Introduction


On l'a vu à la section précédente, l'atmosphère ne reçoit pas partout la même quantité d'énergie. Cette différence provoque des déplacements d'air grâce au principe fondamental que l'air chaud a tendance à monter en altitude car elle est moins dense (plus légère) que l'air froid. La différence de température dans l'air est une des clés de tout mouvement dans l'atmosphère. Toutefois, le mouvement vertical de l'air est relativement mineur par rapport au mouvement horizontal et c'est ce dernier type de mouvement qui nous intéresse ici. Le mouvement horizontal de l'air est provoqué par des différences de pression. Imaginez une grande salle divisée en deux par un mur rétractable.

D'un côté du mur, la salle est pleine à craquer. De l'autre, la salle est vide. Que se passe-t-il si on rétracte le mur? Les gens voudront tout de suite aller du côté où il n'y a personne pour combler le vide. Le déplacement horizontal de l'air dans l'atmosphère joue le même jeu. L'air va des hautes pressions pour aller combler le vide relatif des basses pressions mais sa trajectoire ne sera pas celle d'une ligne droite.

Le dynamisme général de l'atmoshère désigne l'ensemble des déplacements de l'air dans l'atmosphère. Ces grandes tendances sont toutes sous l'influence d'une force apparente: la force de coriolis. C'est cette force qui est responsable de faire courber la trajectoire du déplacement de l'air.

La force de coriolis

Avant d'expliquer la force de coriolis, voyons d'abord ses effets. Lorsque de l'eau d'un lavabo s'écoule par le drain, l'eau a tendance à former un tourbillon. Le même phénomène se produit dans le bain et la toilette. C'est l'effet de la force de coriolis. À une échelle plus grande, les avions ont tendance à dévier de leur trajectoire vers la droite et doivent corriger leur direction constamment. Les trains en direction nord-sud ont une légère tendance à "sortir" de leur rail vers la droite. Dans la nature, la force de coriolis a pour effet d'accentuer l'érosion des cours d'eau sur le côté droit.

Dans l'hémisphère nord de la terre, le tourbillon tourne dans le sens contraire des aiguilles d'une montre. L'atmosphère étant un fluide tout comme l'eau, il est soumis au même phénomène. Voyons de plus près de quoi il s'agit.

Pour illustrer le fonctionnement de cette force, imaginons un tourne-disque en marche avec un disque 33 tours. Pour les besoins de notre expérience, le disque tourne dans le sens contraire des aiguilles d'une montre. Si on traçait une ligne en partant du centre vers l'extérieur alors que le disque tourne, le trait sur la surface du disque aurait l'allure suivante:

Imaginez que vous êtes un moustique qui part du centre du disque pour aller vous poser sur le bord. Vous visez un point précis et vous vous dites: le plus court chemin entre deux points est la ligne droite! Vous ouvrez vos ailes et hop vous êtes parti. Quelques secondes plus tard vous atterrissez sur le bord du disque à droite du point visé! En tant que mouche, vous pourriez penser qu'une force mystérieuse vous amène vers la droite. Il n'en est rien! Le simple fait que le disque tourne, votre objectif s'est déplacé vers la droite et vous l'avez manqué.

L'image qui suit tente d'illustrer le même phénomène mais avec un projectile cette fois-ci. Imaginez que vous êtes dans un hélicoptère au pôle Nord, exactement sur l'axe de rotation de la terre. Vous lancez un projectile à partir de votre hélicoptère dans le but d'atteindre une cible à l'équateur. Les chances que vous atteignez votre cible sont nulles. En effet, le temps que votre projectile se rende, la terre aura tournée et vous fera manquer votre cible.

Si le projectile laissait une trace sur le sol de la terre, la trajectoire aurait exactement la même forme que celle dans l'expérience du tourne-disque.

Si on généralise la force de coriolis et on l'applique au déplacement de l'air dans l'atmosphère, tout déplacement sera dévié sur sa droite dans l'hémisphère nord et sur sa gauche dans l'hémisphère sud.

Il y a bien une explication de nature physique à cette loi mais elle n'est pas présentée ici. J'invite le lecteur à lire la page 23 du livre "L'atmosphère et la prédiction du temps" pour approfondir ce sujet.

Cellules de Hadley (cellules convectives)

Donc, la force de coriolis influence le mouvement de tout objet sur la terre. En météorologie, l'air qui se déplace dans l'atmosphère est donc sousmis à cette force "invisible". Mais qu'est-ce qui engendre le déplacement de l'air au départ? L'air se déplace, nous l'avons vu, pour combler les vides et ainsi provoquer le vent. L'air se déplace aussi s'il est chauffé de façon inégale. De manière générale, l'air se déplace autour du globe en suivant certains chemins bien définis.

Tout d'abord, oublions que la terre tourne. On a vu que la température de l'atmosphère à l'équateur était plus élevée que celle aux pôles. Cette différence de température provoque des mouvements de l'air. À l'équateur, l'air qui est chauffée par le soleil prend de l'altitude (il s'agit d'un courant d'air vertical). L'air en remontant en altitude prend aussi la direction du pôle Nord pour se refroidir. En se refroidissant, l'air reprend la direction du sol, car il est plus lourd, au fur et à mesure qu'il se rapproche du pôle. Comme l'air ne peut s'accumuler de façon infinie, l'air au pôle emprunte la direction de l'équateur. En allant vers l'équateur, l'air se réchauffe et recommence à reprendre de l'altitude puis à retourner vers le pôle et la boucle continue sans fin.

Cette description du mouvement général de l'air en atmosphère est très simpliste. Ce mouvement de va et vient entre l'équateur et le pôle forme une immense cellule que l'on appelle convective. La figure suivante illustre le modèle simpliste.

En réalité, l'air n'a pas le temps de se rendre au pôle pour se refroidir. Vers la trentième latitude nord, l'air déjà refroidi redescend vers le sol. De là, l'air reprend son mouvement vers l'équateur pour se réchauffer. En se réchauffant, l'air remonte et ainsi de suite. Ce cycle décrit une plus petite cellule que celle présentée à la figure précédente. Cette cellule porte le nom de Hadley. Ce scientifique est le premier à avoir proposé une théorie qui décrivait déjà en 1735 le mouvement général de l'atmosphère.

Un mouvement similaire à la cellule convective de Hadley se produit sur les pôles. L'air des pôles a tendance à redescendre vers l'équateur pour être réchauffé. Au fur et à mesure que l'air quitte le pôle, elle aura tendance à prendre de l'altitude étant donné son réchauffement. L'air en altitude devenant de trop et se refroidissant doit laisser sa place en remontant vers le pôle. La figure suivante montre que la cellule polaire s'étend aux environs de la soixantième latitude.

Sur le schéma précédent, une troisième cellule a été ajoutée par l'américain Ferrel. Cette cellule à circulation inversée se situe entre la trentième et soixantième latitude.

Maintenant que nous avons une idée des mouvements généraux de l'air dans l'atmosphère, ajoutons la rotation de la terre. On l'a vu, la rotation crée la force de corialis. Cette dernière a pour résultat de modifier la cellule de Hadley. L'air en circulant dans cette cellule est toujours dévié vers sa droite. L'air ne suit donc pas l'orientation nord-sud mais plutôt est-ouest. La force de coriolis complique passablement les choses. Le schéma suivant donne la direction des vents dominants au sol.

Le schéma suivant donne les vents dominants en altitude.