Pression atmosphérique

Nous ne pouvons parler de vent sans parler de la pression atmosphérique. L'air a beau être un gaz il pèse tout de même quelque chose. La pression atmosphérique est une force par unité d'aire. Pour être plus précis, il s'agit du poids d'une colonne d'air qui s'étend d'une altitude donnée jusqu'au sommet de l'atmosphère. L'unité utilisée est le kilopascal (kPa) ou le millibar (mb). En moyenne, au niveau de la mer, la pression atmosphérique est de 101,32 kPa ou 1013,2 mb (1 kPa valant 10 mb). Pour mesurer la pression, on utilise on baromètre. Un des types de baromètre est la colonne de mercure. Plus la pression est élevée et plus la colonne de mercure sera élevée. L'inverse se produit si la pression de l'air diminue; la hauteur de la colonne de mercure sera plus basse.

En météorologie, les mesures de pression sont toujours ramenées au niveau de la mer pour pouvoir comparer les mesures entre les différentes stations météorologiques. Pour avoir une une idée générale de la pression atmosphérique, les météorologues utilisent des cartes sur lesquelles sont tracées des isobares, c'est-à-dire des lignes reliant entre eux les points de pression identiques.

Le vent est un déplacement de l'air. Il possède une vitesse et une direction. La vitesse est exprimée en m/s, km/h ou en noeuds (1 noeud représente 1,852 km/h). La direction indique d'où provient le vent et elle s'exprime en fonction de la rose des vents comme celle illustrée ici.

Gradient de pression

Mais d'où vient le vent? En termes simples, le vent provient des hautes pressions et se dirige vers les basses pressions dans le but de combler son vide relatif.

En termes plus scientifiques, pour définir le vent, nous devons parler du gradient de pression. Le gradient de pression est la différence de pression existant entre deux points divisée par la distance qui les séparent. Donc, (P1-P2)/distance.

C'est donc la différence de pression entre deux points qui crée une force nommée force du gradient de pression. Plus le vent est fort, plus la force du gradient de pression est élevée (donc, ou bien la différence P1-P2 est grande ou bien la distance est faible). Sur une carte avec isobares, plus ces derniers sont rapprochés et plus la force du gradient de pression sera forte et plus le vent sera fort. La direction de la force du gradient de pression va de la haute pression vers la basse pression. Toutefois, noter que plus on s'élève dans les latitudes, plus la force de coriolis diminue et plus la force du gradient de pression sera faible et plus le vent sera faible aussi.

Pour illustrer davantage le concept de la force du gradient de pression, référez-vous à l'image qui suit.

Les flèches représentent des vecteurs (référez-vous à vos cours de physique de base...). Les lignes noires sont les isobares. La bille bleue est une particule imaginaire placée sur l'isobare de haute pression.

Comme première étape, imaginons qu'on laisse aller la bille, elle sera entraînée vers l'isobare de la basse pression en fonction du vecteur de la force du gradient de pression.

En deuxième lieu, on l'a vu dans la section précédente que tout mouvement dans l'atmosphère subit l'effet de la force de coriolis. Si on ajoute ce deuxième vecteur, on voit que la force résultante se trouve déviée vers sa droite. C'est pour cette raison que le vent n'est pas perpendiculaire aux isobares.

Enfin, en troisième lieu, augmentons la vitesse de la particule. Ceci a pour effet d'augmenter la force de coriolis (pour comprendre davantage, j'invite le lecteur à lire le livre "L'atmosphère et la prédiction du temps(, à la page 32-35). La force résultante s'en trouve d'autant plus déviée vers sa droite.

Ce phénomène se poursuit jusqu'à ce que l'équilibre entre la force de coriolis et la force du gradient de pression soit atteint (les forces deviennent opposées). Il s'agit de l'équilibre géostrophique. Donc, en théorie, le vent circule alors parallèlement aux isobares et dans le sens horaire dans les hautes pressions et dans le sens anti-horaire dans la basse pression. Ce type de vent est aussi appelé "vent du gradient".

En pratique, la terre n'est pas lisse. Elle possède un relief et sa surface est courbe ce qui a pour effet d'offrir une résistance au déplacement de l'air créant ainsi la force de friction. Si on se réfère à la figure suivante, l'introduction de cette nouvelle force a pour effet de réduire la vitesse du vent et par le fait même la force de coriolis. L'équilibre géostrophique n'est plus possible. Le nouvel équilibre est tel que la vitesse du vent est inférieure à la vitesse du vent géostrophique et le vent souffle à travers des isobares.

Pour compliquer davantage les choses, nous pourrions ajouter l'effet de la force centripète dans le cas où la courbure des isobares est prononcée. Toutefois, j'invite le lecteur à lire le livre "Connaître la météorologie" à la page 62. Toutefois, le lecteur attentif aura compris que sur les régions océaniques, le vent est davantage parallèle aux isobares que dans les régions continentales avec un relief plus accidenté, la force de friction n'étant pas aussi forte sur les océans. Voir aussi USA Today pour plus d'informations.

Mouvements de l'air entre les hautes et basses pressions

La figure suivante montre les déplacements de l'air dans les zones de haute et basse pression. La flèche rouge indique que dans cette zone, un observateur étant dos au vent aura la haute pression à sa droite et la basse pression à sa gauche (loi de Buys-Ballot).

Le vent est ses caractéristiques

Le vent possède une nature turbulente. Il existe trois types de turbulence: thermique, mécanique et de cisaillement.

Les turbulences thermiques surviennent lorsque de l'air chaud s'élève dans le ciel comme une bulle d'air dans un contenant d'huile rempli à presque pleine capacité retourné rapidement avec la tête vers le bas. L'été dans les champs, lorsque le sol reçoit un maximum d'énergie du soleil, l'air au voisinage du sol est réchauffé et c'est là que peut débuter un mouvement ascendant de l'air. Il se forme alors des cellules convectives. La figure suivante illustre ce phénomène.

Les turbulences mécaniques surviennent au fil des irrégularités du sol. La figure qui suit illustre différents types d'irrégularités.

Les turbulences de cisaillement sont dues pour leur part à une différence de direction du vent a des altitudes différentes. Le point de friction entre deux couches d'air se déplaçant dans des directions différentes provoque une sorte de friction qui engendre la turbulence.

Les brises de mer et de terre

Cette section présente la différence entre une brise de mer et une brise de terre.