4. La météo et l’eau

4.1. Cycle de l'eau et évaporation

Le cycle de l'eau est un processus continu de circulation de l'eau entre les océans, l'atmosphère et les continents. Il constitue le moteur fondamental de tous les phénomènes météorologiques et maintient l'équilibre hydrique de notre planète.

Les étapes du cycle de l'eau

  • •Évaporation : Transformation eau liquide → vapeur d'eau (océans, lacs, rivières)
  • •Évapotranspiration : Évaporation du sol + transpiration des plantes
  • •Condensation : Vapeur d'eau → gouttelettes (formation des nuages)
  • •Précipitations : Retour de l'eau vers la surface (pluie, neige)
  • •Ruissellement et infiltration : Retour vers océans et nappes souterraines

L'évaporation en détail

L'évaporation est le processus par lequel l'eau liquide se transforme en vapeur d'eau sous l'effet de l'énergie solaire. Ce phénomène est influencé par plusieurs facteurs environnementaux.

Facteurs influençant l'évaporation

  • •Température : Plus élevée = évaporation plus rapide (loi de Clausius-Clapeyron)
  • •Humidité relative : Air sec favorise l'évaporation
  • •Vent : Renouvelle l'air et évacue la vapeur d'eau
  • •Pression atmosphérique : Basse pression facilite l'évaporation
  • •Surface d'exposition : Plus grande surface = plus d'évaporation

Quantification de l'évaporation

  • •ETP (Évapotranspiration potentielle) : Évaporation maximale théorique
  • •ETR (Évapotranspiration réelle) : Évaporation effective mesurée
  • •Bac d'évaporation : Mesure directe de l'évaporation journalière
  • •Formule de Penman : Calcul théorique basé sur bilan énergétique

Impact sur le climat

  • •Régulation thermique : L'évaporation absorbe de l'énergie (chaleur latente)
  • •Transport d'humidité : Déplacement de l'eau des océans vers les continents
  • •Formation des nuages : Source de vapeur d'eau atmosphérique
  • •Bilan hydrique : Équilibre entre évaporation et précipitations
  • •Suisse : Précipitations annuelles : Plateau 1000-1200mm, Alpes 1500-3000mm, Valais 500-800mm

4.2. Condensation et précipitations

La condensation est le processus inverse de l'évaporation : la vapeur d'eau se transforme en gouttelettes liquides lorsque l'air atteint la saturation. Ce phénomène est à l'origine de la formation des nuages et des précipitations.

Mécanismes de condensation

  • •Saturation : Humidité relative atteint 100% à une température donnée
  • •Refroidissement : Diminution de température à humidité constante
  • •Ajout d'humidité : Augmentation vapeur d'eau à température constante
  • •Noyaux de condensation : Particules microscopiques nécessaires

Types de refroidissement

Refroidissement adiabatique

  • •Détente adiabatique : Refroidissement par élévation d'altitude
  • •Gradient sec : -9,8°C/km avant condensation
  • •Gradient humide : -6,5°C/km après condensation
  • •Niveau de condensation : Altitude de formation des nuages

Autres types de refroidissement

  • •Rayonnement nocturne : Perte d'énergie vers l'espace
  • •Advection : Air chaud sur surface froide
  • •Contact : Échange thermique avec surface froide
  • •Mélange : Rencontre de masses d'air différentes

Formation des précipitations

  • •Coalescence : Fusion de gouttelettes par collision (nuages chauds)
  • •Processus Bergeron-Findeisen : Cristaux de glace + gouttelettes surfondues
  • •Seuil de précipitation : Taille critique pour vaincre courants ascendants
  • •Efficacité de précipitation : Pourcentage d'eau nuageuse qui atteint le sol

4.3. Rôle des océans

Les océans couvrent 71% de la surface terrestre et contiennent 97% de l'eau de la planète. Ils jouent un rôle majeur dans la régulation du climat mondial en stockant et redistribuant l'énergie thermique.

Propriétés thermiques des océans

  • •Capacité thermique : 4 fois supérieure à l'air, stockage massif d'énergie
  • •Inertie thermique : Réchauffement et refroidissement lents
  • •Transport de chaleur : Courants marins redistribuent l'énergie
  • •Température de surface : Varie de -2°C (Arctique) à 30°C (Équateur)

Interactions océan-atmosphère

Échanges de chaleur

  • •Flux de chaleur sensible : Échange direct par convection et conduction
  • •Flux de chaleur latente : Évaporation/condensation de l'eau
  • •Rayonnement : Émission et absorption d'énergie radiative
  • •Bilan énergétique : Équilibre entre apports et pertes

Circulation océanique

  • •Circulation de surface : Entraînée par les vents (Gulf Stream, Kuroshio)
  • •Circulation thermohaline : Mouvement par différences de densité
  • •Upwelling : Remontée d'eaux profondes froides
  • •Downwelling : Plongée d'eaux de surface

Phénomènes climatiques océaniques

  • •El Niño/La Niña : Oscillation de température Pacifique tropical
  • •Oscillation Nord-Atlantique : Variation de pression Atlantique Nord
  • •Mousson : Circulation saisonnière due au contraste terre-mer
  • •Cyclones tropicaux : Énergie tirée de l'évaporation océanique

4.4. La neige et le gel

La neige et le gel représentent les formes solides de l'eau dans l'atmosphère et à la surface. Ces phénomènes influencent profondément le climat local, l'hydrologie et les activités humaines.

Formation de la neige

  • •Cristallisation : Vapeur d'eau se solidifie directement sur noyaux glaciogènes
  • •Température : Formation dans nuages à température < -12°C
  • •Formes de cristaux : Dépendent de température et humidité
  • •Agrégation : Cristaux se collent pour former flocons

Types de cristaux de neige

  • •Plaquettes hexagonales : -2°C à -8°C, faible sursaturation
  • •Colonnes : -5°C à -10°C, cristaux prismatiques
  • •Dendrites : -12°C à -16°C, formes ramifiées complexes
  • •Aiguilles : -5°C, cristaux allongés fins

4.5. Humidité et point de rosée

L'humidité et le point de rosée sont des paramètres fondamentaux pour comprendre l'état de l'eau dans l'atmosphère. Ils déterminent le confort thermique, la formation de condensation et les phénomènes météorologiques.

Types d'humidité

  • •Humidité absolue : Masse de vapeur d'eau par unité de volume d'air (g/m³)
  • •Humidité relative : Rapport vapeur présente/vapeur à saturation (%)
  • •Humidité spécifique : Masse de vapeur par unité de masse d'air sec (g/kg)
  • •Rapport de mélange : Masse vapeur/masse air sec total (g/kg)

Applications pratiques

  • •Brouillard : Formation quand température ≈ point de rosée
  • •Zone de confort : Point de rosée 10-15°C optimal
  • •Prévision : Écart température-point de rosée
  • •Bâtiment : Éviter condensation sur parois froides

Capacité de saturation selon la température

Pourquoi l'air chaud peut contenir plus de vapeur d'eau

4.6. Sources et références

Références scientifiques