La stabilité des masse d'air chaudes et froides
Objectifs de la leçon
Dans cette leçon, vous allez apprendre les principes qui rentrent en jeu dans l'explication de la stabilité des masses d'air chaudes et froides.
Après avoir suivi cette leçon, vous devriez pouvoir expliquer:
- ce que sont des masses d'air chaudes et froides;
- dans quel contexte ces masses sont dites instables et stables;
- le phénomène de l'instabilité convective.
Motivation
Notre but est de saisir les mécanismes principaux de la météorologie. Un des phénomènes centraux est la création des nuages du type cumulus et cumulo-nimbus, mécanisme qui est expliqué par la convection humide.
Nous allons tout d'abord analyser la notion de convection sèche, qui est un mécanisme similaire mais simplifié car il ne tient pas compte de l'humidité des masses d'air.
En étudiant la convection sèche, nous comprendrons ce que l'on nomme l'instabilité convective.
Test des prérequis
Pour débuter votre leçon, nous allons vérifier les connaissances nécessaires à la compréhension des masses d'air chaudes et froides. Pour ce faire, nous allons vous poser quelques questions sur certains concepts illustrés par notre version revue et corrigée d'une Fable de La Fontaine, "Le corbeau et le renard, le renardeau et le corbillat".
Corps de la leçon
A. Masse d'air chaud ou masse d'air froid?
Une masse d'air peut-être plus chaude ou plus froide que la surface au sol sur laquelle elle se déplace.
 Figure 1 Une masse d'air qui est plus chaude que la surface sur laquelle elle se déplace, est une masse d'air chaud. Cet air est stable. |
 Figure 2 Une masse d'air qui est plus froide que la surface sur laquelle elle se déplace, est une masse d'air froid. Cet air est instable. |
Remarque:
On distingue la température de la température relative. Dans les figures 1 et 2, la température de l'air vaut toujours 20° C., pourtant dans la figure 1 l'air est dit chaud car il est en contact avec une masse (le sol) relativement plus froide. De même, dans la figure 2 l'air est dit froid car il est en contact avec une masse relativement plus chaude.
B. Densité et température
L'air chaud a un poids spécifique (densité) plus faible que l'air froid, ce qui signifie que l'air chaud est moins lourd que l'air froid. En comparaison avec l'air froid, l'air chaud aura donc tendance à monter tandis que l'air froid aura tendance à descendre (figure 3).
Figure 3
C. Stabilité et instabilité des masses d'air
Stabilité de l'air chaud
Lorsque dans la figure 4, l'air chaud rentre en contact avec la terre plus froide (2), la couche d'air plus basse se refroidira. Celle-ci deviendra donc plus dense et aura tendance à se maintenir en position la plus basse. Si elle est soulevée (3), elle retombera dans sa position initiale (4). Cet air est donc stable.
Figure 4
Légende: Au temps 1, la masse d'air a une température similaire à celle du sol. Au temps 2, la masse d'air a une température plus élevée que celle du sol, donc elle se refroidira. Au temps 3, la masse d'air est soulevée mais elle reste stable car sa partie basse retombe aussitôt au temps 4.
Instabilité de l'air froid
Par contre lorsque la couche inférieure d'une masse d'air froid (figure 5) se laisse réchauffer par la terre plus chaude (2), cette couche deviendra plus légère et va s'élever au travers des couches plus froides (3), tandis que ces dernières vont tomber. L'air est donc instable.
Figure 5
Légende: Au temps 1, la masse d'air a une température similaire à celle du sol. Au temps 2, la masse d'air a une température plus basse que celle du sol, donc elle se réchauffera. Au temps 3, un courant de convection se crée et l'air chaud est soulevé, alors que l'air froid retombe.
Travail d'autocontrôle
Question 1
Voici deux schémas:
Parmi les propositions suivantes, choisissez celle qui conviendrait en tant que légende.
(Cliquez sur la réponse qui vous paraît correcte)
Question 2
Parmi les propositions suivantes, laquelle vous paraît-elle incorrecte?
(Cliquez sur la proposition qui vous paraît incorrecte)
Question 3
Ecrivez un petit texte qui explique pourquoi une masse d'air chaud est stable et une masse d'air froid est instable. (Mentionnez 4 éléments d'information)
Corrigé
Retour au début...
Retour à Staf17 ...
Textes et illustrations: Did / strasser@fapse.unige.ch
