Comme l'air au-dessus de la mer est relativement plus chaud, l'air froid de la terre se dirige vers la mer où se trouve maintenant la dépression. C'est le « vent de terre ».

Cela peut aussi se passer sur une plus petite échelle. Les courants d'air qui font claquer les portes et voler les papiers ont la même origine: ils se produisent tout simplement parce que l'air à l'intérieur de la maison n'est pas à la même température que l'air à l'extérieur.

La pluie et le beau temps
Les zones de basse pression atmosphérique – ou dépressions - sont souvent synonymes de pluie, tandis que les zones de haute pression – ou anticyclones – semblent amener le beau temps. Pourquoi?

Une dépression est formée de masses d'air qui se déplacent en spirale vers le centre de la dépression. L'air converge donc vers le centre et doit nécessairement prendre de l'altitude pour être évacué. À la surface, l'air est (relativement) chaud et a accumulé de la vapeur d'eau. En prenant de l'altitude, l'air chaud se refroidit. La vapeur d'eau qu'il contient se condense en gouttelettes d'eau et forme des nuages. Résultat: de la pluie...

Dans un anticyclone, c'est l'inverse: les masses d'air se déplacent en spirale vers l'extérieur. Ce mouvement forme donc un « vide » au centre de l'anticyclone. De l'air provenant des couches supérieures de l'atmosphère est donc aspiré au centre. En haute altitude, l'air est froid et contient relativement peu de vapeur d'eau, en descendant vers la surface, il se réchauffe, prend de l'expansion et la densité de vapeur d'eau diminue. Résultat: moins de condensation, moins de nuages, moins de précipitations; bref, du beau temps!

Les couleurs du ciel
La lumière en provenance du Soleil est composée de plusieurs couleurs, chacune possédant une fréquence différente. Lorsqu'elle traverse l'atmosphère, la lumière solaire entre en collision avec des molécules gazeuses, des gouttelettes d'eau et des grains de poussière. Certaines ondes lumineuses sont alors éparpillées dans toutes les directions. Ce phénomène est appelé « diffusion Rayleigh », en l'honneur du mathématicien et physicien anglais John William Strutt Rayleigh (1842-1919).
Cependant, les différentes fréquences de la lumière ne sont pas affectées de la même manière par ce phénomène. Les hautes fréquences (lumière bleue) sont plus diffusées que les basses fréquences (lumière rouge). C'est ce qui fait que le ciel est bleu.

La diffusion Rayleigh est également à l'origine des magnifiques couchers de soleil aux belles teintes rouges. Lorsque le Soleil se trouve près de l'horizon, à l'aube et au crépuscule, les rayons qui parviennent jusqu'à nous traversent une couche d'air environ 40 fois plus épaisse que lorsqu'il est au zénith. En chemin, la lumière bleue est presque complètement diffusée. La lumière qui nous parvient est donc grandement appauvrie en bleu. Seule la lumière rouge, plus « résistante », atteint le sol sans avoir été trop perturbée.

La force de Coriolis
Le mouvement des masses d'air autour du globe est principalement dû à la différence de température et de pression qui existe entre les pôles et l'équateur. Au niveau de l'équateur, l'air se réchauffe et s'élève pour se diriger vers les pôles. A l'inverse, l'air froid polaire descend vers l'équateur.

Cependant, ces masses d'air ne voyagent pas en ligne droite – ce qui serait le cas si la Terre était immobile dans l'espace. Elles sont légèrement déviées par la rotation de la Terre. Les vents et les cyclones tournent dans le sens contraire des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère nord et dans le sens horaire dans l'hémisphère Sud.
Cette force centrifuge est appelée « force de Coriolis » du nom du mathématicien français Gaspard Coriolis, qui a expliqué le phénomène au XIXe siècle. La force de Coriolis touche également la direction et le mouvement des courants océaniques.

Contrairement à une idée reçue fort tenace, la force de Coriolis n'a pas d'effet sur les petits vortex ou tourbillons. Ainsi, l'eau d'une baignoire ou d'un évier qui se vide n'est pas affectée par la force de Coriolis, car la masse en jeu n'est pas suffisamment grande. Le tourbillon peut tourner dans un sens comme dans l'autre. Sa direction est simplement déterminée par la forme du contenant ou les mini-vortex présents dans le liquide.

 

Source: CyberSciences