Cet article contient :

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

Nous étudions également le vent vertical. Bien qu'il ne soit pas directement ressenti par les marins, il peut influencer les conditions en mer. Enfin, nous examinons la circulation générale des vents 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 des zones de haute pression vers les zones de basse pression. Si vous percez un pneu de vélo, l'air à l'intérieur s'échappera jusqu'à ce que la pression s'équilibre entre l'intérieur et l'extérieur. C'est la nature qui cherche à rétablir son équilibre.

La physique du vent est similaire. À la surface de la Terre, là où il existe 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 soufflerait des hautes altitudes vers les basses altitudes en ligne droite. Cependant, c'est plus complexe qu'il n'y paraît. La rotation de la Terre engendre 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 en rotation. Pour mieux comprendre, oublions un instant le vent et prenons l'exemple d'un manège tournant dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, avec quatre personnes assises face à face à chaque extrémité. Si l'une d'elles lance une balle à la personne assise devant elle, la balle n'atteindra pas sa cible, car cette dernière se sera déplacée à cause de la rotation du manège. En réalité, la personne assise à sa droite 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 beaucoup plus lentement, en effectuant une rotation complète en 24 heures. C'est pourquoi l'effet Coriolis est imperceptible lorsqu'on lance une balle. Sur Terre, l'effet Coriolis est observable pour les objets se déplaçant à grande vitesse et/ou sur de grandes distances (comme les balles de sniper et les obus d'artillerie) ou encore pour 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 un carrousel, ce qui explique la variation de la force de Coriolis selon la latitude. Cette force est maximale au pôle Nord et dévie la Terre vers la droite. Elle est nulle à l'équateur. Elle est également maximale au pôle Sud, mais dans la direction opposée, déviant ainsi la Terre vers la gauche. Pour comprendre ce phénomène, il faut imaginer, à chaque latitude, un carrousel coupant la Terre à cet endroit et projeter la vitesse de l'air sur le plan du carrousel.

Anecdote amusante : si la Terre ne tournait pas, l’air circulerait en ligne droite, éliminant rapidement les gradients de pression, et la météorologie serait beaucoup plus simple.

Le vent ne souffle jamais en ligne droite, mais décrit toujours des courbes. Cette courbure engendre une force centrifuge sur les particules d'air, les poussant vers l'extérieur du virage. C'est la même force centrifuge que vous ressentez lorsque vous prenez un virage serré en voiture et que votre corps est projeté vers l'extérieur.
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En additionnant ces trois forces (pression, Coriolis et force centrifuge) et en supposant qu'elles s'équilibrent, on appelle ce vent théorique le vent de gradient. Si l'on suppose que le vent de gradient, comme le vent géostrophique, souffle parallèlement aux isobares, sa vitesse est alors réduite ou augmentée selon la courbure de la surface terrestre.

Lorsque le vent contourne une zone de basse pression, la force centrifuge s'oppose à la force de pression. Par conséquent, le vent dû au gradient de pression dans une zone cyclonique est inférieur au vent géostrophique (le vent est généralement surestimé lorsqu'on ne considère que la force du gradient de pression autour d'un système de basse pression).

Les particules d'air subissent des frottements à la surface (aussi bien sur terre que sur l'eau, mais davantage sur terre). Ces frottements ralentissent les particules d'air. Ainsi, le frottement ralentit le vent près de la surface, ce qui entraîne une diminution des forces de Coriolis et centrifuges, tandis que la force de pression reste inchangée. L'écoulement est donc déséquilibré : la force de pression l'emporte et finit par attirer davantage de particules d'air. Par conséquent, le vent est dévié vers les zones de basse pression et s'éloigne des zones de haute pression. Pour les marins, il est important de savoir ce qui suit :

Comme le frottement dévie l'air vers les zones de basse pression, l'air converge vers le centre de cette zone depuis toutes les directions. N'ayant d'autre choix que de s'élever, il s'élève (mouvement vertical ascendant) au centre de la zone de basse pression.
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Étant donné que le frottement dévie l'air vers l'extérieur de la zone de haute pression, l'effet sera inverse et l'air descendra (mouvement vertical vers le bas) au centre de la zone de 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, qui est essentiel pour le marin.

