Vendredi 24 avril 2009 à 8:45

Ecologie, Changement climatique

Avant de vous parler de la “machine climatique”, j’ai besoin de deux notions de physique, l’une sur le mécanisme de formation des vents à l’équateur et l’autre sur la déviation de ces vents par suite de la rotation de la Terre.
    Je vais essayer de vous expliquer cela simplement.

        Les Alizés

    Le moteur de la circulation atmosphérique dans les tropiques et l’équateur est le réchauffement solaire. À cause de l'inclinaison de 23.5 degrés de l'axe de rotation de la Terre, le Soleil n'est jamais plus qu'à quelques degré (au maximum 23,5!) de la verticale à midi tout au long de l'année dans les tropiques ce qui donne un maximum de réchauffement autour de l'équateur géographique.
    L’air chaud monte à l’équateur et les basses pression attirent l’air des tropiques. A l’équateur même on a une zone de calme et les orages qui ont lieu régulièrement réchauffent l’atmosphère (chaleur latente de condensation)
    Quand les parcelles d'air chaud et humide atteignent  12 à 15 km d'altitude, elles ne peuvent monter plus haut ni ne peuvent rester à cet endroit à cause du flux constant venant des basses couches de l'atmosphère. Par conséquent, elles sont repoussées vers le nord  ou le sud ( de l'équateur, vers les deux tropiques.
    En s’éloignant de l’équateur, l'air se refroidit par échange avec l'environnement ce qui le rend ninstable et il commence à descendre. Lors de la descente, l’air se réchauffe et son humidité diminue. Cela se produit autour de 30 à 35 degrés N et S où l'on retrouve la zone de calme subtropical aride.

http://lancien.cowblog.fr/images/ClimatEnergie/alizes.jpg

    L’air retourne  de ces anticyclones vers l’équateur et ces vents tropique vers équateurs s’appellent les alizés.
    En fait les endroits où l’air chaud s’élève dans l’atmosphère ne correspond pas tout à fait à l’équateur géographique mais plutôt avec le point au zénith du soleil ce qui amène une variation saisonnière vers le nord et le sud de la position de ces endroits.

    Les alizés devraient donc souffler nord - sud ou sud - nord. Mais nous allons voir que la rotation de la terre les dévie et qu’en réalité, ils soufflent nord-est dans l’hémisphère nord et sud est dans l’hémisphère sud.


        L’accélération de Coriolis :

    Supposons un glaçon bleu G qui se trouve sur un disque de centre G en rotation uniforme autour de l’axe vertical passant par ce centre (comme un cd dans votre chaîne hifi).
    Nous envoyons ce glaçon du centre du cercle, sur un diamètre, de G0 vers H, (sur l’axe O x0) et nous supposons qu’il glisse sans frottement sur le disque et n’est pas entrainé par lui. Il n’est plus soumis à aucune force et pour nous, qui sommes à l’extérieur du disque et qui ne sommes pas entraîné par sa rotation, ce glaçon G se déplace en ligne droite, d’un mouvement uniforme et va parcourir la droite GH .   
    Supposons maintenant que l’observateur ne soit plus à l’extérieur du disque mais sur le disque, et il est donc entraîné par la rotation du disque. Plaçons nous dans le repère de l'observateur GxoYo qui tourne avec le disque.
    Pour simplifier prenons simplement les points au 1/4 , 1/2, 3/4 et à la fin du parcours du glaçon (points G1, G2,3 et G4).
    Quand le glaçon arrive au quart de la distance, le disque et l’observateur ont tourné d’un certain angle et l’axe GH est devenu par rapport à l'observateur et dans son référentiel, Gx1 : G1 n’est plus sur l’axe Gxo mais au dessous sur Gx1, au quart de la distance.
   De même quand le glaçon est en G2, l’axe Gx2 a encore tourné du même angle et G2 est au milieu. Situation analogue pour G3 aux 3/4.
    Quand G arrive en G4, l’observateur a encore tourné du même angle et dans le référentiel de l’observateur qui est lié au disque qui tourne, le glaçon est arrivé en G4 et décrit une courbe (en rouge sur le schéma).
    Bien sûr on peut mettre ce phénomène en équation, mais je vous en ferai grâce, car je ne suis pas sûr que vous ayez, mêem en terminale S toutes les notions pour le suivre, et puis ce serait casse pied ^^.
    Pour expliquer le mouvement du glaçon dans le référentiel de l’observateur lié au disque, il faut introduire une “peudo- force fictive” (qui ressemble à la force centrifuge), qui est due au fait que l’observateur n’est pas sur le même repère xy que l’objet et que ce repère est animé d'un mouvement circulaire uniforme : cette force s’appelle “l’accélération de Coriolis”, du nom de celui qui la découverte en1835.http://lancien.cowblog.fr/images/ClimatEnergie/schemacoriolis.jpg

    L’accélération de Coriolis Cr est perpendiculaire à l’axe a du disque tournant, et à la vitesse v du mobile (le glaçon) dans le repère fixe. Elle est proportionnelle à la masse de l’objet en déplacement et à sa vitesse.

        Déviation des alizés vers l’est.

    La terre tourne sur elle même, vous le savez , environ 365,24 fois par an et sa vitesse de rotation  varie peu (lla durée de rotation varie de quelques millisecondes). L’axe de cette rotation est incliné d’environ 23 degrés sur le plan de “l’écliptique” (le plan de la révolution autout du soleil).
    La vitesse de rotation dépend évidemment de l’endroit où on se trouve; à l’équateur elle est d’environ 1670 km/h. D’ailleurs la force centrifuge fait en sorte que la terre soit très légérement “gonflée” à l’équateur et aplatie aux pôles.
    Pour un observateur sur la terre et lié à son référentiel, (nous tous), il existe don une accélération de corriolis pour les mobiles se déplaçant à sa surface sans frottement trop important.
     Si la masse et la vitesse d’un objet est faible (un bateau par exemple) l’accelération de Coriolis sera négligeable.
    Par contre sur des masses importantes d’air l’action est importante et dévie les alizés venant des tropiques vers l’est.
    Les alizés comme le montre le schéma, soufflent donc du nord est dans l’hémisphère nord et du sud-est dans l’hémisphère sud.
    Des vents soufflent également de la zône subtropicale vers les cercles pôlaires et sont déviés vers l’ouest par l’accélération de Coriolis. Mais ces vents dominants sont très affectés par les perturbations.
    Les régions polaires les plus froides sont des centres de hautes pressions, et les vents venant de ces zones sont déviés à l'est.
http://lancien.cowblog.fr/images/ClimatEnergie/deviationalizes.jpg

    Dans le prochain article je décrirai les acteurs du climat : cycle de l’eau, vents, et océans, puis dans l’article suivant l’apport d’énerrgie du solei et l’effet de serre


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