Un terme compliqué mais facile à comprendre
Dans une troposphère standard, la température décroît avec l'altitude compte tenu de la détente adiabatique, c'est-à-dire du seul fait de la diminution de la pression avec l'altitude, sans aucune intervention d'échange de chaleur de quelque forme qu'il soit et sans phénomène de condensation de la masse d'air. Ce gradient équivaut à -9,76°C par kilomètre d'altitude. Il s'explique par le fait qu'un gaz comprimé va s'échauffer, au contraire d'un gaz dilué qui va se refroidir suite aux mouvements plus ou moins prononcés des molécules le composant.
En réalité, le vrai gradient thermique est de -6,5°C par kilomètre. En effet, la détente adiabatique n'est pas le seul phénomène à régir le comportement des températures avec l'altitude. D'autres phénomènes liés au rayonnement de l'air, du sol et de l'espace viennent modérer le gradient par rapport à la composante adiabatique.
Mais cette situation étant parfaite, elle n'est que très rarement approchée. En effet, la troposphère subit des phénomènes de convection et de soulèvement dynamique (mouvements verticaux vers le haut), de subsidence (mouvements verticaux vers le bas), d'advection (mouvements horizontaux) et de rayonnement thermique qui entremêlent des masses d'air de température et d'humidité différentes, ce qui perturbe en permanence ce gradient thermique. Dès lors, différents comportements de la température vont être observés. Dans certains cas, le gradient, habituellement négatif, peut devenir positif sur une épaisseur plus ou moins prononcée de la troposphère. La température, dans cette épaisseur, augmente avec l'altitude. C'est le phénomène d'inversion thermique. Dans le cas où, dans une couche d'air, la température n'évolue pas avec l'altitude, on parle d'isothermie.
Différents types
L'inversion de température peut se former de différentes manières, qui décrivent chacune un type:
1) L'inversion de subsidence: Celle-ci est directement liée à la présence d'un anticyclone. En effet, au sein de celui-ci, l'air descend depuis la haute troposphère en direction du sol. Il se comprime selon la loi adiabatique, et s'échauffe donc. De cette manière, il arrive que cet air descendant soit plus chaud que l'air se trouvant en-dessous. Nous sommes donc en présence d'une inversion. Celle-ci prend généralement place entre 0 et 5 km d'altitude.
2) L'inversion de rayonnement: Celle-ci est très fréquente et survient à pratiquement chaque nuit claire, que ce soit en été ou en hiver. Elle prend place sur les premiers mètres de la troposphère, au niveau du sol donc. Ce dernier rayonne en infrarouge l'énergie qu'il reçoit du soleil en cours de journée. Ce rayonnement entraîne un refroidissement du sol. Ce refroidissement se transmet ensuite par conduction à l'air en contact avec le sol, puis avec l'air situé un peu plus au-dessus et ainsi de suite. Cette inversion peut devenir très importante les nuits bien dégagées, lorsque de la neige est présente au sol.
3) L'inversion de front chaud (ou de front occlus): lors de l'approche d'un front chaud ou d'un front occlus, l'air chaud, plus léger, s'élève et tend à se répartir au-dessus de l'air plus froid dans la basse troposphère. Pour le front chaud, cette inversion disparaît une fois que le front passe puisqu'il évacue l'air froid des basses couches. Pour le front occlus, il faut attendre que celui-ci s'éloigne pour voir disparaître l'air chaud en altitude.
4) L'inversion de vallée: elle est une conséquence de un ou plusieurs autres types d'inversion. La nuit, l'air froid, plus lourd que l'air chaud, a tendance à couler vers les points les plus bas du relief. Il s'accumule donc préférentiellement dans les vallées, alors que l'air au-dessus reste plus doux.
Les bienfaits et les méfaits de l'inversion
L'inversion thermique, en tant que phénomène récurrent de notre météo, a de nombreuses conséquences sur celle-ci. Nous en exposons ici quelques-unes.
La fraîcheur bienfaitrice des nuits caniculaires
Lorsque vous tentez de dormir la nuit, dans une chaleur insoutenable, consolez-vous en pensant que, quelques dizaines de mètres au-dessus de votre maison, c'est souvent pire encore. En effet, l'inversion de rayonnement intervient: l'air près du sol se refroidit, tandis que celui en altitude ne change pratiquement pas de température. Un bel exemple est survenu la nuit du 18 au 19 août 2012. A 2h00 du matin, les sondages effectués à Beauvechain ont mis en évidence une température au sol de 24,2°C, alors qu'environ 200 mètres plus haut, il faisait un étouffant 31,8°C !
