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Tour d'horizon sur les alizés, le jet stream et les cyclones

Dossier - L'air et l'eau, deux fluides essentiels
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L’air et l’eau sont les deux fluides fondamentaux pour la vie. L’Homme en a un usage biologique quotidien, mais il en exploite aussi l’énergie. Cependant, il est bien difficile de prédire le comportement de l’environnement ! Découvrez les secrets de phénomènes météorologiques comme les orages, les tornades ou El Niño dans ce dossier.

  
DossiersL'air et l'eau, deux fluides essentiels
 

La circulation atmosphérique comporte une partie organisée et des instabilités. Son unique moteur est l'ensoleillement, qui atteint son maximum au voisinage de l'équateur.

Dans la région de l'équateur, le sol est chauffé intensément par rayonnement et, à son tour, il échauffe l'atmosphère par conduction et convection. Localement, l'air est donc allégé ; il est soulevé et crée une dépression qui aspire horizontalement l'air situé tout autour. Ces courants sont déviés vers l'ouest (voir figure ci-après) par la force de Coriolis et constituent les vents alizés. Ils donnent naissance au courant d'est équatorial, tellement lent (environ 20 km/h) que les navigateurs parlent de « pot au noir ».

Illustration du mécanisme moteur des vents alizés, du mouvement ascensionnel résultant de l’allégement de l’air surchauffé et du courant d’est équatorial. Notons que cette zone d’ensoleillement maximal, puisque la Terre effectue une révolution par 24 heures autour de son axe, se déplace très vite vers l’ouest (sa vitesse par rapport à un observateur terrien est de l’ordre de 1.600 km/h). Elle est aussi très vaste (tache surchauffée d’une envergure de l’ordre de 5.000 km). La vitesse du vent d’est ainsi engendré est considérablement plus faible, de l’ordre de 20 km/h. © Grenoble Sciences

À contre-courant

Arrivé au niveau de la tropopause (limites supérieure de la troposphère et inférieure de la stratosphère), le courant ascensionnel, asséché et refroidi, a perdu de sa force en luttant contre la pesanteur ; il ne peut pas pénétrer dans la stratosphère, très stable, qui recouvre la troposphère comme une sorte de couvercle. Il conserve cependant son débit massique, ce qui lui impose de poursuivre sa route, vers le nord dans l'hémisphère nord, vers le sud dans l'hémisphère sud. Ce faisant, encore soumis à la force de Coriolis, ce mouvement d'air voit ses trajectoires s'orienter vers l'est, du côté nord comme du côté sud. De la Terre, on voit ainsi un courant d'ouest prendre naissance dans chaque hémisphère, souvent désigné par son nom anglais de « jet stream » (voir ci-après). Ce vent de haute altitude est quant à lui très rapide (environ 300 km/h). Pour économiser le carburant, les vols transatlantiques vers l'Amérique le contournent par le nord, tandis que les vols vers l'Europe le recherchent.

Allure schématique des vents dans la cellule de Hadley lors des équinoxes, quand elle est centrée sur l’équateur. Le courant d’est équatorial, lent et assez stable, est figuré par les flèches droites ; le courant d’ouest, ou courant-jet (jet stream), présent en haute altitude aux latitudes tropicales, beaucoup plus rapide et plus instable, est représenté par les flèches ondulées. Ces vents se combinent en formant une circulation en double hélice, dont la cellule de Hadley proprement dite est la projection dans le plan méridien. © Grenoble Sciences

Remuer ciel et terre

La grande vitesse du courant-jet permet de comprendre ses instabilités, à l'origine de dépressions atmosphériques aussi importantes qu'aléatoires. Les dépressions sont porteuses de vents tournants, c'est-à-dire de rotations relatives superposées à celle de la Terre.

Photographie du cyclone Floyd au large de la Floride, prise depuis un satellite de la Nasa le 14 septembre 1999 à 12 h 59 TU. Ce cyclone tropical a fait 57 morts et provoqué des dommages pour un montant évalué à 4,5 milliards de dollars. © Hal Pierce, GOES satellite, NOAA

Ces vents sont dits « cycloniques », puisque la force de Coriolis leur impose de tourner dans le même sens que la Terre. Au-dessus des mers chaudes, certains peuvent se développer en cyclones puissants et dévastateurs (voir figure plus haut).