Mascaret atmosphérique
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Un mascaret atmosphérique (aussi mascaret ondulatoire[2] ou mascaret de pression) est un phénomène météorologique qui prend la forme d'un front d'ondes de pression dans l'atmosphère terrestre se formant normalement dans une masse d'air stable à bas niveau à l'avant d'une goutte froide ou d'un front froid. Il mène généralement à la formation de nuages caractéristiques sur le front d'ondes et au sommet des ondes de gravité qui le suivent.
Il s'agit d'un phénomène similaire au mascaret, qui est un petit ressaut hydraulique ondulant en aval d'un écoulement fluvial.
En météorologie[modifier | modifier le code]
Principe[modifier | modifier le code]
Le mascaret atmosphérique se forme lorsque deux masses d'air de températures différentes se rencontrent. Lorsqu'un front de rafales, engendré par une goutte froide sortant d'un orage, ou un front froid s'approche d'une couche d'air stable, cela crée une augmentation soudaine de la profondeur dans la couche limite stable et une augmentation soudaine de la pression[3].
Le front de ces ondes est appelé le mascaret et il cause un déséquilibre d'énergie : les ondes générées sont propulsées par le transfert d'énergie provenant de l'orage ou du front; leur forme étant dictée par la gravité. La dissipation de l'énergie est liée à la force de l'anomalie créée par le phénomène selon le rapport h1/h0, où h0 est la profondeur initiale de la couche stable et h1 sa profondeur post-mascaret. Lorsque le rapport se situe entre 1 et 2, l'énergie est libérée sous forme d'ondes de gravité derrière le mascaret. Lorsqu'il est de 2 à 4, le phénomène est encore ondulatoire mais devient partiellement turbulent. S'il est plus grand que 4, l'énergie est libérée entièrement sous forme de turbulence atmosphérique[3]. Dans le cas de la formation d'onde de gravité, la couche stable doit également former un guide d'ondes qui permet au mascaret de se propager sur une longue distance[3].
Si les conditions sont favorables aux ondes de gravité, celles-ci soulèvent l'air et, selon la disponibilité d'humidité, peuvent devenir visibles par la formation de bandes parallèles de nuages dans le ciel. Ces ondulations sont similaires à celles créées lors du jet d'un caillou dans une mare ou au sillage engendré par un bateau en mouvement. L'objet en question soulève le fluide qui redescend sous l'influence de la gravité. Le phénomène engendre donc des ondes transversales un peu comme pour les ondes orographiques. Cependant, vu que l'objet se déplace, ces ondes ne seront pas stationnaires et se déplaceront avec l'obstacle[4].
La longueur des ondes associées au mascaret atmosphérique est de l'ordre de 5 km et la vitesse peut varier de 15 km/h à 100 km/h[4]. Ce mascaret se déplace dans l'atmosphère et il existe plusieurs variétés de mascarets se produisant à différents niveaux de l'atmosphère dont le mascaret mésosphérique qui se produit dans la mésosphère.
Occurrences[modifier | modifier le code]
Le mascaret atmosphérique se forme toutes les fois que les conditions précitées existent mais est rare dans un grand nombre d'endroits. Cependant il se produit régulièrement et de façon prévisible au printemps dans le golfe de Carpentarie en Australie, où on lui a donné le nom de Morning Glory (ou Gloire du matin). Des pilotes de planeur ont rapporté que les ondes de gravité associées au mascaret peuvent se produire entre 4 et 7 jours d'affilée. Les nuages associés (volutus) peuvent s'étendre à perte de vue[5].
Aggravation des orages[modifier | modifier le code]
Le mascaret atmosphérique peut servir de déclencheur à la convection atmosphérique en soulevant l'air au-dessus du niveau de convection libre et en ajoutant un tourbillon supplémentaire. Ceci peut ainsi subitement aggraver la violence des orages en s'ajoutant au phénomène qui les a déclenchés initialement. Cela s'est produit par exemple à Birmingham (Alabama) en avril 1998 alors que de petites tornades se sont subitement amplifiées provoquant de lourds dégâts sur la ville[6].
La même référence montre une vidéo d'un orage engendré par un mascaret atmosphérique au-dessus de Des Moines (Iowa), engendrant des tubas précurseurs de tornades et une pluie torrentielle. Cet événement s'était produit le [6]. La vidéo montre clairement des nuages en rouleau (arcus) se déplaçant.
Projet PECAN et convection nocturne[modifier | modifier le code]
Il a longtemps été remarqué que dans les Grandes plaines, les orages se redéveloppent en fin de nuit ce qui semble être contre-intuitif puisque tôt le matin l'air est très stable près du sol. En fait, il a été démontré que la convection en altitude (elevated convection en anglais) s'aggrave à cause d'un effet de mascaret atmosphérique en présence du développement d'un fort courant-jet de bas niveau provenant du sud[8]. Ces jets se forment de la même façon que ceux en altitude, soit à la suite d'une stratification des températures avec l'altitude, mais dans ce cas c'est sous l'inversion de température nocturne que cela se produit et non le long d'une zone barocline. Le jet se retrouve juste sous le niveau du sommet de l'inversion[9].
