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Météorologie : l’étrange façon dont se déplacent les tempêtes

Crédits : NASA Earth Observatory.

Le mécanisme de déplacement des tempêtes ou des dépressions atmosphériques de façon plus générale peut sembler évident de prime abord. Toutefois, dans cet article nous verrons qu’il n’en est rien et que les processus mis en jeu sont beaucoup moins intuitifs qu’on ne pourrait le penser. Pour plus d’informations, quelques références figurent en bas de page. 

Les dépressions qui affectent de façon régulière l’Europe de l’Ouest sont portées par un courant de grande échelle dans lequel elles naissent, vivent et meurent. On se réfère usuellement à ce courant directeur en mentionnant le jet-stream. Et pour cause, outre le fait de constituer le carburant des tempêtes, ce dernier les transporte globalement d’ouest en est. Autrement dit, les tourbillons et courants de grande échelle se chargent de transporter ceux de plus petite échelle.

Cette façon de présenter les choses est néanmoins incomplète, car elle ne dit rien sur le mécanisme physique à l’œuvre. De toute évidence, il ne s’agit pas d’un simple transport analogue à celui que subirait un disque tournant ou une barque posés sur un cours d’eau. En effet, et contrairement à l’impression que l’on peut en avoir, une dépression atmosphérique n’est pas un objet physique.

Une dimension étrangère, car (très) peu intuitive 

Si intellectuellement, la dynamique de l’atmosphère est très bien comprise, il faut reconnaître que certaines de ses déclinaisons peuvent rester étrangères à notre intuition. Il s’agit là d’une caractéristique propre aux mouvements d’un fluide stratifié et soumis à une rotation d’ensemble. À cet égard, les expériences effectuées en conditions contrôlées montrent que l’intuition humaine est très mauvaise à anticiper les résultats obtenus.

Crédits : NASA Earth Observatory / Flickr.

Revenons au cas de notre tempête. Les cartes météorologiques et autres imageries satellitaires révèleront la présence d’une entité se déplaçant de façon cohérente d’ouest en est. Or, comme nous l’avons indiqué plus haut, même si la tempête semble progresser en tant qu’individualité, elle ne constitue pas un objet physique.

Par conséquent, et au sens strict, une dépression n’est jamais poussée ou emportée par un courant. Au contraire, les parcelles d’air entrent et sortent constamment du système. Près de la surface, elles circulent moins vite et traversent la dépression d’est en ouest, puis s’en échappent. En altitude, elles circulent à l’inverse plus vite et traversent le tourbillon d’ouest en est. Une grande partie de l’air qui compose la tempête est donc constamment renouvelée.

Ainsi, le déplacement du vortex n’est pas celui de l’air qui le compose. Ce dernier ne fait en effet que subir des accélérations, certes complexes, mais transitoires. Pensez au mouvement d’un pli sur un drap : le motif qui se déplace n’est pas un objet, mais une manifestation d’accélérations temporaires subies par le tissu.

Démystification du processus de déplacement d’une tempête 

Vu à travers l’œil du physicien, le mouvement d’une dépression est en réalité la propagation d’un processus, d’une région de l’atmosphère où surviennent d’importantes conversions entre différentes formes d’énergie.

Crédits : RAMMB / CIRA.

L’analogie avec le déplacement d’un pli ou d’une vague est particulièrement bien adaptée pour se représenter le mécanisme. En effet, une vague qui se propage n’est pas plus un objet physique que ne l’est une dépression. Comme pour la tempête ou le pli, le passage de la vague marque l’arrivée de vigoureuses conversions énergétiques, en particulier entre énergie potentielle gravitationnelle et énergie cinétique.

Une tempête n’est donc rien de plus que la signature de ces conversions, matérialisée par une zone d’aspiration dérivant dans l’espace. Constamment reformée par l’avant et comblée par l’arrière sous l’effet des accélérations induites, elle se propage de préférence le long du courant-jet, un important réservoir d’énergie. Il s’agit donc d’un processus très complexe bien loin de l’idée simple que l’on peut s’en faire. Le cheminement physique peut se résumer de la façon suivante.

Apparition d’une dépression (déficit de masse) → accélérations de l’air (vents) → redistribution de la masse → propagation de la dépression → réorganisation des accélérations de l’air → redistribution de la masse → propagation de la dépression → réorganisation des accélérations de l’air → redistribution de la masse → propagation de la dépression → réorganisation des accélérations de l’air →

La partie en italique est ici une boucle auto-autoentretenue. Le bilan de ce processus continu est une dérive de la dépression d’ouest en est. Enfin, notons que l’origine de l’impulsion initiale qui met en route les transformations n’est pas le sujet du présent article. Quant aux anticyclones, vous pouvez consulter notre article dédié.

Quelques références 

  • Wind and pressure change, C. H. B. Priestley.
  • Dynamical control of atmospheric pressure, C. H. B. Priestley.
  • On travelling atmospheric disturbances, Sir Harold Jeffreys.
  • Mathematics versus common sense : the problem of how to communicate dynamic meteorology, Anders Persson.
  • Mid-latitude Weather Systems, Toby N. Carlson.
  • Synoptic Meteorology, Manfred Kurz.