Les phénomènes atmosphériques - TPE

« la condensation est un phénomène qui libère de la chaleur .

LES NUAGES Quand de l'air chaud et humide s'élève dans la troposphère, il se refroidit puisque la température de l'air ambiant baisse avec l'altitude.

Cet air, qui acceptait un certain taux d'humidité à une certaine température, devient alors saturé en vapeur d'eau, laquelle va se condenser en milliards de gouttelettes formant un nuage.

En 1803, Luke Howard propose une classmcation des nuages que l'on utilise toujours aujourd'hui.

La description des nuages repose en partie sur leur forme : en filament (cirrus), en couche (stratus) ou en amas (cumulus).

Les 11uages de rélap SllpSieur Situés au-delà de 6 km d'altitude, ces nuages sont composés essentiellement de cristaux de glace.

Les cirrus s'étirent en filaments blancs et ne cachent pas le soleil.

Ils doivent leur forme aux forts courants aériens de haute altitude et en indiquent parfois la direction .

Les cirrostratus forment des voiles d'aspect fibreux qui peuvent colMir le ciel et créer parfois un halo autour du soleil.

Les cirrocumulus se présentent en bancs de nuages d'aspect pommelé.

Les auges de rétase moyen Ils s'étagent de 2 à 6 km d'altitude et sont constitués surtout de gouttelettes d'eau, ce qui contribue à leur donner des contours nets .

Les altocumulus forment des bancs de boules cotonneuses blanches, parfois grises, et laissent une ombre sur le sol.

Les altostratus se développent en voile épais et masquent la lumière du soleil.

Ce sont des nuages de mauvais temps, qui peuvent donner de longues et importantes précipitations .

Ils peuvent évoluer en nimbostratus, que l'on retrouve entre l'étage moyen et l'étage inférieur.

Les nua1es de l'éta1e Inférieur !:altitude de ces nuages varie de O à 2 km.

les nimbostratus sont des couches grises et épaisses masquant complètement le soleil et produisant des précipitations continues .

Les stratocumulus s'étalent en nappes grises ou blanches et.

en général, n'apportent pas de précipitations.

Les stratus, couches basses et grises, donnent surtout de la bruine.

Les •uases à développelllellt verlkal Certains nuages ont leur base dans l'étage inférieur et se développent en altitude.

On reconnait facilement les cumulus à leurs contours nets et leur sommet bourgeonnant en chou-fleur.

Ces nuages peuvent se transformer en c11-I011i•IHls, dont le sommet.

souvent en forme d'enclume, dépasse parfois les limites de la troposphère.

Les cumulonimbus, nuages d'orage, sont le siège de violents courants d'air ascendants et descendants , et peuvent contenir jusqu'à 800000 tonnes d'eau! I.E HOUIUAID n LA HUllE Le brouillard se forme par refroidissement de l'air au contact du sol, de l'océan, ou d'une masse d'air froid.

Quand la visibilité est inférieure à un kilomètre, on est en présence de brouillard.

Si l'on voit au-delà d'un kilomètre, on parle de brume.

Souvent.

le rayonnement solaire suffü à dissiper brume et brouillard en réchauffant l'air et en provoquant l'évaporation des particules d'eau en suspension .

Les nuages sont composés de gouttelettes d'eau d'un diamètre moyen de 0 ,02 mm et.

quand la température descend au-dessous de O 0C.

celles-ci se transforment en cristaux de glace.

Il arrive cependant que l'eau ne gèle pas et reste en surfusion .

En perpétuel mouvement dans les nuages, ces gouttelettes d'eau surfondue viennent grossir des cristaux de glace, en gelant à leur contact.

Ceux-ci deviennent alors suffisamment lourds pour tomber.

En se rapprochant du sol, ils traversent de l'air plus chaud, fondent et deviennent des gouttes de bruine (en dessous de 0,5 mm de diamètre) ou de pluie (cle 3 à 6 mm de diamètre).

Si l'air traversé reste très froid, les cristaux de glace s'agglutinent entre eux pour former de la neige.

Les grêlons sont des cristaux de glace autour desquels de l'eau a gelé sans laisser de place aux bulles d'air et qui ont grossi très rapidement.

Si leur taille varie généralement de 5 mm à 5 cm, on a retrouvé des fri/flllS a y ant un diamètre de 15 cm ou pesant plus de 900 grammes.

LES COURANTS D'AIR La Terre ne bénéficie pas du même ensoleillement en tous points de sa surface : les latitudes équatoriales sont beaucoup plus chauffées que les pôles, et les contrastes de température sont importants.

t:air, en circulant et en transportant de l'eau sous forme de vapeur ou de liquide, répartit la chaleur sur la planète .

