La circulation atmosphérique est le mouvement à l

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Chap. 12 LA CIRCULATION ATMOSPHERIQUE GENERALE
- Déterminer les causes de la circulation atmosphérique ;
- Décrire le mécanisme de la circulation atmosphérique générale et ses variations ;
- Identifier les conséquences des mouvements de l’atmosphère.
INTRODUCTION
La circulation générale
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est le mouvement à l'échelle planétaire de la couche d'air entourant
la Terre qui redistribue la chaleur provenant du Soleil en conjonction avec la circulation
océanique. l’ensemble des grands mouvements horizontaux et verticaux de l’atmosphère sur
toute l’étendue du globe. Ces mouvements s’ajoutent aux conditions locales de radiation pour
déterminer les zones et les régions climatiques. Trois faits essentiels sont à retenir :
- Chaque hémisphère est divisé en trois bandes zonales de pression : les basses
pressions équatoriales, les hautes pressions subtropicales, les basses pressions polaires.
Les grands mouvements horizontaux et verticaux résultent de cette répartition.
- Tout le système de pressions et de vents se déplace en latitude selon la saison, ce qui
entraine, sur un même lieu, des différences considérables de circulation et de temps
entre l’été et l’hiver.
- Au-dessus de 3 km d’altitude, l’air circule presque partout de l’Ouest à l’Est, et ces
grands vents d’Ouest décrivent des méandres horizontaux qui déterminent les caprices
du temps dans les basses couches et au contact du sol.
I- LES CAUSES DE LA CIRCULATION GENERALE : LES ZONES DE
PRESSION ET LES CELLULES DE CONVECTION
La circulation atmosphérique est le mouvement à l’échelle planétaire de la couche
d’air entourant la Terre qui redistribue la chaleur provenant du Soleil en
conjonction avec la circulation océanique. En effet, comme la Terre est un
sphéroïde, la radiation solaire incidente au sol varie entre un maximum aux régions
faisant face directement au Soleil, situé selon les saisons plus ou moins loin de
l’équateur, et un minimum à celles très inclinés par rapport à ce dernier, proches
des Pôles. La radiation réémise par le sol est liée à la quantité d’énergie reçue. Il
s’en suit un réchauffement différentiel entre les deux régions. Le déséquilibre ainsi
créé a pour conséquence des différences de pression, qui sont à l’origine de la
circulation atmosphérique.
Le moteur principal des mouvements atmosphériques est le soleil. Celui-ci
réchauffe la surface de la Terre, qui réchauffe à son tour l’air ambiant. Des
mouvements ascendants se créent, mais en s’élevant, l’air se refroidit, environ 1°C
tous les 100 m dans la troposphère, couche de l’atmosphère où se déroule la quasi-
totalité des phénomènes météorologiques. L’air redescend alors vers le sol. Cette
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La circulation générale atmosphérique est la description des mouvements de l’atmosphère à grande échelle Elle
est caractérisée par une grande variabilité mais elle présente certains caractères permanents ou saisonniers
présentés ici.

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circulation constitue un courant de convection, classique dans tous les fluides que
l’on chauffe (une casserole d’eau par exemple). De telles boucles de circulation
porte le nom de cellule. Les différentes cellules sont disposées en bandes selon les
latitudes : c’est une organisation zonale.
On distingue trois zones de circulation des vents entre l’équateur et les Pôles. La
première zone est celle de Hadley qui se situe entre l’équateur et 30 degrés N et S
où l’on retrouve des vents réguliers soufflant du nord-est dans l’hémisphère nord et
du sud-est dans celui du sud : les alizés. Les navigateurs à voile ont depuis
longtemps utilisés cette zone de vents réguliers pour traverser les océans. La
seconde se situe aux latitudes moyennes et est caractérisée par des systèmes
dépressionnaires transitoires sous une circulation d’altitude généralement d’ouest,
c’est la cellule de Ferrel. Finalement, la cellule polaire se retrouve au nord et au sud
du 60ième parallèle avec une circulation de surface généralement d’est.
Entre ces trois zones, on retrouve les courant-jets circulant autour de la planète à
une altitude variant entre 10 et 15 km et qui sont le lieu de frontogénèses.
La circulation générale atmosphérique ainsi définie, assure 70% à 80% du transfert
de l’énergie entre les régions à bilan radiatif positif et celles à bilan radiatif négatif.
Elle joue un rôle considérable dans le cycle de l’eau, assurant le transport
d’énormes quantités de vapeur d’eau. Le déplacement des masses d’air conditionne
le climat des diverses régions de la planète.
L’énergie à l’origine des mouvements atmosphériques provient du soleil. La rotation de la
Terre et l’apport d’énergie différencié selon la latitude et la saison [1] permettent d’expliquer
certains caractères permanents ou saisonniers de la circulation générale.
P O S ITIO N D E L A TE R RE A U C OUR S DE S A RÉV O L UTIO N A UTO U R D U S OLE IL E N U N E
AN N É E ( S AISO N S DE L' H É MI SPHÈ R E NO RD)
Du point de vue énergétique, le système Terre-atmosphère est globalement en équilibre (le
rayonnement infrarouge émis vers l'espace est compensé par le rayonnement solaire absorbé).
Les pertes sont donc égales aux gains.
Mais les différentes zones de ce système ne sont pas séparément en équilibre :

