La température, au sol et en altitude
Météorologie et aérologie · 8 min
Toute la météo découle de la température : c’est elle qui rend l’air plus ou moins dense, qui le fait monter ou descendre, et qui règle les saisons comme les heures de la journée. C’est par là qu’il faut commencer.
Mesurer la température
En France, les températures sont exprimées en degré Celsius (°C).
L’unité internationale est cependant le kelvin (K) :
\text{K} = \text{°C} + 273{,}15
Le zéro absolu, 0 K, correspond donc à −273,15 °C. C’est la température la plus basse qui puisse exister.
Pourquoi l’air chaud monte
Quand l’air se réchauffe, ses molécules s’agitent et s’écartent : à pression égale, un même volume en contient moins. L’air chaud est donc moins dense, donc plus léger.
Pourquoi il fait plus froid en altitude
Quand on monte, l’air devient de plus en plus froid : c’est la règle dans la troposphère, du sol jusque vers 11 km d’altitude. En atmosphère standard, la référence utilisée en aviation, il fait 15 °C au niveau de la mer et la température baisse de 0,65 °C tous les 100 m (6,5 °C par 1 000 m). Deux causes s’ajoutent.
- L’air est chauffé par le bas. Il laisse passer la plus grande partie des rayons du Soleil : c’est le sol qui les absorbe et se réchauffe, puis qui réchauffe l’air à son contact. Plus on s’éloigne du sol, moins l’air reçoit cette chaleur.
- L’air qui s’élève se détend, et se refroidit. En montant, il rencontre une pression plus faible et se détend : il perd environ 1 °C tous les 100 m s’il est sec, et environ 0,5 °C s’il est saturé, dans un nuage. C’est la détente adiabatique (voir la leçon « Stabilité et instabilité de l’air »).
Les échanges thermiques
La chaleur se transmet de trois façons :
- la conduction, par contact matériel ;
- la convection, par brassage d’un fluide (mouvement vertical) ; le mouvement horizontal s’appelle l’advection ;
- le rayonnement, par émission et propagation d’ondes électromagnétiques (lumière visible ou infrarouge).
Les variations annuelles
La durée d’ensoleillement change au cours de l’année parce que l’axe de la Terre est incliné d’environ 23°26′ par rapport à la perpendiculaire au plan de son orbite. Selon la période, un hémisphère reçoit les rayons plus ou moins inclinés, et plus un rayon arrive en biais, plus il étale son énergie sur une grande surface, donc moins il réchauffe.
- Les solstices correspondent aux durées de jour et de nuit maximales, opposées entre les deux hémisphères : 20-22 juin et 20-22 décembre.
- Les équinoxes se caractérisent par une durée égale du jour et de la nuit sur toute la planète.
L’amplitude annuelle d’ensoleillement, et donc de température, augmente avec la latitude : faible à l’équateur, très marquée près des pôles.
L’équateur météorologique
L’équateur météorologique est la limite où les deux hémisphères sont énergétiquement équilibrés. Comme l’énergie reçue varie avec les saisons, cette limite se déplace :
- pendant l’hiver de l’hémisphère nord, il se situe vers 5° S ;
- pendant l’été de l’hémisphère nord, vers 12° N.
Ce balancement fait alterner les mouvements d’air à composante nord en hiver et à composante sud en été : c’est le mécanisme de la mousson.
À grande échelle, le système Terre-atmosphère est en équilibre : il réémet vers l’espace autant d’énergie qu’il en reçoit, ce qui maintient une température moyenne sensiblement constante.
Les variations quotidiennes
Au cours d’une journée, la température passe par :
- un minimum environ 30 minutes après le lever du soleil : c’est souvent le moment où le brouillard, formé en fin de nuit, est le plus épais ;
- un maximum 2 heures après le passage du soleil au méridien du lieu (midi solaire).
S’y ajoutent des variations locales liées à la nature du sol et à la nébulosité : une nuit claire refroidit bien plus qu’une nuit couverte.
L’essentiel
- K = °C + 273,15 ; le zéro absolu vaut −273,15 °C.
- L’air froid est plus dense que l’air chaud : l’air chaud monte.
- Plus on monte, plus il fait froid, pour deux raisons : l’air est chauffé par le sol, et l’air qui s’élève se détend. En atmosphère standard : 15 °C au niveau de la mer, puis 0,65 °C de moins tous les 100 m.
- Trois échanges : conduction (contact), convection (brassage, vertical), rayonnement (ondes).
- Les saisons viennent de l’inclinaison d’environ 23°26′, pas de la distance au Soleil.
- L’équateur météorologique oscille entre 5° S en hiver et 12° N en été (saisons de l’hémisphère nord) : c’est le mécanisme de la mousson.
- Minimum de température 30 min après le lever, maximum 2 h après le midi solaire.