Inclus dans cet article :

Cet article explore les origines du vent et les forces qui le stimulent. Nous appliquons ensuite ces connaissances aux cartes météorologiques, aidant ainsi les navigateurs à interpréter les régimes de vent en surface pour une meilleure compréhension de la navigation.

Nous explorons également le vent vertical. Bien que non directement ressenti par les marins, il peut influencer les conditions en mer. Enfin, nous examinons la circulation éolienne mondiale et son influence sur les systèmes météorologiques.

Le vent est un mouvement d'air provoqué par une différence de pression atmosphérique. L'air est poussé de la haute pression vers la basse pression. Si vous percez un trou dans un pneu de vélo, l'air à l'intérieur sera expulsé jusqu'à ce que la pression s'équilibre entre l'intérieur et l'extérieur. C'est Mère Nature qui essaie de s'équilibrer.

La physique du vent est similaire. À la surface de la Terre, où se trouvent une zone de haute pression et une zone de basse pression, l'air est poussé de la haute pression vers la basse pression. Cette force est appelée force de gradient de pression . Elle est proportionnelle à la différence de pression sur une distance donnée. Ainsi, plus la pression diminue sur une courte distance, plus la force est importante.

On pourrait penser que le vent souffle de haut en bas en ligne droite. Cependant, ce n'est pas aussi simple qu'il y paraît. La rotation de la Terre crée une autre force appelée force de Coriolis .

Cette force n'est pas spécifique au vent ; elle s'applique à tout objet en mouvement sur un système rotatif. Pour comprendre cela, oublions le vent un instant et prenons l'exemple d'un carrousel tournant dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, avec quatre personnes assises face à face. Si une personne lance une balle à la personne assise devant elle, la balle n'atteindra pas la personne visée, car celle-ci se serait écartée du champ de vision du carrousel. Au contraire, c'est la personne assise à sa droite qui recevra la balle, déviée vers la droite par une force appelée force de Coriolis.

Découvrez la force de Coriolis présentée dans cette vidéo de 25 secondes :

La Terre tourne également dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, comme un carrousel, mais à une vitesse beaucoup plus lente, une fois toutes les 24 heures. Par conséquent, l'effet Coriolis n'est pas ressenti lorsque nous lançons une balle. Sur Terre, l'effet Coriolis peut être observé dans les objets se déplaçant à grande vitesse et/ou sur de grandes distances (comme les balles de sniper et les obus d'artillerie) ou dans la circulation de l'air sur de grandes distances.

Appliquons l’exemple ci-dessus à la météorologie et imaginons un système de basse pression situé au pôle Nord :

La Terre n'est pas plate comme le carrousel, ce qui fait varier la force de Coriolis selon la latitude. La force de Coriolis est maximale au pôle Nord et dévie vers la droite. Elle est nulle à l'équateur. Elle est également maximale au pôle Sud, mais dans la direction opposée, dévie donc vers la gauche. Pour comprendre cela, il faut imaginer à chaque latitude un carrousel coupant la Terre à cette latitude et projeter la vitesse de l'air sur le plan du carrousel :

Fait amusant : si la Terre ne tournait pas, l’air circulerait le long de la ligne la plus droite possible, éliminant rapidement les gradients de pression, et la météorologie serait beaucoup plus simple.

Le vent ne souffle jamais en ligne droite, mais plutôt en courbe. Cette courbure crée une force centrifuge sur les particules d'air, les poussant hors du virage. C'est la même force centrifuge que celle que vous ressentez lorsque vous prenez un virage rapide en voiture et que votre corps est poussé vers l'extérieur.
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En additionnant ces trois forces – pression, Coriolis et centrifuge – et en supposant qu'elles s'équilibrent, on appelle ce vent théorique le vent de gradient. En supposant que le vent de gradient, comme le vent géostrophique, souffle parallèlement aux isobares, la vitesse du vent diminue ou augmente selon la courbure.

Lorsque le vent contourne une zone dépressionnaire, la force centrifuge s'oppose à la force de pression. Par conséquent, le gradient de vent pour la courbure cyclonique est inférieur au vent géostrophique (le vent est généralement surestimé en ne considérant que le gradient de pression autour d'un système dépressionnaire).

Les particules d'air subissent des frottements à la surface (sur terre et sur l'eau, mais plus particulièrement sur terre). Cela les ralentit. Ainsi, le frottement ralentit le vent près de la surface, ce qui affaiblit les forces de Coriolis et centrifuge, mais la force de pression reste la même. L'écoulement est alors déséquilibré, la force de pression gagnant et attirant finalement davantage de particules d'air. Le vent est alors dévié vers les basses pressions et éloigné des hautes pressions. Pour les navigateurs, il est important de savoir ce qui suit :

Comme le frottement dévie l'air vers la dépression, il converge vers le centre de la dépression depuis toutes les directions. L'air ne peut s'élever que vers le haut et, par conséquent, s'élève (mouvement vertical ascendant) au centre de la dépression.
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Comme la friction dévie l'air vers l'extérieur de la haute pression, l'effet sera inverse et l'air coulera (mouvement vertical vers le bas) au centre de la haute pression.