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 entre l'équateur et les Tropiques, les gains sont supérieurs aux pertes
 des latitudes tempérées aux pôles, les pertes sont supérieures aux gains
De même, les différentes parties de ce système ne sont pas séparément en équilibre :
 à la surface et quelle que soit la latitude, les gains sont supérieurs aux pertes
 pour l'atmosphère, aux latitudes inférieures à 40° les gains sont supérieurs aux pertes
alors qu'aux latitudes supérieures, c'est le contraire
Or, en moyenne annuelle, la température est partout à peu près constante.
Il est donc nécessaire que des transferts d'énergie s'effectuent :
 de l'équateur vers les pôles par une circulation méridienne permettant le transport
d'énergie excédentaire des basses latitudes vers les zones polaires. Ce transport est réalisé
essentiellement par l'atmosphère (60%) à travers les champs de pression et par les
océans (40%)
 de la surface vers l'atmosphère par les flux de chaleur sensible (convection) et par les flux
de chaleur latente (évaporation-condensation)
Tout cela contribue aux mouvements de l'air atmosphérique et donc à la circulation générale.
A- Les cellules de convection
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Le moteur principal des mouvements atmosphériques est le soleil. Celui-ci réchauffe la
surface de la Terre, qui réchauffe à son tour l'air ambiant. Des mouvements ascendants se
créent, mais en s'élevant, l'air se refroidit, environ 1°C tous les 100 m dans la troposphère,
couche de l'atmosphère où se déroule la quasi-totalité des phénomènes météorologiques. L'air
redescend alors vers le sol. Cette circulation constitue un courant de convection, classique
dans tous les fluides que l'on chauffe (une casserole d'eau par exemple). De telles boucles de
circulation porte le nom de cellule. Les différentes cellules sont disposées en bandes selon les
latitudes : c'est une organisation zonale.
Le modèle de circulation générale proposé comporte six cellules de convection : deux cellules
équatoriales dans le sens direct dites cellules de Hadley
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, deux cellules à circulation inverse
des précédentes dites cellules de Ferrel et deux cellules polaires à nouveau à circulation
directe.
- La cellule de Hadley
Il s'agit d'une cellule thermique caractérisée par une expansion ascendante près de
l'équateur et divergeant en altitude vers les pôles (anticyclone). Cette zone convective
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Dans un champ de gravitation, toute différence de température dans un liquide ou un gaz modifie sa densité, un
mouvement se produisant alors au sein du fluide du fait de la poussée d'Archimède. Ce mouvement de brassage,
dans lequel les parties les plus chaudes du fluide ont tendance à s'élever et les parties froides et denses à
descendre, s'appelle convection. Le mouvement du fluide peut être naturel ou forcé. Les mouvements dus
uniquement à des différences de température du fluide constituent la convection naturelle. La convection forcée
est obtenue en soumettant le fluide à une augmentation de pression, le mouvement se déclenchant alors selon les
lois de la mécanique des fluides.
Exemple de convection naturelle : le chauffage d'une pièce par un radiateur correspond à une élévation d'air
chaud le long des murs, l'air plus frais étant aspiré vers le radiateur. L'air chaud ayant tendance à s'élever et l'air
frais à descendre, on doit installer les radiateurs près du sol et les appareils de climatisation près du plafond pour
garantir une efficacité maximale du dispositif de chauffage. La convection naturelle favorise la montée de l'eau
chaude et de la vapeur dans les chaudières, ainsi que le phénomène d'aspiration dans les cheminées. La
convection explique également les mouvements des grandes masses d'air autour de la Terre, l'action des vents, la
formation des nuages, et les courants océaniques.
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Une dans chacun des deux hémisphères.

