Les principes:

Les principes:
I) L'air chaud est moins dense que l'air froid
II) Plus l'air est chaud et plus il peut contenir de l'eau
III) L'air sec est plus dense que l'air humide
IV) Lorsqu'on comprime l'air, ce dernier s'échauffe
V) Lorsqu'on relâche la pression sur un volume d'air, ce dernier se refroidit
VI) L'eau surchauffée s'évapore
VII) L'humidité joue un rôle important dans l'instabilité de l'air
VIII) Pour qu'il y ait instabilité de l'air il doit y avoir de la chaleur
IX) Relation entre la pression et la quantité d'eau que l'air peut contenir
X) L'air chaud et l'air froid c'est comme de l'huile et de l'eau
XI) La chaleur latente
I) L'air chaud est moins dense que l'air froid
Oui mais pourquoi?
Pour comprendre ce principe, il faut connaître celui de la densité. 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. On compare la densité des corps à celle de l'eau à 4 degrés Celsius.
Imaginons deux cubes vides. Si l'on place du mercure dans le premier et de l'eau dans le deuxième, le
premier cube sera plus dense que le deuxième. Le mercure est un métal dont la masse atomique est très
élevée (voir le tableau périodique). Les corps dont la masse est plus élevée sont plus pesants à cause de la
gravité.
Dans une bouteille remplie à 80%, ajoutez de l'huile. Ensuite, fermez la bouteille et agitez là. Lorsque
vous déposez la bouteille, l'huile qui est moins dense que l'eau montera à la surface.
L'air est un gaz qui possède aussi une densité. L'air chaud est moins dense que l'air froid car il contient
moins de molécules d'air pour un volume égal (les molécules sont plus distancées les unes des autres à
cause de leur agitation plus élevée). L'air chaud étant moins dense, il monte en altitude.
La densité de l'air est à la base du principe de convection. Ce dernier permet la formation de nuages et
d'orages l'été.
II) Plus l'air est chaud et plus il peut contenir de l'eau
Oui mais pourquoi?
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.
III) L'air sec est plus dense que l'air humide
Oui mais pourquoi?
La différence entre l'air sec et l'air humide est la proportion de molécules d'eau dans un volume donné.
Si, dans un cube d'air, on ajoute de la vapeur d'eau, quelques molécules d'air doivent laisser leur place
aux molécules d'eau. Ces dernières sont plus légères que les molécules d'air.
L'air sec étant plus dense, il s'élève plus difficilement. L'air sec est aussi plus stable que l'air humide.
Donc, il y a moins de chance d'avoir des averses ou des orages durant l'été.
IV) Lorsqu'on comprime l'air, ce dernier s'échauffe
Oui mais pourquoi?
L'air est un gaz. Les molécules qui le composent 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. La chaleur dégagée sera d'autant plus
grande que l'air est compressée. C'est exactement ce qui se produit lorsqu'on souffle un pneu de
bicyclette. La pompe devient chaude.
Dans une haute pression, l'air circule dans le sens horaire tout en convergeant vers le sol. La convergence
est un phénomène qui provoque une accumulation de l'air à la surface (hausse de pression) ainsi qu'un
réchauffement puisque l'air se trouve relativement plus comprimé.
V) Lorsqu'on relâche la pression sur un volume d'air, ce dernier se refroidit
Oui mais pourquoi?
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. Lorsqu'il y a
moins de collisions, la chaleur dégagée est plus faible.
C'est le phénomène inverse qui se produit. Il survient dans les basses pressions. C'est eu peu pour ça que
le mauvais temps l'été apporte aussi une baisse des températures.
VI) L'eau surchauffée s'évapore
Oui mais pourquoi?
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 ou la cohésion moléculaire soit nulle. C'est alors que l'eau
devient un gaz et forme la vapeur d'eau.
L'été, lorsque le soleil réchauffe les océans ou les lacs, l'eau s'évapore dans l'atmosphère. En fin d'été, ce
phénomène d'évaporation au-dessus de l'océan atlantique est en partie responsable de la création des
ouragans.
VII) L'humidité joue un rôle important dans l'instabilité de l'air
Oui mais pourquoi?
L'humidité est de l'eau sous forme de vapeur. La vapeur c'est de l'eau sous forme de gaz, c'est-à-dire une
des trois phases possibles de l'eau (solide, liquide, gazeux). Examinons chacune des phases.
