Chapitre 0 : Introduction

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Chapitre 0 : Introduction
25/01/2007
L’hydrosphère désigne l’ensemble des eaux sur la planète.
Hydrosphère :
97% : océans ;
3% : eau non-océanique (l’eau est aussi présente dans différents réservoirs,
« lieux de séjour de l’eau ») :
— 75% : glaciers ;
— 24,197% : nappes phréatiques ;
— 0,6% : lacs et rivières ;
— 0,17% : eau présente dans les sols ;
— 0,03% : eau présente dans l’atmosphère ;
— 0,003% : réseaux artificiels.
L’eau circule entre ces différents réservoirs en boucles fermées, soit le cycle de
l’eau.
Il y a un transfert incessant entre l’atmosphère (eaux atmosphériques : climatologie),
les continents et les océans (eaux continentales et océaniques : hydrologie).
La climatologie est l’étude des climats et de leur fonctionnement.
L’hydrologie est la science qui étudie la nature, les propriétés physiques,
chimiques et les mouvements des eaux marines (hydrologie marine, dont
l’océanographie) et continentales (hydrologie continentale).
Le sol désigne une formation meuble d’épaisseur variable associant des éléments
organiques issus de la décomposition de la végétation et des éléments minéraux
issus de la décomposition de la roche-mère sous-jacente. Le sol se forme soit par en
haut (décomposition de la végétation), soit par en-dessous (roche-mère, manteau,
substrat).
Le manteau désigne une formation superficielle, soient des matériaux meubles
recouvrant la roche en place et supportant le sol. Ces matériaux proviennent des
différents processus d’érosion et d’accumulation s’exerçant à la surface de la Terre.
Le substrat est la roche saine, dure.
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Chapitre 1 : L’eau atmosphérique
25/01/2007
I. Les éléments constitutifs du climat
L’étude de l’atmosphère relève de la climatologie. La climatologie étudie de manière
générale les climats et leur fonctionnement.
Le climat désigne l’ensemble des phénomènes météorologiques qui cractérisent
l’état moyen de l’atmosphère en un lieu donné de la surface terrestre. Il diffère en
celà de la météorologie, qui étudie le "temps qu’il fait".
Ce sont les entrées (précipitations) et les sorties (évaporations) qui vont déterminer
la quantité d’eau qu’on va avoir en un lieu donné.
Les 2 composantes essentielles du climats sont les précipitations et les
températures.
A. Les sorties
L’évaporation dépend de la température.
1. Les températures
La température désigne le degré de chaleur ou de froid dans l’atmosphère en un lieu,
soit « l’état énergétique de l’air se traduisant par un échauffement plus ou moins
grand ».
D’où vient la température de la Terre ?
a. La production des températures
La production des températures dépend de l’arrivée du rayon solaire et de sa
transformation en chaleur par les corps qui le reçoivent.
Rayonnement solaire = U.V.
La Terre renvoie de la chaleur ; il s’agit de l’énergie tellurique. Le bilan entre l’arrivé
et le départ d’énergie est équilibré.
La température moyenne de la Terre est de 15°C. Celle-ci est dûe à l’effet de serre,
c’est-à-dire à différent gaz (dont la vapeur d’eau) qui captent une partie du
rayonnement tellurique. Sans effet de serre, la température moyenne serait de 18°C.
Les températures sont inégalement réparties à la surface de la Terre.
b. Explication de la répartition des températures à la surface du globe
Le premier facteur explicatif de cette répartition est la lattitude : les différentes
parties de la Terre reçoivent d’inégales radiations solaires. L’épaisseur de
l’atmosphère est plus importante aux pôles et les rayons solaires y arrivent obliques.
De plus, c’est l’inclinaison de la Terre par rapport au Soleil qui crée les cycles des
saisons.
Le deuxième facteur explicatif est la répartition des océans et des continents. Par
exemple, on aura 10°C en Espagne au mois de janvier, pour -20°C à la même
lattitude en Asie. Alors qu’en été, il fera 20°C en Espagne et 30°C en Asie. Ces
différences sont liées aux effets de continentalité et d’océanité. L’inerie thermique
des océans fait qu’ils gardent la chaleur quand il fait froid et la fraîcheur quand il fait
chaud ; la proximité de l’océan adoucit les températures et réduit les écarts entre
températures extrêmes.
Le troisième facteur est les courants marins : les courants froids et les courants
chauds. Leur répartition à la surface du globe explique aussi la répartition des
températures.
Le quatrième facteur est l’altitude. La température diminue avec l’altitude selon un
grandian, c’est-à-dire une évolution graduelle. On perd 0,65°C tous les 100m de
hauteur : avec l’altitude, la pression atmosphérique diminue.
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Il existe d’autres facteurs à l’échelle locale comme les expositions des versants au
Soleil. Leur orientation sur un axe Nord/Sud détermine leur exposition et influe sur la
végétation par exemple. Les versants orientés vers le Nord sont les urbacs et ceux
vers le Sud les adrets.
c. Importance de la température à la surface de la terre
La température agit aussi bien sur l’atmosphère que sur la lithosphère, la biosphère
ou l’hydrosphère.
Sur la lithosphère, elle intervient au niveau des processus d’érosion des roches
(Cf. cycles alternés gel/dégel ; cryoclastie).
Sur la biosphère, elle a une influence en fonction des plantes ou des animaux
thermophiles ou pas.
Sur l’hydrosphère, l’évaporation liée à une température élevée entraîne la baisse
des niveaux des cours d’eau.
Sur l’atmosphère, la température conditionne l’évaporation de l’eau à la surface de
la Terre et donc la fourniture en humidité de l’atmosphère.
