Mouvements des masses atmosphériques - Maxicours

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Mouvements des masses atmosphériques

Objectif
Lors de pollutions atmosphériques, il est possible de retrouver des traces de polluants en des points éloignés du lieu d’origine.
Comment expliquer ces traces de polluants ?
1. Deux exemples de pollutions atmosphériques
a. L'accident de Tchernobyl

Le 25 avril 1986, un nuage radioactif, résultat de l’explosion de l’un des quatre réacteurs de la centrale nucléaire de Tchernobyl (Ukraine), était libéré dans l’atmosphère.
Les satellites en orbite autour de la Terre ont permis de suivre la propagation de ce nuage sur l’Europe.

Les relevés cartographiques montrent une dispersion progressive de ce nuage avec une extension croissante sur l’Europe jusqu’en France.
Ce polluant, décelable à des milliers de kilomètres de son lieu d’origine, s’est déplacé, montrant ainsi l’existence de mouvements atmosphériques.
L’altitude atteinte par ce nuage, aux environs de 2 000 mètres, le situe dans la troposphère.

Les directions successives empruntées par le nuage montrent que cette couche atmosphérique se caractérise par des mouvements relativement désordonnés entraînant une dispersion large et rapide des polluants, mais relativement courte, ces derniers étant entraînés au sol par les précipitations.

Doc. 1. Position du nuage radioactif de Tchernobyl sur l'Europe.

b. L'éruption du Pinatubo

Le 12 juin 1991, aux Philippines, le volcan Pinatubo entrait en éruption libérant dans l’atmosphère d’énormes quantités de poussières et de gaz volcaniques.
Là encore, les satellites ont permis de suivre l’évolution de la dispersion des  produits de l’éruption.

L’altitude atteinte par ces éjectas (jusqu’à 20 km), et la mesure de la teneur en SO2 de l’atmosphère permettent la mise en évidence de mouvements affectant la stratosphère.

Ces courants d’air ont des caractéristiques différentes de ceux observables dans la troposphère : les vitesses semblent plus rapides, leur direction relativement constante et globalement horizontale.
Il en résulte une présence sur de très longues durées des polluants et leur dissémination à l’ensemble de la planète.

Doc. 2. Suivi des teneurs en dioxyde de soufre dans l'atmosphère après l'éruption du Pinatubo.

2. Des mouvements liés à l’inégale répartition de l’énergie solaire

Un exemple local permet de comprendre les mouvements atmosphériques à l’échelle du globe.
En bord de mer, il est fréquent d’observer une brise soufflant de la mer vers le rivage le jour, alors qu’elle souffle du rivage vers la mer la nuit.
L’explication de ce phénomène résulte du comportement du sol et de la mer vis-à-vis de l’énergie solaire.

En effet, le jour, la côte se réchauffe plus vite que la mer. L’air au-dessus du sol a donc tendance à s’élever. Au contraire, au-dessus de la mer, l’air plus froid est plus lourd et a donc tendance à s’affaisser. Il en résulte l’apparition de différences de pression entre la surface du sol et celle de l’eau.
Ce gradient de pression tend à être annulé par un mouvement d’air depuis les zones de hautes pressions (au niveau de la mer) vers les zones de basses pressions (au niveau des terres) donnant ainsi naissance au vent de mer.

La nuit, le sol se refroidit plus lentement que la mer.
En cours de nuit, et surtout par ciel clair, la température descend rapidement au-dessus du sol, alors qu'au contraire cette baisse se fait lentement au-dessus de la mer.
La mer est en effet un fluide qui se refroidit extrêmement lentement.
Cette fois-ci, c'est donc au-dessus de la mer que l'air est le plus chaud. Il s'élève alors, puis se dirige en altitude vers la terre où il se refroidit. En se refroidissant, il s'alourdit et redescend vers la côte pour regagner ensuite la mer, d'où une petite brise soufflant cette fois-ci de la terre vers la mer. On appelle cette brise la brise de terre.

Cet exemple permet de comprendre l’existence de mouvements atmosphériques horizontaux et verticaux :
– les mouvements horizontaux résultent de différences de pression en relation avec des différences de densité de l’air ;
– les mouvements verticaux, liées à des différences de température. Il en résulte l’existence de véritables cellules de circulations atmosphériques.

 

Doc. 3. Mouvements atmosphériques en bord de mer.


3. Une circulation atmosphérique planétaire, influencée par la rotation de la Terre

L’inégale répartition de l’énergie solaire à la surface du globe, en relation avec sa sphéricité, donne naissance à des zones de basses ou de hautes pressions réparties en fonction de la latitude.

Au niveau de l’équateur, l’air chaud, moins dense va s’élever créant ainsi une zone de basse pression. Durant son ascension, cet air va se refroidir et donc devenir plus dense. Poussé vers des latitudes plus élevées, il va redescendre au niveau des tropiques créant ainsi des zones de haute pression. Des vents vont alors naître des tropiques vers l’équateur, les alizés.

L’inégale répartition de l’énergie solaire étant permanente, ces cellules atmosphériques sont toujours alimentées.

Ces mouvements atmosphériques ne sont cependant pas aussi simples qu’il semblerait. L’observation d’une carte des vents sur Terre montre en effet une déviation des alizés. Le sens de cette déviation diffère selon l’hémisphère considéré : les vents s’orientent vers la droite dans l’hémisphère Nord et à gauche dans l’hémisphère Sud.

Ce phénomène est également observable dans l’atmosphère de Vénus, à la différence près que le sens de la déviation des vents dans les hémisphères est inversé.
Or, le sens de rotation des deux planètes est opposé permettant de comprendre que la déviation est liée au sens de rotation de la planète, à l’origine de la force de Coriolis.

Doc. 4. Énergie solaire et dynamique des enveloppes externes.



L'essentiel

Les masses atmosphériques sont animées de mouvements qui trouvent leur origine dans l'inégale répartition de l'énergie solaire à la surface du globe.
La répartition en latitude des températures modifie la densité de l'air en différentes régions du globe donnant naissance à des gradients de pression.
Ces déséquilibres tendent à être rétablis par des mouvements d'air, les vents, soumis à la rotation de la Terre. Ces mouvements atmosphériques permettent une dissémination plus ou moins rapide et étendue des polluants atmosphériques, contribuant à la fragilité de l'environnement.

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