pression atmospherique et vent

LE PARAMÈTRE PRESSION ATMOSPHÉRIQUE ET LES VENTS

Mesure de la Pression: Mesurée en hPa grâce à un baromètre à mercure, ou utilisant le principe de compression-décompression d'une capsule. Tube de Toricelli et baromètre anéroïde:

Pression atmosphèrique: si l'atmosphère était calme et en équilibre stable, les surfaces isobares seraient en un lieu donné constituées de plans horizontaux. Les mouvement atmosphèriques entraînent la formation de creux et de bosses qui évoluent au cours du temps:

Dépression (D) (low): lieu où la pression atmosphérique est faible (<1015hPa); il s’agit d’un système d’isobares fermées dont la côte croît vers l’extérieur (cuvette). Une dépression peut se creuser ou se combler. Ce sont des cheminées aspirant l’air des basses couches pour le disperser en altitude
Anticyclone (A) (high): lieu où la pression atmosphérique est élevée (>1015hPa); il s’agit d’un système d’isobares fermées dont la côte croît vers l’intérieur (montagne). Ce sont des puits aspirant l’air d’altitude pour le disperser dans les basses couches.
Dorsale (ridge): axe des hautes pressions (crête); une dorsale s’établit, se développe ou s’affaisse. Une période de beau temps accompagne en général cette situation
Thalweg (trough): axes des basses pressions (vallées); en forme de V, son passage est marqué par une brusque rotation du vent.
Marais barométrique (flat low): vaste étendue où la pression barométrique varie peu (plaine). Les vents faibles et variables accompagnent le plus souvent un mauvais temps persistant.
Col: zone entre deux dorsales ou deux thalweg se faisant face. il s'agit d'une zone de calme relatif où les vents restent faibles et variables

Mesure du vent: On mesure le vent grâce à un anémomètre:

Intensité: mesurée grâce à la rotation d’un moulinet; mesure en m/s (SI), km/h (terriens), kt (marins, aviateurs). On mesure soit la vitesse instantanée (vitesse moyenne sur une très courte durée, 0.5s ou 1s), soit une vitesse moyenne sur une ou plusieurs minutes (standard: 10 min). La vitesse en rafale est égale à peu prés à 1.5 fois le vitesse moyenne sur 10min. Plus l’atmosphère est turbulente, instable, plus la vitesse des rafales diffère de celle du vent moyen.
Direction: mesurée grâce à une girouette, en° ou grace à une rose des vents

Au sol on peut estimer la vitesse grace à la manche à air:

Echelle beaufort: elle est utilisée en mer, car la hauteur des vagues n'est pas directement proportionnelle à la force du vent.

Echelle Beaufort	Dénomination	Vitesse en Kt	Ht des vagues (m)
0	Calme (calm)	0-1	-
1	Très légère brise (light air)	1-3	0.1
2	Légère brise (light breeze)	4-6	0.2
3	Petite brise (gentle breeze)	7-10	0.6
4	Jolie brise (moderate breeze)	11-18	1
5	Bonne Brise (fresh breeze)	19-21	2
6	Vent frais (strong breeze)	22-27	3
7	Grand frais (near gale)	28-33	4
8	Coup de vent (gale)	34-40	5.5
9	Fort coup de vent (severe gale)	41-47	7
10	Tempête (storm)	48-55	9
11	Violente tempête (violent storm)	56-63	11.5
12	Ouragan (hurricane)	64 et plus	14

