Le Vent
Le vent est un mouvement de l’atmosphère. Il peut apparaître sur n’importe quelle planète disposant d’une atmosphère. Ces mouvements de masses d’air sont provoqués par deux phénomènes se produisant simultanément : un réchauffement inégalement réparti de la surface de la planète par l’énergie solaire et la rotation de la planète.
Sur Terre, plusieurs régions ont des vents caractéristiques auxquels les populations locales ont données des noms particuliers. Les vents sont une source d’énergie renouvelable, et ont été utilisés à travers les siècles à divers usages, par les moulins à vent, la navigation à la voile, le vol à voile ou plus simplement le séchage. La vitesse du vent est mesurée avec un anémomètre mais peut être estimée par une manche à air, un drapeau, etc.
Cause du vent :
Cas général :
La pression atmosphérique en un point est le résultat de la masse de la colonne d’air au-dessus de ce point. Les différences de pression qu’on note sur le globe terrestre sont dues à un réchauffement différentiel entre ces points. En effet, l’angle d’incidence du rayonnement solaire varie de l’équateur aux pôles. Dans le premier cas, il est perpendiculaire à la surface de la Terre alors que dans le second, il est rasant. Cette variation conditionne le pourcentage d’énergie solaire reçue en chaque point de la surface terrestre. De plus, les nuages reflètent une partie de cette énergie vers l’espace et elle est absorbée différemment selon le type de surface (mer, forêt, neige, etc.)
La différence de pression ainsi créée est la force qui déplace l’air. Si la Terre ne tournait pas sur son axe, la circulation serait donc directe entre les centres de haute et de basse pression. Cependant, cette rotation dévie l’air dans la direction perpendiculaire au déplacement par rapport à un observateur au sol. En fait, c’est l’observateur qui bouge mais on l’appelle quand même force de Coriolis. Elle est proportionnelle à la vitesse de l’air déplacé mais vers la droite dans l’hémisphère Nord et à gauche dans celui du sud.
Lorsque la somme vectorielle de ces deux forces est devenue presque égale mais opposée, la direction du déplacement de l’air se stabilise pour être perpendiculaire au gradient de vent. La petite différence qui subsiste, plus la friction près du sol, laisse une accélération vers la plus basse pression, la direction du vent reste donc orientée un peu plus vers les basses pressions ce qui fait que le vent tourne autour des systèmes météorologiques. À grande échelle dans l'hémisphère nord, les vents tournent donc dans le sens horaire autour d'un anticyclone, et anti-horaire autour des dépressions. L'inverse est vrai pour l'hémisphère sud où la force de Coriolis est inverse. On peut déterminer notre position entre ces deux types de systèmes par la direction du vent qui nous fait face selon la loi de Buys-Ballot.
Cas particuliers :
La force de Coriolis s’exerce sur de longues distances et varie de nulle à l’équateur à maximale aux pôles. Dans certaines situations, le déplacement d’air ne s’exerce pas sur une distance suffisante pour que cette force ait une influence notable. Le vent est alors causé seulement par le différentiel de pression. Voici trois cas qui se produisent lorsque la circulation générale des vents est nulle ou très faible :
· L’air froid plus dense en haut d’une montagne y crée une pression plus forte que dans la vallée. Le gradient de pression fait alors dévaler la pente à l’air sur une distance insuffisante pour que la force de Coriolis le dévie. Cela génère donc un vent dit catabatique. On rencontre ce genre d’effet le plus souvent la nuit. Ils sont également très communs au front d’un glacier, par exemple, sur la côte du Groenland et de l’Antarctique à toute heure.
· Durant le jour, près des côtes d’un lac ou de la mer, le soleil réchauffe plus rapidement le sol que l’eau. L’air prend donc plus d’expansion sur terre et s’élève créant une pression plus basse que sur le plan d’eau. Encore une fois cette différence de pression se crée sur une distance très faible et ne peut être contrebalancée par Coriolis. Une brise de mer (lac) s’établit donc. La même chose se produit la nuit mais en direction inverse, la brise de terre, alors que c’est la rive qui devient plus froide.
· Dans certaines conditions de contrainte, par exemple dans des vallées très encaissées, l’air ne peut que suivre un chemin. Si le gradient de pression devient perpendiculaire à la vallée, le vent sera généré exclusivement par la différence de pression.
Dans d’autre cas, la balance s’exerce entre la pression et la force centrifuge. C’est le cas des tornades et des tourbillons de poussières où le taux de rotation est trop grand et la surface de la trombe est trop petite pour que la force de Coriolis ait le temps d’agir.
