vent

(latin ventus)

Mouvement de l'air se déplaçant d'une zone de hautes pressions vers une zone de basses pressions.

1. Le déplacement du vent

1.1. Les composantes du vent

Mouvement d'air relatif à la surface terrestre, le vent se déplace dans les trois dimensions. Cependant, les mouvements horizontaux (on parle de composantes horizontales) sont en moyenne beaucoup plus importants que les verticaux. La vitesse verticale moyenne des vents ne dépasse en effet pas quelques dizaines de centimètres par seconde, contre 10 m/s pour la vitesse horizontale ; toutefois, à l'échelle locale, en présence de reliefs importants et à l'intérieur des systèmes convectifs, elle peut atteindre des valeurs extrêmes, jusqu'à 40 m/s dans une cellule géante (ou supercellule).

La direction du vent est toujours celle « d'où vient le vent » ; ainsi, un vent d'ouest est un vent qui souffle de l'ouest vers l'est.

1.2. L'écoulement du vent

Le vent s'écoule de façon plus ou moins régulière et peut être caractérisé par son régime. En cas d’écoulement laminaire, l'air est peu agité, les lignes de courant sont disposées en couches parallèles, et le vent est régulier. En cas d’écoulement turbulent, l'air est agité de façon désordonnée, le vent est alors très irrégulier en direction et en vitesse (les fluctuations peuvent atteindre des valeurs importantes sur des temps relativement brefs) ; la turbulence est principalement due aux frottements contre les aspérités terrestres et aux perturbations associées à la présence de barrières orographiques ou de mouvements convectifs.

2. Les principales causes du vent

À l'échelle planétaire, le gradient de pression, la force de pesanteur, la rotation de la Terre et les processus dissipatifs (comme le frottement) sont les principaux paramètres qui déterminent la circulation atmosphérique. C'est grâce aux travaux de l'astronome britannique Edmund Halley, en 1686, qu'est apparue aux premiers météorologues de l'époque l'existence d'une cohérence dans la formation des vents, et qu'il a été établi une relation entre la circulation générale de l'atmosphère et la distribution de l'énergie solaire à la surface du globe.

2.1. Les gradients de pression

Les fortes variations de température qui existent entre les régions équatoriales et les zones polaires engendrent des gradients de densité de l'air, et donc des gradients de pression atmosphérique. Ceux-ci représentent la principale source des mouvements de l'air à l'échelle planétaire. Les vents ainsi générés ont alors pour rôle principal de transporter de la chaleur depuis les régions équatoriales vers les zones polaires pour compenser le déséquilibre thermique existant. Toutefois, celui-ci est constamment maintenu par le rayonnement solaire, c’est pourquoi aucun équilibre ne peut être atteint de façon durable ; les vents interviennent et se renouvellent donc constamment.

2.2. L'influence de la rotation de la Terre

En 1735, le physicien britannique George Hadley a montré le rôle de la rotation de la Terre dans la déviation, à l'échelle planétaire, des courants aériens : vers la droite dans l'hémisphère Nord, vers la gauche dans l'hémisphère Sud. L'intensité de la force associée, la force de Coriolis, dépend à la fois de la vitesse de la masse d'air et de la latitude concernée. Dans les régions équatoriales, où la force de Coriolis est faible, les vents soufflent des hautes vers les basses pressions ; en revanche, aux latitudes tempérées et près des pôles, où cet effet est important, les vents ont tendance à suivre les lignes isobares (vent géostrophique) en tournant, pour l'hémisphère Nord, dans le sens des aiguilles d'une montre autour des anticyclones et dans le sens contraire autour des dépressions. Près du sol, les forces de frottement deviennent importantes, et la vitesse du vent décroît suivant la verticale pour atteindre une valeur nulle à la surface ; dans les régions polaires et tempérées, cette décroissance se traduisant par une réduction de la force de Coriolis, le vent est dévié vers les basses pressions (spirale d'Ekman).