2. L’évaporation
a. Les sources de l’évaporation
Les eaux de surface :
— cours d’eau, lacs, étangs ;
— cryosphère (glaciers, neige) par la sublimation ;
— océans, qui fournissent l’essentiel de l’eau.
Les eaux du sol, proches du sol.
L’évapotranspiration, soit l’eau contenu dans les plantes, les Hommes et les
animaux qui subit une évacuation biologique. Pour les plantes, l’eau est captée à la
racine, montée par la sève et dispatchée dans les stomates puis dans les nervures.
b. Le rôle atmosphérique de l’évaporation
Les océans fournissent 80% de l’eau absorbée. L’évaporation consomme de
l’énergie et constitue ainsi un effet refroidissant. Il y a départ d’énergie vers
l’atmosphère.
Pour qu’il y ait équilibre, cette énergie est rendue par les précipitations.
La chaleur latente désigne l’énergie perdue par l’évaporation et en attente d’être
rendue.
L’évaporation approvisione l’atmosphère en vapeur d’eau.
Celle-ci est ensuite redistribuée à la surface de la Terre par les précipitations.
B. Les précipitations
Les précipitations sont un phénomène atmosphérique qui consiste en une chute
d’eau sous forme solide (neige, grêle) ou liquide (pluie). Il peut également se former
des précipitations « occultes » : brouillard, rosée ou givre.
1. Les mécanismes de la production des précipitations
Avec la vapeur d’eau, l’amosphère devient humide. Comment cette humidité passe-telle à nouveau à l’état liquide ?
a. Ascendance
L’ascendance est la première phase.
L’air doit monter.
L’ascendance dynamique provient de la circulation des masses d’air dans
l’atmosphère et de la répartition des pressions atmosphériques dans l’atmosphère (=
champs de pression).
La pression atmosphérique désigne le poid exercé par l’air dans les basses couches
de l’atmosphère. Il existe des zones de haute pression et des zones de basse
pression.
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Haute pression : Anticyclones
Basse pression : Dépressions
Basse pression : Ascendance
thermoconvective dûe à un sol surchauffé,
provoque des orages
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Basse pression : Ascendance orographique,
liée à la présence de reliefs. L’air chaud
monte et se refroit, puis se sature en
humidité.
b. La saturation
La saturation dépend de l’humidité de l’air et de sa capacité à enmagasiner de l’eau,
soit sa capacité hygrométrique.
Lorsque l’air atteint sa capacité hygrométrique, il doit déstocker l’humidité, relâcher
l’eau.
La capacité hygrométrique dépend de la chaleur. Plus l’air est chaud, plus il peut
emmagasiner de la vapeur d’eau.
La capacité hygrométrique dépend aussi de la pression. Plus la pression est élevée,
plus l’air peut contenir de l’humidité.
Un seuil va être ainsi défini pour savoir lorsque l’air rend l’eau.
L’humidité absolue désigne la quantité de vapeur d’eau en gramme contenu dans un
mètre cube d’air : « g/m3 ».
01/02/2007
L’humidité relative désigne le pourcentage de vapeur d’eau par rapport à la valeur
maximale que peut contenir l’air, c’est-à-dire celle qui sature l’air à température
correspondante. (Par exemple, à 10°C, l’air sature à 9,4g de vapeur d’eau ; s’il est à
4g, il est à 80% de son humidité relative.)
Le point de rosée désigne la température à laquelle il faudrait que l’air descende
pour qu’il y ait saturation. (Par exemple, à 15°C, si l’air contient 9,4°C, il ne va pas
pleuvoir, car pour 9,4g le point de saturation est à 10°C.)
La condensation est le passage de la vapeur d’eau à l’état liquide ou solide. L’état
liquide induit des goutelettes et l’état solide des cristaux de glace.
Les goutelettes se fixent autour de noyaux de condensation, c’est-à-dire en général
des particules aérosols maintenues en suspension dans l’air (poussières, sables,
etc.).
C’est de ce processus que résulte la formation des nuages : ceux-ci sont des masses
de goutelettes d’eau ou de cristaux de glace en suspension dans l’air et sans contact
avec la surface du sol.
La nébulosité désigne la plus ou moins grande proportion de nuages dans le ciel.
Les goutelettes et cristaux bougent et s’agrègent, deviennent des gouttes et
grossisent. En s’alourdissant, elles provoquent des précipitations.
2. Les différents types de précipitation
a. La pluie
Elle consiste en des précipitations liquides.
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Les températures dans les basses couches de l’atmosphère doivent être
suffisamment élevées pour qu’il y ait l’eau à l’état liquide.
Les pluies peuvent être plus ou moins abondantes et intenses.
Les pluies d’averse
Ce sont des pluies violentes et de forte intensité. Elles tombent trop violemment pour
entrer dans le sol : l’intensité est trop forte par rapport à la capacitié d’abosrption du
sol. Ces pluies forment ainsi des ruissellements.
Les pluies d’infiltration
Elles s’infiltrent dans le sol. Elles circulent près de la surface du sol (ressuyage) ou
se dirigent vers la profondeur, vers les nappes phréatiquess (percolation). Elles
peuvent également être bues par les plantes.
Les pluies d’humectation
Elles humidifient le sol et se font réévaporer directement depuis le sol.
Les pluies d’interception
Elles sont interceptées par l’évaporation ou les arbres. Elles s’évaporent avant
d’arriver au sol ou tombent sur les arbres et sont réévaporées.
b. Les précipitation solides
Il s’agit de la neige ou de la grêle.
La neige
Il s’agit d’une précipitation lente sous forme de cristaux de glace hexagonaux ou
étoilés souvent rassemblés en flocons.