LA PUSSION AJllOSPH~llQUE t:air est soumis à la gravité terrestre et son poids n'est autre que la pression atmosphérique .

C'est Blaise Pascal {1623-1662) qui a découvert en 1648 que la pression atmosphérique diminue avec l'altitude, en placant un baromètre à mercure (inventé par Torricelli en 1643), au sommet du puy de Dôme.

La pression atmosphérique au niveau de la mer est théoriquement de 1 013 hectopascals et décroit de façon exponentielle avec l'altitude.

Hautes et basses presslollS Les molécules qui composent l'air s'agitent quand elles sont exposées à la chaleur et ont tendance à s'éloigner les unes des autres .

t:air chaud, moins dense donc moins lourd, induit une zone de basse pression, appelée aussi dépression .

Dans le même temps, devenu plus léger que l'air environnant.

il s'élève .

Inversement.

une zone où l'air est froid , donc plus dense et lourd, est une zone de haute pression ou un anticyclone.

LES VINn Pour rétablir l'équilibre entre zones de pressions différentes, des mouvements d'air horizontaux.

les vents, se créent pour combler les zones dépressionnaires.

Leur trajet n'est cependant pas direct d'une zone à une autre .

La force de Coriolis, engendrée par la rotation de la Terre sur elle­ même, dévie les vents dans le sens horaire autour des anticyclones et dans le sens anti-horaire autour des dépressions de l'hémisphère Nord.

C'est l'inverse qui se passe dans l'hémisphère Sud.

Plus les zones de différentes pressions sont proches.

plus les vents sont violents.

Mais ils sont aussi soumis aux forces de frottements avec la surface de la Terre qui les ralentissent.

Les caractéristiques géographiques de la surface terrestre ont leur importance dans la création des vents locaux.

LES -DS Rllll MllEllS La combinaison des mouvements ascendants ou descendants de l'air et des vents produit de vastes systèmes de circulation d'air : les cellules de convection, qui assurent le transfert de la chaleur de l'équateur vers les pôles.

t:air, chauffé fortement par le soleil clans la région équatoriale, s'élève, puis en se refroidissant avec l'altitude, forme de très gros cumulonimbus qui atteignent la limite de la troposphère.

t:air, asséché par les fortes précipitations équatoriales, redescend ensuite au niveau des latitudes tropicales.

Des vents réguliers sont associés à cette cellule dite de Hadley : les alizés qui soufflent vers le sud-ouest clans l'hémisphère Nord et vers le nord­ ouest clans l'hémisphère Sud.

Deux autres cellules de convection s'étagent.

de part et d'autre de l'équateur, jusqu'aux pôles : la cellule de Ferre!, sur les latitudes tempérées, et la cellule polaire, sur les latitudes polaires .

Si cette schématisation de la circulation de l'air clans la troposphère remonte aux travaux d'Edmond Halley (1656- 1742) et de George Hadley (1685-1768), la découverte des courants-jets est beaucoup plus récente.

C'est en effet pendant la Seconde Guerre mondiale que l'on a mis en évidence ces vents de haute altitude, très puissants, qui tournent autour cle la Terre d'ouest en est.

Ils soufflent entre 10 et 15 km d'altitude, à la jonction des cellules cle convection, d'où leurs noms de courant-jet subtropical et courant-jet polaire .

Les courants-jets peuvent atteindre des vitesses de 400 km/h et sont parfois repérables par une bande de nuages qui traverse le ciel.

Leurs variations, et notamment les ondulations qui se produisent quand ils perdent de leur vitesse, influencent grandement le dimat de la Terre .

DES llllASSES D' Ali INIEIACTIVES De l'air stagnant sur une surface maritime ou continentale prend des caractéristiques de température et d'humidité homogènes sur de grandes étendues.

Ces masses d'air se déplacent au gré de la circulation atmosphérique.

Les frnts Quand des masses d'air aux caractéristiques différentes se rencontrent.

elles ne se mélangent pas facilement La zone de contact entre deux masses d'air est un front.

qui va générer un changement de temps.

La masse d'air chaud s'élève quand elle atteint une masse d'air froid, c'est ce qu'on appelle un front chaud.

On parle de front froid lorsqu'une masse d'air froid rejoint une masse d'air chaud et qu'elle s'infiltre en dessous .

Comme les fronts froids se déplacent plus rapidement que les fronts chauds, il arrive que les premiers rattrapent les seconds, et deviennent des fronts occlus, où l'air chaud est finalement évincé en altitude .

les perturNtlHS Les fronts sont des zones de pertubations du temps .