La carte ci-dessous représente une carte isobare en surface. Les lignes brunes indiquent les lignes d'égale pression. Voici quelques concepts clés que vous pouvez observer sur l'image ci-dessous :

L'image ci-dessous est un autre exemple de carte de pression atmosphérique de Bracknell. Remarquez, dans le coin supérieur gauche, une échelle permettant d'estimer le vent géostrophique en surface.

La carte ci-dessous illustre une zone de basse pression au-dessus des terres. Le vent en surface, représenté en vert sur l'image, ne souffle pas parallèlement à l'isobare, mais est dévié vers le centre de la zone de basse pression en raison de la friction.

La carte ci-dessous illustre une zone de basse pression au-dessus des terres. Le vent en surface, comme l'indique la direction des barbes de vent sur l'image ci-dessous, ne souffle pas parallèlement à l'isobare, mais est dévié vers le centre du système de basse pression en raison de la friction.

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

Le vent vertical et le vent horizontal sont liés. Le vent vertical influence la stabilité du vent horizontal. Cette stabilité est primordiale pour les navigateurs, car une instabilité du vent horizontal les obligera à naviguer dans des conditions changeantes et/ou en rafales.

La stabilité fait référence à la tendance de l'atmosphère à ralentir ou à accélérer les mouvements verticaux de l'air. L'un des principaux facteurs influençant les vents verticaux est le courant thermique .

Le facteur thermique correspond au profil vertical de température de l'atmosphère. Le principe principal est que l'air chaud tend à monter car il est moins dense que l'air froid environnant.
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Prenons une particule d'air à la surface et augmentons sa température de quelques degrés par rapport à l'air ambiant. Cette particule d'air s'élève. Au fur et à mesure de son ascension, la pression atmosphérique et sa température diminuent. Lorsqu'elle atteint, par exemple, 10 mètres de hauteur, si elle est encore plus chaude que l'air environnant, elle continuera de s'élever, voire accélérera. En revanche, si elle rencontre de l'air ambiant à la même température, elle s'arrêtera de s'élever. On peut donc retenir que…

Voici les principaux points à retenir pour les navigateurs naviguant dans une atmosphère thermique stable ou instable :

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

La circulation atmosphérique mondiale est due au réchauffement inégal de la Terre par le Soleil. L'équateur reçoit davantage de chaleur que les pôles. Cette circulation agit comme un système de climatisation, redistribuant la chaleur de l'équateur vers les pôles. Il est important d'établir un lien entre la température et la pression atmosphériques. L'air chaud, moins dense, s'élève, ce qui entraîne une baisse de pression. À l'inverse, l'air froid descend, ce qui augmente la pression atmosphérique.

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

Cependant, la rotation de la Terre engendre une circulation atmosphérique due à la force de Coriolis. À haute altitude, lorsque l'air s'éloigne de l'équateur, la force de Coriolis dévie le vent. À 30° de latitude, le vent est parallèle à l'équateur et ne peut plus se déplacer vers le nord ou le sud. L'air s'enfonce alors à 30° de latitude plutôt qu'aux pôles. Il en résulte trois cellules atmosphériques dans 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 : les zones où l’air s’enfonce sont caractérisées par une haute pression. C’est là que le ciel est dégagé et les précipitations rares (par exemple, l’anticyclone des Açores, le désert du Sahara et les pôles).

Ces 3 cellules génèrent des vents en 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 variété des nuages, en étudiant leur taille, leur forme, leur altitude et ce que l’on peut apprendre sur les conditions météorologiques à venir grâce à leur position et à leur mouvement.