1) L'air chaud est moins dense que l'air froid
Pour expliquer ce principe, il faut aborder 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 Celcius.
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 (consultez votre 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.
Quel est le lien avec la météorologie?
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.
2) Plus l'air est chaud et plus il peut contenir de l'eau
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.
Quel est le lien avec la météorologie?
L'été, les journées chaudes sont souvent humides aussi. De plus, les médias utilisent beaucoup le facteur humidex durant l'été dans leur bulletin météo. Ce facteur donne une indication de la sensation de chaleur sur le corps. On calcule le facteur humidex avec la température et le degré d'humidité relative de l'atmosphère.
3) L'air sec est plus dense que l'air humide
La différence entre l'air sec et 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.
Quel est le lien avec la météorologie?
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.
4) Lorsqu'on comprime l'air, ce dernier s'échauffe
L'air est un gaz. Les molécules qui le composent vibrent dans tous les sens. Dans leur mouvement, certaines 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.
Quel est le lien avec la météorologie?
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.
5) Lorsqu'on relâche la pression sur un volume d'air, ce dernier se refroidit
Si la pression de l'air dans un volume diminue c'est que l'air occupe moins de place, les molécules sont moins nombreuses et par conséquent les chances de collisions entre elles sont plus rares. Lorsqu'il y a moins de collisions, la chaleur dégagée est plus faible.
Quel est le lien avec la météorologie?
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.
6) L'eau surchauffée s'évapore
L'eau peut se présenter sous trois formes ou 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.
Quel est le lien avec la météorologie?
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.
7) L'humidité joue un rôle important dans l'instabilité de l'air
Tout d'abord il faut savoir que 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 lorsque celle-ci se présente sous forme de 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 un liquide, les molécules se déplacent avec beaucoup plus de facilité. Si on ajoute encore beaucoup de chaleur, les molécules s'exciteront encore davantage en se déplaçant dans tous les sens. Les liens entre elles seront de plus en plus faibles tellement que des 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 trop élevée.
En revenant au concept d'humidité et d'instabilité, on constate que plus il y a d'humidité dans l'air, plus il y a eu de l'énergie injectée 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.
Quel est le lien avec la météorologie?
L'humidité et l'instabilité de l'air jouent un rôle crucial dans la formation des orages et du temps violent l'été.
8) Pour qu'il y ait instabilité de l'air il doit y avoir de la chaleur
Le lecteur attentif de la section précédente aura noté que l'énergie joue un rôle capital dans le processeur d'instabilité. Dans la plupart des situations, l'air monte parcequ'il est chauffé. Il peut monter pour d'autres raisons mais c'est plus rare (voir la section sur les mouvements verticaux de l'air).
Quel est le lien avec la météorologie?
Si la chaleur du soleil était insuffisante pour aider à amorcer l'instabilité de l'air, les orages ne pourraient pas exister.
9) Il y a une relation entre la pression et la quantité d'eau que l'air peut contenir
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 Celcius la quantité maximale de vapeur d'eau que la particule peut contenir est de 20g/kg alors qu'à 900 mb à 25 degrés Celcius 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).
Quel est le lien avec la météorologie?
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.
10) De l'air chaud et de l'air froid c'est comme de l'huile et de l'eau
L'air est un gaz qui obéit à un principe qui dit que 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 ent en jeux dans les cellules convectives qui produisent des nuages comme les cumulus et cumulinimbus.
Quel est le lien avec la météorologie?
C'est un peu pour cette raison qu'une cellule d'air chaud peut se maintenir plus chaude que l'air ambiant tout en montant en altitude.