Pour qu’il y ait de la neige, la température dans les basses couches de l’atmosphère
doit être comprise entre -2 et 2°C. Les cristaux de glace dans la neige se
maintiennent sous cette forme à l’arrivée au sol.
La neige peut être sublimée au sol.
La neige peut fondre et se transformer en eau liquide puis ruisseler en surface ou
près de la surface (ressuyage) ou vers les nappes phréatiques (percolation).
La neige peut s’accumuler sous la forme d’un manteau neigeux (enneigement). Si
elle ne fond pas, elle peut se tasser et former à terme de la glace et des glaciers.
L’avalanche constitue une autre forme d’écoulement de la neige.
La grêle
Il s’agit de précipitations de globules de glace de 5 à 50mm de diamètre. Sa
formation ne dépend pas de la température au sol mais de la vitesse de chute depuis
le nuage.
Les cristaux de nuage sont agités et tombent violemment sans fondre
c. Les précipitations occultes
Il s’agit de précipitations sans chute.
La rosée
Il s’agit de goutelettes d’eau qui se forment quand l’air humide se trouve en contact
avec une surface plus froide (herbe, feuilles, etc.). C’est la résultante d’un processus
de condensation.
La gelée blanche, le givre
Les températures doivent être négatives pour que l’eau en suspension gèle au
contact du sol. (Différent du verglas qui se crée lorsqu’il pleut sur un sol très froid.)
Le brouillard
Il s’agit d’un ensemble dense de goutelettes d’eau dans lequel la visibilité horizontale
est inférieure à 1km (si supérieure, on parle de brume). C’est l’équivalent d’un nuage
au sol.
Le brouillard de rayonnement se produit à cause du rayonnement nocturne : pendant
la nuit, l’air humide arrive sur une surface refroidie.
Le brouillard d’advection survient quand de l’air humide arrive sur des terres
continentales froides.
Le brouillard d’évaporation survient quand de l’air froid arrive au dessus d’une
surface plus chaude et humide.
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Le brouillard d’inversion survient lors de l’arrivée d’air humide au dessus d’une
masse d’air plus froide. (Voir schéma ci-dessous)
Le brouillard de pollution se forme au-dessus des villes : la pollution urbaine émet
des particules et des poussières, soient des noyaux de condensation sur lesquelles
de condensent les goutelettes d’eau.
3. La répartition des précipitation à l’échelles du globe
Les espaces très arrosés se situent aux lattitudes équatoriales (plus de 2000
mm/an).
Les espaces très peu arrosés se situent au niveau des pôle et de tous les grands
déserts arides (moins de 400 mm/an).
Les espaces intermédiaires se situent aux lattitudes tempérées et intertropicales
(entre 400 et 2000 mm/an).
Des précipitations dépend le volume d’eau qui va entrer sur le continent.
La combinaison entre les précipitations et les températures détermine ainsi les
cractéristiques des grands types de climat.
C. Les grands types de climat
1. Les climats froids des hautes latitudes
a. Le climat polaire
La température moyenne annuelle est en-dessous de 0°C ; les précipitations sont
faibles - inférieures à 300 mm - car il fait trop froid (pas de possibilité d’ascendance
des masses d’air) et se font sous forme de neige.
b. Le climat subpolaire
La température moyenne est comprise entre 0°C et 10°C et les précipitations sont
inférieures à 600 mm.
Il faut également distinguer des variations liées à la continentalité et à l’océanité.
2. Les climats tempérés
Il s’agit d’un ensemble très hétérogène de climats avec des températures et des
précipitations très variables.
La circulation atmosphèrique se fait d’ouest en est et l’humidité provient ainsi des
océans. Ces deux éléments incarnent l’unité des climats tempérés : il s’agit d’une
unité climatologique.
a. Les climats océaniques
Les précipitations sont importantes : elles sont comprises entre 600 et 1000 mm et
ells tombent surtout en hiver. L’amplitude thermique est faible en raison de l’effet
adoucissant des océans : les moyennes varient entre 10 et 15°C.
b. Les climats continentaux
Ils concernent l’Amérique du Nord et l’Asie.
L’amplitude thermique y est forte (entre 18°C et 35°C) et varie selon le degré de
continentalité.
Les précipitations sont moins importantes que pour les climats océaniques et elles
varient également selon le degré de continentalité. Elles se situent entre 300 et 600
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mm et ont tendance à avoir lieu en été (hivers trop froids pour ascendance et
phénomènes de thermoconvection en été dûs à des sols très chauds - ce qui
provoque des orages - ; les forêts peuvent aussi produire de l’humidité locale).
c. Les climats subtropicaux, le climat méditerranéen
Ces climats sont caractérisés par des températures douces et une amplitude
thermique moyenne de 15 à 20°C.
La saison sèche a lieu l’été : les précipitations ont lieu soit en hiver (rives orientales
et septentrionnales : Turquie, Afrique du Nord, Proche-Orient), soit au printemps ou à
l’automne (Espagne, France, Italie, etc.).
Méditerranéen pur
Les précipitations varient de 400 à 800 mm et la saison sèche dure de 3 à 6 mois.
Méditerranéen semi-aride
Les précipitations varient de 200 à 400 mm et la saison sèche dure environ 11 mois.
3. Les climats arides
Les températures sont très élevées : les moyennes varient de 25 à 30°C.
Les précipitations sont très faibles (moins de 150 mm ; voire moins de 50 mm pour le
climat hyperaride) et très irrégulières.
4. Les climats intertropicaux
a. Les climats tropicaux
Ils se caractérisent par des températures élevées qui varient peu et une amplitude
thermique faible, de l’ordre de 4 à 6°C.