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/3f/Vent_g%C3%A9ostrophique.png/250px-Vent_g%C3%A9ostrophique.pngFinalement, dans le cas de nuages convectifs comme les orages, ce n’est pas la différence de pression mais l’instabilité de l’air qui donne les vents. La précipitation ainsi que l’injection d’air froid et sec dans les niveaux moyens amènent une poussée d'Archimède négative (vers le bas) dans le nuage. Cela donne des vents descendants qui forment des fronts de rafales localisés.
Calcul du vent :
Le vent géostrophique est parallèle aux isobares avec les plus basse pression à gauche
Le vent dépend donc de plusieurs facteurs. Il est la résultante des forces qui s’exercent sur la parcelle d’air : la pression, la force de Coriolis, la friction et la force centrifuge. Le calcul complet se fait avec les équations du mouvement horizontal des équations primitives atmosphériques. En général, la force centrifuge est négligée car la vitesse de rotation autour de la dépression est trop lente et sa valeur est donc très petite par rapport aux autres forces. Cependant, dans une circulation rapide comme celle d’une tornade, il faut en tenir compte. Avec ces équations, les cartes météorologiques permettent d’estimer le vent en connaissant la pression, la latitude, le type de terrain et les effets locaux même si on n’a pas de mesure directe.
* En altitude, la friction est nulle et on peut obtenir pour l’aviation un estimé du vent par les équations du vent géostrophique[1].
* Près du sol, dans la couche limite, la friction cause une diminution des vents par rapport à l’estimation précédente selon ce qu’on appelle la spirale d'Ekman. En général[1], le vent est de 50 à 70% du vent géostrophique sur l’eau et entre 30 et 50% de ce vent sur la terre ferme. Plus le vent est diminué par la friction, plus il tourne vers la plus basse pression ce qui donne un changement vers la gauche dans l’hémisphère Nord et vers la droite dans celui du Sud.
* Dans les endroits accidentés où le flux d’air est canalisé ou dans les situations où le vent n’est pas dû à une balance entre pression et force de Coriolis comme mentionnés précédemment, le calcul est beaucoup plus difficile. Parmi ces cas on note :
1. le vent antitriptique où on a une balance entre la pression et la friction ;
2. le vent catabatique où l’air froid descend des hauteurs ;
3. le vent anabatique où de l’air est forcé vers le haut d’une pente.
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f8/SpectreVanDerHoven.png/400px-SpectreVanDerHoven.pngÉchelle de fluctuation du vent :
Spectre de Van der Hoven
Pour une altitude inférieure à 1000 mètres environ, là où se trouvent les ouvrages bâtis, les forces de frottement dues à la rugosité du sol et les phénomènes thermiques régissent en grande partie les écoulements d’air. Ces phénomènes engendrent des fluctuations de la vitesse du vent, dans le temps et dans l’espace, susceptibles d’exciter les structures les plus souples. Cette zone est appelée couche limite de turbulence atmosphérique.
Les sollicitations répétées et aléatoires des turbulences peuvent solliciter les modes propres de certains ouvrages et conduire à leur ruine si cela n’a pas été pris en compte lors du dimensionnement (comme par exemple le pont de Tacoma en 1940).
Vent réel, vitesse, apparent :
Lorsqu’un véhicule ou une personne se déplace le vent ressenti au cours du déplacement peut être très différent du vent généré par les conditions météorologiques avec des conséquences parfois importantes. On distingue :
· Vent réel : le vent qui est ressenti par un observateur immobile : il est du uniquement au déplacement de l’air autour de celui-ci. Sa direction et sa force peuvent être lus sur un instrument fixé sur le lieu où l’observateur se situe : ces valeurs sont théoriquement celles communiquées par les bulletins météorologiques (avec une fiabilité variable). Le qualificatif de "réel" est utilisée quand l’observateur se situe à bord d’un engin se déplaçant (avion, voilier,...) pour le différencier d’autres composantes du vent engendrés par le déplacement : vent apparent ou le vent dû à la vitesse. Ce vent a une composante moyenne à laquelle s'ajoute souvent des rafales, soit des hausses soudaines et temporaires de sa vitesse.
· Vent vitesse ou Vent relatif : le vent généré par le seul déplacement de l’observateur, égal en intensité, de même direction, et opposé en sens, à la vitesse relative de celui-ci. Il est d’autant plus fort que la vitesse de déplacement est élevée. C’est par exemple le vent que l’on ressent lorsque l’on se déplace à vélo, en l’absence de tout vent réel.
