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Météorologie

Image Meteorologie : altocumulus floccus

Préambule ( Paragraphe Début / Suivant )


Cette page est destinée aux amoureux de la nature intéressés par la prédiction du temps.
L'auteur présente divers moyens simples pour prédire le temps sur 24 heures, principalement par l'observation des Nuages et des Vents.
Les annexes scientifiques sont plutôt réservées au physicien ou au météorologue.
Remarques :
- Les auteurs cités dans cette page y sont mentionnés entre crochets sous la forme [AUTEUR Titre Page]. Voir Bibliographie.

Sommaire de cette page ( Paragraphe Précédent / Suivant )

  1. Les nuages
    1. Origine
    2. Formation
    3. Classification
    4. Evolution
    5. Prévision du temps par les nuages
  2. Les vents
    1. Origine
    2. Formation
    3. Classification
    4. Evolution
    5. Prévision du temps par les vents
  3. Lire une carte météo
  4. Les dictons
  5. Annexe 1 : Lois de la physique en référentiel non galiléen
  6. Annexe 2 : Equation du vent géostrophique
  7. Lexique
  8. Bibliographie

1. Les nuages ( Paragraphe Précédent / Suivant )

1.1. Origine des nuages

Origine du nuage


Le Nuage a toujours pour origine le refroidissement d'une masse d'air humide.
L'air atmosphérique contient en effet une quantité variable de vapeur d'eau (entre 0,1 % et 4 % en volume) issue de l'évaporation des océans, mers, lacs et sols humides.
Le contact entre une masse d'air chaud et une masse d'air froid entraîne alors la condensation de la vapeur d'eau contenue dans l'air chaud et la formation de Nuages.

Taux de saturation


Un air humide se compose d'air sec et d'eau, l'eau étant sous forme de gaz (vapeur d'eau) et aussi, à saturation, sous forme liquide (goutte d'eau en suspension) ou solide (cristaux de glace).
La quantité de vapeur d'eau contenue dans l'air atmosphérique possède un maximum fonction de la température et de la pression locale. Lorsque ce maximum est atteint (seuil de saturation), la vapeur d'eau retourne à l'état liquide (condensation) ou solide (cristallisation). Ainsi, à 20°C et au niveau de la mer, l'air peut contenir environ 18 grammes d'eau par mètre cube avant de saturer. A 60°C et au niveau de la mer, l'air sature dès 129 g/m3. A 20°C et à 5500 m d'Altitude, l'air sature dès 9 g/m3.
Dans le domaine de la météorologie ou de la physique, le Taux de saturation (appelé aussi Humidité relative ou Degré hygrométrique) se mesure selon une échelle de 0 % à 100 %. La plage de bien-être pour les êtres humains se situe entre 45 et 65 %. En dessous, l'air est trop sec. Au-dessus, l'air est trop humide. A partir de 100 %, l'air est saturé de vapeur d'eau qui se condense alors en Brouillard, rosée ou givre.

1.2. Formation des nuages

Image Meteorologie : Formation des nuages - convection Image Meteorologie : Formation des nuages - refroidissement a la base Image Meteorologie : Formation des nuages - soulevement orographique Image Meteorologie : Formation des nuages - soulevement frontal

Image Meteorologie : Formation des nuages - cyclogenese

Mécanisme de formation


Il existe différents modes de refroidissement à l'origine de la formation des Nuages, d'origine thermique ou dynamique (cf [Meteo France, Comment se forme un nuage]) :
    1. La convection ou convection verticale (voir Figure 1 ci-dessus) : l'air froid présent au niveau d'un sol chaud se réchauffe et se dilate. Plus léger, il monte dans l'atmosphère dont la pression décroît systématiquement avec l'altitude. L'air se refroidit alors par détente (à raison de presque 1°C tous les 100 mètres) jusqu'au point de condensation de la vapeur d'eau sous forme de Nuages de convection, fréquents l'été sur terre et l'hiver au-dessus de la mer.
    2. Le refroidissement par la base ou advection ou convection horizontale (voir Figure 2 ci-dessus) : lorsqu'une masse d'air doux circule au-dessus d'une surface plus froide, se forment des Nuages bas ou du Brouillard. C'est le cas notamment, l'hiver, lorsque de l'air doux de la mer arrive sur les eaux froides du continent. En été également, lorsque l'air doux du continent arrive sur les eaux froides de la mer.
    3. Le soulèvement orographique (voir Figure 3 ci-dessus) : lorsqu'une masse d'air est poussée par le Vent vers un Relief, elle est contrainte de s'élever le long de la pente. En prenant de l'altitude, elle subit une détente et se refroidit. Un Nuage se forme alors sur le versant "au vent" et se dissipe sur le versant "sous le vent". Le type de Nuage dépend de la stabilité de l'air et de sa teneur en humidité. Une fois le sommet franchi, l'air, allégé d'une bonne partie de sa vapeur d'eau, subit au contraire une compression en dévalant la pente et se réchauffe (effet de Foehn).
    4. Le soulèvement frontal (voir Figure 4 ci-dessus) : dans une Perturbation en mouvement (Dépression dynamique), à l'interface chaud/froid entre deux masses d'air, l'air chaud se soulève au-dessus de l'air froid antérieur (Front chaud) et est rejeté en altitude par la progression plus rapide de l'air froid postérieur (Front froid). L'air chaud se refroidit en altitude et donne naissance à des Nuages le long des Fronts. Voir détail du processus ci-dessous (cyclogénèse).

La Pluie se délenche ensuite lorsque les gouttelettes en suspension dans le Nuage deviennent trop lourdes pour être soutenues par le courant ascendant.

Cyclogénèse


Dans le cas où la Dépression n'est pas thermique mais due à la circulation atmosphérique elle-même (Dépression dynamique), l'école norvégienne de météorologie a élaboré en 1919 un modèle idéalisé de formation, maturation et mort des Dépressions des Latitudes moyennes qui est le suivant (cf [Wikipedia, Cyclogénèse]) :
    1. Condition initiale : Deux masses d'air de température et d'humidité différentes se croisent sans aucun échange thermique (Front stationnaire souvent immobile).
    2. Naissance (voir Figure 5 ci-dessus) : Une Perturbation thermique ou dynamique de l'atmosphère passant dans le secteur va alors induire un point d'inflexion appelé vague. Un petit centre de basse pression (Dépression) apparaît alors à la crête de la vague qui va initier une circulation cyclonique, c'est-à-dire que la rotation amène l'air doux de la masse chaude vers les Pôles et l'air froid vers l'Equateur quel que soit l'hémisphère.
    3. Développement (voir Figures 6 et 7 ci-dessus) : Le Front stationnaire se transforme alors en deux Fronts distincts, le Front chaud et le Front froid, séparés par un Secteur chaud, et situés dans le quadrant sud de la Dépression (pour l'hémisphère nord). Les deux Fronts s'incurvent progressivement de plus en plus dans la direction de leur progression, comme les voiles d'un bateau.
    4. Mort (voir Figure 8 ci-dessus) : Le Front froid, se déplaçant plus vite que le Front chaud, finit par le rejoindre (front occlus). L'air chaud est alors rejeté en altitude et se découple progressivement de la Dépression qui se dissipe naturellement par manque d'apport en air chaud. L'Occlusion a disparu et le Front stationnaire initial reprend progressivement ses caractéristiques d'origine.
Bien que dépassé à ce jour, le modèle norvégien reste valide pour des environnements atmosphériques diffluents (correspondant à une déformation du champ de pression sans mouvement vertical de l'air).

La cyclogénèse tropicale est par contre très différente de ce modèle. Elle est due à la convection profonde d'une masse d'air homogène, dont le déclencheur est la température de la mer.

1.3. Classification des nuages

Image Meteorologie : Les 10 genres de nuages


Historiquement, la classification des Nuages a fait l'objet de deux systèmes de classification : celle du zoologue français J.B. de Lamarck (1744-1829) et celle du pharmacien londonien L. Howard (1772-1829) qui présentèrent des systèmes de classification presque identiques. Mais seul celui de Howard fut retenu car les noms y étaient mentionnés en latin.
Depuis, cette classification n'a subi que quelques perfectionnements et sert toujours de base pour l'Atlas International des Nuages, publié par l'Organisation Météorologique Mondiale émanant de l'ONU (voir [OMM Accueil] en Bibliographie).
La classification internationale des Nuages repose sur l'existence de Familles, de Genres, d'Espèces et de Variétés.

La Famille correspond à l'Altitude de la base du Nuage par rapport au sol. Pour les latitudes tempérées, les Altitudes sont les suivantes :
- Etage élevé (ou supérieur), entre 5 et 12 km d'altitude (préfixe "Cirro-", abréviation "C"),
- Etage moyen, entre 2 et 5 km d'altitude (préfixe "Alto-", abréviation "A"),
- Etage bas (ou inférieur), entre 0 et 2 km d'altitude (préfixe "Strato-", abréviation "S"),
- Multi-étage pour les Nuages à grand développement vertical (préfixe "Nimbo-", abréviation "N").

Le Genre correspond à la forme générale du Nuage (cf [HACKEL]) :
- cirrus (abréviation "Ci") pour les Nuages en Voile, correspondant à des nuages à contour flou et généralement isolés dans le ciel.
- stratus (abréviation "s" ou "St") pour les Nuages en Couche (ou nappe), correspondant à des nuages à texture uniforme et couvrant généralement la totalité du ciel.
- cumulus (abréviation "c" ou "Cu") pour les Nuages en Amas, correspondant à des nuages à contour net généralement arrondi, isolés ou regroupés dans le ciel.
Les Nuages en Voile et en Couche se forment par soulèvement le long des Fronts chauds.
Les Nuages en Amas se forment par convection ou par soulèvement le long des Fronts froids.

Le nom du Genre est composé de deux parties : l'étage et la forme. Ainsi, un Stratocumulus est un Nuage en Amas de l'étage bas, et son abréviation est "Sc".
Il y a quelques exceptions de nommage :
- le Cirro-cirrus s'appelle plus simplement Cirrus (abréviation "Ci").
- le Strato-stratus s'appelle plus simplement Stratus (abréviation "St").
- les Cumulus de l'Etage bas s'appellent Stratocumulus (abréviation "Sc") lorsque formés par convection horizontale et plus simplement Cumulus (abréviation "Cu") lorsque formés par convection verticale, les Cumulus se situant toujours en dessous des Stratocumulus (cf [BOUTELOUP]).
- le Nimbo-cumulus s'appelle au contraire Cumulonimbus (abréviation "Cb").
Au total, la classification comporte donc 10 Genres de Nuages (voir Figure ci-dessus).

Chaque Genre est divisé ensuite en un nombre d'Espèces et de Variétés (ou sous-espèces), dont le nom suit celui du Genre (voir [OMM Classification] en Bibliographie). Ainsi, un Altostratus translucidus est un Nuage en Couche de l'étage moyen à travers lequel on peut encore voir le Soleil. Les noms d'Espèces et de Variétés ont également leurs abréviations (en général, les trois premières lettres du nom). Exemples : "neb" pour nebulosus, "tr" pour translucidus.

1.4. Evolution des nuages

Image Meteorologie : evolution des nuages


Une Perturbation atmosphérique se compose de trois parties (cf [Culture maritime][FONS][KOHLER) :
- la tête : elle est située à l'avant du Front chaud (ligne droite en rouge sur la Figure ci-dessus) et se caractérise par des Nuages élevés. Au passage de la Perturbation, on observe d'abord des Cirrus puis des Cirrostratus et/ou Cirrocumulus.
- le corps : il englobe le Front chaud et le secteur d'air chaud compris entre les deux Fronts. Il se caractérise par des Nuages épais et des Précipitations. On observe d'abord des Altostratus et/ou Altocumulus, associés à des Stratocumulus apportant la Pluie. Arrivent ensuite les Nimbostratus qui intensifient les Précipitations. Au passage du Secteur chaud, s'établit ensuite une certaine accalmie sous forme de Bruine ou de Brouillard.
- la traîne : elle englobe le Front froid (ligne courbe en bleu sur la Figure ci-dessus) et se caractérise par des Orages et des Précipitations à nouveau. On observe d'abord des Cumulonimbus provoquant des Orages, puis des Cumulus et/ou Stratocumulus apportant la Pluie.
La Perturbation est passée lorsque l'air chaud se trouve suffisamment rejeté en altitude par l'avant et par l'arrière et que les masses d'air froid se rejoignent au sol.

A noter que le Relief peut modifier la trajectoire des Fronts.
A noter également que la direction et la vitesse de déplacement des Nuages non orographiques constituent une bonne approximation de la Direction et de la Vitesse des Vents en altitude.