Le climat tropical sec
La saison sèche est plus longue que la saison humide. Les précipitations varient de
150 à 900 mm/an (on distingue aussi le Sahélien, considéré comme du tropical très
sec, où les précipitations varient de 150 à 500 mm/an)/
Le climat tropical contrasté
La saison sèche équivaut la saison des pluies. Les précipitations sont comprises
entre 900 et 1200 mm/an.
Le climat tropical humide
La saison sèche est plus courte que la saison des pluies. Les précipations vont de
1200 à 1600 mm/an.
b. Le climat subéquatorial
Les précipitations varient de 1600 à 2000 mm/an et les zones concernées
connaissent deux courtes saisons sèches.
c. Le climat équatorial
Les températures sont toujours chaudes, autour de 25°C ; l’amplitude thermique est
inférieur à 3°C dans l’année : plus on se dirige vers l’équatorial, plus les amplitudes
sont basses.
Les précipitations sont abondantes, soient entre 1200 et 2000 mm/an.
II. Les mécanismes de la circulation atmosphérique
A. Structure et composition de l’atmosphère
1. Définitions et caractéristiques
L’atmosphère désigne l’enveloppe gazeuse autour du globe, soit un mélange de gaz
(azote, oxygène, eau), dont des gaz rares (dont l’argon). La proportion de ces gaz
varie selon l’altitude.
Ce mélange de gaz est désigné couramment comme l’air.
A celà s’ajoutent des éléments en suspension comme des poussières ou encore des
goutelettes.
L’atmosphère a une masse de 5 milliards de tonnes et exerce une certaine pression
à la surface de la Terre. Cette pression diminue avec l’altitude.
L’atmosphère est constituée d’une certaine épaisseur, soient différentes couches
dont les caractéristiques sont liées à leur température et leur pression.
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2. La stratification de l’atmosphère
La pression diminue avec l’altitude, sauf à quelques endroits.
a. La troposphère
Elle fait 17 km d’épaisseur à l’Equateur et constitue la plus basse couche de
l’atmosphère. La température moyenne décroit avec l’altitude : on perd 6°C/km.
C’est à ce niveau que se produisent les phénomènes climatiques et que volent les
avions.
Elle est délimitée au-dessus par la tropopause, c’est-à-dire une limite thermique au
dessus de laquelle la température ne décroît plus.
b. La stratosphère
Elle atteint 50 km d’altitude. La température y est constante puis réaugmente pour
atteindre 0°C. Elle correspond au niveau de la couche d’ozone, là où volent les
avions supersoniques.
Elle est délimitée par la stratopause. Au-delà, la température diminue rapidement.
c. La mésosphère
La température varie de 0 à -50°C. Elle est délimitée par la mésopause.
d. La thermosphère
Elle connaît un réchauffement de la température, soit une inversion thermique. C’est
dans cette couche que se produisent les aurores boréales.
e. La ionosphère
C’est à ce niveau que volent les satellites et les navettes spatiales.
B. L’organisation du champ de pression dans les basses-couches de
l’atmosphère
Les basses couches de l’atmosphère concernent la première moitié de la
troposphère, soit l’équivalent du "niveau du sol".
1. La pression
La pression est une force exercée sur une surface donnée par le poid de l’air qui la
surmonte. Plus l’air est lourd, plus la pression est forte.
La pression se mesure en millibars (Mb) ou en hectopascals (hp).
On représente la pression par des isobarres.
Les mouvements de l’air sont la répartition des hautes et des basses pressions.
Le fait que la Terre tourne sur elle-même entraîne la force de Coriolis qui fait dévier
les courants dans un certain sens : vers la droite dans l’hémisphère Nord et vers la
gauche dans l’hémisphère Sud.
Les mouvements d’air sont horizontaux ou verticaux. C’est dans la troposphère que
se déterminent les phénomènes climatiques.
Ces mouvements sont impulsés par les différences de pression, donc par les
anticyclones et les dépressions, nommés "centres d’action".
08/02/2007
2. Les centres d’action
Les pressions dans un anticyclone sont supérieures à 1015 hPa.
Un anticyclone peut prendre la forme d’une dorsale : on décrit les anticyclones et les
dépressions avec un vocabulaire topographique (dorsale, talweg, etc.).
Dans un anticyclone, l’air est animée dans un certain sens : ce sont les flux et les
courants.
3. Les flux et les courants
Le sens des flux est déterminée par la Force de Coriolis. Les dépressions tournent
dans le sens inverse des anticyclones.
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La pression augmente et diminue selon un gradient de pression. La variation de
pression se fait selon une unité de distance théorique.
Les flux désignent l’écoulement de l’air tel qu’il ressort de la distribution du champ de
pression et de la force de Coriolis.
Les flux sont parallèles aux isobarres ; de plus, il faut toujours préciser d’où vient le
flux (on parlera par exemple de "flux de Nord-Ouest").
Ce sont les flux qui vont entrâiner les masses d’air dans un certain sens.
4. Le vent
Le vent est un mouvement d’air dans le sens horizontal au niveau du sol. Il est
influencé par le flux et par des facteurs géographiques (des obstacles dûs aux reliefs
entre autres). Le vent est ainsi un phénomène plus local et largement plus influencé
par des facteurs locaux. Le vent se définit par sa provenance (on parlera par
exemple du "Mistral, vent globalement d’Est mais canalisé par la vallée du Rhône,
donc devenu vent de Nord-Est").
a. Les brises
Les brises sont des vents qui naissent du contraste thermique.
Elles peuvent être littorales, c’est-à-dire issues de différences de températures entre
la mer et le continent.
Brise de mer
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Brise de terre
Les brises orographiques sont liées à des zones de montagnes.