· Vent apparent (pour la navigation maritime) : le vent tel qu’il est ressenti par l’observateur en déplacement, somme vectorielle des deux précédents, c’est-à-dire du vent réel et du vent vitesse (ou relatif). La notion de vent apparent est surtout utilisée en voile ou en char à voile : en effet, le vent ressenti sur le bateau dépendra non seulement du vent réel, mais également de la vitesse du bateau, ce qui conduit à devoir ajuster le réglage des voiles. C’est le vent que reçoit effectivement la voile.
· Mesure du vent :
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b9/TheWindBlow.jpg/280px-TheWindBlow.jpg
Le coup de vent, d’après Marlet.
* Échelles :
o La vitesse du vent est évaluée par les marins en utilisant l’échelle de Beaufort, échelle fermée à 13 niveaux de force 0 à force 12, s’ils n’ont pas d’instruments pour la mesurer. Cette échelle relie l’effet du vent sur la mer (hauteur des vagues, production d’embruns, etc.) à sa vitesse. Autrement, ils utilisent les nœuds.
o Au sol et en altitude, le vent est mesuré en km/h, en mètres/seconde ou en nœuds.
* Le vent est relevé :
o Au sol et en mer, sa vitesse est donnée par un anémomètre et sa direction est mesurée par une girouette.
o En altitude, on l’obtient par radio-sondage en suivant le mouvement d’un ballon-sonde.
o Depuis l’espace, grâce aux instruments d’un satellite météorologique, on peut obtenir les vents dans toute l’atmosphère. Ces données sont particulièrement utiles aux endroits inhabités comme les déserts et les océans.
Quelques vents célèbres :
* Alizé : vent régulier de nord-est dans l’hémisphère Nord et de sud-est dans l’hémisphère Sud.
* Aquilons : vents mauvais annonciateurs de tempête
* Autan blanc : vent du sud-est sec et chaud, soufflant en Haut-Languedoc.
* Autan noir : Même vent que l’Autan blanc, mais plus bref. Est parfois accompagné de pluie.
* Balaguère : vent venant d’Espagne et parfois de bien plus loin, souffle dans les vallées des Pyrénées un vent du sud qui amène avec lui un parfum d’Aventure.
* Bise : vent froid soufflant du nord ou du nord-est.
* Breva : vent soufflant le plus souvent le jour dans la région du lac de Côme.
* Bora : vent froid de nord-est allant de Europe de l'Est vers l’Italie. Souffle surtout l’hiver sur l’Adriatique ou la mer Noire.
* Cers : vent d’ouest ou de sud-ouest dans le bas Languedoc, il est désigné aussi sous le nom de narbonnais dans la région de Narbonne. Froid en hiver, chaud en été, toujours sec, il amène le beau temps.
* Chammal
* Chinook : vent d’ouest sortant des Rocheuses, d’origine identique au vent de Foehn.
* Etesien : vent de nord-ouest venant de Grèce
* Fœhn : Vent de montagne sec et chaud, de mer Méditerranée vers les Alpes, soufflant principalement au printemps en Suisse et au Tyrol.
* Galerne : vent de nord-ouest, froid et humide, dans l’ouest de la France.
* Gregale : vent de nord-est venant de Grèce
* Harmattan : vent de nord-est, très sec, soufflant en hiver et au printemps en Afrique occidentale.
* Hegoa : vent du sud, chaud et sec, mais suivi de pluies au Pays basque.
* Joran : Thermique venant du Nord, soufflant les soirs d’été depuis la montagne de Chaumont au lac de Neuchâtel (Suisse)
* Khamsin : vent du sud , chaud et sec, soufflant en Égypte au printemps.
* Leste : vent d’est, chaud et sec, soufflant à Madère.
* Levanter : vent d’est qui traverse le détroit de Gibraltar
* Levêche : vent du sud sec et étouffant dans le sud de l’Espagne et en Oranie.
* Libeccio : vent d’ouest ou du sud-ouest, violent en toutes saisons, qui traverse l’Italie et la Corse.
* Marin : vent de sud chaud et humide soufflant de la mer Méditerranée vers la Provence et le Languedoc.
* Meltemi : vent du nord, froid, soufflant en Turquie et en Grèce dans la mer Egée, surtout pendant l’été.
* Pampero : vent d’ouest en Argentine, soufflant de juillet à septembre, principalement dans le Rio de la Plata.
* Simoun : Vent du sud, sec et chaud en Afrique du Nord soufflant dans diverses directions.
* Sirocco : vent du sud, sec et chaud, l’été, en Afrique du Nord ; humide et chaud, l’été, en Italie du Sud.
* Suroît : vent du Sud-Ouest qui apporte chaleur et beaux temps.
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