Une publication résume les recherches qui ont été effectuées au cours du projet PECAN (Plains Elevated Convection At Night) en juin- et engagé des moyens techniques considérables[8]. Les mesures confirment qu'un courant-jet de bas niveau nocturne et son mascaret entretiennent des orages qui se trouvent dans une couche instable en altitude, leur soulèvement de l'air dans la couche stable servant de déclencheur découplé de la convection au niveau des orages. Les gouttes froides induites par ces orages nocturnes provoquent souvent en retour des mascarets de pression et des ondes solitaires dans la couche d'inversion qui augmentent l'effet du courant-jet permettant un apport supplémentaire de soulèvement aux orages et les aggrave en fin de nuit[8],[10].
Cet effet peut être généralisé car il favorise la formation de nuages convectifs organisés. Les jets de bas niveaux et les mascarets associés sont ainsi des éléments importants dans la formation des lignes de grain, des complexes orageux à méso-échelle et des Derechos nocturnes.
En hydraulique[modifier | modifier le code]
Le mot anglais bore est utilisé pour décrire une crête d'eau se déplaçant en présence d'eaux peu profondes. Ce phénomène est appelé en français un ressaut hydraulique (parfois « saut de Bidone (it) »[12],[13]). Lorsque le nombre de Froude est compris entre 1 et un nombre compris entre 1.4 et 1.7, le ressaut est accompagné d'un train d'ondulations à la surface. Elles sont appelées en anglais whelps (traduction littérale chiot)[14]. La crête d'eau est alors appelée mascaret ondulant.
Les ondulations[15] prennent la forme d'une onde stationnaire par rapport au ressaut. Donc, la vitesse de phase (vitesse relative de la propagation par rapport à de l'eau calme) est juste assez élevée pour produire un train d'onde stationnaires par rapport au ressaut. Maintenant en ce qui concerne la houle, la vitesse de groupe (qui est aussi la vitesse de transport de l'énergie) est inférieure à la vitesse de phase. Donc en moyenne, l'énergie associée aux ondulations s'éloigne du ressaut et contribue à la perte d'énergie dans la région du ressaut[16].
Ce phénomène, appelé mascaret, se produit dans les estuaires.
Voir aussi[modifier | modifier le code]
Références[modifier | modifier le code]
- Adanced Soaring made Easy, p. 413
- « Volutus », Atlas international des nuages, Organisation météorologique mondiale, (consulté le ).
- (en) Timothy A. Coleman, Kevin R. Knupp et Daryl E. Herzmann, « An Undular Bore and Gravity Waves Illustrated by Dramatic Time-Lapse Photography », Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, AMS, vol. 27, no 8, , p. 1355-1361 (DOI 10.1175/2010JTECHA1472.1, lire en ligne [PDF]).
- (en) Martin Setvak, Jochen Kerkmann, Alexander Jacob, HansPeter Roesli, Stefano Gallino et Daniel Lindsey, « Outflow from convective storm, Mauritania and adjacent Atlantic Ocean (13 August 2006) », Agenzia Regionale per la Protezione dell'Ambiente Ligure, (consulté le )
- Advanced Soaring Made Easy, p. 412
- (en) Tony Philips, « Strange Storm Shaped by Gravity Wave », (consulté le )
- (en) Cris Rink, « NASA Flies Stormy Kansas Skies this Summer for Science »,
- (en) Bart Geerts et al., « The 2015 Plains Elevated Convection At Night (PECAN) field project », American Meteorological Society, (DOI 10.1175/BAMS-D-15-00257.1, lire en ligne)
- Organisation météorologique mondiale, « Jet à basse altitude », sur Eumetcal (consulté le ).
- (en) David Parsons et al., « Why Does the Rain Fall on the Great Plains ... Mainly at Night? », PECAN Science Workshop Presentations, (lire en ligne)
- Susan Bartsch-Winkler et David K. Lynch, « Catalog of worldwide tidal bore occurrences and characteristics », Circulaire 1022, U. S. Geological Survey,
- Danse avec le vent, p. 134
- George (Georgio) Bidone, « Expériences sur le remou et sur la propagation des ondes », Mémoires de l'Académie Royale des Sciences de Turin, vol. XXV, (lire en ligne).
- (en) Hubert Chanson, Current Knowledge In Hydraulic Jumps And Related Phenomena. A Survey of Experimental Results, European Journal of Mechanics B/Fluids, Vol. 28, No. 2, pp. 191–210, (ISSN 0997-7546, DOI 10.1016/j.euromechflu.2008.06.004, lire en ligne).
- (en) Hubert Chanson, « Hydraulic Jumps: Bubbles and Bores », 16th Australasian Fluid Mechanics Conference (AFMC), Gold Coast, Queensland, Australia, (lire en ligne, consulté le ).
- T.B. Benjamin et M.J. Lighthill, « On cnoidal waves and bores », Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences, vol. 224, no 1159, , p. 448–460 (DOI 10.1098/rspa.1954.0172, Bibcode 1954RSPSA.224..448B, lire en ligne)
Bibliographie[modifier | modifier le code]
- Jean-Marie Clément, Danse avec le vent, TopFly, , 304 p. (ISBN 978-88-903432-3-0, présentation en ligne)
- (en) Bernard Eckey, Advanced Soaring made Easy, Future Aviation, , 3e éd., 432 p. (ISBN 978-0-9807349-2-8)