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crée une région de basses pressions appellée la Zone de Convergence Intertropicale
(ITCZ), également dénommée le front intertropical. Cette zone provoque en réaction un
courant de subsidence à 30° de latitude qui converge vers l'équateur en surface; ce sont
les alizés ("trade winds").
- La cellule de Ferrel
C'est une cellule thermique indirecte qui assure la circulation de l'air entre la haute
pression subtropicale et la dépression subpolaire.
- La cellule Polaire
Il s'agit d'une cellule thermique qui résulte du flux polaire orienté d'Ouest en Est.
Figure 10: distribution des pressions à la surface du globe et système des vents.
Figure 11: Distribution des cellules zonales dans l'hémisphère nord. La cellule équatoriale est la cellule de
Hadley, la cellule moyenne celle de Walker.
B- Les champs de pression déterminent la circulation générale de l’atmosphère
1- La répartition des champs de pression et leur origine

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La circulation générale atmosphérique, c’est-à-dire le mouvement global des masses d’air sur
le globe, s’effectue exclusivement dans la troposphère. Située à la base de l'atmosphère, la
troposphère est animée de puissants mouvements qui brassent l'air en permanence : des
mouvements verticaux, liés à des contrastes de températures (processus convectifs) et des
mouvements horizontaux, engendrés par des différences de pression atmosphérique au niveau
du sol.
La densité de l'air dépend de sa température : l'air chaud plus léger s'élève; au contraire l'air
froid, plus lourd se tasse vers le sol.
Ainsi, au contact du sol, dans certaines régions, l'air s'échauffe, devient donc plus léger et
s'élève : il se produit une ascendance. En montant, l'air se détend car la pression de l'air est
moindre et se refroidit (décroissance de la température avec l'altitude). Le mouvement
ascendant se poursuit jusqu'à ce que l'air ait atteint la température du milieu environnant.
L'ampleur du mouvement dépendra de l'échauffement de l'air au départ mais aussi de son
degré d'hygrométrie. En effet, un air sec voit sa température diminuer de 1°C tous les 100m,
alors que pour un air saturé en eau, la température ne diminue que de 0,5°C tous les 100 m car
la condensation de l'eau au cours de l'ascendance libère de la chaleur.
Inversement, de l'air plus froid que l'air ambiant, plus lourd, va descendre vers le sol, se
comprimer et se réchauffer : on parle de subsidence.
Dans les régions d'ascendance, la pression atmosphérique est inférieure à la moyenne estimée
à 1015 hectopascals, il se forme une dépression. Au contraire, dans les zones de subsidence,
la pression atmosphérique s'élève : il y a formation d'un anticyclone.
La répartition spatiale des hautes et des basses pressions varie au cours de l'année
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et constitue
le champ de pression (voir figure 10).
Au niveau de la mer :
En étudiant la répartition moyenne de la pression, on constate que la troposphère est
segmentée en plusieurs systèmes et courants :
- un centre anticyclonique au Pôle
- une dépression subpolaire à 60° N
- un anticyclone subtropical à 30° N
- une convergence intertropicale près de l'équateur (ITCZ)
Les champs de pression s’expliquent de la manière suivante : puisque le Soleil est voisin de
la verticale sur l’équateur et les tropiques, la température de l’air sera donc la plus élevée sur
toute cette zone intertropicale et sur ses bordures Nord et sud. Or la pression en altitude est
d’autant plus forte que l’air est chaud (En effet, la pression décroit normalement lorsqu’on
s’élève. Mais cette décroissance est plus rapide dans l’air froid lourd que l’air chaud léger.
Dans ces conditions, même si la pression totale à la base, c’est-à-dire au sol, est plus forte
dans l’air froid, en raison de l’effet de densité des basses couches, la décroissance verticale
accélérée dans ce même air froid entraine rapidement (vers 2 ou 3 km) un déficit par rapport
à l’air chaud situé au même niveau. En altitude, les masses chaudes déterminent donc des
pressions plus élevées que les masses froides. La fig. 3 page 47 du document de géographie
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Une ceinture d’anticyclones presque permanents entoure chaque hémisphère aux latitudes subtropicales, entre
250 et 350 de latitude. L’ensemble de tous ces anticyclones constitue les hautes pressions subtropicales. Sur
l’hémisphère boréal, on note ainsi : l’anticyclone du Pacifique, à l’Ouest de la Californie, l’anticyclone
atlantique centré sur les Açores. Sur l’hémisphère Sud, c’est l’anticyclone de l’Océan Indien, entre Madagascar
et l’Australie, l’anticyclone Pacifique entre l’Australie et le Chili, l’Anticyclone de Sainte-Hélène entre le Brésil
et l’Afrique. Ces hautes pressions se limitent aux Océans parce le frottement vide les anticyclones sur les
continents