Ceci est résumé dans l'image ci-dessous :

Dans cette section, nous appliquons la théorie de la section précédente aux cartes météorologiques de l'hémisphère nord pour décrire le vent horizontal à la surface, ce qui est essentiel pour le marin.

La carte ci-dessous présente une carte isobarique à la surface. Les lignes marron représentent les lignes d'égale pression. Voici quelques concepts clés que vous pouvez observer dans l'image ci-dessous :

L'image ci-dessous est un autre exemple de carte de pression de Bracknell. Notez, en haut à gauche, une échelle permettant d'estimer le vent géostrophique à la surface.

La carte ci-dessous montre un système dépressionnaire au-dessus des terres. Le vent à la surface, coloré en vert sur l'image ci-dessous, ne circule pas parallèlement à l'isobare, mais est dévié vers le centre du système dépressionnaire sous l'effet du frottement.

La carte ci-dessous montre une zone de basse pression au-dessus des terres. Le vent à la surface, comme l'indique la direction des barbillons sur l'image ci-dessous, ne circule pas parallèlement à l'isobare, mais est dévié vers le centre de la dépression sous l'effet du frottement.

Les nuages ​​sont un excellent indicateur des vents verticaux, et nous vous recommandons de lire l'article sur les nuages ​​- Météorologie marine : Nuages .

Le vent vertical et le vent horizontal sont liés. Le vent vertical influence la stabilité du vent horizontal. Cette stabilité est essentielle pour les navigateurs, car si le vent horizontal est instable, vous naviguerez dans des conditions instables et/ou rafaleuses.

La stabilité fait référence à la tendance de l'atmosphère à ralentir ou à accélérer le mouvement vertical de l'air. L'un des principaux facteurs du vent vertical est le facteur thermique .

Le facteur thermique correspond au profil vertical de température de l'atmosphère. Le concept principal est que l'air chaud a tendance à s'élever car il est moins dense que l'air froid environnant.
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Prenons une particule d'air à la surface et sa température augmente de quelques degrés par rapport à celle de l'air environnant. Cette particule s'élève. À mesure qu'elle s'élève, la pression atmosphérique et la température de la particule diminuent. Lorsque la particule atteint, par exemple, 10 mètres de hauteur, si elle est encore plus chaude que son environnement, elle continue de s'élever et même d'accélérer. En revanche, si la particule trouve de l'air environnant à la même température, son ascension s'arrête. Rappelons-nous donc :

Voici les points clés à retenir pour les marins naviguant dans une atmosphère thermique stable ou instable :

Dans cette dernière section, nous appliquerons toutes nos connaissances sur les vents horizontaux et verticaux pour expliquer la circulation globale du vent sur Terre. Nous nous concentrerons plus particulièrement sur la circulation globale du vent à la surface des océans, que les marins utilisent pour traverser les océans au gré du vent.

La circulation atmosphérique mondiale s'explique par le réchauffement inégal de la Terre par le Soleil. L'équateur reçoit davantage de chaleur et les pôles moins. La circulation atmosphérique mondiale agit comme un système de climatisation, redistribuant la chaleur de l'équateur vers les pôles. Il est important de relier la température et la pression atmosphérique à ce stade. L'air chaud est moins dense et s'élève, ce qui entraîne une baisse de la pression. À l'inverse, l'air froid descend, augmentant la pression atmosphérique.

L'air chaud s'élève au-dessus de l'équateur et se déplace vers les pôles à haute altitude. En s'éloignant de l'équateur, il se refroidit et descend. L'air frais retourne vers l'équateur à la surface, où il se réchauffe à nouveau. Ce modèle simplifié comporte une cellule de circulation pour chaque hémisphère, représentée ci-dessous, comparant un hémisphère à une maison.

Cependant, la Terre est en rotation, ce qui provoque une circulation due à la force de Coriolis. Lorsque l'air s'éloigne de l'équateur à haute altitude, la force de Coriolis dévie le vent. À 30° de latitude, le vent est parallèle à l'équateur et cesse de se déplacer vers le nord ou le sud. L'air descend alors à 30° de latitude plutôt qu'au pôle. Il en résulte trois cellules pour chaque hémisphère, comme illustré ci-dessous.

Zone A : Les zones où l'air s'élève sont caractérisées par une basse pression en surface. Elles correspondent aux zones nuageuses et pluvieuses (par exemple, les forêts équatoriales et le nord du Royaume-Uni).

Zone B : zones où l'air descend et qui sont caractérisées par une haute pression. C'est là que le ciel est clair et peu pluvieux (par exemple, l'anticyclone des Açores, le désert du Sahara et les pôles).

Ces 3 cellules génèrent des vents à la surface qui sont également déviés par la force de Coriolis.

Ces vents (Zones C et D) sont représentés sur l'image ci-dessous pour la course du Vendée Globe.

Pour en savoir plus, poursuivez votre lecture ! Dans le prochain article, Météorologie marine 3 : Les nuages , nous explorerons toute la diversité des nuages, en étudiant leur taille, leur forme, leur hauteur et ce que leur emplacement et leur mouvement peuvent nous apprendre sur le temps à venir.