3. Les différents types de vent

3.1. À l'échelle planétaire

La circulation moyenne de l'atmosphère dépend surtout de la latitude. Ainsi, aux latitudes intertropicales, se trouvent des vents faibles et réguliers (les alizés), soufflant de nord-est dans l'hémisphère Nord et de sud-est dans l'hémisphère Sud ; en revanche, aux latitudes tempérées, il existe un courant d'ouest (soufflant vers l'est) qui peut devenir instable et produire des perturbations du type dépression, anticyclone ou courant-jet. Lorsqu'on se rapproche des pôles, la circulation atmosphérique reprend une composante moyenne d'est.

3.2. À l'échelle synoptique (1 000 à 6 000 km)

Des vents secondaires sont engendrés par les perturbations du courant d'ouest, par les contrastes thermiques existant entre les océans et les continents et par les forts gradients rencontrés à la surface des reliefs importants. Ainsi, les moussons (indienne, africaine, etc.) minimalisent les écarts de température entre les continents chauds et les océans adjacents, plus froids, et les vents catabatiques, rencontrés en Antarctique ou au Groenland, descendent le long des glaciers ou des surfaces enneigées pour réduire le gradient thermique.

3.3. À moyenne échelle (10 à 1 000 km)

Les brises prennent naissance dans les régions côtières et près des lacs. Durant la journée, si le réchauffement solaire est suffisant, l'air situé immédiatement au-dessus du sol monte, donnant éventuellement naissance à des cumulus, voire à des cumulo-nimbus, parfois accompagnés d'averses ; près de la surface, l'air ascendant est remplacé par de l'air venant de la mer (brise de mer) ou du lac (brise de lac). La nuit, le refroidissement du sol par rayonnement inverse le processus (brise de terre). Un phénomène analogue explique les brises de montagne et de vallée : le jour, l'air remonte les pentes réchauffées, la nuit il descend les pentes refroidies.

L'orographie a une influence marquée sur les vents locaux. Dans l'effet de fœhn, l'air perd son humidité en montant sur le versant exposé au vent d'une chaîne montagneuse, puis redescend chaud et sec sur l'autre versant. Cet effet est très marqué dans les Alpes, mais aussi sur la plupart des grands massifs montagneux ; il produit des vents comme le chinook au Colorado (États-Unis), le zonda en Argentine, le chergui au Maroc.

3.4. À l'échelle locale

Le resserrement entre deux massifs montagneux peut accélérer violemment le vent local : c'est le cas du mistral, de la tramontane, de l'autan. Le même phénomène se produit, à plus petite échelle, au milieu de grands ensembles immobiliers comme ceux du quartier de la Défense, à l'ouest de Paris.

Des vents forts et extrêmement dévastateurs peuvent aussi être associés aux nuages convectifs : dans les tornades, l'air des basses couches est violemment aspiré dans une colonne ne dépassant pas 200 ou 300 m de diamètre, et monte en tourbillonnant jusque dans le nuage ; la vitesse du vent peut dépasser 100 m/s. Ces phénomènes particulièrement violents et destructeurs sont fréquents dans la plaine du Mississippi (aux États-Unis), où ils font chaque année des dégâts considérables et des centaines de victimes. Dans les courants de densité, l'air sec refroidi par les précipitations se précipite vers le sol et s'étale en générant un front de rafales marqué par des coups de vent brutaux et soudains.

Les vents régionaux et locaux sont extrêmement nombreux et variés. En France métropolitaine, on en compte plusieurs centaines. Si les vents régionaux intéressent des zones assez vastes, les vents locaux n'intéressent que des zones de faible étendue (à l'échelle d'une colline, d'une vallée, d'un village ou d'une ville). Ils tirent leurs noms de leurs caractéristiques locales ou de leur origine géographique.

4. Les effets du vent

Le vent possède donc une énergie importante et peut transporter de grandes quantités de chaleur, d'humidité, de polluants ou de constituants mineurs (sable, poussière). Il a aussi des effets secondaires, comme la création de courants océaniques ou la production de vagues au-dessus des océans. Il accélère les échanges entre l'atmosphère et le sol, la végétation ou l'océan (évaporation, flux de chaleur…). Au-dessus des continents, le vent permet l'érosion, le transport et le dépôt de sédiments.

L'érosion due au vent est surtout efficace dans les régions sèches et arides, où les particules fines du sol ne sont pas solidement maintenues en place par l'humidité ou la végétation. Les poussières ainsi transportées provoquent ensuite l'abrasion des roches et des sols exposés.