L'interminable grisaille
Lorsqu'en hiver, le temps est anticyclonique mais que le ciel reste désespérément couvert et humide, cela est souvent imputable à une inversion de subsidence. Une mince pellicule d'air froid où l'humidité est confinée se retrouve coincée sous l'air chaud descendant de l'anticyclone. Ce type de temps peut persister des jours entiers. Cette situation fut très bien rencontrée le 28 octobre 2014, date à laquelle Info Météo avait déjà expliqué ce phénomène.
Les bancs de brouillard
Par nuit claire, le rayonnement intervient et engendre, on l'a vu, une baisse des températures dans les premières mètres de l'atmosphère. Or, un air plus froid ne peut contenir que moins d'humidité qu'un air plus chaud. De cette manière, il arrive très souvent que l'air se refroidissant atteigne le point de rosée, c'est-à-dire le moment où, à quantité d'humidité invariante, l'air ne peut plus contenir toute cette quantité: il arrive à saturation. L'humidité se condense et forme du brouillard. Celui-ci ne peut être épais que de quelques mètres. Ainsi, lorsque l'on voyage dans de tels bancs de brouillard, il arrive que l'on parvienne à distinguer parfaitement la lune et les étoiles au zénith alors que la visibilité horizontale est absolument exécrable. L'inversion ne mesure ici que quelques mètres d'épaisseur.
Les pics de pollution
En plus de cloisonner l'humidité, l'inversion est un piège à polluants. Lorsqu'elle est combinée à une absence de vent, les concentrations en particules et en ozone peuvent atteindre des niveaux particulièrement élevés dans la couche d'air située sous l'inversion.
Les pluies verglaçantes
Parmi les méfaits de l'inversion, la pluie verglaçante est sans doute l'un des pires. Après une période de plusieurs jours de gel, la remise en route du flux d'ouest se précède d'une perturbation, et donc d'un front chaud. Celui-ci engendre, on l'a vu, un phénomène d'inversion. Très souvent, l'air qui s'avance en altitude par dessus l'air froid des basses couches est un air doux dont la température est positive. De la pluie s'y forme suite au conflit de masses d'air. Si l'air froid en-dessous est à température négative, la pluie va geler en atteignant le sol, formant du verglas. Les pluies verglaçantes sont capables de provoquer les plus grands désordres dus à la météo dans nos régions.
Le vent nocturne
On l'appelle aussi jet nocturne. Lorsque l'air se refroidit près du sol lors d'une inversion thermique, il gagne en densité et finit par isoler du sol l'air doux plus léger au-dessus. L'air froid étant plus dense, les mouvements de l'air - le vent donc - y sont plus compliqués. Au-dessus par contre, le vent continue de souffler. Il a même tendance à accélérer puisqu'il se retrouve déconnecté du contact avec la surface du sol où il subit des frottements en temps normal. Ceci n'étant plus le cas, il peut circuler en glissant sur la couche d'air froid, libéré des entraves du relief. Il se forme ainsi un jet de basses couches, le vent nocturne, à quelques centaines de mètres au-dessus du sol. La nuit en été, il peut à lui seul maintenir les orages formés avant le coucher de soleil ou encore mieux engendrer leur formation. C'est ce qu'il s'est passé sur le Condroz le soir du 8 juin 2014 où les orages avaient atteint une violence inouïe (voir ici: Un violent épisode orageux très inhabituel).
Son comportement vis-à-vis des orages: une arme à double tranchant
Ce comportement a déjà été discuté dans un précédent article (voir ici: L'importance de l'inversion de température dans le développement des orages). L'inversion joue en premier lieu un rôle d'inhibition de la convection, et empêche les développements orageux, alors que tous les paramètres montrent un risque important (chaleur, humidité, dynamique...). Pourtant, il arrive que l'inversion finisse par éclater en un point, parce qu'il s'est produit à cet endroit un phénomène qui y a contribué: une convergence locale des vents qui force l'air à s'élever, un apport de chaleur en basse couche qui rétablit le profil décroissant de la température avec l'altitude... L'orage qui se forme alors à cet endroit a de fortes chances d'être très violent, voire supercellulaire car il est alimenté par l'ensemble de l'énergie stagnant sur la région et convergeant vers cet orage. C'est ce qui s'est passé en soirée du 7 juin 2014 avec la supercellule de Wingene en Flandre Occidentale, puis celle qui déversé un déluge de grêlons géants sur Bruxelles, interrompant le match Belgique-Tunisie.
