Lorsqu’on passe une journée estivale chaude sur une plage, on observe généralement qu'un vent frais souffle depuis le lac ou la mer. Pourquoi ce vent frais se met-il en place ? La raison se trouve dans la différence de température entre la terre et la surface de l’eau, qui génère une circulation terre-mer ou terre-lac. Nous allons tenter ici d'expliquer physiquement la circulation des brises terrestres et marines/lacustres.
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Qu'est-ce que le régime des brises terrestres et marines/lacustres ?
Il s’agit d’une circulation de vents locaux d'origine thermique, plus prononcée sur les côtes marines mais présente également sur les rives des grands lacs. Pour se former, ces brises diurnes et nocturnes nécessitent de faibles contrastes de pression atmosphérique à grande échelle et un rayonnement solaire aussi peu perturbé que possible par la nébulosité. Si aucun vent soutenu dû à la situation météorologique générale n'empêche la formation des brises terrestres et marines, on observe une inversion quotidienne de la direction du vent sur les côtes marines et les rives des grands lacs. L’origine de cette circulation est de nature thermique et est principalement due aux différences de propriétés physiques (thermiques) de la terre et de l'eau.
Comment se forment les brises terrestres et marines/lacustres ?
Une condition préalable à la formation des brises thermiques est une situation météorologique caractérisée par des conditions de pression uniformes. La figure 1a) illustre ce phénomène à l'aide d'isobares horizontales (lignes de pression atmosphérique égale). Le matin, après le lever du soleil, la surface terrestre se réchauffe beaucoup plus rapidement que la surface de l'eau en raison de sa capacité thermique plus faible. Ainsi, l'air au-dessus de la terre se réchauffe, tandis que l'air au-dessus de l'eau reste pratiquement inchangé. L'air plus chaud commence à s'élever au-dessus de la terre et la pression y diminue, les isobares se soulèvent (voir figure 1b)). Par conséquent, à la même altitude (lignes pointillées), la pression atmosphérique est plus élevée au-dessus de la terre qu'au-dessus de l'eau. En altitude, il se forme donc un anticyclone de petite taille (H) au-dessus des terres et une dépression (T) au-dessus de l'eau. L'atmosphère cherchant à réduire ces différences de pression, il se forme en altitude un courant de compensation allant des terres vers l'eau (cf. illustration 1b)). En raison du courant compensatoire en altitude, une « masse » s'accumule au-dessus de l'eau, ce qui entraîne une augmentation de la pression au sol et donc une haute pression locale au sol (H). En revanche, la pression au sol diminue sur la terre (écoulement de l'air en altitude) et une basse pression au sol (T) se forme (cf. illustration 1c)). Un courant compensatoire s'établit alors au sol, allant de l'anticyclone au-dessus de l'eau vers la dépression au-dessus de la terre. Ce vent est appelé « brise de mer » en raison de son origine, car il transporte de l'air marin ou lacustre plus frais vers la terre. Avec les distributions de pression diamétralement opposées en altitude et au sol, on obtient finalement une circulation fermée.
La nuit, les conditions de circulation s'inversent. Après le coucher du soleil, la surface de la terre et l'air qui la recouvre se refroidissent plus fortement que l'eau, ce qui crée un anticyclone thermique au-dessus de l'eau et une dépression thermique au-dessus de la terre. En raison de ces conditions de pression opposées à celles de la journée, la circulation s'inverse au cours de la nuit et une « brise de terre » souffle de la terre vers le lac/la mer (cf. 1d)).
En Suisse, on trouve des brises de terre et de lac sur certains grands lacs tels que le Léman, le lac de Constance, le lac de Neuchâtel, le lac de Zurich, mais aussi les lacs de Bienne ou des Quatre-Cantons (voir vent supérieur ci-dessous). Cependant, les brises de terre et de lac sont parfois superposées à une brise de montagne ou de vallée, en particulier à proximité des Préalpes et des Alpes.