Si l'énergie du vent occasionne des dégâts et des désagréments (cyclones tropicaux, tornades, rafales, cisaillements ou sautes de vent, turbulences, etc.), elle peut aussi être mise à profit pour fournir de l'énergie cinétique (bateaux à voiles, planeurs, avions, etc.), mécanique (moulins à vent) ou électrique (turbines éoliennes).

La puissance d'une éolienne est proportionnelle à la surface des pales et à la force du vent ; par vent fort, les plus puissantes procurent une énergie de plus de 1 000 kW, mais elles couvrent des surfaces importantes et la puissance fournie n'est pas fiable puisqu'elle varie au gré du vent.

5. La mesure du vent

Le vent instantané est souvent difficile à discerner et à mesurer en raison de la grande variabilité des mouvements de l'air aux petites échelles d'espace et de temps ; il est évalué sur des intervalles de quelques secondes. Le vent météorologique est mesuré à 10 m du sol et correspond à une valeur moyenne sur un intervalle de 10 min, ce qui permet de négliger les fluctuations associées à la turbulence de petite échelle et de rendre comparables les observations faites à différentes stations. Les rafales de vent pouvant avoir des conséquences importantes pour l'aviation ; le vent aéronautique, est une moyenne réalisée sur 3 min.

5.1. Mesure de la direction du vent

Si la direction horizontale du vent est généralement repérée par rapport aux points cardinaux (rose des vents à 8, 16 ou 32 directions), en météorologie elle est définie comme la direction d'où vient le vent, et la rose utilisée a 36 directions : l'est correspond à 09, le sud à 18, l'ouest à 27, le nord à 36, l'indication 00 étant réservée à la représentation des vents faibles (pas de direction déterminée). La direction du vent peut être déterminée à l'aide d'une manche à air, d'une banderole, d'un ruban ou d'une girouette. Cette dernière aurait été utilisée en Chine et en Égypte antiques ; au ii^e s. avant J.-C., à Athènes (en Grèce), sur la Tour des vents d'Andronicos, une girouette permettait de déterminer la direction du vent. Aristote en avait défini huit selon leur origine : Boréas (nord), Kaikias (nord-est), Apéliotès (est), Euros (sud-est), Notos (sud), Lips (sud-ouest), Zéphyros (ouest), Skyron (nord-ouest).

5.2. Mesure de l'intensité du vent

La force du vent est l'intensité avec laquelle le vent souffle. Elle s'exprime en mètres par seconde, en kilomètres par heure ou en nœuds, ou degrés Beaufort. Sa mesure peut être réalisée à l'aide d'un anémomètre (le premier, qui date de 1450, aurait été conçu par l'architecte italien Leon Battista Alberti), qui, dans sa forme la plus classique, est constitué d'un petit moulinet dont la vitesse de rotation est fonction de la force du vent. On utilise aussi des anémomètres soniques ou à différence de pression.

5.3. Mesures de l'intensité et de l'orientation du vent en altitude

L’intensité et l’orientation du vent en altitude peuvent être déterminées en installant les capteurs sur une tour, sur un aéronef, sous un cerf-volant ou un ballon captif. Une méthode couramment employée par les services météorologiques consiste à déduire le vent des positions successives d'un ballon mesurées par des méthodes optiques (théodolites) ou faisant appel aux micro-ondes (radars de poursuite), à des ondes radioélectriques (utilisation de balises au sol : systèmes Oméga, Loran C) ou encore à des balises embarquées sur satellites (système GPS, Global Positioning System).

Les caractéristiques du vent en altitude peuvent aussi être obtenues par télédétection active, en utilisant des sodars (sondeurs acoustiques), des lidars (sondeurs à faisceau laser) ou des radars profileurs de vent (radars ST fonctionnant dans les bandes UHF et VHF). Dans les précipitations, le vent peut être mesuré à l'aide de deux radars Doppler placés au sol ou d'un radar aéroporté à deux faisceaux.

Ces moyens de mesure sont précieux pour la prévision météorologique et la connaissance des climats. Leur principale limitation réside dans la faible couverture spatiale des mesures effectuées. Des études sont menées pour développer un lidar Doppler qui serait embarqué sur satellite et permettrait d'effectuer des mesures globales du vent dans toutes les régions de la planète.