Large	côtes
Mer d’huile	calme
Rides ressemblant à des écailles de poisson, mais sans crêtes d’écume	Les voiliers ont juste un peu d’erre
Vaguelettes plus accusées, les crêtes ont une apparence vitreuse, mais ne déferlent pas.	Le vent gonfle les voiles
Très petites vagues, les crêtes commencent à déferler, écume d’aspect vitreux	Les voiliers commencent à gîter
Petites vagues devenant plus longues, moutons franchement nombreux	Les voiliers sont bien gonflés et prennent une bonne gîte
Vagues modérées prenant une forme allongée, moutons franchement nombreux	Les voiliers diminuent leur toile
Des lames commencent à se former, les crêtes d’écume blanche sont partout plus étendues	Les voiliers prennent deux ris dans la grande voile
La mer grossit, l’écume blanche provenant des vagues déferlantes commence à être soufflée en traînée s’orientant dans le lit du vent	Les voiliers restent au port où s’y dirigent
Lames de hauteur moyenne et plus allongées, formation d’embruns, l’écume est soufflée en traînées très nettes orientées dans le lit du vent	Tous les voiliers cherchent un abri
Grosses lames, les crêtes commencent à s’enrouler en rouleaux, les embruns peuvent réduire la visibilité	Idem
Très grosses lames ; l’écume blanche s’agglomère en large bancs, la mer dans son ensemble paraît blanche et la visibilité est réduite	Idem

Vent: Le vent est un mouvement d’air horizontal, définit par sa direction (d’où vient le vent) et sa force (en m/s, Km/h, Kt). Ces mouvements des masses d’air sont dus aux variations de pression. Sur une grande échelle les mouvements de l’air sont essentiellement horizontaux => on mesure donc la composante horizontale en vitesse et en direction.

Direction: Dans l’hémisphère nord le vent suit la loi de Buys-Ballot (la déviation des masses d’air est due à la force de Coriolis):

le vent tourne dans le sens horaire autour des anticyclones
le vent tourne dans le sens antihoraire autour des dépressions

Face au vent un observateur a donc les basses pressions à sa droite et les hautes pressions à sa gauche. Dans l’hémisphère sud c’est l’inverse. Aux tropiques les vents tournent dans un sens et dans l’autre en fonction d’autre facteurs qui prennent de l’importance du fait de l’absence des forces de coriolis.

Intensité: Elle est proportionnelle aux gradients de pression. Plus les lignes isobares sont serrées, plus le vent est fort, plus elles sont espacées, plus il est faible. le mouvement de l’air résulte d’un équilibre entre trois forces:

force de pression, qui va des hautes vers les basses pressions (le vent « entre » dans les dépressions et « sort » des anticyclones.
force de Coriolis, perpendiculaire au déplacement
force de frottement, de direction opposée au déplacement

De là résulte que la direction du vent fait un angle avec les isobares, de 15 à 20° sur mer, de 20 à 40° sur terre (cela est du aux frottements plus fort). Ainsi, de la hauteur où le vent ne dépends que des isobares (vent géostrophique) jusqu'au sol, le vent diminue en intensité et tourne vers la gauche dans l'hémisphère nord (en direction des basses pressions), vers la droite dans l'hémisphère sud (toujours en direction des basses pressions). Cela donne la spirale d'Ekman:

Le gradient: Baisse de vent rencontrée prés du sol. Ce phénomène est du aux frottements, et tout ce qui augmente le frottement augments aussi le gradient, comme:

vent fort (forces de frottement proportionnelles à la vitesse)
vent froid (air plus épais, donc plus visqueux)

Les terrains lisses suscitent la formation d’une couche limite stable et organisée, qui colle littéralement, favorisant grandement le gradient. Á l’inverse les obstacles contribuent à homogénéiser la vitesse par le remous qu’ils provoquent.

Différents vents locaux:

Mistral: vent du nord soufflant dans la vallée du Rhône et notablement accéléré par suite de son passage entre le massif alpin et le massif central ayant pour origine une dépression sur le golfe de Gênes et un anticyclone sur les Açores et l’ouest de l’Espagne. Son plafond est de 2000 à 3000m
Tramontane: vent du nord ouest soufflant sur le Languedoc et le Roussillon ayant pour origine une dépression sur le golfe de Gênes et un anticyclone sur les Açores et l’ouest de l’Espagne