Brise orographique le jour
Brise orographique la nuit
Les brises urbaines sont liées à un facteur anthropique, à la différence de
température entre la ville et la campagne.
Brise urbaine
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b. L’effet de fœhn
Le fœhn est un vent fort, chaud et sec, apparaissant quand un vent dominant est
entraîné au-dessus d’une chaîne montagneuse et redescend de l’autre côté après
l’assèchement de son contenu en vapeur d’eau. L’effet de fœhn, ou effet de föhn, est
donc un phénomène météorologique créé par la rencontre du vent et du relief.
L’effet de fœhn
C. La circulation atmosphérique en altitude
Tout ce qui se passe dans les basses couches est influencé par ce qui se passe en
altitude.
1. Les caractéristiques du champ de pression
La configuration du champ de pression est plus simple en altitude.
Sur ce schéma, les courbes d’altitude indiquent l’altitude de la pression 500 hPa : ce
sont des isohybes.
B = basse pression : correspond aux dépressions au sol.
H = haute pression.
En altitude, les courants ne sont pas influencés par des obstacles géographiques. Il y
a des anticyclones qui ne se retrouvent pas en altitude car formés au sol.
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2. Les courants jet
Il s’agit de courants très rapides en altitude. Ils ont une allure de tuyau très applatis
dans lesquels l’air circule à grande vitesse, de 100 km de large et de plusieurs
kilomètres de long ; la vitesse de l’air peut y dépasser les 300 km/h.
Les jets ne vont pas dans le même sens selon les lattitudes. Ils sont d’Ouest en zone
tempérée : tous les courants viendront de l’Ouest. Le jet des lattitudes tempérées
s’appelle le jet-stream.
Les jets se déplacent avec des mouvements ondulents plus ou moins forts.
Parfois, une partie du jet se détache sous l’impulsion d’air froid ou chaud pour former
une "goutte froide" (ou dôme froid) ou une "goutte chaude" (ou dôme chaud). Ceux ci
vont ainsi provoquer des "coups de froid" ou des "coups de chaud".
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D. L’organisation des champs de pression et de la circulation
atmosphérique au niveau du globe
Les anticyclones et dépressions thermiques ne sont pas permanents : les autres sont
à la fois dynamiques et permanents.
1. La localisation des zones de haute et de basse pression
Aux pôles se situent des zones de haute pression, soient des anticyclones polaires
liés à la permanence du froid.
Aux lattitudes subpolaires (60°, au Nord à la hauteur de Stockholm), la circulation est
de Nord-Est ; il s’agit d’une zone de dépression.
Autour de 30° se trouvent les anticyclones subtropicaux (l’anticyclone des Açores
pour l’Europe, l’anticyclone Saint-Hélène, etc.).
Les dépressions équatoriales reçoivent l’air des anticyclones subtropicaux des
hémisphères Nord et Sud.
A peu près au niveau de l’Equateur géographique se situe la zone de convergence
des flux (ZIC : zone intertropicale de convergence ; ou FIT : zone intertropicale de
convergence ; ou "Equateur météorologique).
La force de Coriolis s’y annule, donc l’air ne tourne plus.
A l’instar du courant jet, l’air vient globalement d’Est au niveau de l’Equateur.
2. Une circulation organisée en cellules
Les climats sont réglés par toutes les cellules qui se déplacent.
3. Le balancement saisonnier des cellules de circulation
En fonction des saisons, le dispositif des cellules se décale.
En été dans l’hémisphère Nord, il fait très froid au pôle Sud ; l’anticyclone y est très
puissant ; cet air est très lourd ; il va pousser tout le dispositif des cellules vers le
Nord donc l’Equateur météorologique va se situer dans l’hémisphère Nord, vers le
tropique Nord. De plus, de part l’inclinaison, le Soleil chauffe davantage le tropique
Nord.
Ce phénomène vaut inversement et symétriquement quand c’est l’été dans
l’hémisphère Sud.
15/02/2007
4. Les conséquences sur les climats
Il existe 3 grandes cellules dans chaque hémisphère donc 3 grands types de climat :
climat polaire : cellules polaires Nord et Sud ;
climat tempéré : cellules de Ferrel Nord et Sud ;
climats intertropicaux : cellules de Hadley Nord et Sud.
a. Les climats froids
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Ils sont en permanence sous l’influence des anticyclones.
En été, les dépressions sont possibles dans la zone subpolaire car les anticyclones
polaires s’affaiblissent.
La circulation atmosphérique est globalement d’Ouest.
b. Les climats tempérés
Les mécanismes climatologiques sont sous l’influences des courants d’Ouest
impulsés par le jet-stream en altitude.
Quelques dépressions subpolaires y apportent la pluie.
Dans le climat océanique, il y a des précipitations l’hiver car l’anticyclone polaire
grossit et pousse les anticylones subtropicaux qui préservent des dépressions
subpolaires vers le Sud.
Les anticyclones subtropicaux ainsi décalés vers le Sud ne font plus blocage au froid
qui arrive.
Les dépressions subpolaires également décalées arrivent en Europe et se chargent
d’humidité dans la mer.
En été dans l’hémisphère Nord, les anticyclones subtropicaux remontent ainsi vers le
Nord car poussés par l’anticyclone du pôle Sud. Celui du Nord quant à lui s’affaiblit.
Aussi, plus on va vers un climat continental, moins il y a de pluie l’hiver. Les
dépressions perdent ainsi leur pluie sur les littoraux et des anticylones thermiques se
forment et préservent ces zones.
Les pluies estivales sont liées à des causes locales, notamment à la
thermoconvection.