Les "trous à froid"
Ce terme désigne les vallées encaissées qui collectent l'air froid s'y concentrant lors des nuits de rayonnement. La température peut ainsi être bien plus basse que sur les plateaux environnants. C'est au cours d'une occurrence particulièrement marquée de ce phénomène qu'est survenu le record de froid en Belgique, enregistré à Rochefort avec -30,1°C.
Différents types
L'inversion de température peut se former de différentes manières, qui décrivent chacune un type:
1) L'inversion de subsidence: Celle-ci est directement liée à la présence d'un anticyclone. En effet, au sein de celui-ci, l'air descend depuis la haute troposphère en direction du sol. Il se comprime selon la loi adiabatique, et s'échauffe donc. De cette manière, il arrive que cet air descendant soit plus chaud que l'air se trouvant en-dessous. Nous sommes donc en présence d'une inversion. Celle-ci prend généralement place entre 0 et 5 km d'altitude.
2) L'inversion de rayonnement: Celle-ci est très fréquente et survient à pratiquement chaque nuit claire, que ce soit en été ou en hiver. Elle prend place sur les premiers mètres de la troposphère, au niveau du sol donc. Ce dernier rayonne en infrarouge l'énergie qu'il reçoit du soleil en cours de journée. Ce rayonnement entraîne un refroidissement du sol. Ce refroidissement se transmet ensuite par conduction à l'air en contact avec le sol, puis avec l'air situé un peu plus au-dessus et ainsi de suite. Cette inversion peut devenir très importante les nuits bien dégagées, lorsque de la neige est présente au sol.
3) L'inversion de front chaud (ou de front occlus): lors de l'approche d'un front chaud ou d'un front occlus, l'air chaud, plus léger, s'élève et tend à se répartir au-dessus de l'air plus froid dans la basse troposphère. Pour le front chaud, cette inversion disparaît une fois que le front passe puisqu'il évacue l'air froid des basses couches. Pour le front occlus, il faut attendre que celui-ci s'éloigne pour voir disparaître l'air chaud en altitude.
4) L'inversion de vallée: elle est une conséquence de un ou plusieurs autres types d'inversion. La nuit, l'air froid, plus lourd que l'air chaud, a tendance à couler vers les points les plus bas du relief. Il s'accumule donc préférentiellement dans les vallées, alors que l'air au-dessus reste plus doux.
Les bienfaits et les méfaits de l'inversion
L'inversion thermique, en tant que phénomène récurrent de notre météo, a de nombreuses conséquences sur celle-ci. Nous en exposons ici quelques-unes.
La fraîcheur bienfaitrice des nuits caniculaires
Lorsque vous tentez de dormir la nuit, dans une chaleur insoutenable, consolez-vous en pensant que, quelques dizaines de mètres au-dessus de votre maison, c'est souvent pire encore. En effet, l'inversion de rayonnement intervient: l'air près du sol se refroidit, tandis que celui en altitude ne change pratiquement pas de température. Un bel exemple est survenu la nuit du 18 au 19 août 2012. A 2h00 du matin, les sondages effectués à Beauvechain ont mis en évidence une température au sol de 24,2°C, alors qu'environ 200 mètres plus haut, il faisait un étouffant 31,8°C !
L'interminable grisaille
Lorsqu'en hiver, le temps est anticyclonique mais que le ciel reste désespérément couvert et humide, cela est souvent imputable à une inversion de subsidence. Une mince pellicule d'air froid où l'humidité est confinée se retrouve coincée sous l'air chaud descendant de l'anticyclone. Ce type de temps peut persister des jours entiers. Cette situation fut très bien rencontrée le 28 octobre 2014, date à laquelle Info Météo avait déjà expliqué ce phénomène.