1.5. Prévision du temps par les nuages

En synthèse du Tableau ci-dessous, on peut retenir que le temps prévisible par les Nuages sur 24 heures est globalement le suivant (cf [KOHLER][HACKEL]) :

Nuages annonçant l'Orage :
- Nuages en forme de montagne : Cumulus congestus et Cumulonimbus. Voir Tableau.
- Nuages en petits moutons (type floccus), en créneaux (type castellanus) ou en rouleau horizontal (type volutus). Voir Tableau.
- Nuages évolutifs en forme : grands Nuages noirs ou gris qui s'assemblent par nappes.
- Nuages évolutifs en position : Nuages d'Orage se déplaçant dans la direction de l'observateur (voir Evolution des nuages).
- Augmentation du degré hygrométrique de l'air.
- Baisse de la pression atmosphérique, ressentie notamment par une odeur d'ozone (proche de celle de l'eau de javel) formée par les éclairs et rabattue au sol par le vent.

Nuages annonçant la Pluie :
- Nuages en forme de montagne : Cumulus congestus et Cumulonimbus. Voir Tableau.
- Nuages en petits moutons (type floccus). Voir Tableau.
- Nuages produits par l'homme (type Cirrus homogenitus) lorsqu'un avion à réaction produit une traînée de condensation durable (10 mn) et s'élargissant, signe d'un air très humide à haute altitude. Voir Tableau.
- Tous les Nuages en Couche : Cirrostratus, Altostratus, Stratus et Nimbostratus. Voir Tableau.
- Nuages évolutifs en forme : Nuages dont la base s'abaisse.
- Nuages évolutifs en position : Nuages de Pluie se déplaçant dans la direction de l'observateur (voir Evolution des nuages).
- Augmentation du degré hygrométrique de l'air.
- Baisse de la pression atmosphérique, ressentie notamment par une odeur âcre (méthane et autres gaz) se libérant des feuilles en décomposition dans les zones boueuses (étangs, fossés, gouttières,etc.).

Tous les autres Nuages annoncent en général du beau temps.


Le Tableau suivant permet de prévoir avec une bonne certitude les modifications du temps sur 24 heures (Orage, Pluie ou beau temps) en observant la forme des Nuages.
Légende du Tableau :
- La colonne 'Forme' correspond à la forme du Nuage (cf [HACKEL]) : Voile, Couche ou Amas.
- La colonne 'Abrévation' est l'abréviation officielle du nom pour le Genre de Nuage.
- La colonne 'Genre' est le nom officiel pour le Genre de Nuage. Pour une Forme donnée, les Genres sont listés verticalement par Etages décroissants (Cirro-, Alto-, Strato- puis Nimbo-).
- Les deux colonnes 'Photos' et 'Espèces/Variétés' illustrent les Espèces et Variétés fréquentes de Nuages, porteuses d'Orage ou de Pluie (Photos 1) ou porteuses de beau temps (Photos 2).

FormeAbréviationGenrePhotos 1Espèces/Variétés fréquentes
et porteuses d'Orage ou de Pluie
Photos 2Espèces/Variétés fréquentes
et porteuses de beau temps
VoileCiCirrusPhoto Photofloccus (en petits moutons) → Orage ou Pluie
homogenitus (produit par l'homme) avec traînée de
  condensation durable (10 mn) et s'élargissant → Pluie
Photo Photo
Photo Photo
uncinus (en virgule ou griffe)
fibratus (en filaments)

spissatus (dense)
radiatus (rayonnant)
CoucheCsCirrostratusPhoto Photofibratus (en filaments) → Pluie
nebulosus (nébuleux) → Pluie
CoucheAsAltostratusPhoto

Photo Photo
Photo Photo
opacus (opaque) → Pluie

undulatus (onduleux) → Pluie
duplicatus (multi-couches) → Pluie

radiatus (rayonnant) → Pluie
translucidus (translucide) → Pluie
CoucheStStratusPhoto Photofractus (en morceaux) → Bruine
nebulosus (nébuleux) → Bruine
CoucheNsNimbostratusPhotonuage multi-étages gris et opaque → Pluie
AmasCcCirrocumulusPhotofloccus (en petits moutons) → Orage ou PluiePhoto Photoundulatus (onduleux)
lacunosus (en nid d'abeille)
AmasAcAltocumulusPhoto Photo
Photo
floccus (en petits moutons) → Orage ou Pluie
castellanus (en créneaux) → Orage

volutus (en rouleau horizontal) → Orage
Photo Photo
Photo Photo
Photo
lenticularis (lenticulaire)
translucidus (translucide)

stratiformis (en rouleaux ou galets)
opacus (opaque)

mamma (mamelonné)
AmasScStratocumulusPhoto Photo
Photo
floccus (en petits moutons) → Orage ou Pluie
castellanus (en créneaux) → Orage

volutus (en rouleau horizontal) → Orage
Photostratiformis (en rouleaux ou galets)
AmasCuCumulusPhotocongestus (bourgeonnant) → Orage ou PluiePhoto Photo
Photo
humilis (petit)
mediocris (moyen)

fractus (en morceaux)
AmasCbCumulonimbusPhoto Photo
Photo Photo
nuage multi-étages gris et en forme de montagne :


calvus (chauve) → Orage
capillatus (chevelu) → Orage

incus (en enclume) → Orage
mamma (mamelonné) → Pluie

2. Les vents ( Paragraphe Précédent / Suivant )

2.1. Origine des vents

Image Meteorologie : puissance solaire recue par unite de surface terrestre Image Meteorologie : circulation des masses d'air sur le globe terrestre


Le rayonnement solaire arrive sur Terre sous forme d'un faisceau parallèle. La Terre étant sphérique, la puissance solaire reçue par unité de surface terrestre n'est pas égal sur toutes les Latitudes (voir Figure 1 ci-dessus) et le globe terrestre se découpe en trois zones climatiques. Aux Pôles se trouvent les zones polaires, où la température est la plus basse. La zone chaude est située autour de l'Equateur et la zone intermédiaire correspond à la zone tempérée. Cette différence de température entre l'Equateur et les Pôles fait que l'air froid tend à se déplacer vers l'Equateur et l'air chaud vers les Pôles (voir Figure 2 ci-dessus).
Le Vent a donc pour origine une différence de température, donc de pression, entre deux masses d'air voisines, ce qui caractérise deux types de Vent (cf [Meteo Contact]) :
- Le Vent vertical est le Vent perpendiculaire à la surface de la Terre, provoqué principalement par une différence de température entre une masse d'air et un objet situé dessous (océan ou sol),
- Le Vent horizontal est le Vent parallèle à la surface de la Terre, provoqué principalement par une différence de pression entre deux masses d'air voisines.
Ce sont donc des déformations thermiques qui contribuent principalement à la formation des Vents verticaux (cf [Meteo Contact]) et des déformations dynamiques pour les Vents horizontaux (cf [BISSEK, p.113]).
A l'échelle planétaire, les Vents verticaux sont de faible intensité (de l'ordre de 1 à 10 cm/s) alors que les Vents horizontaux sont de l'ordre de 1 à 10 m/s. C'est pourquoi l'étude du mouvement des masses d'air dissocie les deux vecteurs Vitesse.

2.2. Formation des vents

Image Meteorologie : Centres d action Image Meteorologie : Isobares et direction du vent Image Meteorologie : Regle de Buys-Ballot Image Meteorologie : deviation du vent en altitude par rapport au vent au sol

Image Meteorologie : Ouragan du 15 octobre 1987 en France a 18h UTC Image Meteorologie : Ouragan du 16 octobre 1987 en France a 00h UTC

Centres d'action


Les Centres d'action commandent la circulation des Vents et le mouvement des Perturbations atmosphériques au-dessus des étendues qu'ils surplombent et avoisinent. Ils sont directement liés aux mouvements verticaux des vents planétaires à basse altitude (cellules de Hadley, Ferrel et polaire). D'une manière générale, les Centres d'action maritimes sont permanents, les continentaux sont semi-permanents. En fonction des saisons, ils peuvent gonfler ou se résorber, voire disparaître.
Un Centre d'action est un Anticyclone ou une Dépression agissant sur une grande étendue, dont l'origine peut être thermique (voir Figures 1 et 2 ci-dessus) ou dynamique, et dont la durée de vie est variable (cf [Wikipedia, Anticyclone][Wikipedia, Dépression]).
Les lignes reliant les points d'égale pression entre les Centres d'action s'appellent les Isobares. Ils sont l'équivalent des courbes de niveau topologique (courbe d'altitude) dans les cartes géographiques. Par endroits, les Isobares se referment sur eux-mêmes et délimitent ainsi les Centres d'action (voir Figure 3 ci-dessus).

Centres d'action en France métropolitaine


En France métropolitaine, les principaux Centres d'action sont les suivants (cf [MARTIN]) :
- Au sud-ouest, l'Anticyclone des Açores apporte de l'air tropical humide et tiède.
- Au nord-ouest, la Dépression d'Islande apporte de l'air polaire humide et froid.
- A l'est, l'Anticyclone russo-sibérien apporte de l'air polaire sec et froid.
- Au sud, l'Anticyclone saharien apporte de l'air tropical chaud, sec ou humide.
Des Reliefs importants (Vosges, Massif central, Pyrénées, Jura, Alpes) séparent alors les zones d'influence de ces Centres d'action en quatre climats types :
- Au nord de la Loire : climat océanique à l'ouest, continental à l'est ;
- Au sud de la Loire : climat océanique à l'ouest, montagnard et méditerranéen au sud-est.
Des sous-climats montagnards et une foule de microclimats locaux résultent de ces climats types.
Ainsi, en France métropolitaine, le temps est particulièrement instable, régi soit par des conditions anticycloniques calmes et sèches qui provoquent souvent des vagues de froid ou de sécheresse, soit par des successions de Perturbations Frontales venteuses et pluvieuses qui évoluent souvent en Tempêtes, voire parfois en Ouragans.

Déplacement des centres d'action


Les Centres d'action ne sont pas statiques. Ils peuvent se déplacer (par exemple, circulation d'ouest en est de l'Atlantique vers l'Europe) et se déformer (une Dépression "se creuse" ou "se comble", un Anticyclone "gonfle" ou "s'affaisse"). Leur durée de vie est limitée : quelques jours pour une Dépression, deux ou trois semaines pour un Anticyclone (cf [www.meteo-pro.fr, Comment]).
Les Figures 6 et 7 ci-dessus montrent en exemple le déplacement et la déformation d'une Dépression lors de "l'Ouragan" du 15 au 16 octobre 1987 qui a touché le quart nord-ouest de la France métropolitaine (cf [Meteo France, Tempêtes]) :
    - Le 15 octobre à 18h UTC (voir Figure 6), la première Dépression à 970 hPa touche Ouessant avec seulement quelques rafales de vent.
    - Le 16 octobre à 00h UTC (voir Figure 7), la seconde Dépression frôle Ouessant avec une pression de 955 hPa et une pic de Vent à 216 km/h en Pointe du Raz. Elle traverse ensuite l'Angleterre durant la nuit, poursuit sa trajectoire vers le nord dans la journée du 16 octobre tout en se comblant progressivement.

Mécanisme de formation du vent vertical


Le Vent vertical a pour origine un Centre d'action, Anticyclone ou Dépression (cf [Wikipedia, Anticyclone][Wikipedia, Dépression]).
Les Anticyclones sont principalement caractérisés par un lent mouvement vertical descendant de l'air qui augmente sa pression sur le sol, et les Dépressions par un mouvement vertical ascendant de l'air qui diminue sa pression en altitude.

Mécanisme de formation du vent horizontal


En théorie, si la Terre était immobile dans l'espace, le Vent en altitude ne subirait que deux forces principales (pesanteur et forces dues au gradient de pression) et se déplacerait de manière rectiligne depuis un centre de haute pression (Anticyclone) vers un centre de basse pression (Dépression) en soufflant perpendiculairement aux Isobares, comme l'eau dévale la pente d'une colline. Mais en réalité, le mouvement du Vent horizontal par rapport à la surface de le Terre est perturbé par cinq facteurs (cf [DE PARCEVAUX][SciencePost][Gouvernement du Canada]) :

    1. La rotation terrestre qui crée deux forces d'inertie virtuelles. La première est la force d'entraînement (ou force centrifuge globale) qui est englobée dans la force de gravité. La seconde est la force de Coriolis qui modifie le Vent en Direction et fait souffler le Vent parallèlement aux Isobares (vent géostrophique). Dans l'hémisphère nord, la force de Coriolis est dirigée vers la droite, le Vent laissant les basses pressions à sa gauche (règle de Buys-Ballot) de sorte qu'il tourne autour d'un Anticyclone dans le sens horaire et autour d'une Dépression dans le sens anti-horaire (voir Figure 3 ci-dessus). Dans l'hémisphère sud, c'est le contraire. A l'Equateur, la force d'inertie de Coriolis est quasi-nulle et d'autres facteurs interviennent pour déterminer la Direction du vent (voir Equation du vent géostrophique).