On pense aujourd'hui que les dépressions passagères, au cours desquelles un front froid rattrape un front chaud en s'enroulant autour d'un axe dépressionnaire, se forment dans la haute atmosphère, à partir d'un tourbillon d'air associé aux courants · jets.

Les dépressions se transforment en tempêtes si les vents qu'elles engendrent sont supérieurs 63 km/h, ou en cyclone, s'ils soufflent au-delà de 119 km/h.

• Les cydOlles -aussi nommés typhons, ouragans ou hurricanes - peuvent apparahre au-dessus des océans quand la température de l'eau dépasse 27 "( sur plusieurs mètres de profondeur .

t:air chaud ascendant crée une zone fortement dépressionnaire, ainsi qu'un système nuageux énorme organisé en spirale et parcouru par des vents très violents.

Les cyclones se déplacent d'est en ouest et se résorbent sur les terres, n'étant plus alimentés par l'air chaud marin .

• Les orages naissent clans les cumulonimbus, gigantesques nuages à extension verticale.

Les forts courants d'air qui existent à l'intérieur de ces nuages font que ces derniers se chargent en électricité .

Le champ électrique présent dans le nuage augmente jusqu'à ce qu'une décharge se produise.

C'est la foudre, dont on voit l'éclair lumineux.

et qui dégage une très grande chaleur .

t:air avoisinant.

chauffé à plus de 20000 °(,se dilate, générant un bruit de tonnerre.

On entend celui-ci après avoir vu l'éclair, car la vitesse de propagation du son dans l'air (343 m/s) est très inférieure à celle de la lumière {299 792 km/s).

Les orages sont à l'origine de violentes précipitations .

• Les tornades naissent de la rencontre entre une masse d'air chaud et humide et un vent froid d'altitude .

Le tourbillon ainsi créé peut, quand il se développe à l'intérieur d'un nuage orageux.

s'étirer vers le sol en tornade ou en trombe.

D'une durée de vie limitée à quelques heures, les tornades produisent des vents extrêmement violents et provoquent des dégats considérables, notamment aux ~tais-Unis où elles sont le plus fréquentes .

lES PHÉNOMÈNES OPTIQUES LA COULEUI DU CIEL Les couleurs du spectre composant la lumière visible sont plus ou moins diffusées clans toutes les directions par les molécules d 'air.

Le rayonnement le plus diffusé est le bleu, ce qui explique la couleur du ciel.

A l'aube ou au coucher du soleil, la lumière traverse une couche très épaisse d'atmosphère.

Ce sont donc les couleurs les moins diffusées, l'orange et le rouge, qui nous parviennent quand nous regardons l'astre solaire .

Les gouttes d'eau, quant à elles , diffusent cle la même manière tous les rayons lumineux.

c'est pourquoi les nuages paraissent blancs.

Si l'on se place entre le soleil et un faisceau de gouttes d'eau, en général de la pluie, le rayonnement lumineux renvoie dans le ciel un • « où se décomposent toutes les couleurs du spectre, du violet à l'intérieur jusqu'au rouge à l'extérieur .

Non seulement les gouttes cle pluie réfléchissent le rayonnement lumineux.

mais elles agissent aussi comme des prismes en le réfractant On ob5e!Ve parfois un deuxième arc-en-ciel autour du premier.

Il est dQ à une double réflexion à l'intérieur de la goutte d'eau.

Les couleurs en sont donc inversées, et moins intenses .

La gloire est un cerde aux couleurs cle l'arc-en-ciel que l'on observe en altitude ou en avion autour de l'ombre que l'on porte sur un nuage ou du brouillard, dont les gouttelettes d'eau diffractent la lumière.

llAuls n MlllWES les Wos, cercles lumineux parfois incomplets, se forment autour du soleil ou de la lune.

La lumière est alors réfléchie et réfrac­ tée par les cristaux de glace présents dans les nuages de haute altitude .

Selon la forme des cristaux.

des colonnes ou des taches lumineuses peuvent apparaitre, donnant parfois l'illusion de faux soleils, les parhélies.

MIRAGES Cette impression visuelle se produit quand l'air juste au-dessus du sol est surchauffé et déforme le trajet des rayons lumineux.

Ceux-ci, réfractés différemment selon la température de l'air qu'ils traversent.

s'incurvent alors et reflètent l'image floue et mouvante d'un objet, qui peut parfois être très lointain .

Le rayon vert.

que l'on aperçoit très rarement au lever ou au coucher du soleil est une forme de mirage .. »