Par nuit claire, le rayonnement intervient et engendre, on l'a vu, une baisse des températures dans les premières mètres de l'atmosphère. Or, un air plus froid ne peut contenir que moins d'humidité qu'un air plus chaud. De cette manière, il arrive très souvent que l'air se refroidissant atteigne le point de rosée, c'est-à-dire le moment où, à quantité d'humidité invariante, l'air ne peut plus contenir toute cette quantité: il arrive à saturation. L'humidité se condense et forme du brouillard. Celui-ci ne peut être épais que de quelques mètres. Ainsi, lorsque l'on voyage dans de tels bancs de brouillard, il arrive que l'on parvienne à distinguer parfaitement la lune et les étoiles au zénith alors que la visibilité horizontale est absolument exécrable. L'inversion ne mesure ici que quelques mètres d'épaisseur.
Les pics de pollution
En plus de cloisonner l'humidité, l'inversion est un piège à polluants. Lorsqu'elle est combinée à une absence de vent, les concentrations en particules et en ozone peuvent atteindre des niveaux particulièrement élevés dans la couche d'air située sous l'inversion.
Les pluies verglaçantes
Parmi les méfaits de l'inversion, la pluie verglaçante est sans doute l'un des pires. Après une période de plusieurs jours de gel, la remise en route du flux d'ouest se précède d'une perturbation, et donc d'un front chaud. Celui-ci engendre, on l'a vu, un phénomène d'inversion. Très souvent, l'air qui s'avance en altitude par dessus l'air froid des basses couches est un air doux dont la température est positive. De la pluie s'y forme suite au conflit de masses d'air. Si l'air froid en-dessous est à température négative, la pluie va geler en atteignant le sol, formant du verglas. Les pluies verglaçantes sont capables de provoquer les plus grands désordres dus à la météo dans nos régions.
Le vent nocturne
On l'appelle aussi jet nocturne. Lorsque l'air se refroidit près du sol lors d'une inversion thermique, il gagne en densité et finit par isoler du sol l'air doux plus léger au-dessus. L'air froid étant plus dense, les mouvements de l'air - le vent donc - y sont plus compliqués. Au-dessus par contre, le vent continue de souffler. Il a même tendance à accélérer puisqu'il se retrouve déconnecté du contact avec la surface du sol où il subit des frottements en temps normal. Ceci n'étant plus le cas, il peut circuler en glissant sur la couche d'air froid, libéré des entraves du relief. Il se forme ainsi un jet de basses couches, le vent nocturne, à quelques centaines de mètres au-dessus du sol. La nuit en été, il peut à lui seul maintenir les orages formés avant le coucher de soleil ou encore mieux engendrer leur formation. C'est ce qu'il s'est passé sur le Condroz le soir du 8 juin 2014 où les orages avaient atteint une violence inouïe (voir ici: Un violent épisode orageux très inhabituel).
Son comportement vis-à-vis des orages: une arme à double tranchant
Ce comportement a déjà été discuté dans un précédent article (voir ici: L'importance de l'inversion de température dans le développement des orages). L'inversion joue en premier lieu un rôle d'inhibition de la convection, et empêche les développements orageux, alors que tous les paramètres montrent un risque important (chaleur, humidité, dynamique...). Pourtant, il arrive que l'inversion finisse par éclater en un point, parce qu'il s'est produit à cet endroit un phénomène qui y a contribué: une convergence locale des vents qui force l'air à s'élever, un apport de chaleur en basse couche qui rétablit le profil décroissant de la température avec l'altitude... L'orage qui se forme alors à cet endroit a de fortes chances d'être très violent, voire supercellulaire car il est alimenté par l'ensemble de l'énergie stagnant sur la région et convergeant vers cet orage. C'est ce qui s'est passé en soirée du 7 juin 2014 avec la supercellule de Wingene en Flandre Occidentale, puis celle qui déversé un déluge de grêlons géants sur Bruxelles, interrompant le match Belgique-Tunisie.
Les "trous à froid"
Ce terme désigne les vallées encaissées qui collectent l'air froid s'y concentrant lors des nuits de rayonnement. La température peut ainsi être bien plus basse que sur les plateaux environnants. C'est au cours d'une occurrence particulièrement marquée de ce phénomène qu'est survenu le record de froid en Belgique, enregistré à Rochefort avec -30,1°C.
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