Les masses d'air

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La couche d’air autour de la Terre semble uniforme, mais elle doit en fait être considérée comme l’amalgame de multiples bulles d’air caractérisées chacune par des tailles, des origines et des conditions de température, d’humidité et de pression différentes.

Ces masses d’air se suivent, se mélangent et font de l’atmosphère un environnement en perpétuel changement. Elles évoluent également au cours de leur vie en fonction des autres masses d’air qu’elles rencontrent, et des surfaces maritimes ou terrestres, chaudes ou froides, sur lesquelles elles circulent.

Elles répondent aux mêmes règles de déplacement que la vapeur d’eau qui sort de la casserole :

  • Elles montent et descendent en fonction de leur densité pour se positionner par rapport aux autres masses d’air (principalement par rapport à leur taux d’eau évaporée et à leur température)
  • Elles condensent sous forme de nuages et de pluie quand les conditions de vapeur saturante sont dépassées

On dit d’une masse d’air qu’elle est :

  • Stable si elle revient à sa position initiale après s’être déplacée : sa position n’est pas stable à un instant donnée, mais globalement stable dans le temps
  • Instable si elle continue de se déplacer jusqu’à trouver une position stable
  • Neutre si elle ne se déplace pas

Transformation adiabatique


Les changements de température des masses d’air sont liés aux modifications de volume et de pression, et pas à des transferts de chaleur avec l’environnement.

C’est ce que l’on appelle une transformation adiabatique, c'est-à-dire sans transfert de chaleur.

La masse d’air en mouvement se déplace trop rapidement pour que des échanges de chaleur par contact avec l’extérieur puissent expliquer ses propres variations de température.

La pression variant de façon à peu près constante avec l’altitude, pour une masse d’air non saturée en vapeur d’eau, la température varie d’environ 10°C tous les kilomètres (gradient adiabatique sec).

Pour une masse d’air saturée (dite mouillée), le gradient adiabatique est moins stable et inférieur au gradient adiabatique sec : environ 6°C par kilomètre. Une partie de l’énergie est utilisée pour le changement d’état de la vapeur d’eau en liquide ou en solide.

 

 

Transformation adiabatique lors du mouvement des masses d’air

Transformation adiabatique lors du mouvement des masses d’air


On considère également le gradient thermique environnemental (GTE) qui représente pour un endroit et un moment donné le profil de température de l’air.

Pourquoi les nuages d’une formation sont-ils à la même altitude ?

 

Quand une masse d’air humide s’élève, sa température va varier.

Dès que la température est assez basse pour que la saturation d’eau vaporisée soit supérieure à la limite, la condensation va se produire et le nuage apparaître.

Comme la température varie à peu près linéairement avec l’altitude, sur une zone donnée, les conditions de condensations apparaîtront à la même hauteur pour toute une masse d’air.

 

 

Les nuages d’une même formation apparaissent tous à la même altitude

Les nuages d’une même formation apparaissent tous à la même altitude

Stabilité et instabilité des masses d’air

 

Une masse d’air chaud monte et se refroidit lors de l’ascension :

  • Si ce refroidissement tend vers la température de l’air qui l’entoure, elle redescend, se réchauffe et ce cycle stable continue
  • Si la température reste supérieure à l’environnement, la masse d’air continue de monter car sa densité reste inférieure
  • Quelques nuages et peu de précipitations

Une masse d’air froid descend et se réchauffe :

  • Si ce réchauffement tend vers la température de l’air qui l’entoure, elle remonte, se refroidit, et ce cycle stable continue
  • Si la température reste inférieure à l’environnement, la masse d’air continue de descendre
  • Beaucoup de nuages et fortes précipitations

 

 

Masses d’air stables

Masses d’air stables

 

 

Masses d’air instables

Masses d’air instables

Circulation des masses d’air

 

Les masses d’air froid et d’air chaud se suivent en permanence dans l’atmosphère, chacune caractérisée par sa pression, sa température et son taux d’humidité fonction du temps qu’elle a passé au dessus de l’océan.

L’Europe est soumise à cinq masses d’air principales qui caractérisent ses grandes tendances météorologiques.

 

 

Les masses d’air qui touchent l’Europe

Les masses d’air qui touchent l’Europe


Front chaud

 

Un front chaud est la zone limite entre une masse d’air chaud et une masse d’air froid qu’elle est en train de rattraper.

Il avance à environ 25km/h et s’étend sur plusieurs centaines de kilomètres.

L’air de la masse d’air chaud étant moins dense que celui de la masse d’air froid, il monte littéralement sur la masse d’air froid.

L’air se refroidit avec l’altitude et forme des nuages, suivis de précipitations dès que la saturation en vapeur d’eau est dépassée.

Front froid

 

Un front froid est la limite entre une masse d’air chaud et aune masse d’air froid qui la rattrape.

L’air froid étant plus dense, il va se glisser sous l’air chaud et le faire remonter rapidement.

Les fronts se succèdent

 

C’est la succession permanente de fronts froids et de fonts chauds qui décide du temps qu’il va faire.

 

 

Une perturbation et sa succession de fronts chauds et froids

Une perturbation et sa succession de fronts chauds et froids


 

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