Le climat subtropical est marqué par la sécheresse d’été mais est soumis aux
mécanismes des climats tempérés.
Les climats arides ne correspondent pas au fonctionnement général des cellules et
sont à cheval sur plusieurs d’entre elles et correspondent tous à des phénomènes
climatologiques et non pas à une unité climatique.
Le Sahara correspond au Nord à une dégradation du climat méditerranéen et au Sud
à une dégradation du climat intertropical.
c. Les climats intertropicaux
Ils se situent dans la zone de déplacement du FIT et correspondent aux cellules de
Hadley.
Celles-ci sont soumises à 2 forces de Coriolis inverses.
Les vent sont ainsi déviés quand la cellule de Hadley Sud est poussée vers le Nord
au-delà de l’Equateur climatologique. Et inversement.
SCHEMA
Les pluies intertropicales sont dûes au mécanisme de la mousson, qui représente
l’unité des climats intertropicaux.
Vu que dans le domaine intertropical le jet est d’Est, les vents sont d’Est.
Il s’agit des vents d’alizés. Ce sont eux qui sont déviés lorsqu’ils vont au-delà de
l’Equateur.
La mousson correspond ainsi à des alizés déviés.
Ces vents se chargent en humidité (d’autant plus qu’ils sont chauds) sur les océans
et se déchargent à l’arrivée sur les continents.
Plus on s’éloigne de l’Equateur, plus les pluies diminuent et plus la saison sèche est
longue.
Plus on est proches des mers, plus la saison des pluies est longue : pendant que la
mousson progresse et s’affaiblit dans les terres, elle continue d’arroser les régiones
littorales.
Climat subéquatorial
2 saisons sèches Abidjan
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Climat tropical humide 4 mois secs
Bouata
Climat tropical contrasté 6 mois secs
Bamako
Climat tropical sec
8 mois secs
Mopti
Le FIT correspond ainsi à un climat de mousson.
A l’extérieur du FIT, les vents d’alizés ne sont pas déviés. Les régions concernées
sont ainsi soumises à des vents d’alizés d’Est et humides. Ces régions connaissent
ainsi beaucoup de pluies.
Il s’agit d’un climat d’alizés.
Les cyclones correspondent à des perturbations atmosphériques mobiles organisées
autour d’un centre de basse pression, soit une dépression.
Les cyclones prennent une conotation particulière dans les régions intertropicales.
On parle également de typhon ou d’ouragan.
Il s’agit ainsi dans son acception la plus courante d’un système en rotation rapide qui
forme un vaste tourbillon nuageux.
Le diamètre d’un cyclone peut atteindre 1000 km et sa vitesse de déplacement sur la
mer jusqu’à 90 km/h. Les vents à l’intérieur du cyclone peuvent aller de 120 à plus de
300 km/h.
Ces vents provoquent beaucoup de précipitations (cf. 1000 mm en 24 h) et causent
des inondations et des dégats sanitaires et matériels.
Les cyclones peuvent aussi entraîner des tempêtes sur la mer et des grosses vagues
le long des côtes (différent d’un tsunami, raz de marée lié à un phénomène
sismique). Les vagues peuvent atteindre 20 m de hauteur sur le littoral.
16
Pour qu’un cyclone se forme, il faut une mer chaude supérieure ou égale à 26°C sur
une centaine de mètres. Il y a ensuite une très forte ascendance de l’air et une très
forte dépression sur la mer chaude.
Les nuages ont une forme verticale (cf. air humide) et l’air monte en tourbillonant. En
haut, il y a divergence et l’air redescend par le milieu (dans la zone calme) et sur les
côtés (pour reprendre ensuite un mécanisme ascendant).
L’ensemble du cyclone se déplace car poussé vers l’Ouest par les jets en altitude.
Les cyclones se forment en zone intertropicale et à des latitudes supérieures à 5° (à
cause de l’annulation de la force de Coriolis, un cyclone ne peut pas se former au
niveau de l’Equateur).
A cause des jets venant d’Est, ce sont les côtes orientales des continents qui sont
touchées par les cyclones. Par exemple, les cyclones qui frappent la côte Est des
Etats-Unis naissent en Afrique.
Une fois sur la terre, le cyclone ne peut plus se nourrir et connait des effets de
frottement. Plus loin sur le continent, le cyclone se dégénère.
E. La dynamique des masses d’air
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Le mouvement des masses d’air se fait en fonction des dépressions, anticyclones,
flux, jets, etc.
1. Les caractéristiques des masses d’air et leur répartition à l’échelle du globe
Une masse d’air désigne une unité aérologique (immense volume d’air de quelques
centaines à quelques milliers de kilomètres) qui se trouvent dans la troposphère et
qui possède des caractéristiques thermiques, hygrométriques, barométriques et de
densité qui lui sont propres.
Chaque masse d’air est différente.
A l’échelle du globe, on les classe en fonction de leur lieu de naissance :
sur un substrat chaud ou froid ;
sur la mer ou sur la terre.
Il existe donc 4 types de masses d’air possibles :
les masses d’air chaudes continentales ;
les masses d’air chaudes océaniques ;
les masses d’air froides continentales ;
les masses d’air froides océaniques.
Les masses d’air océaniques sont humides.
Les masses d’air froides sont issues des pôles ou des lattitudes subpolaires.
Les masses d’air chaudes proviennent de latitudes intertropicales ou subtropicales.
Il existe également des masses d’air tièdes qui se trouvent aux latitudes tempérées.
Elles ne se forment pas tièdes mais le deviennent : ce sont soit des masses d’air
froides réchauffées, soit des masses d’air chaudes refroidies.
Aux latitudes tempérées, il y a croisement des masses d’air des pôles et des
tropiques.
