Pourquoi le ciel bleu, les nuages et les tornades ?
Deuxième partie : l’émagramme, outil d’analyse de l’atmosphère
Dans ce cours de soutien scolaire en ligne physique chimie, votre E-Prof de sciences Cyril donne suite à la partie 1 : quelques connaissances de sciences physique.
Les phénomènes météorologiques s’expliquent pour une grande partie en étudiant les mouvements verticaux d’une bulle d’air plongée dans l’atmosphère qui l’entoure.
Elle se comporte comme un petit ballon dont la température et la densité peuvent différer de l’air ambiant. Dans le cas où sa température est supérieure (et sa densité inférieure), elle s’élève en altitude telle une montgolfière sous l’effet de la poussée d’Archimède.
Bien sûr, en prenant de l’altitude, elle est entourée d’air de plus en plus froid, mais comme la pression diminue, elle subit une détente adiabatique et sa température diminue aussi.
Le résultat dépend donc à la fois :
- de la variation de la température de l’air ambiant avec l’altitude,
- de la variation de sa propre température au cours de son ascension.
La première est fixe et ne dépend que de l’état de l’atmosphère en un lieu et à une date donnée. Elle est représentée dans un émagramme par la courbe rouge ci-contre. En abscisse est représentée la température et en ordonnée l’altitude. Globalement, la température décroit avec l’altitude jusqu’à devenir constante (autour de -55°C) dans la troposphère, à plus de 10000 m d’altitude.
La seconde décroit avec l’altitude suivant la quantité d’eau qu’elle contient.
- Lorsque l’air est sec (il contient une petite fraction d’eau sous forme gazeuse), elle suit les adiabatiques sèches en traits pleins.
- Lorsque l’air est humide (il contient la proportion maximale possible de molécules d’eau sous forme gazeuse, le taux d’hygrométrie est de 100 %), elle suit les adiabatiques humides en traits discontinus. Sa température diminue moins fortement pour un même gain d’altitude. De plus, comme la proportion d’eau maximale que l’air peut contenir diminue avec la température, on observe une condensation sous forme de gouttelettes d’eau liquide au fur et à mesure de l’élévation : c’est l’apparition d’un nuage de type cumulus.
Élévation d’une bulle d’air sec
Tant que la température de la bulle d’air est supérieure à la température de l’air ambiant (point situé sur la droite de la courbe rouge), l’élévation se poursuit.
Dès que les deux températures s’annulent (l’adiabatique sèche coupe la courbe rouge), la bulle cesse son ascension. Nous disons qu’elle est dans un état stable : si nous l’écartons de sa position, elle revient naturellement à son altitude initiale.
Élévation d’une bulle d’air humide
Les adiabatiques humides étant plus verticales que les sèches, la décroissance de la température est moins importante. La bulle d’air ne rencontre plus aussi tôt de situation stable et peut éventuellement s’élever jusqu’à la troposphère.
Tout dépend bien sûr de la température observée aux différentes altitudes ! Souvent, nous observons des « inversions » et une couche d’air chaud qui bloque l’ascension bien avant 10000 m.
