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Météorologie : tout savoir sur le courant-jet

Crédits : NASA / Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio.

Qu’est-ce que le courant-jet ? Comment se forme-t-il et pourquoi le trouve-t-on aussi loin de la surface ? Existe-t-il différents types de courants-jets ? Le présent article vise à répondre de façon simple et concise à ces questions, sans toutefois être simpliste. Des références figureront par ailleurs en bas de page pour les lecteurs désireux d’approfondir leurs connaissances sur le sujet.

Le courant-jet est un tube de vents forts situé vers huit à quinze kilomètres d’altitude, à la limite entre la troposphère et la stratosphère, appelée tropopause. La vitesse moyenne de l’air en son sein avoisine la centaine de kilomètres par heure, avec des pointes pouvant dépasser les 450 km/h. Autour de celui-ci, les vents décroissent très rapidement, ce qui alimente des zones de turbulences en air clair bien connues des pilotes.

En ce qui concerne ses dimensions, le courant-jet fait en moyenne plusieurs kilomètres d’épaisseur pour quelques centaines de kilomètres de largeur et plusieurs milliers de kilomètres de long. Cette géométrie justifie ainsi l’emploi fréquent des qualificatifs « tube » ou « tubulaire ».

Crédits : NASA.

Recette d’un courant-jet

Si l’on s’en tient à des repères de compréhension générale, l’existence du courant-jet peut-être expliquée de façon relativement simple. Les deux ingrédients essentiels étant la différence de température entre l’équateur et les pôles et la rotation de la Terre.

  • Le réchauffement des tropiques par le rayonnement solaire fait gonfler l’atmosphère (l’air chaud se dilate) tandis que le refroidissement des régions polaires provoque son affaissement (l’air froid se contracte). Par conséquent, au-dessus de la surface, une différence de pression se crée entre les deux zones géographiques. En réaction, l’air accélère depuis les hautes vers les basses pressions, autrement dit des tropiques vers les pôles.
  • Toutefois, en raison de la rotation de la Terre, l’air qui se déplace initialement vers le pôle est dévié vers la droite dans l’hémisphère nord et vers la gauche dans l’hémisphère sud. Arrivé à environ 30 ° de latitude, le flux est courbé au point de souffler quasi parallèlement aux cercles de latitude. De cette déviation résulte un étroit couloir de vents d’ouest, d’intensité maximale en haute troposphère. Mais pourquoi le retrouve-t-on aussi haut ?

Un effet cumulatif

Lorsqu’une masse d’air chaud se situe à proximité d’une masse d’air froid, la différence de pression qui apparaît s’accentue avec l’altitude. En d’autres termes, la pente des surfaces isobares (surfaces d’égales pressions) augmente avec cette dernière et le vent souffle donc de plus en plus fort à mesure que l’on s’élève, comme l’illustré la figure ci-dessous.

Initialement (i), les deux colonnes d’air sont à la même température. La diminution de la pression avec l’altitude est donc la même dans les deux cas et l’air est au repos. Lorsque la colonne A est refroidie et la colonne B chauffée (ii), un contraste de pression se forme en altitude. Il est d’autant plus marqué que l’on s’éloigne de la surface. En conséquence, l’air se déplace des hautes vers les basses pressions d’autant plus rapidement que l’altitude est élevée (iii). Les lettres L et H signalent respectivement les zones de basses et hautes pressions relatives. Enfin, les valeurs de pression sont données en kPa (rajouter un zéro pour avoir la valeur en hPa). Crédits : Roland Stull / Meteorology for Scientists and Engineers.

Pour bien comprendre, rappelons que la pression diminue plus rapidement avec l’altitude dans l’air froid que dans l’air chaud. Ainsi, entre deux valeurs de pression sur la verticale, par exemple entre 850 hPa et 700 hPa, la distance sera plus grande dans l’air chaud que dans l’air froid. En cumulant les épaisseurs un peu plus fortes au sud et un peu plus faibles au nord, on finit mathématiquement par avoir une pente plus inclinée avec l’altitude.

Dans l’atmosphère, cet effet est renforcé par la compressibilité de l’air qui fait que l’augmentation de la pente des isobares à mesure qu’on s’élève n’est pas linéaire, mais logarithmique. Finalement, au-dessus du cœur du jet se situe la stratosphère où le contraste thermique s’inverse (les tropiques deviennent en moyenne plus froids que les pôles). Le vent devient par conséquent de moins en moins puissant en moyenne annuelle au-dessus de la tropopause.

Différents courants-jets

Cette explication du courant-jet cache toutefois une réalité nécessairement plus complexe : l’existence de différents types de courants-jets. Sur Terre, on différencie tout particulièrement le courant-jet subtropical et le courant-jet polaire. Or, tandis que le courant subtropical associé aux cellules de Hadley suit relativement bien le mécanisme présenté dans cet article, le courant-jet polaire demande de faire appel à des concepts un peu plus élaborés.

Schéma bilan de la circulation atmosphérique en moyenne zonale (selon les cercles de latitude) pour l’hémisphère nord. Un raisonnement symétrique s’applique pour l’hémisphère sud. L’équateur se situe à droite et le pôle nord à gauche tandis que l’axe vertical représente l’altitude. Le courant-jet subtropical se trouve en limite de la cellule de Hadley tandis que le courant-jet polaire, bien plus irrégulier dans l’espace et dans le temps, se situe plus au nord et accompagne le rail des dépressions des moyennes latitudes. Crédits : Meteorology for Aviation, H. Hallot & coll. 2013.

Le courant-jet polaire provient essentiellement du mouvement créé lors de la montée de l’air chaud et la descente de l’air froid dans les dépressions des latitudes tempérées. En effet, une importante partie de l’énergie cinétique issue de la redistribution des masses d’air quitte les dépressions au niveau de la haute troposphère et alimente des rapides à l’origine de ce jet, très irrégulier dans l’espace et le temps. Il existe ainsi une interaction perpétuelle et multiple entre le courant-jet polaire et les dépressions des latitudes tempérées.

Références : Jet-Stream Meteorology & Jet Streams : How Do They Affect Our Weather ? Elmar R. Reiter / Jet Stream : A Journey Through our Changing Climate, Tim Woolings / Atmospheric Circulation Systems : their structure and physical interpretation, E. Palmén & C.W. Newton / The Dynamical Relationship between Subtropical and Eddy-Driven Jets, Sukyoung Lee & Hyun-kyung Kim / Atmospheric Motions, Anders Persson / Zonal Jets : Phenomenology, Genesis, and Physics, B. Galperin & coll.