Ces masses d’air se déplacent et se transforment dans leurs caractéristiques.
Lorsqu’elles se rencontrent, on parle "d’affrontement".
Les zones d’affrontement des masses d’air sont appelées les fronts.
2. Les fronts
Il s’agit d’une surface de discontinuité entre 2 masses d’air. Les masses d’air de part
et d’autre du front sont différentes.
La frontogenèse désigne 2 masses d’air qui se rencontrent.
Plus les masses ont des caractéristiques différentes, plus le front sera nettement
marqué.
3. Les perturbations
Les perturbations naissent de l’affrontement de 2 masses d’air le long d’un front.
Il s’agit d’un « système pluviogène dans lequel des masses d’air contrastées
viennent en contact le lon de fronts » (Vigneau).
« Le front ondule, se déplace et produit un écoulement perturbé de l’air avec un
mouvement tourbillonant cyclonique (vortex) » (Estienne et Godard).
22/02/2007
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Dans les perturbations méditerranéennes, il y a plus de contraste entre les deux
masses d’air : l’air froid et l’air chaud encore vigoureux lié à la proximité des
tropiques.
Les ascendances et les précipitations sont ainsi plus violentes.
Le climat méditerranéen correspond souvent à des zones de relief (Alpes et
Pyrénées en France, autres montagnes en Grèce et en Italie, Andes au Chili, etc.).
Cette barrière orographique crée une ascendance orographique.
Les pluies sont ainsi les plus violentes des climats tempérés.
Conclusion
Les 3 grandes familles de climats d’un point de vue climatologique :
Point de vue climatique
Climats froids des
Polaire continental et océanique
Cellules polaires
hautes latitudes
Subpolaire continental et océanique
Cellules tempérées
de Farrel
Grande diversité des climats par la
Climats tempérés
Circulation d’ouest continentalité et la position en latitude
impulsée par le jet
Climats de mousson et
Cellules de Hadley océanicité/continentalité
Climats
Présence des vents Climats d’alizés (hors du FIT)
intertropicaux
alizés
Cyclones dans les zones littorales en
limites du FIT voire en zones subtropicales
Les facteurs climatologiques : anticyclones et dépressions, flux, balancement des
cellules de circulation en fonction des saisons sont des facteurs liés à des
dynamiques atmosphériques.
Les facteurs géographiques : courants marins, reliefs, continentalité ont des
influences locales.
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Chapitre 2 : La phase continentale du cycle de
l’eau
22/02/2007
I. Les facteurs de l’écoulement
Le cycle de l’eau s’exprime sous la forme d’une équation :
P = Q + E ± ΔR
Ce qui tombe (P) est égal au réseau hydrographique (Q) plus à ce qui s’évapore (E)
et plus ou moins au stockage de l’eau (R) - le Δ exprime la variation de ces réserves.
Q = P - E ± ΔR
Ce qui s’écoule dans un cour d’eau est le résultat d’un bilan
L’écoulement se situe dans un espace hydrologique que l’on appelle le bassin
versant.
A. Le bassin versant, unité hydrologique
Le bassin versant est un espace draîné par un cour d’eau et ses affluents, délimité
par une ligne de partage des eaux : la ligne de crète.
Dans le bassin versant, on peut calculer le bilan hydrologique : les précipations,
l’évaporation et la réserve.
Chaque portion de la terre a son bassin versant.
Le bilan hydrologique va également dépend du milieu géographique. Quel est le rôle
de ces caractéristiques sur l’écoulement ?
1. Le bassin versant : un impluvium
Un impluvium est le réceptacle des précipitations.
Les caractéristiques topographiques vont influence les précipitations. Elles
déterminent les formes des précipitations : s’il s’agit de neige, elles déterminent la
part du stockage ; s’il s’agit de pluie, elles déterminent plus ou moins de pluie en
fonction de l’altitude.
L’écoulement est influencé par plusieurs facteurs du milieu.
2. La pente
Elle influence le ruissellement et sa vitesse, l’infiltration de l’eau dans le sol. Plus
c’est pentu, moins l’infiltration est possible.
Elle a également un rôle sur la percolation qui dépend de l’infiltration. Ainsi que sur
les cours d’eau et la vitesse d’écoulement.
Plus il y a de pente, plus le cycle de l’eau est rapide.
3. La nature des sols, du manteau et du substrat
La nature des roches (lithologie), du manteau et du sol a un rôle sur l’écoulement et
l’infiltration.
Ils sont définis en fonction de la perméabilité et de la porosité. Celle-ci dépend de la
texture du matériau et de sa granulométrie (taille des grains).
Plus la texture est fine, plus la porosité est faible, plus le sol est perméable.
Un ruissellement sera favorisé par un sol argileux...
Pour la roche, la porosité dépend des fissures et de leur taille.
4. La couverture végétale
La végétation favorise l’infiltration le long des racines. La matière organique favorise
quant à elle la porosité du sol...
La végétation peut intercepter les précipitations. L’eau s’évapore ou tombe au sol
depuis la plante.
La végétation boit l’eau infiltrée donc l’eau ne pourra ni ruisseler, ni percoler, ni
ressuyer : la végétation réduit le volume d’eau dans le sol.
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Le temps de réponse du bassin versant désigne le temps que met le bassin versant
face aux précipitations. S’il réagit rapidement, on le voit à une nette montée des eaux
dans les rivières.
Ce temps de réponse dépend ainsi de tous les facteurs énoncés plus haut.
01/03/2007 - A RATTRAPER
15/03/2007
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2. Les modalités de l’écoulement dans les cours d’eau
a. Les types d’écoulement
En fonction du profil en long du cours d’eau et de la rigosité, on distingue plusieurs
types d’écoulement.