    2. La courbure des Isobares qui crée une force centrifuge locale, laquelle n'est à considérer que pour des Vents à grande Vitesse suivant des Isobares fortement courbés (par exemple autour de Dépressions très intenses) ou pour des Vents en zone équatoriale pour laquelle la force d'inertie de Coriolis est quasi-nulle (voir Equation du vent géostrophique).

    3. L'action des Reliefs importants (montagnes, vallées, etc.) qui contrarient ou au contraire canalisent le Vent.

    4. L'action des faibles Reliefs (mers, plaines, plateaux, etc.) qui crée une force de friction à grande échelle au niveau du sol et dans la Couche limite atmosphérique. Cette force modifie le Vent en Direction et en Vitesse (voir Prise en compte de la friction). Au-dessus de la Couche limite atmosphérique, les vents sont approximativement Géostrophiques.

    5. Le contraste thermique entre deux Reliefs voisins qui produit un Vent local par convection verticale ou horizontale.

Vent en altitude et vent au sol


En Direction, le Vent au sol est dévié par rapport aux Isobares d'un certain angle en rentrant dans la Dépression et aussi en sortant de l'Anticyclone (voir Figure 3 ci-dessus). Pour un Vent au sol sans Reliefs importants, cet angle est d'environ 30° sur terre et 15° sur mer (cf [IRM][CIRAS]). Dans l'hémisphère nord, la déviation se fait sur la gauche (voir Figure 5 ci-dessus). Dans l'hémisphère sud, c'est le contraire.
En Vitesse, le Vent au sol est diminué par rapport au Vent en altitude, et parfois fort différent.

Règle ou loi de Buys-Ballot


La règle ou loi de Buys-Ballot est la suivante. Dans l'hémisphère nord, quand on se place face au Vent, la Dépression est toujours à droite (voir Figure 4 ci-dessus). Dans l'hémisphère sud, c'est le contraire.
Avant l'arrivée de la radio, cette règle était le seul moyen, avec l'observation des Nuages, de prévoir le temps en mer. Les navigateurs évitaient ainsi les Tempêtes et utilisaient au mieux les Vents.

2.3. Classification des vents

Image Meteorologie : vents planetaires de haute altitude Image Meteorologie : vents planetaires de basse altitude     Image Meteorologie : vents cycloniques


On distingue quatre grandes familles de Vents (cf [Météo 45][UAMOB][Gouvernement du Canada]) :

Les vents planétaires à haute altitude (voir Figure 1 ci-dessus)


Ils sont situés à plus de 3000 m d'altitude (correspondant à 700 hPa) et vont jusqu'à la tropopause. On distingue :
- Les courants orientaux : situés à 5000 m d'altitude, ils se déplacent d'est en ouest, dans la zone intertropicale.
- Les courants occidentaux : situés à 5000 m d'altitude, ils se déplacent d'ouest en est, au nord du Tropique du Cancer et au sud du Tropique du Capricorne, y compris dans les zones polaires.
- Les courants-jets (jet stream en anglais) : provenant des courants occidentaux, ce sont des mouvements d'air très rapides pouvant atteindre 100 m/s. Situés entre 6000 et 12000 m d'altitude, ils ont une trajectoire sinusoïdale entre les zones de Dépression et celles d'Anticyclone de même Latitude. Existent le subtropical (entre les 25e et 30e Parallèle) et le polaire (entre les 45e et 60e Parallèle). Ils peuvent changer de Direction en cours d'année et sont souvent responsables d'effets climatiques exceptionnels comme les vagues de froid et les canicules.

Les vents planétaires à basse altitude (voir Figure 2 ci-dessus)


Ils sont situés à moins de 2000 m d'altitude et sont fortement influencés par la rotation terrestre (force de Coriolis). On distingue :
- Les alizés (ou Vents d'est tropicaux) : situés entre l'Equateur et le 30e Parallèle (cellule de Hadley), ce sont des Vents d'est constants (20 km/h) qui se déplacent des zones subtropicales vers l'Equateur. Ils soufflent du nord-est dans l'hémisphère nord et du sud-est au sud de l'Equateur.
- Les Vents d'ouest tempérés : situés entre le 30e et le 60e Parallèle (cellule de Ferrel), leur mouvement est opposé à celui des alizés.
- Les Vents d'est polaires : situés entre le 60e Parallèle et le Pôle (cellule polaire), leur mouvement est dans la même Direction que celle des alizés et donc à l'opposé des Vents d'ouest.

Les perturbations cycloniques (voir Figure 3 ci-dessus)


Elles résultent de la rencontre de grands fronts chauds et froids à basse altitude. On distingue :
- Les moussons : Vents saisonniers des régions tropicales (océan indien et Asie du Sud), apportant de fortes Précipitations. Ils soufflent de la mer vers les côtes en été, et le contraire en hiver.
- Les cyclones : larges zones de Nuages Orageux en rotation accompagnées de Vents forts, qui se forment dans les océans. On distingue deux types de cyclone :
    Cyclone tropical : situé entre les Tropiques. Appelé "Ouragan" dans l'Atlantique Nord et le Pacifique nord-est, "Typhon" en Asie de l'est et "Cyclone" dans les autres bassins océaniques.
    Cyclone extratropical (ou cyclone des latitudes moyennes) : situé entre la ligne des Tropiques et le Cercle polaire.

Image Meteorologie : vents locaux en France Image Meteorologie : vent - tramontane et mistral     Image Meteorologie : vent d'autan blanc Image Meteorologie : vent d'autan noir


Image Meteorologie : vent - bise Image Meteorologie : vent - sirocco Image Meteorologie : vent - suroit et noroit

Les vents régionaux et locaux (voir Figure 1 ci-dessus)


Ils couvrent des distances de moins de 500 km et sont dépendants du Relief comme suit :
- soit contrariés (*) ou au contraire canalisés (**) par les Reliefs importants (montagnes, vallées, etc.) ;
- soit seulement modifiés (***) par la friction sur les faibles Reliefs (mers, plaines, plateaux, etc.) ;
- soit produits localement par contraste thermique (****) entre deux Reliefs voisins.
En France métropolitaine, on distingue les différents Vents principaux suivants (cf [Meteo France, Les vents régionaux]) :

(*) Le foehn : Vent sec et chaud dû à l'affaissement de l'air après le passage d'un Relief montagneux (Alpes et Pyrénées).

(**) La tramontane (ou cers dans le Lauragais) (voir Figure 2 ci-dessus) : Vent sec et froid de beau temps venant du nord-ouest et traversant les Pyrénées. Il indique la présence d'un Anticyclone centré sur l'Espagne et d'une Dépression centrée sur le Golfe de Gênes. Les masses d'air soufflent après le passage d'un front froid pluvieux qui atteint la Méditerranée après avoir parcouru du nord-ouest au sud-est l'ensemble de la France. Le Vent se renforce par effet venturi en passant dans le couloir entre les monts du sud du Massif Central et les contreforts des Pyrénées.

(**) Le mistral blanc (voir Figure 2 ci-dessus) : Vent sec et froid de beau temps venant du nord dans la vallée du Rhône, du nord-ouest dans la région marseillaise et de l'ouest sur la Corse. Il a la même cause météorologique que celle de la tramontane et diffère seulement du couloir montagneux utilisé : la vallée du Rhône. Existe également le mistral noir, Vent humide et froid de mauvais temps, qui se produit occasionnellement lorsque l'Anticyclone se prolonge en une dorsale qui transmet par le nord-ouest un flux d'air maritime, nettement plus humide que les flux habituels.

(**) L'autan (voir Figures 3 et 4 ci-dessus) : Vent venant du sud-est et traversant le Midi toulousain. On distingue deux types de Vents (cf [JAMME]). L'autan blanc est un Vent sec de beau temps, frais en hiver et doux en été, qui peut souffler pendant une semaine (voir Figure 3 ci-dessus). Il indique la présence d'un Anticyclone centré sur le Danemark. Les masses d'air viennent du continent et suivent le couloir du Lauragais. L'autan noir est un Vent humide et chaud de mauvais temps, qui souffle sur une à deux journées (voir Figure 4 ci-dessus). Il indique la présence d'une Dépression centrée sur l'Espagne. Les masses d'air le plus à l'est survolent la Méditerranée et se gorgent d'eau avant d'entrer dans le couloir du Lauragais.

(***) La bise blanche (voir Figure 5 ci-dessus) : Vent sec et froid de beau temps venant du nord et du nord-est, et traversant la Lorraine et la Savoie. Il indique la présence d'un Anticyclone centré sur le nord de l'Europe (Iles britanniques ou péninsule scandinave) associé parfois à une Dépression centrée sur le golfe de Gênes. Les masses d'air soufflent généralement après le passage d'un front froid pluvieux qui marque la fin d'une Perturbation. Existe également la bise noire, Vent humide et froid de mauvais temps, qui se produit occasionnellement lorsque l'influence dépressionnaire est prédominante.

(***) Le sirocco (voir Figure 6 ci-dessus) : Vent venant du sud et du sud-est, et traversant la Corse (Vent sec et chaud) et la côte méditerranéenne (Vent humide et frais). Il indique la présence d'une Dépression centrée sur l'Espagne. Les masses d'air provenant de l'Anticyclone du Sahara traversent le nord de l'Afrique, contournent la Dépression par l'est et franchissent parfois la côte méditerranéenne pendant quelques heures sous forme d'un front chaud séparé (cf [PEDELABORDE]). Le sable transporté par le Vent augmente alors les risques de Brouillard et de Pluie, les particules de sable agissant comme des noyaux de condensation.

(***) Le suroît et le noroît (voir Figure 7 ci-dessus) : Vents venant de l'ouest et traversant la Normandie, la Bretagne et la côte atlantique. Les masses d'air soufflent entre la Dépression d'Islande et l'Anticyclone des Açores. Lors du passage de la Dépression dans son déplacement d'ouest en est, le Vent souffle du sud-ouest (suroît, humide et chaud, flèche orange sur la Figure) à l'avant du front chaud, d'ouest (flèche rouge) entre le front chaud et le front froid puis du nord-ouest (noroît, sec et froid, flèche bleue) à l'arrière du front froid.

(****) La brise : Vent léger local dû à un contraste thermique entre deux Reliefs voisins (brise de terre/mer, brise de pente montante/descendante, brise de vallée amont/aval). La Direction du Vent s'inverse entre le jour et la nuit.

2.4. Evolution des vents

Image Meteorologie : evolution du vent au passage d'une perturbation


Dans les deux hémisphères, aux latitudes moyennes où soufflent des Vents Dominants d'ouest (par exemple de l'Atlantique vers l'Europe), la Figure ci-dessus donne alors l'évolution du Vent en altitude au passage de la Perturbation atmosphérique (Dépression).
Est indiquée également l'évolution de la pression et de la température.
En synthèse, on peut retenir que, dans ces conditions (cf [KOHLER][FONS]) :

Concernant le Vent en altitude :
- Le temps va s'aggraver lorsque le Vent "descend", c'est-à-dire quand il tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, en passant par exemple du nord au sud par l'ouest.
- Dans la tête de la Perturbation, le Vent souffle du sud. En France métropolitaine, sur terre et sans Reliefs importants, cela correspond à un Vent au sol qui souffle du sud-est.
- Dans le corps, le Vent se renforce progressivement et s'oriente au sud-ouest (vent de suroît). Dans le secteur d'air chaud, il souffle en général de l'ouest.
- Dans la traîne, au passage du Front froid, le Vent vire brusquement au nord-ouest (vent de noroît) et se renforce. En fin de traîne, il souffle en général de l'ouest.

Concernant la pression, elle baisse progressivement puis reste stable dans le secteur d'air chaud. Au passage du Front froid, la pression remonte rapidement puis se stabilise en fin de traîne.

Concernant la température, elle monte progressivement puis reste stable dans le secteur d'air chaud. Au passage du Front froid, la température baisse brutalement avant de se stabiliser à la température de la masse d'air froid.

