La circulation atmosphérique : son organisation
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L’unique moteur de la circulation atmosphérique est l’ensoleillement. Sous les contraintes de la gravité, de la poussée d’Archimède et de la force de Coriolis due à la rotation de la Terre, les différences de température entre l’équateur et les pôles font circuler l’air tout autour de la Terre. Cette circulation globale, impulsée dans les régions tropicales par les vents alizés, possède une organisation bien définie dans chaque hémisphère : trois cellules convectives dans les plans méridiens sont associées à cinq vents le long de parallèles, le faible courant d’est équatorial au voisinage de l’équateur et à faible altitude, et dans chaque hémisphère deux vents d’ouest, le jet stream polaire à une latitude proche de ±60° et en haute altitude, ainsi que le jet stream subtropical, moins rapide que le premier, situé à des latitudes voisines de ±30° et, lui aussi, en haute altitude. Dans leur mouvement, ces masses d’air transportent et redistribuent à la fois la chaleur transmise par les continents et l’humidité produite par évaporation au-dessus des océans.
1. Première boucle : la cellule de Hadley
Dans la région équatoriale surchauffée, qui voit le soleil au zénith, l’air est allégé. Comme la fumée sortant d’une cheminée, il s’élève vers le haut de la troposphère (lire L’atmosphère et l’enveloppe gazeuse de la Terre) et aspire l’air situé tout autour, engendrant ainsi des vents qui convergent vers l’équateur. Puisque la Terre tourne, ceux-ci sont affectés par la force de Coriolis. L’air venant du nord est dévié vers la droite, celui venant du sud l’est vers la gauche. La convergence de ces vents alizés au voisinage du sol ou de la mer engendre le courant d’est équatorial, vent régulier, relativement lent puisque sa vitesse est de l’ordre de 20 km/h, mais qui fut suffisant pour pousser les goélettes de Christophe Colomb d’Espagne vers les Antilles et le Venezuela. On trouvera plus de précisions sur cette zone de convergence intertropicale dans l’article « Le rôle clé des alizés » sur ce site.
2. Plus au nord : cellules polaires et cellules de Ferrel

Dans chaque hémisphère, on peut noter la présence de deux régions où l’air plonge vers le sol après s’être refroidi et asséché en altitude. Près des pôles, cette arrivée d’air sec conduit à la formation des déserts arctiques et antarctiques. Entre les cellules de Hadley et de Ferrel, elle engendre la ceinture de déserts situés entre les tropiques et les régions tempérées : déserts du sud des Etats-Unis, Sahara et désert de Gobi dans l’hémisphère nord, désert d’Australie et hauts plateaux andins dans l’hémisphère sud. Au contraire, les zones d’ascendance, situées près de l’équateur pour l’une et entre la cellule polaire et la cellule de Ferrel pour l’autre, sont soumises à de fortes précipitations. En effet, dans l’air chargé d’humidité au niveau de la mer, qui se refroidit et se détend en s’élevant vers les hautes altitudes où la température et la pression diminuent fortement, la condensation forme des gouttes assez lourdes pour amener des pluies. Celles-ci sont fréquentes et abondantes, ce qui explique à la fois la végétation luxuriante autour de l’équateur et la fertilité des sols aux latitudes tempérées.
3. Les jet streams
Dans chaque hémisphère, au-dessous de la tropopause (à une altitude de l’ordre de 8 à 10 km au-dessus du niveau moyen des mers), de part et d’autre des cellules de Ferrel et à haute altitude, apparaissent des vents d’ouest qui circulent tout autour de la planète en oscillant au voisinage d’une latitude moyenne. Fraction importante de la circulation atmosphérique, ces vents sont souvent désignés par leur nom anglais, les jet streams (Figure 4) ; ils sont plus rarement appelés rubans thermiques ou courants jets. Ils ont été découverts par le météorologue japonais Oishi Wasaburo en 1920 et décrits dans un rapport[4] écrit en esperanto de façon à ce qu’il soit accessible à un grand nombre de lecteurs.
du globe terrestre, circulant d’ouest en est, de
part et d’autre de la cellule de Ferrel (couleur
jaune). Le jet stream polaire (couleur bleue) est
le plus rapide (sa vitesse peut atteindre 300
km/h) et le plus instable des deux. Il est évité
par les vols transatlantiques vers l’ouest, au
contraire recherché par les vols vers l’est. La
vitesse du jet stream subtropical ne dépasse
jamais 100km/h. [© NOAA]
Cet article ne présente que l’état moyen de la circulation atmosphérique, en insistant sur son organisation remarquable. En raison des déplacements saisonniers du zénith, de l’alternance entre les océans sources d’évaporation intense et les continents plus secs, mais aussi de ses propres instabilités, cette circulation atmosphérique est par ailleurs soumise à de fortes fluctuations dont la description fait l’objet d’articles complémentaires : Le rôle clé des alizés et Les jet streams.
Références et notes
[1] George Hadley, Concerning the cause of the general trade winds, Philosophical Transactions of the Royal Society, 1735, vol. 39, p. 58-62
[2] Gaspard Gustave Coriolis, Théorie mathématique des effets du jeu de billard, Carilian-Goeury, 1835
[3] William Ferrel, An essay on the winds and the currents of the oceans, Nashville Journal of Medicine and Surgery, n°4, 1856
[4] Oishi Wasaburo, Raporto de la Aerologia Observatorio de Tateno, Aerological Observatory Report 1, Central Meteorological Observatory, Japan, 1926 (en Esperanto)
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Pour citer cet article: MOREAU René (2019), La circulation atmosphérique : son organisation, Encyclopédie de l’Environnement, [en ligne ISSN 2555-0950] url : https://www.encyclopedie-environnement.org/air/la-circulation-atmospherique/.
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