Quels transferts thermiques sont responsables des phénomènes météorologiques ?

Comprendre les trois formes de transferts thermiques : convection, conduction, rayonnement. Connaitre certains phénomènes associés comme l’émission ou l’absorption de rayonnements.

On rencontre ces termes dans beaucoup de documents qui traitent des mécanismes conduisant au réchauffement ou au refroidissement d’une masse d’air. Les phénomènes de conduction et convection sont des transferts d’énergie. Ils sont à distinguer des phénomènes impliquant un rayonnement et qui nécessitent donc une transformation d’une forme d’énergie à une autre.

Une mesure de température donne directement une idée de l’énergie thermique d’un corps. D’un point de vue microscopique, la température caractérise le degré d’agitation des particules dans la matière.

Comprendre les trois types de transferts thermiques

On fait le point

[h5p id="27"]

Conduction et convection sont des échanges thermiques entre deux corps (masse d’air, sol, plan d’eau) de températures différentes. Au cours de ces échanges, le corps chaud cède de l’énergie à celui qui est froid. Plus exactement, le corps de température supérieure, cède de l’énergie au corps de température inférieure selon deux mécanismes :

  • soit il n’y a pas déplacement de matière et l’agitation des molécules se transmet par contact. On parle dans ce cas de conduction. C’est ce phénomène qui intervient lorsque de l’air se refroidit ou se réchauffe au contact du sol.
  • soit il y a déplacement ou mélange des matières chaudes et froides. Dans ce cas on parle de convection. C’est ce qui se passe par exemple lorsque deux masses d’air de températures différentes se rencontrent.

Le terme rayonnement possède un double sens : il peut désigner le fait par exemple que de la lumière (une onde électromagnétique)  se déplace dans un milieu. Ou bien alors, et c’est ce qui nous intéresse en météorologie, ce terme désigne le fait que de la matière puisse libérer de l’énergie sous forme de rayonnement, généralement infrarouge. Pour que le rayonnement se situe dans le visible il faudrait atteindre plusieurs centaines de degrés (fer rougi par exemple) ce qui n’est pas le cas de notre surface terrestre dont la température moyenne est de 15 °C.

L’absorption est le mécanisme inverse du rayonnement. Une matière recevant un rayonnement en réfléchit une partie et en absorbe l’autre ce qui tend à la réchauffer.

Ce sont ces transferts et transformations énergétiques complexes à la surface de la Terre ou dans la troposphère qui conduisent à la survenue des phénomènes météorologiques.

Quelques exemples illustrant les échanges énergétiques dans le domaine de la météorologie et de la climatologie.

En météorologie, une « masse d’air », l’atmosphère, le sol sont des corps qui sont impliqués dans des transferts thermiques . Soit qu’ils reçoivent de l’énergie soit qu’ils en cèdent.

Exemples de transferts par rayonnement

Le processus de rayonnement est réversible. La matière peut donc capter un rayonnement et le transformer en agitation thermique, on parlera dans ce cas d’absorption. Ou bien alors, la matière peut céder de l’énergie en produisant des rayonnements. C’est le phénomène d’émission.

Image infrarouge

Le sol se refroidit par émission de rayonnement infrarouge. Tout objet émet en effet, un rayonnement électromagnétique du fait de sa température. Grâce à des capteurs infrarouges, les dispositifs de vision nocturne peuvent révéler ce phénomène)

La Terre se réchauffe par absorption des rayons lumineux du soleil.

Image infrarouge

Ce phénomène est plus puissant dans la zone équatoriale.

Les nuages absorbent une part des rayonnements infrarouges et ultraviolets

L’amplitude des variations de température est donc moins importante sous un couvert nuageux

Stratus. Etage inférieur

Exemples de transferts par conduction ou convection

Un air humide qui en se déplaçant (phénomène d’advection) rencontre un sol froid se refroidit par conduction. Cela peut aller jusqu’à la formation d’une brume ou d’un brouillard d’advection.

Nuage instable planeur

Une masse d’air est dite instable si elle est le siège de de courants d’air ascendants. Un air chaud se déplace par convection, des basses couches vers les plus hautes. Ce phénomène, appelé « pompe dans le langage des pilotes de planeur leur permet de prendre de l’altitude.

Laisser un commentaire

Ce site utilise Akismet pour réduire les indésirables. En savoir plus sur comment les données de vos commentaires sont utilisées.