2.5. Prévision du temps par les vents

Image Meteorologie : masses d'air touchant la France


Les Vents en altitude correspondant aux masses d'air qui traversent la France métropolitaine sont les suivants (voir Figure ci-dessus) :
- Vent du nord (air maritime arctique) : Vent froid. Porteur d'Orage et de Pluie. Rare en été.
- Vent d'est et de nord-est (air continental polaire et arctique) : Vent froid en hiver et doux en été. Porteur de beau temps.
- Vent du sud et de sud-est (air continental tropical) : Vent chaud. Porteur d'Orage et de Pluie. Rare en hiver.
- Vent du sud-ouest (air maritime tropical) : Vent doux. Porteur de Pluie en hiver et de beau temps en été.
- Vent d'ouest et de nord-ouest (air maritime polaire) : Vent frais. Porteur de Pluie et de Bruine.

Direction du vent en altitude :
Pour déterminer la Direction du Vent en altitude, une méthode simple consiste à observer dans le ciel les Nuages les plus hauts en estimant leur direction (d'où ils viennent), par exemple avec une boussole en visant le Nuage par rapport à un point fixe tel un mât de drapeau ou une étoile.
Une autre méthode, utilisable dans le cas de faibles Reliefs, consiste à déterminer la Direction du vent au sol (voir ci-après) puis d'appliquer une correction : en France métropolitaine, sur terre, le Vent en altitude est décalé de 30° sur la droite par rapport au Vent au sol (voir Vent en altitude et vent au sol). Ainsi, un Vent au sol venant du sud-est (135°) correspond à un Vent en altitude venant presque du sud (165°).

Direction du vent au sol :
Pour déterminer la Direction du Vent au sol, existent deux méthodes simples et utilisables partout (cf [KOHLER][CIRAS]) :
- lever un doigt mouillé au-dessus de la tête et sentir le côté froid (dû à l'évaporation) ;
- pivoter lentement sur soi-même dans un endroit bien dégagé et sentir la Direction du vent sur le visage (dont la peau est sensible).

En synthèse, on peut retenir que, en France métropolitaine :

Les Vents de mauvais temps sont (voir Classification) :
- soit des Vents occasionnels et généralement de Direction constante par rapport au Relief (principalement le mistral noir, l'autan noir, la bise noire et le sirroco).
- soit des Vents Dominants venant de l'ouest (le suroît et le noroît) et dont la Direction évolue en fonction du déplacement de la Dépression (voir Evolution des vents).

Pour visualiser la Direction d'où souffle le Vent en altitude, lorsqu'on est sur terre et sans Reliefs importants, il faut pivoter SUR SA DROITE de 30° par rapport au Vent au sol arrivant en plein visage.

Pour une prévision rapide et simplifiée, il suffit alors de retenir que, d'une façon générale (cf [KOHLER]) :
- Le beau temps a pour origine une masse d'air continental, qu'elle soit polaire ou tropicale. Cela correspond à des Vents en altitude de secteur nord-est à sud.
- Le mauvais temps a pour origine une masse d'air maritime, qu'elle soit polaire ou tropicale. Cela correspond à des Vents en altitude de secteur sud-ouest à nord.
- Une masse d'air maritime tropical (secteur sud-ouest) peut cependant donner du beau temps, mais seulement en été.

3. Lire une carte météo ( Paragraphe Précédent / Suivant )

Image Meteorologie : vent d'ouest en France Image Meteorologie : hampe et barbules Image Meteorologie : Fronts froid et chaud Image Meteorologie : col talweg marais et dorsale barometriques


Pour bien lire une carte météo, il faut repérer dans l'ordre les éléments suivants (cf [KOHLER][IRM]) :

3.1. La date et l'heure


Une carte météo décrit une situation météorologique à un instant précis.
La date et l'heure UTC sont toujours indiquées, généralement dans un coin de la carte.
L'heure UTC (Universal Time Coordinated) est l'heure de référence internationale. Elle correspond aussi à l'heure GMT (Greenwich Mean Time) et à l'heure Z (Zulu) parfois indiquées sur certaines cartes météo.
En France métropolitaine, pour connaître l'heure locale à partir de l'heure UTC, il faut donc rajouter une heure en hiver (heure CET : Central European Time) et deux heures en été (heure CEST : Central European Summer Time).

3.2. Les isobares


Sauf indication contraire (cas des cartes d'altitude), les Isobares sont indiqués sur des cartes normalisées au niveau de la mer, dites "cartes de surface" (voir Figure 1 ci-dessus).
Ils sont espacés par convention de 5 en 5 hPa (anciennement mbar) sur les cartes françaises et de 4 en 4 hPa sur les cartes anglaises.
L'Isobare de 1015 hPa correspondant à la pression atmosphérique standard apparaît généralement selon une ligne plus épaisse que les autres (voir Figure 1 ci-dessus).

3.3. Les centres d'action


Les centres d'action font partie des éléments les plus importants d'une carte météo car leur positionnement conditionne le temps qu'il fait.
L'Anticyclone a pour abréviation A ((Anticyclone) ou H (Haute pression) en français, H en anglais (High) et H en allemand (Hoch).
La Dépression a pour abréviation D (Dépression) ou B (Basse pression) en français, L en anglais (Low) et T en allemand (Tief).
Sur les cartes en couleur, l'Anticyclone apparaît généralement en couleur bleue et la Dépression en couleur rouge.
Par exemple, en Europe occidentale, la Dépression est généralement centré sur l'Islande et l'Anticyclone sur les Açores. Le Vent souffle ainsi en laissant la Dépression sur la gauche et prend la Direction de l'ouest (voir Figure 1 ci-dessus). Ce Vent est le flux Dominant d'ouest qui affecte la plupart du temps la France métropolitaine, à l'exception du pourtour méditerranéen.

3.4. La direction du vent


Le Vent indiqué sur une carte météo de surface est le Vent au sol (vent synoptique).
La Direction du vent est représentée par une hampe de Vent (sauf pour un Vent calme de moins de 1 noeud, représenté par un cercle), dont la tête pointe dans la Direction d'où vient le Vent et dont l'autre extrémité touche le cercle de la station météo (voir Figure 2 ci-dessus). Cette Direction se mesure en degrés (de 1° à 360°) comptés dans le sens horaire et a pour référence :
- le nord géographique dans les messages météo,
- le nord magnétique dans les messages transmis par un organisme de circulation aérienne (tours de contrôle).
Mais la Direction du vent peut aussi se déduire des Isobares en tenant compte du sens de rotation des Vents autour des Centres d'action (voir Mécanisme de formation du vent horizontal) et de la déviation du Vent au sol (voir Vent en altitude et vent au sol).

3.5. La force du vent


Le Vent indiqué sur une carte météo de surface est le Vent au sol (vent synoptique).
La Force du vent est représentée par une ou plusieurs barbules de Vent (fanions et/ou traits) posées sur la hampe et dirigées vers les basses pressions de la hampe : hampe seule (Vent de moins de 3 noeuds), fanion (50 noeuds), trait (10 noeuds), demi-trait (5 noeuds). Voir Figure 2 ci-dessus.
Mais la Force du vent peut aussi se déduire du resserrement des Isobares. Moins de 100 km entre deux lignes Isobares est l'indice d'une forte Tempête.

3.6. Les fronts


Les Fronts indiqués sur une carte météo de surface sont les lignes d'intersection des surfaces Frontales avec le sol.
Le Front est froid si la masse d'air froid passe sous la masse d'air chaud en la repoussant. Le Front froid se situe à l'arrière de la Dépression et se symbolise généralement par une ligne bleue avec des triangles latéraux qui pointent dans la direction de déplacement du Front (voir Figure 3 ci-dessus).
Le Front est chaud si la masse d'air chaud passe au-dessus de la masse d'air froid en la repoussant. Le Front chaud se situe à l'avant de la Dépression et se symbolise généralement par une ligne rouge avec des demi-cercles latéraux qui pointent dans la direction de déplacement du Front (voir Figure 3 ci-dessus).
Le Front est dit "occlus" lorsque le Front froid rattrape le Front chaud et rejette en altitude l'air chaud coincé entre les deux Fronts.

3.7. Dorsales, thalweg, cols et marais barométriques


L'identification des dorsales, thalweg, cols et marais barométriques sur une carte de surface avec Isobares permet une analyse plus complète d'une situation météorologique sur une grande échelle (voir Figure 4 ci-dessus).
- Dorsale (ou crête barométrique) : excroissance d'un Anticyclone. Zone de beau temps. Derrière une Dorsale arrive souvent une Perturbation (Front chaud).
- Thalweg (ou talweg ou creux barométrique ou vallée) : excroissance d'une Dépression. Zone de mauvais temps. Dans l'axe d'un thalweg se trouve souvent un Front froid (voir Figure 4 ci-dessus), avec brusque rotation du Vent au passage du thalweg (voir Figure 3 ci-dessus).
- Col barométrique (ou selle de cheval) : région située entre deux Anticyclones et deux Dépressions disposés en croix, et généralement située entre deux Dorsales ou deux Thalweg se faisant face. Zone de forte humidité due au manque de ventilation. Propice aux Brouillards en hiver et aux Orages en été.
- Marais barométrique (ou plaine ou plateau) : région étendue à très faible variation de pression (Isobares fortement espacés). Zone de mauvais temps stagnant, avec Vents de Relief (régime de brise). Propice à la formation de Cumulonimbus avec Brouillards et Orages. Le "pot au noir" est un exemple de marais barométrique des zones équatoriales, oû la navigation est rendue difficile par la Pluie, les Orages et la faible visibilité.

4. Les dictons ( Paragraphe Précédent / Suivant )


Les Nuages, et le temps en général, font l'objet de nombreux dictons.
Sont listés ci-dessous les principaux dictons ayant une explication scientifique connue (cf [KOHLER]). Le symbole "???" indique que l'explication existe mais n'a pas été retrouvée par l'Auteur.

4.2. Dictons du mauvais temps


Ciel et vent :
- Arc-en-ciel du matin, pluie sans fin,
- Arc-en-ciel du matin, abreuve le moulin,
- Arc-en-ciel du matin, du laboureur finit la journée : un arc-en-ciel vu le matin signifie que le rideau de Pluie se trouve à l'ouest, par où arrivent les Perturbations. La fin de journée, et peut-être les suivantes, est donc placée sous le signe de la Pluie.
- Brouillard à la nouvelle Lune, signe de pluie pour le déclin de la Lune : ???
- Rosée du soir, il va pleuvoir : l'air saturé d'humidité, avec une température qui va continuer à baisser, indique une Bruine à venir.
- Herbe sans rosée, signe de pluie : un matin sans rosée peut résulter d'une nuit chaude chargée de vapeur d'eau, signe d'une Perturbation à venir (Orage ou Pluie) dans la journée.
- Le vent la nuit, la pluie avant midi : habituellement, le vent tombe à la tombée de la nuit car les différences de température entre masses d'air proches tendent à s'estomper et, du même coup, l'appel d'air qu'elles créent. Dans la négative, une Perturbation pluvieuse approche donc.
- Vent au visage rend marin sage : sur un voilier, un vent de face ou de côté est idéal pour le marin.

Soleil et Lune :
- Si plus qu'à l'ordinaire les étoiles grossissent, c'est de l'eau que bientôt les nuages vous pissent : le soir, une auréole autour des étoiles, paraissant grossir les plus brillantes, est provoquée par une fine couche nuageuse transparente, signe d'une Perturbation prochaine.
- Lune cerclée, pluie assurée,
- Lune aux cercles pâlots, fait sortir les escargots,
- Cercle à la Lune, matelot dans la hune,
- Cercle à la Lune vers le soir, vent et pluie à minuit : les cercles (halos) entourant la Lune sont dus à la réfraction de la lumière par des cristaux de glace de nuages très fins. Ces nuages élevés (Cirrus) annoncent une Perturbation.
- Ne crois pas de l'hiver avoir atteint la fin, que la Lune d'avril n'ait atteint son plein : allusion à la Lune rousse, pendant laquelle les nuits claires entraînent une perte de chaleur par rayonnement, rendant une gelée possible.
- Lune à cache-cache derrière les nuages, c'est de la pluie ou des orages,
- Lune barbouillée appelle vent et giboulée : les nuages élevés masquant la Lune annoncent une Perturbation.

