L’ATMOSPHÈRE
La Terre est entourée d’une enveloppe gazeuse, l’atmosphère. L’essentiel des phénomènes atmosphériques affectant le climat a lieu dans la troposphère, la couche au contact de la surface. La stratosphère joue aussi un rôle au niveau du bilan radiatif, en situation normale par l’absorption des UV par l’ozone, mais aussi en présence d’aérosols de sulfates (injectés dans la stratosphère lors d’éruptions volcaniques majeures). Ces aérosols jouent un rôle de parasol, renvoyant vers l’espace une partie de la lumière solaire. La stratosphère est stratifiée en température, d’où son nom.
La troposphère est marquée par une forte variation verticale de températures, due au fait que l’essentiel de la chaleur qui l’alimente provient de la surface terrestre, qui la lui transmet :
soit directement par conduction et turbulence – on parle de chaleur sensible ;
soit sous forme de rayonnement infrarouge dont certains constituants de la troposphère vont absorber une grande partie ;
soit sous forme de chaleur latente par évaporation de l’eau de surface. La chaleur sera restituée lors de la condensation de la vapeur. La troposphère est brassée par un système de vents dont le moteur est thermique. Son fonctionnement est très conditionné par la rotation de la Terre, et notamment par son relief.
La circulation atmosphérique
Les alizés sont des vents très réguliers venant du nord-est dans l’hémisphère Nord et du sud-est dans l’hémisphère Sud. Très chauds, très secs à l’origine, ils se chargent d’humidité sur leurs longs parcours océaniques. Ils convergent dans la zone équatoriale où leur apport en mouvement, en chaleur et en humidité, procure à l’air équatorial l’énergie nécessaire pour se soulever par convection humide jusqu’à la tropopause à 15 km d’altitude, générant des précipitations intenses. À 15 km d’altitude, ces masses d’air largement asséchées divergent vers le nord et le sud pour finir, vers 30° de latitude, par redescendre et donc se réchauffer et voir leur humidité relative diminuer fortement, ce qui explique la présence des grands déserts dans les deux hémisphères. Les alizés sont déviés vers l’ouest par la « force de Coriolis » (voir encadré ci-dessous), qui traduit le fait que le mouvement se fait sur un corps en rotation.
Les autres latitudes sont aussi le siège de cellules de convection (voir schéma ci-contre) : cellules de Ferrel1 aux moyennes latitudes, cellules polaires2 aux hautes latitudes. Dans les moyennes latitudes, ces diverses cellules sont à l’origine des vents d’ouest de surface et des jet streams à haute altitude. La circulation est fortement modulée par les ondes de Rossby, conséquences de la variation de la force de Coriolis avec la latitude. Les instabilités atmosphériques génèrent les successions de systèmes dépressionnaires qui balayent nos régions.
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| Dans un système de référence en rotation, les corps en mouvement apparaissent sujets à une force perpendiculaire à la direction de leur mouvement. Cette force est appelée force de Coriolis. Prenons par exemple un plateau en rotation sur lequel se tiennent debout deux enfants. L’un d’eux doit lancer un ballon à son amie. En raison de la rotation du plateau, son amie ne récupère pas le ballon, car celui-ci est dévié par une force perpendiculaire à la direction de son mouvement. (expérience visible au Palais de la Découverte - Paris). |
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| © Yuvanoe |
Les divers phénomènes météorologiques se produisant au sein de l’atmosphère (vents, transports, précipitations, nébulosité…) sont évidemment acteurs du climat. Les nuages qui peuvent absorber ou réfléchir les rayonnements solaires et telluriques jouent un rôle fondamental comme régulateur ou comme amplificateur de l’effet de serre, selon leur structure ou leur altitude.
Les composantes du système interagissent constamment. Ainsi, les vents sont le moteur des grands courants marins, dont les caractéristiques sont aussi conditionnées par la topographie du bassin océanique et par la rotation de la Terre.
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Fonctionnement de la circulation atmosphérique moyenne
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L’OCÉAN
L’océan est un grand réservoir d’eau salée dont la surface couvre 70 % de la Terre, et dont la profondeur moyenne est de 3,7 km.
La circulation océanique
La salinité et la température de l’eau varient d’un point à l’autre. Les masses d’eau circulent dans l’océan mondial en se mélangeant très peu l’une et l’autre. De ce fait, leur température et leur salinité évoluent très lentement et servent aux océanographes pour tracer la provenance de ces masses d’eau.
L’eau océanique est entraînée dans de grands courants qui mettent en jeu une énergie cinétique considérable. L’essentiel de cette énergie se trouve dans les courants de surface (généralement moins d’un kilomètre d’épaisseur), dont le moteur est le vent. Chaque grand bassin océanique est le siège d’un courant tournant (à cause de la force de Coriolis) le long de son pourtour : dans le sens des aiguilles d’une montre dans l’hémisphère Nord ; dans le sens inverse dans l’hémisphère Sud. Un courant important, également causé par le vent, fait le tour du continent antarctique.
La salinité et la température de l’eau étant variables d’une masse d’eau à l’autre, il en résulte des différences de densité entre ces masses. Ces différences sont la cause d’une autre circulation, profonde, appelée circulation thermohaline : dans la mer de Norvège, mais aussi autour de l’Antarctique, les eaux deviennent très froides. Une partie de l’eau gèle (vers - 1,8 °C) pour donner la glace de mer (banquise), et, ce faisant, expulse son sel, qui augmente la salinité de l’eau liquide. Il en résulte une eau très salée et très froide, donc très dense, qui va plonger vers le fond de l’océan.
Cette eau va ensuite parcourir un grand périple au fond de l’ensemble de l’océan mondial. À la faveur des remontées d’eau froide profonde, produites par la diffusion vers les masses plus chaudes ou causées par le vent sur certains bords de côtes ou dans la zone équatoriale, ces eaux vont remonter vers la surface où elles se réchaufferont. Elles seront prises par la circulation de surface et finalement ramenées dans les zones de formation d’eau profonde, après un périple pouvant durer 1 000 ans. |
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Variation de la masse volumique de l’eau avec la température et la salinité
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Courants océaniques
de surface
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Circulation thermohaline
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| Circulation thermohaline |
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| À cause de son origine : température et salinité (thermohalin vient du grec thermos = chaud et halos = sel). |
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Les grands courants qui entraînent l’eau océanique mettent en jeu une énergie cinétique considérable, principalement concentrée en surface. © PhotoDisc
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