Résumé des deux premières parties
Dans le premier article, nous avons vu que pour un objet circulant autour d’un axe, sa masse, la vitesse de rotation et la distance à l’axe de rotation sont liés dans ce que l’on appelle la « quantité de mouvement ». Sur Terre, la vitesse de rotation et la masse étant considérés comme constants, la quantité de mouvement d’une masse d’air ne dépend que de la distance à l’axe de rotation, donc de la latitude.
Dans le 2ème article, nous nous sommes penchés sur les notions de vorticité planétaire, relative et absolue et avons vu que la vorticité absolue est conservée dans un système en l’absence d’influence extérieur, ce qui est le cas de la Terre considérée depuis l’espace ; nous avons montré que la vorticité planétaire (notée Vp), ne dépendant également que de la latitude, était maximale aux pôles et diminuait en direction de l’équateur où elle était égale à zéro.
Outre cette vorticité dite « planétaire », l’atmosphère est parcourue de mouvements tourbillonnants liés à son propre mouvement, dont la vorticité est dite « relative » par rapport à un observateur placé sur la Terre (notée Vr). La somme des deux types de vorticité donne la vorticité « absolue » (notée Va) ; elle représente ce que verrait un observateur placé dans l’espace et se traduit par l’égalité suivante :
Va = Vp + Vr
Last but not least : en l’absence de force extérieure, la vorticité absolue est immuable, c’est-à-dire qu’elle ne varie pas ; on dit qu’elle est conservée. Autrement dit, si l’une augmente, l’autre diminue et inversement.
La circulation générale
Pour pouvoir décrire le mouvement de l’atmosphère, la vorticité et la vitesse linéaire doivent être complétés par un troisième élément : le réchauffement de la surface terrestre lié à l’ensoleillement, donc à la hauteur du soleil sur l’horizon, elle aussi dépendante de la latitude.
On constate in fine, que tous les éléments influençant le mouvement des masses d’air sont dépendant de la latitude et peuvent être résumés ainsi :
Proche des pôles, la vorticité d’une masse d’air est maximale, sa vitesse linéaire faible, et son réchauffement lié à l’ensoleillement minimal. Sous les tropiques à l’inverse, la vorticité d’une masse d’air est quasi-nulle, sa vitesse linéaire élevée et son réchauffement maximal. Entre les deux, on trouve les latitudes tempérées, où le gradient (la variation avec la distance latitudinale) de tourbillon et de vitesse linéaire est important. Sur l’image infrarouge de ce vendredi 11 octobre qui ouvre cet article (canal vapeur d’eau), les plages orange sont des zones sèches marquant la présence de subsidence (l’air descend en direction de la surface) et les plages mauves des zones saturées marquant la présence d’ascendance (l’air monte). Les zones de forte vorticité positive (cyclonique) sont bien visibles sous la forme de tourbillons dont un bel exemple se trouve au large de l’Espagne (carré rouge). Les larges bandes orange situées sur le nord de l’Afrique correspondent à de la subsidence anticyclonique (carré blanc).
La circulation générale sous les tropiques
Sous les tropiques, l’homogénéité de la masse d’air (quasi-absence de front) et la très faiblevorticité sont à l’origine d’un environnement peu dynamique et caractérisé essentiellement par un régime convectif généré par le réchauffement ; en d’autres termes, c’est principalement le soleil qui se trouve à l’origine du mouvement des masses d’air. Ce régime essentiellement convectif est matérialisé par les cellules de Hadley ainsi que par la région appelée « zone de convergence intertropicale » (ITCZ). Cette zone de convergence se balade au gré des saisons entre les tropiques du Cancer et du Capricorne (voir l’article du 25 mars 2023 consacré à la saison des pluies). Les mouvements de l’air liés à la circulation convective de la cellule de Hadley sont néanmoins influencés par la rotation de la Terre et les vitesses linéaire élevées de ces régions. Ainsi, l’air de haute altitude proche de la troposphère et se dirigeant vers le nord ou vers le sud se retrouve au-dessus de régions ayant une vitesse linéaire plus faible ; il acquiert ainsi une orientation relative ouest-est (déviation vers la droite dans l’hémisphère nord) : c’est le jet subtropical. L’air proche du sol revenant vers l’équateur après sa subsidence sur les zones désertiques (voir l’article du 28 juin 2023 consacré aux déserts) s’approche en revanche d’une région ayant une vitesse linéaire supérieure à celle de sa région d’origine ; il prend donc une orientation relative nord-est – sud-ouest dans l’hémisphère nord : ce sont les alizés.