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Meteorologie : les masses d'air

1- Rappel de quelques principes

- Définition : la densité d'un corps est la quantité de matière qu'il contient dans un volume donné. Autrement dit, c'est le rapport entre la masse d'un corps et son volume.

- L'air chaud est moins dense que l'air froid : il contient moins de molécules d'air pour un volume égal (les molécules sont plus distantes les unes des autres à cause de leur agitation plus élevée). L'air chaud étant moins dense, il monte en altitude.

- L'air sec est plus dense que l'air humide. Donc, il s'élève plus difficilement. L'air sec est aussi plus stable que l'air humide.

- Plus l'air est chaud et plus il peut contenir d'eau. Lorsque l'air est chaud, la distance entre les molécules d'air est plus grande. La place est donc plus disponible pour avoir des molécules d'eau.

- Lorsqu'on comprime l'air, ce dernier s'échauffe. Les molécules qui composent l'air bougent dans tous les sens. Dans leur mouvement, les molécules entrent en collision produisant ainsi de la chaleur. Lorsqu'on comprime l'air, la distance entre les molécules diminue et les chances de collisions augmentent.

- Lorsqu'on relâche la pression sur un volume d'air, ce dernier se refroidit. Si la pression de l'air contenu dans un volume diminue c'est que l'air occupe moins de place, les molécules sont moins nombreuses et par conséquent les collisions entre elles sont plus rares.

- L'eau peut se présenter sous trois phases : solide, liquide, gazeux. La différence entre chaque phase est la quantité d'énergie se retrouvant dans l'eau. Plus la quantité est élevée et plus les molécules sont excitées et se déplacent rapidement jusqu'au moment où la cohésion moléculaire est nulle. C'est alors que l'eau devient un gaz et forme la vapeur d'eau.

- L'humidité joue un rôle important dans l'instabilité de l'air. On observe que plus il y a d'humidité dans l'air, plus il y a de l'énergie (chaleur) dans l'atmosphère (l'eau ne s'évapore pas sans l'aide de l'énergie). Lorsque l'atmosphère est surchauffée, l'air amorce un mouvement vers le haut en formant des cellules convectives. Les nuages se forment.

- Lorsque la vapeur se condense c'est que l'énergie potentielle se libère (on appelle ça la chaleur latente). Lorsque les nuages se forment, l'énergie potentielle que l'air contenait se libère et reste dans l'air. L'air poursuit sa montée car il continue, grâce à la chaleur latente, à se maintenir plus chaud que l'air ambiant, qui lui est plus froid.

- La quantité d'eau que peut contenir une particule dépend directement de sa température et de la pression. Par exemple, à 1000 mb à 25 degrés Celsius la quantité maximale de vapeur d'eau que la particule peut contenir est de 20g/kg alors qu'à 900 mb à 25 degrés Celsius, cette quantité passe à 23g/kg.

- Plus la pression est basse et plus l'air peut se charger d'humidité. Il s'agit d'un mécanisme important dans la formation des ouragans.

- L'air chaud et l'air froid sont comme l'huile et l'eau. L'air est un gaz qui obéit au principe suivant : deux portions d'air avec des caractéristiques de température différente ne se mélangent pas bien.

Adresse du site dont sont issues ces données :
http://www.ffme.fr/technique/meteorologie/index.htm

2- Le rayonnement du soleil

Importance du rayonnement émis par le soleil : celui-ci est en grande partie réfléchi (50%) vers l'espace, le reste arrive au sol et là encore, une partie est réfléchi selon la nature du sol : ce pouvoir réfléchissant s'appelle l'albédo. Les océans et terres sont de gigantesques accumulateurs de chaleur ou de froid.

Il se crée ainsi d'importants déséquilibres qui vont générer des échanges, des transferts, des mouvements.

3- Caractéristiques d'une masse d'air

- Sa température

La température varie avec l'altitude : c'est le gradient de température. Celui-ci peut être irrégulier : il décroît dans une première couche puis stagne ou croît (couche d'inversion) avant de décroître à nouveau. On peut alors avoir une superposition de masses d'air de nature différente.
La température est un des moteurs essentiels des mouvements de l'atmosphère. Ainsi, la chaleur se transmet selon différents modes

 
- le rayonnement solaire qui chauffe surtout l'écorce terrestre
- la conduction : l'air en contact avec le sol se réchauffe
- la convection qui intéresse de près le parapentiste : l'air s'échauffe par conduction, se dilate et, plus léger, s'élève.

- Son humidité

La quantité d'eau que peut contenir une particule d'air est liée à sa température : plus l'air est chaud, plus il peut contenir d'humidité jusqu'à un maximum (saturation).

- Sa pression

La pression moyenne à la surface de la terre est de 1013 hectopascals (Hp). A une plus grande échelle, les masses d'air qui nous concernent (cf schéma infra) sont les masses d'air polaire maritime et continentale ainsi que les masses d'air tropicale maritime et continentale. Les masses d'air chaudes du sud et les masses d'air froides du nord sont séparées par une " frontière " appelée le front polaire qui a une grande importance dans le climat de nos régions.

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