Vent d’Autan: vent du sud est particulier au haut Languedoc et aux régions de la montagne noire, accéléré par suite de son passage entre les Pyrénées et le sud du massif central. Il a pour origine une situation avec un anticyclone au nord nord-est de la France et une dépression entre les açores et le sud du Portugal. Son plafond est de 1500 à 2000m. L'Autan noir apporte de la pluie mais ne dure pas. L'autant blanc est sec et chaud et peut durer plus d'une semaine.
Vent Marin: vent de secteur Est Sud-Est qui intéresse la côte méditerranéenne sur le golde du Lion et la Provence. Doux et humide il souffle ne même temps que le vent d'Autan (i.e. mêmes causes)

Dynamique: soulèvement de l’ait butant sur l’obstacle d’une pente. L’ascendance aérodynamique est parfois matérialisée par des nuages orographiques (nuages en perpétuel renouvellement). La hauteur de l’ascendance est variable, pouvant dépasser d’une fois la hauteur du relief si le vent est fort, la pente raide et l’air instable. L’épaisseur de la bande dépend principalement de la vitesse et du gradient de vent.

La meilleure orientation est perpendiculaire à la pente. La largeur de la pente compte aussi, car l’air a tendance à contourner les bords et à s’engouffrer dans les fuites. Contrairement à ce que l’on pourrait imaginer, la hauteur de la pente n’a qu’une importance relative. Le facteur capital est la vitesse du vent. Une pente ne commence à donner qu’à partir d’une certaine vitesse de vent (souvent » 15-20 km/h); un vent trop fort est d’autre part dangereux, car on ne peut plus décoller en sécurité et en vol on risque d’être entraîné vers les rabattants.

Le côté sous le vent de la pente est l’objet de turbulences à grandes échelles appelées rabattants ou rouleaux; toutefois si la pente est assez régulière et arrondi, le rabattant peut lui même être régulier et ne devient turbulent que prés du sol, très en arrière dans la partie descendante. On estime qu’un obstacle ou relief projette sa turbulence de cinq à sept fois sa hauteur en aval. On estime aussi parfois que les reliefs d’une certaine ampleur peuvent former écran et protéger certains fonds de vallées

Une forte pente aura une zone de montée étroite avec de fortes ascendances:

Une faible pente aura une zone de montée large, mais une ascendance moins forte:

Une montagne isolée sera contournée et provoquera un rouleau à axe vertical sous le vent:

Effet venturi: un resserrement de l’écoulement implique une augmentation de débit, i.e. partout où un relief canalise l’écoulement du vent, il y a accélération de celui-ci

Turbulences - cas d'espèces:

Des bords arrondis au pied et au sommet donnent un écoulement non turbulent
Des bords angulaires créeront des rotors par vent léger
Des bords angulaires créeront de la turbulence par vent fort
Le retour de pente créera des turbulences dangereuses par vent fort
Turbulence en cas de fortes descendance
Ecoulement du vent au dessus d’un fossé
Ecoulement du vent le long d’un fossé
Ecoulement non turbulent lorsque la pente sous le vent est douce
Turbulences par vent fort lorsque la pente est forte
Turbulences d’obstacle

Brises thermiques: Une brise est un vent à l’échelle locale généralement du à un appel d’air en direction d’une source thermique.

Brise de pente: la pente ensoleillée réchauffe l’air en contact et suscite des thermiques; ceux ci créent un appel d’air dans le fond de la vallée ou de la plaine: il s’agit de la brise de pente montante (e.g. en montagne chaque pente possède sa brise montante dans le créneau horaire où elle est ensoleillée.). Lorsque le soleil quitte la pente on a au contraire affaire à une brise de pente descendante. A noter qu’au ras des glaciers, véritable rivière d’air froid, il existe une brise de pente descendante quasi permanente.

Brise de vallée: les multiples brises de pentes créent au fond des vallées des brises de vallées montantes ou descendantes. Ces phénomènes ne concernent que les plus basses couches, ci. 500m. La brise de vallée montante se crée généralement en fin de matinée, elle se forcit ensuite et culmine dans le milieu de l’après midi vers 16h; la brise de vallée descendante a généralement des vitesses nettement inférieures à celles de la brise montante. Plus la vallée est profonde et étroite et plus les brises de vallées sont conséquentes. Á noter que la rencontre des brises peut donner lieu à de véritables front de confluences générateurs d’ascendances utilisables.