Nuages :
- Si, par ciel très noir, il ne pleut pas le soir, soyez certain que c'est pour le lendemain : des nuages noirs annoncent Pluie ou Tempête.
- Rouge le matin, trempe le voisin,
- Rouge le matin, pluie en chemin,
- Rouge le matin, chagrin : lorsque le temps est nuageux et que le Soleil est bas sur l'horizon (donc le matin ou le soir), la lumière émise est rougeoyante car les rayons du Soleil sont fortement diffractés à travers les nuages. Un ciel rouge le matin à l'est indique du mauvais temps, les Perturbations se déplaçant généralement de l'ouest vers l'est.
- Ciel pommelé, vent va souffler,
- Ciel moutonné, beau temps pressé,
- Ciel pommelé et femme fardée sont de courte durée,
- Nuages pommelés et femme fardée ne sont pas de longue durée : le ciel pommelé correspond à des nuages de type Cirrocumulus qui précèdent les nuages bas annonciateurs d'une Perturbation.
- Nuages en griffe, pluie prochaine : le ciel en griffe correspond à des nuages de type Cirrus uncinus, signe de Pluie si le nuage grossit.
- Brebis, qui paissent aux cieux, font temps venteux et pluvieux,
- Ciel vêtu de laine, eau peu lointaine : le ciel avec petits moutons correspond à des nuages de type floccus, signe de Pluie.
- Des nuages obscurs, jaunes ou verts, annoncent grêle avec éclairs : ce ciel peut correspondre à des nuages de type Cumulonimbus, signe de grêle et d'Orage.
- Des nuages jaunes ou violets, du vent à tout emporter : ce ciel peut correspondre à des nuages de type Cumulonimbus, signe de rafale violente.
- Si passent nuages bas et unis, la pluie n'attendra pas minuit : ce ciel peut correspondre à des nuages de type Cumulus congestus, signe de Pluie.

Animaux et humains :
- Si l'hirondelle vole bas, viendra la pluie à grand fracas,
- Hirondelle volant bas, bientôt il pleuvra : quand la pression atmosphérique est basse, signe de mauvais temps, les moucherons volent bas car leurs ailes sont alourdies par l'air humide. Les hirondelles, pour s'en nourrir, volent bas elles aussi.
- Oiseaux de mer se réfugiant dans les terres, tempête à venir d'une forte manière : lorsque la pression de l'air baisse en raison d'une Tempête imminente, les oiseaux de mer reviennent rapidement sur la côte pour se protéger.
- Escargot aventureux, le temps sera pluvieux : les escargots adorent l'humidité. Ils sortent leurs antennes à l'approche des nuages.
- Araignée tissant, mauvais temps : l'araignée renforce sa toile lorsque le vent se fait sentir.
- Araignée du matin, chagrin. Araignée du midi, souci. Araignée du soir, espoir : un matin sans rosée permet à l'araignée de tisser sa toile sans gêne mais indique aussi une Pluie prochaine. Dans ce cas, elle doit se dépêcher de tisser sa toile avant midi (au lieu du soir quand tout est calme).
- Si le coq chante le soir, c'est signe qu'il va pleuvoir. S'il chante à midi, signe d'un temps de paradis : ???
- Si les poules restent sous la pluie, celle-ci n'est pas de sitôt finie : ???
- Si les poules se roulent dans la poussière, l'ondée est proche, estivale ou printanière : ???
- Vieilles douleurs, pluie de malheur : une forte augmentation de l'humidité de l'air annonce l'arrivée de la Pluie. Cette augmentation, de même qu'elle fait gonfler le bois (tiroirs qui se bloquent, portes qui frottent), agirait sur nos articulations en provoquant des douleurs articulaires plus prononcées. A noter : à ce jour, il n'y a pas de preuves scientifiques de bonne qualité qui permettent de valider ou d'invalider le fait que l'humidité augmente les douleurs rhumatismales (cf [MANSON]).

4.2. Dictons du beau temps


Ciel et vent :
- Arc-en-ciel du soir met la pluie en retard,
- Arc-en-ciel du soir fait beau temps prévoir : un arc-en-ciel vu le soir signifie que le rideau de Pluie se trouve à l'est, par où arrivent rarement les Perturbations. Il s'agit donc de la fin d'une Perturbation.
- Pluie du matin n'arrête pas le pèlerin,
- Pluie du matin passe son chemin : l'augmentation de température avec la montée du Soleil dans le ciel permet de maintenir les nuages sans provoquer de Pluie.
- Rosée du matin, tout va bien : l'augmentation de température avec la montée du Soleil dans le ciel permet d'absorber le trop-plein d'humidité sous forme de petits Cumulus, signe de beau-temps à venir.
- Brume basse, beau temps amasse,
- Brouillard d'automne, beau temps vous donne,
- Brouillard dans la vallée, pêcheur, fais ta tournée,
- Brouillard dans la vallée, bonhomme, va à ta journée. Brouillard sur le mont, bonhomme, reste à la maison : un Brouillard de vallée (Stratus) est signe de beau temps alors qu'un Brouillard de montagne (Stratus) dénote un air humide et donc du mauvais temps.
- Si le vent saute du sud au nord, plie ta voile et dors : la Perturbation venant du sud s'éloigne.

Soleil et Lune :
- Si le Soleil se fait beau lit le soir, le lendemain beau temps se fait voir : le soir, après un temps pluvieux, des éclaircies indiquent la fin de la Perturbation.
- Si le Soleil plonge dans l'eau à son lever, le soir n'en sera que plus beau : ???
- Lune brillante et blanche, pour plusieurs jours le beau temps,
- Si la Lune brille en clarté, le temps sec est apprêté : une Lune bien visible, avec des bords très nets se découpant dans le ciel, traduit une grande transparence de l'air, donc l'assurance d'un temps sec et d'un beau temps.

Nuages :
- Midi ciel vilain, minuit ciel serein : ???
- Rouge du soir, bon espoir : lorsque le temps est nuageux et que le Soleil est bas sur l'horizon (donc le matin ou le soir), la lumière émise est rougeoyante car les rayons du Soleil sont fortement diffractés à travers les nuages. Un ciel rouge le soir à l'ouest indique du bon temps, les Perturbations se déplaçant généralement de l'ouest vers l'est.
- Rouge vêpre et blanc matin sont la joie et le souhait du pélerin : ???
- Beau temps en vue s'il y a dans le ciel assez de bleu pour tailler une culotte de gendarme : un fond de nuages pluvieux (Nimbostratus) avec déchirures laissant apparaître quelques coins de ciel bleu indique la fin de la Perturbation, signe d'un temps sec et ensoleillé à venir.

Animaux et humains :
- Coccinelle vole haut, il fera beau,
- Hirondelle volant haut, le temps reste au beau : quand la pression atmosphérique est élevée, signe de beau temps, les moucherons volent plus haut afin de se déplacer plus facilement dans un air moins dense. Coccinelles et hirondelles, pour s'en nourrir, doivent voler plus haut elles aussi.
- Moucherons au coucher du Soleil, pour demain temps vermeil : ???
- Chauve-souris très tard le soir, pour plusieurs jours de beau temps l'espoir : ???

5. Annexe 1 : Lois de la physique en référentiel non galiléen ( Paragraphe Précédent / Suivant )

Image Meteorologie : Referentiels R et R' Image Meteorologie : Referentiels heliocentrique, geocentrique et terrestre


Lorsque le référentiel d'étude n'est pas galiléen, la relation fondamentale de la dynamique fait apparaître des termes spécifiques à ce problème sous forme de forces virtuelles dont notamment la force centrifuge et le force de Coriolis. Explication (cf [Physagreg]) :

Définition


On considère un référentiel fixe R (référentiel galiléen de centre O) et un référentiel R' mobile (référentiel non galiléen de centre O') animé d'un mouvement quelconque par rapport à R (voir Figure 1 ci-dessus).
Par exemple (voir Figure 2 ci-dessus), si R est le référentiel héliocentrique (de centre S et d'axes stellaires), Rg le référentiel géocentrique (de centre T et d'axes stellaires) et R' le référentiel terrestre (de centre T et d'axes attachés au globe terrestre), alors le mouvement de R' par rapport à R est une rotation de R' dans Rg, lui-même en translation circulaire dans R.
Le vecteur ΩR'/R représente la rotation de R' dans R.

Formule de Bour


La formule de Bour, valable pour tout R' en mouvement quelconque par rapport à R, permet de relier la variation dans le temps t de tout vecteur X dans R avec celle de ce même vecteur dans R' :
(R1)     (dX/dt)R = (dX/dt)R' + ΩR'/R x X
Le symbole "x" représentant le produit vectoriel.
Si OM est le vecteur position d'un point M quelconque dans R, alors on peut écrire :
(R2)     OM = OO' + O'M

Loi de composition des vitesses


Soient v et Γ les vecteurs vitesse et accélération du point M.
En dérivant dans R la relation (R2) par rapport au temps t, et en appliquant la formule de Bour (R1) au vecteur O'M, on obtient alors :
(R3)     va = vr + ve
avec :
    vitesse absolue (va) = (dOM/dt)R = vMR
    vitesse relative (vr) = (dO'M/dt)R' = vMR'
    vitesse d'entraînement (ve) = vO'R + ΩR'/R x O'M

Loi de composition des accélérations


En dérivant dans R la relation (R3) par rapport à t, et en appliquant la formule de Bour (R1) aux vecteurs vMR' et dO'M/dt, on obtient ensuite :
(R4)     Γa = Γr + Γe + Γc
avec :
    accélération absolue (Γa) = (dvMR/dt)R = ΓMR
    accélération relative (Γr) = (dvMR'/dt)R' = ΓMR'
    accélération d'entraînement (Γe) = ΓO'R + d(ΩR'/R)/dt x O'M + ΩR'/R x (ΩR'/R x O'M)
    accélération de Coriolis (Γc) = 2 ΩR'/R x vMR'

Cas d'un mouvement R'/R de translation


Dans ce cas, on a : ΩR'/R = 0, ce qui donne :
    ve = vO'R
    Γe = ΓO'R
    Γc = 0

Cas d'un mouvement R'/R de rotation uniforme autour d'un axe fixe


Dans ce cas, on a : O' = O et d(ΩR'/R)/dt = 0, ce qui donne :
    ve = ΩR'/R x O'M
    Γe = ΩR'/R x (ΩR'/R x O'M)
    Γc = 2 ΩR'/R x vMR'
Si H est le point projeté de M sur l'Axe de rotation, alors on peut aussi écrire :
(R5)     Γe = -(ΩR'/R)2 HM

Relation fondamentale de la dynamique en référentiel non galiléen


Dans le référentiel galiléen R, la relation fondamentale de la dynamique appliquée au point M de masse m s'écrit :
(R6)     Résultante des forces (ΣF) = m (ΓR)
Compte tenu de la relation (R4), cela peut s'écrire :
(R7)     ΣF - m Γe - m Γc = m ΓR'
Dans le référentiel non galiléen R', la relation fondamentale de la dynamique devient alors :
(R8)     ΣF + Fie + Fic = m ΓR'
avec :
    force d'inertie d'entraînement (Fie) = -m Γe
    force d'inertie de Coriolis (Fic) = -m Γc
Ces deux forces sont dites virtuelles ou apparentes, car causées par le caractère non galiléen du référentiel R'.
Dans le cas d'un mouvement R'/R de rotation uniforme autour d'un axe fixe, compte tenu de la relation (R5), la force d'inertie d'entraînement vaut : Fie = m (ΩR'/R)2 HM et s'appelle force centrifuge ressentie par M au cours de son mouvement de rotation.

6. Annexe 2 : Equation du vent géostrophique ( Paragraphe Précédent / Suivant )

Image Meteorologie : force de gravite Image Meteorologie : forces sur une particule d'air en vent geostrophique


Le vent géostrophique est une approximation commune en météorologie. C'est le Vent en altitude pour lequel la force d'inertie de Coriolis équilibrerait exactement les forces de pression.
Il permet également de calculer le Vent synoptique des cartes météo de surface, en prenant aussi en compte, dans la couche limite atmosphérique, l'effet de la friction sur les faibles Reliefs.