Le séchard : une brise locale dans le bassin genevois (petit-lac) du Léman
Le séchard est le nom donné à la brise diurne de nord-est qui, canalisée entre le Jura et les Préalpes savoyardes, souffle dans l'axe du Petit-Lac Léman. Le réchauffement des reliefs environnants crée des ascendances thermiques qui aspirent littéralement l'air du Petit-Lac vers les côtes. Le séchard ne se limite donc pas au Petit-Lac mais se prolonge jusque sur les pentes ensoleillées du Salève, du Vuache et du Jura. Il souffle généralement entre 3 et 7 km/h et peut atteindre 7à 10 km/h. L'arrivée de nuages réduisant l'ensoleillement peut atténuer le séchard, alors qu'au contraire un faible courant de nord-est en altitude peut l'accentuer.
Der Oberwind: Ein lokaler Seewind im Luzerner Seebecken (en allemand)
Der «Oberwind» (Schönwetterwind) ist ein thermischer Seewind aus südöstlicher bis östlicher Richtung am unteren Teils des Vierwaldstättersees im Luzerner Seebecken. Er erreicht eine Windgeschwindigkeit von 5 bis 10 km/h, manchmal auch etwas mehr. Der Oberwind erstreckt sich vom Eingang des Luzerner Seebeckens, Linie zwischen dem Meggen- und Haslihorn, bis zur Stadt Luzern. Bei sonnigem Wetter setzt er jeweils in der zweiten Vormittagshälfte bis gegen Mittag ein und flaut gegen den Abend hin wieder ab. Er tritt vornehmlich im Sommerhalbjahr auf, seltener in der kalten Jahreszeit und nur bei bestimmten Temperaturverhältnissen.
Entstehung des Oberwinds
Mit der Sonneneinstrahlung heizen sich einerseits die bebauten Gebiete der Stadt Luzern am unteren Teil der Luzerner Seebucht auf, anderseits erwärmen sich auch die südexponierten Hänge am Seebecken, wie beispielsweise die des Dietschibergs. Auf der anderen Seite steht die relativ kühle Wasserfläche der Luzerner Seebucht sowie des Kreuztrichters (Seeteil, wo die vier Seearme aufeinandertreffen). Somit stellt sich eine Luftströmung von relativ höherem Druck über den kühleren Wasserflächen zum relativ niederen Druck über der erwärmten Stadt und den angrenzenden Sonnenhängen ein. Begünstigt wird die Entwicklung des Oberwinds, wenn das überlagerte Windfeld generell südliche Richtungen aufweist. Hingegen dämpfen oder verhindern überlagerte nördliche Winde oder Druckanstieg den Oberwind.
Grundsätzlich wird der Oberwind von der Sonneneinstrahlung gesteuert. Es gibt aber auch eine Schlechtwettervariante. Dabei ist es über dem Vierwaldstättersee bewölkt und an den Voralpen fällt gelegentlich noch etwas Niederschlag. Dagegen scheint im Mittelland schon zum Teil die Sonne. Dadurch setzt ein Ausfliessen von kühlerer Luft vom Vierwaldstättersee Richtung Nordwesten ein. Diese Konstellation kann beispielsweise nach dem Durchgang einer Kaltfront eintreten, wenn Restbewölkung an den Voralpen hängen bleibt.
Ein weiterer Sonderfall des Oberwinds tritt im Zusammenhang mit Schauern oder Gewittern auf. Er ist mit Windgeschwindigkeiten von über 20 km/h deutlich stärker und böiger. Voraussetzung dafür sind meist mehrere Schauer oder Gewitterzellen über Ob- und Nidwalden. Sie verursachen ein Ausfliessen der kühleren Luft Richtung Norden zum Mittelland hin. Über dem Luzerner Seebecken stellt sich vorübergehend ein kräftiger Südostwind ein.