Ecoulement tranquille
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Il est caractéristique des plaines. Il s’organise en filets d’eau parallèles avec une
vitesse maximale proche de la surface. On parle également d’écoulement laminaire.
Ecoulement turbulent
Il est lié aux piémonts, donc à des pentes faibles.
C’est un écoulement agité par des tourbillons qui descendent : siphons (creux à la
surface de l’eau) ou qui montent : bouillons (bosse à la surface de l’eau).
Ecoulement torrentiel
Il est typique des régions de montagne. Les remous sont liés aux obstacles sur le
fond ; des vagues se créent. La pente est plus forte.
b. La vitesse
C’est un facteur important de l’écoulement. Elle varie selon les cours d’eau.
Elle dépend de plusieurs facteurs :
la pente ;
la rugosité du fond qui freine l’écoulement ;
la forme du lit (plus rapide si le lit est étroit et profond) ;
le type de réseau hydrographique (la présence de lacs contribue à ralentir
l’écoulement).
Pour les grandes rivières de plaine : 1,8 km/h ; 0,25 m/s ;
Pour les rivières de lits mineurs : 1,8 à 7,2 km/h ; 0,5 à 2 m/s ;
Pour les rivières en crue : 14,4 km/h ; 2 à 4 m/s ;
Pour les rivières de montagne : 36 km/h ; 5 à 10 m/s.
Autre facteur : la végétation qui ralentit l’écoulement. Notamment la végétation
hygrophile, différente selon le niveau de profondeur.
L’énergie du cour d’eau dépend aussi de ce qu’il transporte.
3. Les modalités du transport
a. La compétence
Un cours d’eau transporte toujours des matériaux en fonction de sa capacité à les
transporter, de son énergie. Il s’agit de sa compétence : elle dépend de la vitesse et
du débit.
Le transport est différent selon la taille des matériaux.
A la surface et près de la surface se charrient les argiles, limons et sables, c’est-àdire les matières en suspension (MES). Les sables ont un diamètre de 0,5 à 2 mm et
les argiles et limons inférieurs à 0,5 mm.
Puis des matières plus grosses comme les graviers et des petits galets se
déplacent par bonds successifs : transport en saltation.
En, les blocs sur le fond sont roulés : charriage de fond.
Plus le cours d’eau peut transporter de matériel lourd, plus il est compétent.
b. Erosion et dépot
Les matériaux transportés sont les sédiments. Ils proviennent du bassin versant du
cours d’eau ; ils sont les produits de l’érosion.
Ils viennent directement du versant par ruissellement, soit sont des matériaux issus
du fond du lit.
Plus l’érosion est forte, plus la charge est importante.
La nature des sédiments dépend ainsi de la nature des roches et des sols du bassin
versant.
Par exemple,
les marnes créent des argiles dans les cours d’eau ;
les grés créent des sables ;
les granites créent des sables et du gravier. ... ou encore des limons.
Les calcaires par exemple créent des produits dissous dans l’eau.
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Dans les torrents de montagne, on trouvera des roches grossières, cassées par le
gel-dégel et non travaillées par l’eau.
Le cours d’eau prend des matériaux lorsqu’il est en excédant d’énergie. Il creuse
donc son lit, s’enfonce : dynamique d’incision.
Le matériel est déposé quand son énergie diminue.
Il dépose les plus gros matériaux en premier, puis les plus petits en dernier. Ces
matériaux déposés sont des alluvions : mécanisme d’alluvionnement.
Par exemple, les cônes de déjection sur les piémonts ; la plaine alluviale où le dépot
se fait quand le cours d’eau est en crue.
Lorsque les matériaux les plus lourds sont déposés en amont, on parle de
granoclassement.
Les alluvions se déposent à plusieurs époques. Il y a succession des phases de
creusement et d’alluvionement et donc production de terrasses alluviales.
La terrasse désigne un ancien plan alluvial qui n’est plus actuellement recouvert par
les eaux lors des crues. La terrasse n’appartient donc plus au lit majeur.
Le cours d’eau a une dynamique érosive. L’excédent d’énergie entraîne le
creusement. Puis lui supplante une dynamique de dépot avec le dépot des alluvions.
Pourquoi la dynamique du cours d’eau évolue ainsi ?
Est-ce dû à des causes climatiques ou anthropiques ?
c. Les facteurs de l’érosion et du dépot
Le rôle des variations climatiques
L’âge quaternaire a connu 4 grandes glaciations :
Gunz
Mindel
Riss
Würm
La dynamique des cours d’eau a beaucoup changé en fonction des périodes
glaciaires et interglaciaires.
Au niveau des Inlandsis, il n’y a pas de cours d’eau.
Toute l’Europe du Nord et vers les zones englacées appartiennent au domaine
périglaciaire, c’est-à-dire sous l’influence des processus gel/dégel.
Il s’agit d’une érosion par cryoclastie. Celle-ci correspond à une grande production de
débris dans les bassins versants, donc à des cours d’eau très chargés en matériaux.
Il y a donc une dynamique de dépot.
Puis lors de la période interglaciaire, les glaciers fondent donc l’eau abonde. Le
domaine périglaciaire devient tempéré. La végétation se développe, les cours d’eau
ont moins de matériaux à transporter. Il y a donc une dynamique de creusement.
On peut dater les couches alluvionnaires en fonction des matériaux déposés, voire
des charbons datés au carbonne 14.
Les facteurs anthropiques
A partir du Néolithique, les effets de l’Homme sur le milieu sont constatées.
Cette période correspond à une période de défrichements, de mises en culture ou de
déforestations.
22/03/2007 - A RATTRAPER
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