Notations relatives au globe terrestre


Le globe terrestre est assimilable à une ellipsoïde de révolution qui tourne sur elle-même. Les notations sont les suivantes (voir Figure 1 ci-dessus) :

    T est le Centre des masses de la Terre.
    Ω est le vecteur rotation, situé sur l'Axe de rotation de la Terre, orienté Sud-Nord et supposé constant en direction et en module (Ω = 7,3 10-5 rad/s).
    M est un point quelconque de l'atmosphère terrestre.
    (z) est l'axe vertical ascendant du point M (perpendiculaire à la surface de la Terre).
    (h) est le plan horizontal en M (parallèle à la surface de la Terre).
    g est l'accélération de la pesanteur au niveau de la mer (g = 9,81 m/s2 à Paris).
    Φ est la Latitude géographique (ou géodésique ou ellipsoïdale) du point M. Attention à ne pas confondre avec la Latitude géocentrique ou la Latitude astronomique.
    λ est la Longitude géographique du point M.
    z est l'Altitude (ou hauteur) du point M par rapport au niveau de la mer.
    H est le point projeté de M sur l'Axe de rotation de la Terre.
    a est le rayon équatorial (ou demi-grand axe de l'Ellipsoïde de référence) valant : a = 6 378,137 000 km (cf modèles WGS84 et GRS 80).
    b est le rayon polaire (ou demi-petit axe de l'Ellipsoïde de référence) valant : b = 6 356,752 314 245 km (cf modèle WGS84).
    f = (a - b)/a est l'aplatissement géométrique valant : f = 1/298,257 223 563 (cf modèle WGS84).
    e = (a2 - b2)1/2/a est la première excentricité valant : e = 0,081 819 190 842 (cf modèle WGS84).
    ρ = a (1 - e2) / w3 est le rayon de courbure local dans le Plan méridien en un point de Latitude Φ (cf [IGN][BOSSER]).
    N = a / w est le rayon de courbure local dans le plan du Parallèle en un point de Latitude Φ (cf [IGN][BOSSER]).
       avec : w = (1 - e2 sin2(Φ))1/2 (cf [IGN][BOSSER]).
    R = (ρ N)1/2 = a (1 - e2)1/2 / w2 = b/w2 est le rayon de la sphère qui se rapproche au mieux de l'Ellipsoïde de référence en un point de Latitude Φ (cf [IGN][BOSSER]).
    Rmoyen = (2 a + b)/3 = 6371 km est le rayon moyen de la sphère qui se rapproche au mieux de l'Ellipsoïde de référence en tout point (cf [IGN]). Rmoyen est la moyenne arithmétique des trois demi-axes d'une ellipsoïde générale (Rmoyen = (a + a + b)/3).
    θ12 = Arccos( sin(Φ1) sin(Φ2) + cos(Φ1) cos(Φ2) cos(λ1 - λ2) ) est la distance angulaire en radian entre deux points M1 et M2 situés sur une sphère, de Latitudes Φ1 et Φ2, et de Longitudes λ1 et λ2 (cf [IGN]).
    d12 = θ12 Rmoyen est la plus courte distance curviligne en mètre entre deux points M1 et M2 situés sur une sphère (distance orthodromique). Ainsi, un écart de 1° de Latitude correspond à d = 111 km, et un écart de 1° de Longitude à Paris (Φ = 49°) correspond à d = 73 km.

Notations relatives au mouvement de la particule


    "grad()", "rot()", "x", Δ() et div() sont respectivement les opérateurs "gradient", "rotationnel", "produit vectoriel", "laplacien vectoriel" et "divergence".
    t est le temps.
    Γ, v et m sont respectivement le vecteur accélération, le vecteur vitesse et la masse de la particule M.
    r est la masse volumique du fluide avec : rair sec = 1,23 kg/m3 en conditions standard au niveau de la mer (température de 15°C et pression de 1 atm = 1013,25 hPa).
    p est la pression locale du fluide.
    η est la viscosité dynamique du fluide (si visqueux) : ηair sec = 1,7 10-5 Pa.s en conditions standard au niveau de la mer.

Mise en équation


On considère le référentiel terrestre (de centre T et d'axes attachés au globe terrestre), mobile en rotation par rapport au référentiel géocentrique (de centre T et d'axes stellaires) supposé galiléen (voir Lois de la physique en référentiel non galiléen).
La rotation est supposée uniforme autour d'un axe fixe (axe des Pôles géographiques).
L'atmosphère terrestre liée au globe terrestre est supposée être un fluide parfait (i.e. non visqueux).
Dans le référentiel terrestre (non galiléen), la relation fondamentale de la dynamique appliquée à une particule M de ce fluide dont on suit le mouvement le long de sa trajectoire (description lagrangienne) peut alors s'écrire (voir Bélier hydraulique - Annexe - Equation du mouvement) :
(R1)     Γ = dv/dt + (1/2) grad(v2) + rot(v) x v = (ΣF/m) + Fp
(R1p)    Fp = -(1/r) grad(p) est l'ensemble des forces de pression ramené à l'unité de masse,
ΣF est l'ensemble des forces actives (motrices) appliquées sur la particule, lesquelles sont les suivantes :
(R1g)     Fg, force de gravité, qui vaut : Fg = m grad(-g z) = m g dans le cas de faibles Altitudes z par rapport au rayon de la Terre. Cette force n'est pas dirigée exactement vers le centre de la terre (gravité géocentrique g*) car, sous l'effet combiné de la rotation terrestre (force centrifuge globale) et de la gravitation terrestre (force gravitationnelle), la surface de la Terre s'est ajustée lors de sa formation pour adopter une forme ellipsoïde de révolution dans laquelle le vecteur gravité g (appelé gravité "apparente") est partout perpendiculaire à la surface (voir Figure 1 ci-dessus).
(R1e)     Fe, force d'inertie d'entraînement (ou force centrifuge globale), qui vaut : Fe = m (Ω)2 HM. Cette force est due à la rotation de la Terre sur elle-même et est englobée dans la force Fg.
(R1c)     Fc, force d'inertie de Coriolis, qui vaut : Fc = -2 m Ω x v. Cette force est due à la rotation de la Terre sur elle-même.
     En projetant le vecteur Fc selon la verticale (z) du point M et son plan horizontal (h), on peut écrire : Fc = -2 m (Ωz + Ωh) x (vz + vh) = Fcz + Fch, ce qui donne en développant :
    (R1cz)    Fcz = -2 m Ωh x vh
    (R1ch)    Fch = -2 m (Ωz x vh + Ωh x vz)
(R1l)     Fl, force centrifuge locale. Cette force est due à la courbure des Isobares (voir Figure 2 ci-dessus) et n'est à considérer que pour certains cas précis (voir Formation des vents).
(R1f)     Ff, force de friction. Cette force est due à la viscosité de l'air au niveau du sol et dans la Couche limite atmosphérique, laquelle est nulle dans le cas théorique d'un fluide non visqueux.

La relation (R1) s'écrit finalement :
(R2)     Γ = (Fg + Fc)/m + Fp = g - 2 Ω x v - (1/r) grad(p)

En projetant les vecteurs Ω et v sur la verticale (z) du point M et son plan horizontal (h), on a également les relations suivantes :
(R3)    Ω = Ωz + Ωh, Ω = ||Ω||, Ωz = ||Ωz|| = Ω sin(Φ) et Ωh = ||Ωh|| = Ω cos(Φ)
(R3')    v = vz + vh, vz = ||vz|| et vh = ||vh||

Analyse de l'accélération Γ


En se donnant une échelle de distance L et une échelle de Vitesse U, on peut estimer l'ordre de grandeur (ODG) des différents termes composant l'accélération Γ comme suit :
- le terme ODG[ dv/dt ] = U / (L/U) = U2/L
- le terme ODG[ (1/2) grad(v2) ] = U2/L
- le terme ODG[ rot(v) x v ] = (U/L) U = U2/L
On se place aux grandes échelles de la circulation atmosphérique terrestre (L = 1000 km) et pour des Vitesses moyennes correspondant à des Vents sans Tempête (U = 10 m/s). Dans ces conditions, on a alors :
(R4)     ODG[ Γ ] = U2/L = 10-4 m/s2

Mouvement vertical


La relation (R2) projetée sur la verticale (z) s'écrit :
(R2z)     Γz = (Fg + Fcz)/m + Fpz
On considère le ratio d'échelle ΔΓg = ||Γz|| / ||Fg/m|| = ||Γz|| / g.
Compte tenu de (R4), son ordre de grandeur est inférieur à la quantité ODG[ Γ ] / g = 10-5 m/s2
L'accélération verticale Γz de la particule est donc négligeable par rapport à la force de gravité massique Fg/m, ce qui revient à considérer le mouvement vertical de la particule comme rectiligne et uniforme.
La relation (R2z) se réduit alors à :
(R5)     0 = (Fg + Fcz)/m + Fpz
On considère le ratio d'échelle Δcg = ||Fcz|| / ||Fg||.
Compte tenu de (R1cz)(R1g)(R3), ce ratio vaut : 2 Ω cos (Φ) vh |sin(Ωh ; vh)| / g
Pour des Vitesses horizontales vh inférieures à 100 m/s (Tempête), Δcg est toujours inférieur à la quantité 2 Ω vh/g = 10-3.
La composante verticale Fcz de la force d'inertie de Coriolis est donc négligeable par rapport à la force de gravité Fg et la relation (R5) se réduit à :
(R6)     0 = Fg/m + Fpz = g - (1/r) grad(p)z
On reconnaît l'équation de l'équilibre hydrostatique : dp/dz = -r g

Mouvement horizontal


Les forces Fcz et Fg étant dirigées selon la verticale (z), la relation (R2) projetée sur le plan horizontal (h) s'écrit alors :
(R2h)     Γh = Fch/m + Fph
On considère le ratio d'échelle ΔΓp = ||Γh|| / ||Fph|| = ||Γh|| r/|dp/dh|
Son ordre de grandeur est inférieur à la quantité ODG[ Γ ] r/|dp/dh|
Compte tenu de (R4), et pour une distance horizontale dh = 250 km entre deux Isobares espacés de dp = 5 hPa sur une carte météo, ce ratio est toujours inférieur à 6 10-2.
Dans le plan horizontal, l'accélération Γh de la particule est donc négligeable par rapport aux forces de pression Fph, ce qui revient à considérer le mouvement horizontal de la particule comme rectiligne et uniforme.
Compte tenu de (R1ch), la relation (R2h) se réduit alors à :
(R7)     0 = Fch/m + Fph = -2 Ωz x vh - 2 Ωh x vz + Fph
Attention :"Mouvement horizontal" ne veut pas dire "ignorer la Vitesse verticale vz dans les équations" car cette dernière contribue à la composante horizontale Fch de la force de Coriolis (cf relation (R1ch)).

Mouvement horizontal hors zone équatoriale


Pour les Latitudes Φ supérieures à Φ0 = 20°, on considère le ratio d'échelle Δhz = ||Ωh x vz|| / ||Ωz x vh||, qui caractérise la contribution de la Vitesse verticale vz par rapport à celle de la Vitesse horizontale vh dans la composante horizontale Fch (voir relation (R1ch)).
Compte tenu de (R3)(R3'), ce ratio vaut : Δhz = (vz/vh)/tg(Φ)
Pour des Vents à composante horizontale dominante (vz/vh petit), ce ratio est donc également petit et la relation (R7) se réduit à :
(R8)     0 = -2 Ωz x vh + Fph
On reconnaît l'équation de l'équilibre Géostrophique pour lequel, dans le plan horizontal, la force d'inertie massique de Coriolis Fc/m est équilibrée par les forces de pression Fp.
En prenant le produit scalaire de cette relation avec la Vitesse vh, on trouve que : Fph.vh = 0, ce qui montre que les Isobares sont colinéaires à la Vitesse horizontale vh, donc aux lignes de courant.
Par ailleurs, en prenant le produit vectoriel de cette relation avec la vitesse Ωz, on trouve que : Fph x Ωz = -Ωz x (2 Ωz x vh) = -(Ωz.vh) (2 Ωz) + (Ωz.(2 Ωz)) vh = 2 (Ωz)2 vh, ce qui montre que le triplet (Fph, Ωz, vh) forme un trièdre rectangle de sens direct, quel que soit l'hémisphère (Nord ou Sud) et quel que soit le type de centre d'action (Dépression ou Anticyclone).
Le Vent souffle donc parallèlement aux lignes Isobares et laisse à sa gauche les régions de basse pression dans l'hémisphère nord ou de haute pression dans l'hémisphère sud (voir Figure 2 ci-dessus).
L'intensité vh du Vent horizontal vh vaut alors :
(R9)     vh = (1/r) |dp/dh| / (2 Ω sin(Φ))
Ainsi, pour une distance horizontale dh = 250 km entre deux Isobares espacés de dp = 5 hPa sur une carte météo, dans une région de Latitude Φ = 45°, le Vent soufflera avec une Vitesse horizontale de 15 m/s, soit environ 54 km/h.

