La circulation atmosphérique:la circulation de hadley

Accueil > Climat > La circulation atmosphérique:la circulation de hadley

La circulation de hadley

Une grande circulation tend à s’établir entre l’équa- teur et les pôles, qui assure le transport d’énergie nécessaire à l’équilibre thermique de la planète. L’air plus chaud, et donc plus léger, s’élève au-dessus de l’équateur; arrivé au sommet de la troposphère, il se sépare en deux branches qui se dirigent chacune vers un pôle; au-dessus des régions polaires, au contraire, l’air froid et dense redescend vers la surface et retourne en direction de l’équa- teur, ce qui ferme une grande boucle reliant équateur et pôle.

Ce mécanisme, décrit en 1735 par le scientifique anglais George Hadley et envisagé dès 1686 par l’astronome Edmund Halley, se produirait si la Terre tournait très lentement. En réalité, cette grande cellule de convection reste confinée entre l’équateur et les régions subtropicales.

En effet, au fur et à mesure que l’air s’éloigne de l’équateur au sommet de la troposphère, les vents s’orientent vers l’est en raison de la force de Corio- lis et se mettent à tourner de plus en plus vite autour de la Terre jusqu’à former un véritable courant «jet» atteignant des vitesses de 200 km par heure vers 30° de latitude nord et sud. A l’origine de cette accélération, on retrouve l’effet si souvent utilisé dans le patinage artistique, qui entraîne le patineur dans un mouvement de rotation de plus en plus rapide au fur et à mesure que celui-ci rapproche les bras le long de son corps. Au-delà de 30° de latitude, l’écoulement d’air, qui tendrait à se poursuivre en direction des pôles, atteint des vitesses telles qu’il devient instable et se brise en tourbillons et méandres. Ayant perdu peu à peu

La force de Coriolis

La trajectoire d’un projectile apparaît différemment suivant qu’on l’observe depuis un repère fixe ou depuis un repère en rotation. Prenons l’exemple simple d’un disque en rotation par rapport à un observateur situé à l’extérieur du disque.

Pour celui-ci, le projectile se déplace en ligne droite au-des- sus du disque. Pour un observateur tournant avec le disque, par contre, le projectile ne se déplacera pas en ligne droite mais semblera s’éloigner de lui et être dévié vers la droite.

Cette déviation qui se produit dans un repère en rotation peut être représentée mathématiquement par une force, dite force de Coriolis, d’après les travaux du mathématicien français Gaspard Coriolis (1792-1843). Elle s’applique en particulier au cas de la Terre où elle entraîne une déviation des vents et des courants vers la droite dans l’hémisphère nord et vers la gauche dans l’hémisphère sud. Par exemple, en raison de cet effet, les vents en altitude dirigés de l’équateur vers le pôle s’orientent vers l’est dans chacun des deux hémisphères, alors que les vents qui convergent en surface vers l’équateur s’orientent au contraire vers l’ouest, donnant naissance aux alizés.

Entre «pot au noir» et déserts

En surface, l’air est aspiré par le mouvement ascendant qui se produit au niveau de l’équateur. Déviés par la force de Coriolis qui résulte du mouvement de rotation de la Terre sur elle-même, les vents qui convergent vers l’équateur s’orientent vers l’ouest et donnent naissance aux alizés, vents de nord-est dans l’hémisphère nord et de sud-est dans l’hémisphère sud. Ces vents, également baptisés «vents du commerce» ou trade winds en anglais, soufflent assez régulièrement sous les tropiques, à une vitesse moyenne de l’ordre de 30 km par heure, et ont favorisé par le passé la navigation à voile et les échanges entre l’Europe et le Nouveau Monde. Entre les alizés de l’hémisphère nord et ceux de l’hémisphère sud, s’établit au contraire une zone de transition particulièrement calme, sans vents, qui a acquis une très mauvaise réputation parmi les navigateurs. Connue sous le nom de «pot au noir» en français ou de «cauchemars» en anglais (dol- drums), cette zone, vers laquelle convergent les alizés et où se produisent d’importants mouvements ascendants, est soumise à des conditions météorologiques dangereuses. En effet, l’air transporté par les vents alizés s’est chargé d’humidité pendant son trajet au-dessus des eaux chaudes tropicales; en s’élevant, il se refroidit brusquement et déverse des pluies diluviennes. L’énergie dégagée par la condensation entretient le mouvement ascendant et conduit au développement d’immenses cumulo- nimbus, véritables tours nuageuses qui peuvent atteindre plus de 10 km d’altitude et sont le plus souvent accompagnées d’un coup de vent en surface, voire de «trombes» d’eau.