Brise de mer: elle naît de la différence de température qui apparaît l’été entre le continent et la mer qui le borde; elle s’établit d’abord au large, puis progresse vers la côte. En fin de matinée l’air marin se met à avancer vers l’intérieur des terres, favorisé en cela par un ciel dégagé. Dirigée de la mer vers la terre, elle dépend de nombreux facteurs. Au début la brise est faible et parallèle à la côte, après elle tend à forcir, à tourner à droite et à devenir parallèle à la côte. En Manche et en méditerranée elle est faible; dans l’atlantique elle est soutenue.

On a parfois une avancée d’un mini front froid, ou front de brise de mer, déclenchant de nombreuses ascendances dites de confluences sur son passage, améliorant l’ordinaire des sites; Il est fréquent que ce front de brise de mer se stabilise à quelques kilomètres à l’intérieur de terres, donnant une vaste ligne d’ascendances qui peuvent être utilisées par les parapentes:

Ce phénomène a aussi lieu lors de confluences de brises de vallées en montagne :

Brise de terre: de la terre vers la mer. Elle s’établit 3 ou 4 heures après le coucher du soleil, et souffle jusqu’à 1 à 3 heures après le levé du soleil. Son extension au large est faible (3 à 5 milles), sauf renforcement par effets locaux (présence de reliefs).

Polygone des brises: polygone permettant en fonction de l’heure de donner la force et la direction du vent; on détermine ainsi :

changements de direction du vent:

veering : va vers la droite
backing : va vers la gauche

heures de renforcements et d’affaiblissements
ordre de grandeur des basculement du vent

Nota: la brise peut être influencée, voire masquée, s’il y a du vent synoptique (météo)

Turbulences cas d'espèces:

Vents superposés et de directions différentes
Cisaillement de vent au dessus d’une vallée
Turbulence au sein d’un front froid
Turbulence au sein d’un front chaud

Systèmes ondulatoires: Ce phénomène se situe aux limites des possibilités du vol libre. Quand un flux d’air passe sur une ligne de crête, une bordure de plateau ou une vallée encaissée, perpendiculairement à celle-ci, et si le vent est assez fort (>20Kt), un phénomène ondulatoire peut se mettre en place. En l’absence de facteurs défavorables, comme un net changement de vent en force et direction, l’ondulation peut se développer jusqu’à la troposphère.

dans la couche inférieure sous ondulatoire, instable, se passent de fortes turbulences dynamiques et thermiques et apparaissent des rotors à axe horizontal, assez stables, fournissant de bonnes ascendances dans leur partie montante, parfois coiffés de nuages orographiques (nuages de rotors)
couche de discontinuité de quelques dizaines de mètres, marquée par une inversion
couche supérieure laminaire, avec des ascendances et des descendances extraordinairement lisses.

Longueur d’onde: 3 à 15km selon la force du vent et le degré de stabilité de la masse d’air
Valeur moyenne des ascendances en France: 2 à 4m/s; elles s’amortissent plus ou moins rapidement avec l’altitude et avec l’éloignement du relief
Facteur favorable: stabilité de la masse d’air (donc hiver, lever et coucher du soleil)
Facteurs défavorables: convection thermique

Indices révélateurs de l’onde: si l’humidité de la masse d’air est suffisante une structure nuageuse caractéristique se développe:

Le relief générateur peut être coiffé d’un nuage dit de chapeau du genre Sc ou Ac, en immobilité dynamique
Après on a un effet de fœhn (en descendant les filets d’air se compriment et donc se réchauffent, les gouttelettes d’eaux du nuage s’évaporent).
Puis nuages de rotor

Nuages lenticulaires: ils matérialisent l’écoulement ondulatoire en altitude ; ils ont une forme d’assiette ou de lentilles

Nuages de rotor: ils matérialisent la partie inférieure du système ondulatoire; ils sont en forme de rouleaux parallèles au relief et stationnaires par rapport au sol. Ils se présentent comme de petits cumulus fugaces et déchiquetés.