Mouvement horizontal en zone équatoriale


Pour les faibles Latitudes (Φ < Φ0), compte tenu de (R3), la composante Ωz est quasi-nulle et la relation (R7) se réduit à :
(R10)     0 = -2 Ωh x vz + Fph
On considère le ratio d'échelle Δzp = ||2 Ωh x vz|| / ||Fph||
Compte tenu de (R3), ce ratio vaut : Δzp = 2 Ω cos(Φ) vz r/|dp/dh|
Pour une distance horizontale dh = 250 km entre deux Isobares espacés de dp = 5 hPa sur une carte météo et un Vent vertical vz de l'ordre de 0,1 m/s, Δzp est toujours inférieur à la quantité 2 Ω vz r/|dp/dh| = 10-2.
Dans le plan horizontal, la force d'inertie de Coriolis est donc quasi-nulle relativement aux forces de pression et seule la force centrifuge locale Fl due à la courbure des Isobares peut maintenir un équilibre avec les forces de pression. En particulier (cf [DE PARCEVAUX]) :
- Dans le cas d'un Anticyclone, l'équilibre est instable (voir Figure 2 ci-dessus, cas du centre Haute Pression (HP) en hémisphère nord). Dès qu'un maximum de pression apparaît (par exemple par affaissement d'une masse d'air), le Vent passe à travers les Isobares et le vide rapidement.
- Dans le cas d'une Dépression, l'équilibre est stable (voir Figure 2 ci-dessus, cas du centre Basse Pression (BP) en hémisphère nord). C'est pourquoi il existe une ceinture permanente de basses pressions au voisinage de l'Equateur.

Prise en compte de la friction

Image Meteorologie : forces sur une particule d'air en vent geostrophique avec prise en compte de la friction Image Meteorologie : spirale d ekman


Lorsque la particule d'air se situe dans la Couche limite atmosphérique, il faut considérer la viscosité de l'air et rajouter la force de friction Ff dans la relation (R1).
Si l'on ne cherche pas à connaître le détail du profil de Vent dans cette couche en fonction de l'Altitude (spirale d'Ekman), la force de friction qui s'exerce globalement sur la particule d'air est une force qui s'oppose à son mouvement (cf [PICCA, p.661]) et vaut :
(R11)     Ff = -m k v
où k est un coefficient positif supposé constant à une Altitude donnée.
L'équation (R8) du mouvement horizontal de la particule hors zone équatoriale devient alors :
(R12)     0 = -2 Ωz x vh + Rh
    avec : Rh = Fph + Ffh/m
On reconnaît l'équation d'un équilibre quasi-Géostrophique pour lequel, dans le plan horizontal, la force d'inertie massique de Coriolis Fc/m est équilibrée par la résultante R des forces de pression Fp et de friction Ff/m (voir Figure 1 ci-dessus, cas du centre Basse Pression (BP) en hémisphère nord).
En prenant le produit scalaire de cette relation avec la Vitesse vh, on trouve que : Rh.vh = 0, donc que : Fph.vh = k ||vh||2 > 0, ce qui montre que la Vitesse horizontale vh fait un angle (α) par rapport aux Isobares, dirigé vers le vecteur Fph (voir Figure 1 ci-dessus).
Par ailleurs, en prenant le produit vectoriel de cette relation avec la vitesse Ωz, on trouve que : Rh x Ωz = 2 (Ωz)2 vh, ce qui montre que le triplet (Rh, Ωz, vh) forme un trièdre rectangle de sens direct.
Le Vent souffle donc selon un angle (α) par rapport aux lignes Isobares, dirigé vers les pressions décroissantes, et en laissant à sa gauche les régions de basse pression dans l'hémisphère nord ou de haute pression dans l'hémisphère sud (voir Figure 1 ci-dessus).
Compte tenu de la relation géométrique : ||Fch/m|| = ||Rh|| = ||Fph|| cos(α), l'intensité vh du vent du Vent horizontal vh vaut alors :
(R13)     vh = (1/r) |dp/dh| cos(α) / (2 Ω sin(Φ))
En conclusion, par rapport au Vent géostrophique, la friction a donc pour effet de diminuer l'intensité du Vent et de modifier sa direction selon un angle rentrant dans la Dépression et sortant de l'Anticyclone.

Etude détaillée de la friction (spirale d'Ekman)


Si l'on cherche à connaître le détail du profil de Vent dans la Couche limite atmosphérique en fonction de l'Altitude, le modèle de la "spirale d'Ekman" fournit une bonne approximation qui se détermine comme suit (cf [WILSON][UVED]) :
Pour un fluide en mouvement de type atmosphère terrestre visqueuse, la viscosité à considérer ne dépend pas des caractéristiques du fluide (notamment sa viscosité cinématique ν = η/r qui est de l'ordre de 10-5 m2/s) mais de l'Altitude de la particule et des caractéristiques de l'écoulement (via le coefficient K de viscosité turbulente qui est de l'ordre de 10 m2/s) (cf [WILSON, p.51 et 53]).
L'expression générale de la force de friction Ff s'écrit alors (cf [WILSON, p.54]) :
(R14)     Ff = m K Δ(v)
où K est le coefficient de viscosité turbulente, déterminé expérimentalement et supposé constant sur toute l'épaisseur de la Couche limite atmosphérique.
En supposant le gradient horizontal de pression (dp/dh) constant aussi sur toute l'épaisseur de la Couche limite atmosphérique, la relation (R8) s'écrit pour toute Altitude z hors zone équatoriale :
(R15)     Fph = 2 Ωz x vg
vg est la vitesse vh du Vent géostrophique.
Compte tenu de (R14)(R15), la relation (R12) donnant le mouvement horizontal de la particule hors zone équatoriale devient alors :
(R16)     0 = 2 Ωz x (vg - vh) + K Δ(vh)
En projetant cette relation sur l'axe orienté (x) porté par vg et sur l'axe orienté (y) porté par les forces de pression horizontales Fph (voir Figure 1 ci-dessus), on trouve alors :
(R16x)     (0 = Γx) = 2 Ωz vy + K (d2vx/dx2 + d2vx/dy2 + d2vx/dz2)
(R16y)     (0 = Γy) = 2 Ωz (vg - vx) + K (d2vy/dx2 + d2vy/dy2 + d2vy/dz2)
En faisant l'hypothèse d'un sol relativement plat (Reliefs faibles), le flux d'air est homogène horizontalement (dvx/dx = dvx/dy = dvy/dx = dvy/dy = 0) et les relations (R16x)(R16y) se simplifient comme suit :
(R17x)     0 = 2 Ωz vy + K d2vx/dz2
(R17y)     0 = 2 Ωz (vg - vx) + K d2vy/dz2
En posant : w = vx + i vy et en additionnant ces relations sous la forme complexe (R17x) + i (R17y), on obtient alors :
(R18)     2 Ωz i (w - vg) = K d2w/dz2
En posant : b = (Ωz/K)1/2 et a = b(1 + i), cette relation est équivalente à :
(R19)     d2w/dz2 - a2 w = - a2 vg
et s'intègre comme suit :
(R20)     w = vg + A ea z + B e-a z
Loin du sol (z = +∞), on tend vers la solution géostrophique (w = vg), ce qui impose : A = 0.
Au sol (z = 0), le Vent est nul (w = 0), ce qui impose : B = -vg
D'où le résultat :
(R21)     w = vx + i vy = vg (1 - e-b z e-i b z) = vg (1 - e-b z (cos(b z) - i sin(b z)))
et finalement :
(R21x)     vx = vg (1 - e-b z cos(b z))
(R21y)     vy = vg e-b z sin(b z)
La Figure 2 ci-dessus illustre la variation des composantes vx et vy en fonction de l'Altitude z.
Près du sol (z → 0), on peut faire un développement limité d'ordre 1 (sin(b z) → b z ; cos(b z) → 1 ; e-b z → 1 - b z) et les relations (R21x)(R21y) induisent :
(R22)     vx et vy → vg b z
ce qui donne un déphasage théorique de 45° entre le Vent au sol et le Vent géostrophique.
Ce déphasage diminue progressivement quand l'Altitude augmente, formant ainsi une spirale logarithmique, dite "spirale d'Ekman" (voir Figure 2).
L'épaisseur (zg) de la Couche limite atmosphérique est défini comme la première Altitude z à laquelle le champ de vitesses vh s'aligne sur le champ géostrophique vg (axe (x)), ce qui donne :
(R23)     zg = π/b = π (K/(Ω sin(Φ)))1/2
Pour une région de Latitude Φ = 45° et un coefficient K de viscosité turbulente de l'ordre de 10 m2/s, cette épaisseur vaut environ zg = 1400 m.
A l'Altitude zg, on a donc : vh = (1 + e) vg et le Vent a une intensité quasiment égale à celle du Vent géostrophique.
Au-dessus de cette Altitude théorique, le modèle d'Ekman est considéré comme non valide.

7. Lexique ( Paragraphe Précédent / Suivant )


Le Lexique ci-dessous contient les termes utilisés dans cette page, listés par ordre alphabétique.