Le pot au noir, que les météorologues nomment la zone de convergence intertropicale, forme tout autour de la Terre une ceinture de nuages nettement visible sur les images satellitaires. Elle n’est pas localisée exactement à l’équateur géographique mais se trouve à quelques degrés de latitude au nord ou au sud de l’équateur suivant la saison, au gré des changements de l’ensoleillement. Sur terre, elle alimente en eau les grandes forêts tropicales de l’Amazonie, de l’Afrique tropicale et de l’Indonésie. Contrastant avec l’intense activité convective des régions équatoriales, deux grandes bandes pratiquement dénuées de nuages encadrent la zone de convergence intertropicale. Situées au-dessus des grands déserts du monde, au Mexique, au Sahara, en Asie pour l’hémisphère nord, au Chili, en Namibie et en Australie pour l’hémisphère sud, ces régions marquent la présence de la branche descendante de la cellule de Hadley. Au sommet de la troposphère, l’air qui s’est déchargé de son humidité dans les cumulo-nimbus tropicaux s’écoule en effet en direction des pôles dans chaque hémisphère. Lorsqu’il redescend vers 30° de latitude nord et sud, il est devenu sec et inhibe la formation des nuages et des pluies. Un minimum de précipitations s’établit dans ces régions, localisé non seulement au-dessus des déserts terrestres, mais également au-dessus des océans, comme en témoigne le climat aride de l’île de Pâques, dans le sud-est du Pacifique, ou celui des îles Canaries dans l’Atlantique. Ces régions de subsidence, où l’air redescend vers la surface, sont marquées au niveau du sol par une ceinture de hautes pressions subtropicales, tel l’anticyclone des Açores, si souvent mentionné dans les bulletins météorologiques de l’Europe occidentale.

Entre terres et mers: la mousson

La présence des continents au milieu des océans modifie également la circulation de Hadley. Au cours d’une journée comme au fil des saisons, les terres émergées se réchauffent et se refroidissent plus rapidement que les océans avoisinants, modulant en retour la direction des vents.

Prenons comme exemple le phénomène de brise de mer et de brise de terre. Par une belle journée d’été, l’air situé au-dessus de la côte se réchauffe. De plus en plus léger, il s’élève, remplacé par l’air venant du large, plus froid et plus dense: une brise souffle de la mer vers la côte. La nuit, à l’inverse, le sol se refroidit plus vite que la mer et la brise souffle alors depuis la côte.

Un phénomène similaire d’échelle continentale, à l’origine de la mousson, se produit au cours des saisons. Pendant l’été boréal, l’intérieur du continent asiatique devient beaucoup plus chaud que l’océan Indien. La zone de convergence se déplace alors vers le nord pour se positionner au-dessus du continent. Les alizés du sud-est (hémisphère sud) traversent l’équateur et sont déviés vers l’est, se transformant en vents de mousson, soufflant du sud-ouest. Ces vents, chargés d’humidité après un passage au- dessus des eaux chaudes de la mer d’Arabie, pénètrent vers l’intérieur des terres. Aspiré dans la zone d’ascendance, l’air déverse alors en quelques mois de grandes quantités de pluies sur l’Inde, les contre- forts sud de l’Himalaya et l’Asie du Sud-Est. Ainsi, la station météorologique de Cherrapungi, au Bangladesh, enregistre le record des précipitations annuelles.