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ATMOSPHÈRE Thermodynamique

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Stabilité et instabilités de l’atmosphère

Dans l’atmosphère, en absence de vent, une parcelle d’air est soumise à deux forces qui s’opposent : son poids P = ρ‧V‧g, qui est dirigé vers le bas, et la poussée d’Archimède Pa = ρe‧V‧g, qui est dirigée vers le haut, V et ρ étant le volume et la masse volumique de l’air contenu dans la parcelle, ρela masse volumique de l’air environnant et g l'accélération de la pesanteur. Dans une atmosphère au repos, les deux forces s’équilibrent et la force résultante F = Pa – P = g‧(ρe – ρ)‧V est nulle, d’où F = 0 et ρ = ρe ; l’air de la parcelle a la même masse volumique que celui de son environnement.

Stabilité et instabilités convectives

Cet équilibre est rompu si une parcelle d’air voit sa masse volumique changer, entraînant ainsi un déséquilibre qui l’accélère vers le haut si elle devient moins dense que l’air environnant déplacé (ρ < ρe), ou vers le bas si elle devient plus dense (ρ > ρe). En appliquant la loi des gaz parfaits et en négligeant la masse volumique de la vapeur d’eau par rapport à celle de l’air sec, la force résultante peut s’écrire (équation 3) :

F=gpeRa∙Te-pRa∙TV, ou encore, puisque

p=pe, sous la forme : F=g∙pe∙VRaT - TeT∙Te.

On déduit ainsi qu’une parcelle se verra appliquer une poussée résultante qui l’accélère vers le haut si elle est plus chaude que son environnement et vers le bas si elle est plus froide.

Dans une situation météorologique où la température de l’environnement décroît moins vite que le gradient pseudo-adiabatique saturé (suivi par une parcelle saturée en vapeur d’eau), et donc aussi moins rapidement que le gradient adiabatique sec (suivi par une parcelle d’air non saturée), toute parcelle d’air soulevée depuis son niveau (altitude) d’équilibre deviendra plus froide et plus dense que son environnement, et toute parcelle d’air abaissée deviendra au contraire plus chaude et moins dense. La première recevra une poussée vers le bas, la seconde une poussée vers le haut ; dans les deux cas, la poussée[...]

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Pour citer cet article

Jean-Pierre CHALON, « ATMOSPHÈRE - Thermodynamique », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le . URL :

Médias

Structure verticale de l’atmosphère

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L'atmosphère est représentée ici sous forme de différentes couches caractérisées par la variation de…

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Diagramme des états de l’eau

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L'eau se présente sous trois états – solide, liquide et gazeux – en fonction de la température et de…

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Échanges d’énergie associés aux changements d’état de l’eau

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Les changements d'état de l'eau sont liés à la libération et à l'absorption de la chaleur latente …

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Autres références

  • AÉRONOMIE

    • Écrit par Gaston KOCKARTS
    • 3 658 mots
    • 11 médias

    L' aéronomie a pour objet l'étude des régions atmosphériques où les phénomènes de dissociations moléculaires et d'ionisation sont importants. Cette définition s'applique aussi bien à l'atmosphère terrestre qu'aux atmosphères planétaires. Le mot aéronomie fut imaginé par Sidney Chapman (1888-1970)...

  • ACCÉLÉROMÈTRES SPATIAUX

    • Écrit par Raphaël F. GARCIA, Pierre TOUBOUL
    • 4 297 mots
    • 3 médias
    ...du sol à la frontière entre l'atmosphère et l'espace. En effet, comme le gradiomètre permet de mesurer les accélérations ressenties par le satellite, il est sensible aux variations de densité de l'air ainsi qu'aux déplacements des couches atmosphériques qui exercent une pression sur le satellite....

  • AIR

    • Écrit par Jean PERROTEY
    • 1 895 mots
    • 2 médias

    Le globe terrestre est entouré d'une atmosphère constituée d'un mélange gazeux nommé air, qui s'étend de la surface du sol jusqu'à une altitude d'environ 150 kilomètres.

    La pression de l'air au niveau de la mer a longtemps servi d'unité de pression (atmosphère) ;...

  • ANTARCTIQUE

    • Écrit par Pierre CARRIÈRE, Edmond JOUVE, Jean JOUZEL, Gérard JUGIE, Claude LORIUS
    • 14 504 mots
    • 24 médias
    ...la circulation atmosphérique. Enfin, on a observé pour la première fois une corrélation directe entre l'évolution de la température et la teneur de l' atmosphère en gaz carbonique, les périodes les plus chaudes étant associées à des teneurs plus élevées et vice versa. En ce qui concerne l'époque récente,...

  • APPLETON EDWARD VICTOR (1892-1965)

    • Écrit par Bernard PIRE
    • 377 mots

    Né le 6 septembre 1892 à Bradford (Grande-Bretagne), Edward Victor Appleton fit ses études supérieures à l'université de Cambridge, où il eut John Joseph Thomson et Ernest Rutherford pour professeurs. Après une interruption due à la Première Guerre mondiale, il entreprit des recherches...

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