La mécanique de l'atmosphère
L'air qui se déplace est soumis a des forces qui le mettent en mouvement. Ces forces sont la conséquence de gradients nés des différences d'apports énergétiques entre une région et une autre.


I. Le gradient de pression ; origine du vent :

La préssion au sol correspond au poid d'une colonne d'air par unité de surface. Les isobares sont des lignes où reigne la même intensité de pression. La pression de l'air est dirrectement lié à sa température. L'augementation de la température de l'air diminue sa densité. L'air chaud tends a monter et la pression au sol diminue. Au contraire, l'air froid, plus dense, descend et s'accumule au sol, créant ainsi de hautes pressions. Schématiquement, aux fortes latitudes, où l'air est froid, reignent des hautes pression. Au contraire, vers l'équateur, où l'air est plus chaud, on rencontre des pressions plus faibles. Une augmentation de pression peut également être cuasée par la convergence en altitude de deux masses d'air refroidi et s'accumulant à la limite de convergence. Un relief provoque une omontée de l'air et une diminution de pression.
Entre les zones de haute et de basse pression, un gradient de pression "G" existe alors perpendiculairement aux isobares. Sa valeur est égale au rapport entre la différence de pression mesurée entre deux points ("dP") et la différence de distance séparant ces deux points ("dl"): G=dP/dl

Le gradient peut être uniforme ou non, avec des zones de valeurs plus élevées, là ou les isobares sont ressérées.
Une force, dite force de "gradient de pression" proportionnelle au gradient de pression (F=kG), s'exerce alors sur toute particules d'air. La dirrection de la force du gradient de pression est perpendiculaire aux isobares et elle est aurientée positivement des hautes veers les basses pressions. Sous son action, les particules d'air sont mises en mouvement et acquièrent une accélération et une vitesse.




II. L'influence de la rotation de la terre :

Imaginons maintenant une particule d'air qui se déplacerait en ligne droite du pôle nord (zone de haute pression) vers l'équateur (zone de basse pression). Puisque la terre tourne sur elle même, cette particule se retrouve a l'équateur à une longitude différente de celle de son point de départ. Le point d'arrivé est décallé vers l'ouest. Ce résultat peut s'interprété comme si une force (dite force de Coriolis) avait agit sur cette particule et l'avait déviée de sa trajectoire initiale. Cependant, aucune force réelle n'existe,; il s'agit d'une force fictive dûe à la rotation de la terre.



Dans l'hémisphère nord, la force de Coriolis fait déviée les particules vers la droite de leur trajectoires, dans l'hémisphère surd vers la gauche.
Dans l'hémisphère nord, dans une zone de basse pression, la force de Coriolis provoque un mouvement giratoire parallèle aux isobares et dans le sens inverse des éguilles d'une montre (dépréssions ou cyclones) ; à l'inverse, pour les hautes pressions, le mouvement se fait dans le sens de celui des éguilles de la montre (anticyclones). Les dirrections sont opposées dans l'hémisphère sud: vents dans le sens des éguilles d'une montre autour des dépressions et dans l'autre sens autour des anticyclobes.


III. Les forces de friction et le vent réel :

Prés du sol, il faut tenir compte du ralentissement imposé par la friction du vent au sol. L'air étant freiné par les aspéritées du sol, sa vitesse en est diminuée. L'effet de la force de Coriolis diminue d'autant, mais, la force du gradient de pression étant identique, l'équilibre géostrophique n'est pas atteint. L'équilibre géostrophique est un équilibre où les forces de Coriolis et du gradient de pression sont de sens opposés et d'égale intensité. La force résultante fait que la trajectoire n'est plus parallèle aux isobares. Les particules d'air sont entrainées des ahutes vers les basses pressions: le vent souffle au travers des isobares, ce que l'on peut constater facilement sur des cartes présentant les trajectoires du vent au sol.

D'autres facteurs interveinnent aussi pour modifier la vitesse du vent par rapport aux vents géostrophiques.




Lorsque les isobares sont très incurvées il faut faire intervenir une autre force, la force centripète. Dans ce cas, on montre que le vent réel est plus faible que le vent géostrophique dans les dépressions et plus fort autour des anticyclones.




Des vents locaux indépendants du vent géostrophique ou s'y superposant sont induits par des différences locales de gradients, par exemple les brises de mer ou de terre en bordure des mers, les vents causés par les reliefs.