  1. Altitude : L'altitude d'un point M quelconque de l'atmosphère est sa hauteur géométrique verticale par rapport au niveau de la mer (à la verticale de la surface horizontale de la Terre).
  2. Altocumulus : Nuage en Amas de l'Etage moyen.
  3. Altostratus : Nuage en Couche de l'Etage moyen.
  4. Amas (nuage) : voir cumulus (forme).
  5. Anticyclone : Zone fermée contenant de l'air à "haute pression" (supérieure à la pression atmosphérique standard de 1015 hPa). Dans le cas d'un Anticyclone thermique, elle est provoquée par une masse d'air chaud qui se refroidit au contact d'un objet plus froid (océan ou sol). L'air froid descend et forme alors une zone de haute pression en raison de sa forte densité. Dans le cas d'un Anticyclone dynamique, il est provoqué par la circulation atmosphérique qui oblige certaines masses d'air à se comprimer dans un flux descendant et à s'alourdir, donnant ainsi des zones de hautes pressions. L'Anticyclone a tendance à chasser les Nuages vers les zones où la pression est moins élevée. L'Anticyclone est donc une zone atmosphérique calme, sans Fronts et sans Perturbations, qui apporte en général du beau temps, sec et pas forcément chaud.
  6. Autan : voir Les vents régionaux et locaux.
  7. Axe de rotation de la Terre : Axe de rotation (propre) autour duquel la Terre tourne. Il passe par son Centre des masses.
  8. Biométéorologie : Science qui étudie les effets du climat sur les êtres vivants. Attention : la biométéorologie est une science nouvelle qui a besoin de faire ses preuves. Par ailleurs, une grande sensibilité aux conditions météorologiques ne doit pas être niée même si elle n'est pas expliquée scientifiquement.
  9. Bise : voir Les vents régionaux et locaux.
  10. Brise : voir Les vents régionaux et locaux.
  11. Brume : Brouillard peu épais, caractérisé par une visibilité horizontale supérieure à un kilomètre.
  12. Bruine : Petite Pluie fine provenant d'un Stratus.
  13. Brouillard : Nuage saturé de vapeur d'eau et posé sur le sol, caractérisé par une visibilité horizontale inférieure à un kilomètre.
  14. Buys-Ballot (règle) : voir Règle ou loi de Buys-Ballot.
  15. Centre d'action : Un centre d'action est un Anticyclone ou une Dépression agissant sur une grande étendue et dont la durée de vie est variable.
  16. Centre des masses de la Terre : Le centre des masses de la Terre est le centre barycentrique terrestre comprenant la Terre solide, son noyau fluide, l'océan et l'atmosphère.
  17. Cercles polaires : Ce sont les deux Parallèles de latitude 66° 33' au-delà desquels il existe au moins une journée où le Soleil ne se lève pas en hiver et ne se couche pas en été : le cercle arctique au nord et le cercle antarctique au sud.
  18. Cers : voir Les vents régionaux et locaux.
  19. Cirrocumulus : Nuage en Amas de l'Etage élevé.
  20. Cirrostratus : Nuage en Couche de l'Etage élevé.
  21. Cirrus : Nuage en Voile de l'Etage élevé.
  22. cirrus (forme) : Forme générale des Nuages en voile, correspondant à des nuages à contour flou et généralement isolés dans le ciel.
  23. Col barométrique : voir Dorsales, thalweg, cols et marais barométriques.
  24. Convection atmosphérique : Ensemble des mouvements internes de l'atmosphère terrestre résultant d'une instabilité de l'air due à une différence de température verticale ou horizontale (voir Formation des nuages).
  25. Couche limite atmosphérique (ou planétaire) : Partie la plus basse de la troposphère dont le comportement est directement influencé par le frottement avec le Relief. Sur Terre, son épaisseur varie entre 50 m et 3 km, la moyenne étant de 600 m (en plaine). Au-dessus de cette couche se trouve l'atmosphère "libre" (libre de l'influence du sol) où le Vent est approximativement Géostrophique.
  26. Couche (nuage) : voir stratus (forme).
  27. Crachin : voir Bruine.
  28. Crête barométrique : voir Dorsale.
  29. Creux barométrique : voir Thalweg.
  30. Cumulonimbus : Nuage multi-Etage en Amas.
  31. Cumulus : Nuage en Amas de l'Etage bas et formé par Convection verticale.
  32. cumulus (forme) : Forme générale des Nuages en amas, correspondant à des nuages à contour net généralement arrondi, isolés ou regroupés dans le ciel.
  33. Cyclone : large zone de Nuages Orageux en rotation accompagnée de Vents forts, qui se forme dans les océans.
  34. Degré hygrométrique : voir Humidité Relative.
  35. Dépression : Zone fermée contenant de l'air à "basse pression" (inférieure à 1015 hPa). Dans le cas d'une Dépression thermique, elle est provoquée par une masse d'air froid qui se réchauffe au contact d'un objet plus chaud (océan ou sol). L'air chaud monte et forme alors une zone de basse pression en raison de sa faible densité. Dans le cas d'une Dépression dynamique, elle est provoquée par la circulation atmosphérique qui oblige certaines masses d'air à se détendre dans un flux ascendant et à s'alléger, donnant ainsi des zones de basses pressions. La Dépression apporte en général un temps perturbé avec des Précipitations abondantes.
  36. Direction du vent : Direction angulaire de la provenance du Vent, repérée par rapport aux directions cardinales (rose des vents), et non par le sens de déplacement de l'air. Ainsi, un Vent du nord provient du nord et se dirige vers le sud.
  37. Dominant (vent) : Un Vent dominant pour un lieu donné est le Vent qui souffle le plus fréquemment, généralement dans une Direction privilégiée.
  38. Dorsale : voir Dorsales, thalweg, cols et marais barométriques.
  39. Ellipsoïde de référence : Surface mathématique qui modélise la géométrie de la surface terrestre (norme mondiale WGS84, modèle WGS84 ou GRS 80 qui est très proche) sous forme d'une ellipsoïde de révolution dont le centre est le Centre des masses de la Terre et dont le petit axe est parallèle à l'Axe de rotation de la Terre. L'ellipsoïde de référence est utilisé par la plupart des cartes et surtout par le système GPS.
  40. Equateur : Cercle tracé sur le globe terrestre dans son Plan équatorial.
  41. Etage : Division verticale de la troposphère permettant de situer les nuages selon la hauteur de leur base au-dessus du sol (étage élevé, moyen, bas ou multi-étage).
  42. Foehn (effet) : Phénomène météorologique issu de la rencontre de la circulation atmosphérique et du Relief quand un Vent Dominant rencontre une chaîne montagneuse.
  43. Foehn (vent) : voir Les vents régionaux et locaux.
  44. Force du vent : voir Vitesse du vent.
  45. Front chaud : Front météorologique, l'air chaud étant situé à l'arrière du front dans le sens du déplacement.
  46. Front froid : Front météorologique, l'air froid étant situé à l'arrière du front dans le sens du déplacement.
  47. Front météorologique : Surface étendue qui sépare deux masses d'air ayant des propriétés physiques différentes (température, humidité, pression).
  48. Front occlus : voir Occlusion.
  49. Géoïde de référence : Surface équipotentielle de référence du champ de pesanteur terrestre (norme mondiale WGS84, modèle EGM2008) correspondant au niveau moyen de la mer. C'est une représentation de la surface de la Terre plus précise que l'approximation sphérique ou ellipsoïdale. Il est très proche de l'Ellipsoïde de référence, en passant parfois dessus ou dessous à une distance de moins de 100 mètres. Le géoïde de référence est utilisé par les systèmes altimétriques et gyroscopiques.
  50. Géostrophique : voir Vent géostrophique.
  51. Hauteur : voir Altitude.
  52. Humidité Absolue : L'Humidité Absolue (HA ou ρ, en g/m3) est le rapport entre masse de vapeur d'eau et volume d'air humide pour une température et pression données. Attention : dans d'autres domaines, notamment en génie des procédés, HA désigne le Rapport de mélange.
  53. Humidité Relative : L'Humidité Relative (HR ou φ, en %) est le rapport entre pression de vapeur d'eau et pression de vapeur saturante à la même température. HR vaut 100 HA/S. Par exemple, à 20°C et au niveau de la mer, si chaque mètre cube d'air contient 9 g de vapeur d'eau, alors l'humidité relative sera de 50 % puisque la quantité maximale admissible est de 18 g (voir Origine des nuages).
  54. Humidité Saturante : L'humidité Saturante (S, en g/m3) est l'humidité absolue de saturation pour une température et pression données. A 20°C et au niveau de la mer (pression atmosphérique normale de 101325 Pa), S vaut 18 g/m3.
  55. Humidité Spécifique : L'Humidité Spécifique (HS ou q, en %) est le rapport entre masse de vapeur d'eau et masse d'air humide contenues dans le même volume d'air humide.
  56. Isobare : Ligne sur une carte météo reliant les points d'égale pression.
  57. Latitude astronomique : La latitude astronomique d'un point M quelconque de l'atmosphère est l'angle que fait la normale extérieure en M au Géoïde de référence avec le Plan équatorial.
  58. Latitude ellipsoïdale : voir Latitude géographique.
  59. Latitude géocentrique : La latitude géocentrique d'un point M quelconque de l'atmosphère est l'angle que fait le vecteur TM avec le Plan équatorial, T étant le Centre des masses de la Terre.
  60. Latitude géodésique : voir Latitude géographique.
  61. Latitude géographique : La latitude géographique (Φ) d'un point M quelconque de l'atmosphère terrestre est l'angle que fait la normale extérieure en M à l'Ellipsoïde de référence avec le Plan équatorial. Φ varie géographiquement de 0° (Plan équatorial) à 90° (nord ou sud) et mathématiquement de -90° (Pôle Sud) à +90° (Pôle Nord).
  62. Latitudes moyennes : Latitudes extratropicales (situées entre Tropique et Cercle polaire).
  63. Latitudes tempérées : Latitudes moyennes cantonnées entre le 40e et le 60e Parallèle, en faisant ainsi abstraction des zones subtropicales et subpolaires.
  64. Longitude géographique : La longitude géographique (λ) d'un point M quelconque de l'atmosphère est l'angle que fait le plan passant par le Méridien du point M avec le plan passant par le Méridien de Greenwich. λ varie géographiquement de 0° (Méridien de Greenwich) à 180° (est ou ouest) et mathématiquement de -180° (vers l'ouest) à +180° (vers l'est).
  65. Marais barométrique : voir Dorsales, thalweg, cols et marais barométriques.
  66. Méridien : Ellipse tracée sur le globe terrestre et passant par les Pôles géographiques.
  67. Mistral : voir Les vents régionaux et locaux.
  68. Mousson : Vent saisonnier des régions tropicales (océan indien et Asie du Sud), apportant de fortes Précipitations.
  69. Nappe (nuage) : voir Couche (nuage).
  70. Nimbostratus : Nuage multi-Etage en Couche.
  71. Noroît : voir Les vents régionaux et locaux.
  72. Nuage : Masse d'air contenant une grande quantité de gouttelettes d'eau (et parfois de cristaux de glace) en suspension dans l'atmosphère au-dessus de la surface d'une planète.
  73. Occlusion : Une occlusion est un phénomène météorologique pour lequel un Front froid, se déplaçant plus vite que le Front chaud, finit par le rejoindre.
  74. Orage : Perturbation atmosphérique de nature électrique, caractérisée par des éclairs et provoquant le tonnerre.
  75. Ouragan : Cyclone Tropical de l'Atlantique nord et du Pacifique Nord-Est.
  76. Parallèle : Cercle tracé sur le globe terrestre dont le plan est parallèle au Plan équatorial.
  77. Perturbation atmosphérique : Interruption de l'équilibre local de l'atmosphère qui conduit à la formation de Nuages et de Précipitations. Aux latitudes tempérées, la perturbation atmosphérique est généralement un enroulement nuageux "en lambda" autour d'une Dépression, structuré par un front chaud, un secteur chaud et un front froid, avec éventuellement une Occlusion.
  78. Plan équatorial : Plan perpendiculaire à l'Axe de rotation de la Terre et passant par son Centre des masses.
  79. Plan méridien : Plan passant par un Méridien.
  80. Pluie : Perturbation atmosphérique caractérisée par des gouttes d'eau tombant des Nuages vers le sol. Selon le diamètre des gouttes, on a de la Bruine (0,1 mm), de la pluie (1 mm) ou une averse (2 mm).
  81. Pôle géographique : Point d'intersection entre l'Axe de rotation de la Terre et sa surface. Le Pôle Nord est le point qui pointe vers la constellation de la Grande Ourse (anciennement "Septentrion"). L'autre point est le Pôle Sud.
  82. Précipitations : Gouttes d'eau ou cristaux de glace tombant des Nuages vers le sol.
  83. Rapport de mélange : Le Rapport de mélange (r en % ou en g / kg d'air sec) est le rapport entre masse de vapeur d'eau et masse d'air sec contenues dans le même volume d'air humide.
  84. Relief : Le mot relief désigne l'ensemble des irrégularités (en creux ou en saillie) qui caractérisent la surface de la Terre. On distingue deux types de relief : faibles reliefs (mers, plaines, plateaux, etc.) et reliefs importants (montagnes, vallées, etc.).
  85. Secteur chaud : Masse d'air relativement chaude comprise entre le Front chaud et le Front froid d'une même Perturbation.
  86. Sirocco : voir Les vents régionaux et locaux.
  87. Stratocumulus : Nuage en Amas de l'Etage bas et formé par Convection horizontale.
  88. Stratus : Nuage en Couche de l'Etage bas.
  89. stratus (forme) : Forme générale des Nuages en couche (ou en nappe), correspondant à des nuages à texture uniforme et couvrant généralement la totalité du ciel.
  90. Suroît : voir Les vents régionaux et locaux.
  91. Synoptique : voir Vent synoptique.
  92. Talweg : voir Thalweg.
  93. Taux de saturation : voir Humidité Relative.
  94. Tempête : Perturbation atmosphérique caractérisée par des Vents forts, souvent accompagnés de Pluies intenses, voire d'Orages.
  95. Teneur en eau : La Teneur en eau (en %) est le rapport entre masse d'eau totale (vapeur, liquide, solide) et masse d'air humide contenues dans le même volume d'air humide.
  96. Thalweg : voir Dorsales, thalweg, cols et marais barométriques.
  97. Typhon : Cyclone Tropical de l'Asie de l'est.
  98. Tramontane : voir Les vents régionaux et locaux.
  99. Tropiques : Ce sont les deux Parallèles de Latitude 23° 26' qui délimitent une bande à l'intérieur de laquelle le Soleil apparaît au zénith au moins une fois dans l'année : le tropique du Cancer au nord et le tropique du Capricorne au sud.
  100. Trowal : voir Occlusion.
  101. Vent : En météorologie, sauf indication contraire, le vent correspond au vent horizontal dans son déplacement par rapport à la Terre, caractérisé à un instant donné par une Direction et une Vitesse.
  102. Vent au sol (ou vent de surface) : Vent soufflant près de la surface du sol, mesuré par convention à une hauteur de 10 m au dessus du sol et à un endroit sans Reliefs importants.
  103. Vent en altitude : Vent situé au-dessus de la Couche limite atmosphérique.
  104. Vent géostrophique : Approximation commune en météorologie (voir Annexe). C'est le Vent en altitude pour lequel la force d'inertie de Coriolis équilibrerait exactement les forces de pression. Ce Vent soufflerait parallèlement aux Isobares dans l'atmosphère. Il n'est pas défini en zone équatoriale où la force d'inertie de Coriolis est quasi-nulle.
  105. Vent synoptique : Vent des cartes météo de surface. C'est le Vent au sol, sans Reliefs importants et à grande échelle de la circulation atmosphérique terrestre (étendue de l'ordre de 1000 km). Il se déduit du calcul du Vent géostrophique, en prenant aussi en compte, dans la couche limite atmosphérique, l'effet de la friction sur les faibles Reliefs (voir Annexe).
  106. Vitesse du vent : Intensité (ou "force") du Vent, exprimée en m/s ou en noeud marin (symbole = nd, kn ou kt correspondant à "knot" ; 1 kt = 1 mille nautique/h = 1,852 km/h = 0,514 m/s) ou en chiffre beaufort (de 0 à 12). A noter que cette vitesse diminue au fur et à mesure que l'on s'approche du centre d'un Anticyclone. En mer, c'est idéal pour réparer son bateau mais problématique pour les skippers qui prennent soin de les contourner pendant une course.
  107. Voile (nuage) : voir cirrus (forme).

8. Bibliographie ( Paragraphe Précédent / Début )

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