ATMOSPHÈRELa couche atmosphérique terrestre

La circulation atmosphérique globale

L’atmosphère terrestre subit en permanence, de la part de son environnement, un certain nombre de contraintes qui la forcent à se transformer, à se restructurer et à se déplacer. Les principaux acteurs de cette agitation sont le réchauffement solaire qui affecte différemment les régions équatoriales et les régions polaires, la force de gravité terrestre, la poussée d’Archimède et la force de Coriolis due à la rotation de la Terre. La circulation atmosphérique globale qui en résulte joue un rôle primordial sur le climat de la planète en assurant le transfert d'énergie entre les régions intertropicales chaudes et les régions polaires froides. Si le schéma qui en ressort ne peut mettre en évidence les phénomènes de petite et moyenne échelle qui affectent notre temps (météorologique) de tous les jours, il fournit toutefois une description schématique des conditions globales dans lesquelles ils se développent.

Circulation générale de l’atmosphère

La cellule de Hadley fournit une description schématique de la circulation moyenne observée entre les régions équatoriales où les courants d'air ascendant dominent et les régions tropicales essentiellement couvertes par des courants d'air descendant. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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On a d’abord pensé que la circulation atmosphérique globale prenait la forme, dans chaque hémisphère, d’une immense cellule de convection thermique allant de l’équateur au pôle, une théorie proposée par l’avocat et météorologue anglais George Hadley en 1735. Étant plus ou moins perpendiculaires au rayonnement solaire, les régions équatoriales reçoivent de plus grandes quantités d’énergie que les régions voisines et sont plus fortement réchauffées. Devenu plus chaud et plus léger, l’air qui s’y trouve a tendance à s’élever. Il est aussitôt remplacé par de l’air plus froid provenant des régions tropicales. Au-dessus de 10 kilomètres d’altitude, alors qu’il se rapproche de la tropopause, l’air chaud ascendant est freiné et commence à s'écouler en partie vers le nord, en partie vers le sud, en direction des pôles. Il se refroidit alors par rayonnement, s’alourdit et finit par retomber vers le sol, avant de retourner vers l'équateur où il se réchauffe à nouveau et peut commencer une nouvelle ascendance. Ce type de circulation, appelée circulation convective, se développe chaque fois qu'un fluide est réchauffé par le bas ou refroidi par le haut. Il se produit également à petite échelle lors de la formation d’orages ou de brises côtières. Les « cellules de Bénard » – du nom du physicien qui les interpréta en 1900 – qui apparaissent lorsqu’on met de l’eau à chauffer dans une casserole en sont un bon exemple. Le fond de la casserole devenant plus chaud, l’eau qui s’y trouve devient plus légère et tend à monter vers la surface où elle est refroidie, pendant que l’eau plus froide qui s’y trouvait descend pour la remplacer. Ainsi, se crée, sous forme de cellules individuelles, une circulation de l’eau entre la surface chaude du fond de la casserole et la surface froide qui reste en contact avec l’atmosphère.

Mais, en raison de la force de Coriolis, après avoir entamé un déplacement en direction des pôles, l'air chaud et léger, provenant des régions équatoriales, se trouve rapidement dévié vers sa droite dans l’hémisphère nord et vers sa gauche dans l’hémisphère sud. Ainsi, lorsqu’il atteint une latitude proche du 25^e parallèle, sa trajectoire est plus ou moins dirigée vers l’est dans les deux hémisphères. Refroidi et alourdi, une partie de cet air entame alors une descente vers le sol au niveau des tropiques avant de fermer la boucle en retournant vers l’équateur. Du fait de la rotation de la Terre, sa trajectoire est déviée vers l’ouest, donnant ainsi naissance aux vents d’alizés dits de nord-est dans l’hémisphère nord et de sud-est dans l’hémisphère Sud. La région où ces alizés convergent, connue sous le nom de zone de convergence intertropicale (ZCIT) ou d’équateur météorologique, oscille autour de l’équateur en fonction des saisons. Elle est caractérisée par la présence de courants d’air chaud ascendants et la formation de nombreux cumulonimbus.

Ainsi, les cellules qui prennent naissance au niveau de l’équateur ne couvrent pas l’ensemble d’un hémisphère comme l’avait imaginé Hadley, mais restent plus ou moins confinées entre l’équateur et les tropiques. Du fait de la rotation de la Terre, l’organisation zonale de la circulation moyenne globale nécessite donc la prise en compte dans chaque hémisphère, non pas d’une seule, mais de trois cellules disposées en bandes selon les latitudes. Pour nommer les cellules des régions intertropicales, on a toutefois conservé le nom de cellule de Hadley, en hommage à ce précurse [...]

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Médias de l’article

Composition de l’atmosphere terrestre
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Bilan radiatif de la Terre
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Spectres d’émission et d’absorption des radiations émises par le Soleil et par la Terre
Crédits : Avec l'aimable autorisation des Editions Flammarion

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Structure verticale de l’atmosphère
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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