La phase solide de l'eau c'est la glace. La glace est le résultat d'un manque d'énergie; les molécules d'eau
se déplacent que très peu car l'énergie pour le faire est rare. Si on ajoute de l'énergie en chauffant la
glace, les molécules d'eau se mettront à bouger d'avantage et les liens qu'elles tissaient entre elles seront
supprimés.
La glace devient maintenant liquide, les molécules se déplacent avec beaucoup plus de facilité. Si on
ajoute encore de la chaleur, les molécules s'exciteront encore davantage en se déplaçant dans tous les
sens. Les liens entre elles seront de plus en plus faibles : les molécules d'eau se détacheront pour
littéralement prendre le large! C'est la phase gazeuse l'eau. Pour résumer, lorsque l'eau est sous forme
gazeuse c'est uniquement une question de chaleur élevée.
En revenant au concept d'humidité et d'instabilité, 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). Qu'est-ce qui
se produit si l'atmosphère est surchauffée? L'air amorce un mouvement vers le haut en formant des
cellules convectives. Les nuages se forment. Cette dernière phrase est capitale!
Les nuages se forment parce que l'air qui monte se refroidi. Plus l'air est froid et moins elle peut contenir
de la vapeur d'eau (pour savoir pourquoi, voir plus haut). Lorsque la vapeur se condense c'est que
l'énergie potentielle se libère (on appelle ça la chaleur latente). C'est donc dire que, lorsque les nuages se
forment, l'énergie potentielle que l'air contenait se libère. Mais où va t'elle? Dans l'air! C'est là clé. L'air
poursuit sa montée car il continu, grâce à la chaleur latente, à se maintenir plus chaud que l'air ambiant,
qui lui est plus froid. Voilà! La boucle est fermée. Ce principe sera d'autant plus fort que l'air de
l'atmosphère sera chauffé et contiendra de la vapeur d'eau.
L'humidité et l'instabilité de l'air jouent un rôle déterminant dans la formation des orages et du temps
violent l'été.
VIII) Pour qu'il y ait instabilité de l'air il doit y avoir de la chaleur
Oui mais pourquoi?
L'on a vu que l'énergie joue un rôle capital dans le processeur d'instabilité. Dans la plupart des cas, l'air
monte parce qu'il est chauffé. Il peut monter pour d'autres raisons mais c'est plus rare.
Si la chaleur du soleil était insuffisante pour aider à amorcer l'instabilité de l'air, les orages ne
pourraient pas exister.
IX) Relation entre la pression et la quantité d'eau que l'air peut contenir
Oui mais pourquoi?
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.
Toutefois, il ne faut pas oublier que si l'air monte, il se refroidit donc la capacité de l'air pour contenir de
la vapeur d'eau diminue ; il y a risque de condensation (nuages).
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.
X) L'air chaud et l'air froid c'est comme de l'huile et de l'eau
Oui mais pourquoi
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. C'est comme si l'air chaud qui monte était une sorte de
bulle d'huile qui monte dans un verre d'eau. En fait, l'air est un mauvais conducteur d'énergie. Au point
de contact entre l'air chaud et l'air froid, l'échange d'énergie n'est pas tellement efficace (mais il existe!).
Ce principe entre en jeux dans les cellules convectives qui produisent des nuages comme les cumulus et
cumulonimbus.
C'est en partie pour cette raison qu'une cellule d'air chaud peut se maintenir plus chaude que l'air
ambiant tout en montant en altitude
XI) La chaleur latente
Oui mais pourquoi?
La chaleur latente est de l'énergie qui est libérée lorsque la vapeur d'eau se condense. En physique,
l'énergie prend plusieurs formes. Dans un cas il s'agit de chaleur, dans d'autres cas d'énergie mécanique
ou encore d'énergie potentielle. Lorsque l'eau se présente sous forme de vapeur, l'énergie qu'elle possède
est très élevée. Pour récupérer cette énergie, il s'agit de faire condenser la vapeur. L'énergie se trouve
libérée sous forme d'une chaleur latente.
La chaleur latente joue un rôle important dans plusieurs phénomènes météorologiques. Elle joue un rôle
particulier dans les orages mais aussi dans les ouragans. Elle permet de fournir l'énergie nécessaire afin qu'un
ouragan puisse se maintenir en vie.