Le tourbillon, principe général à la base de la climatologie dynamique - article ; n°358 ; vol.66, pg 481-498

P. Pédelaborde

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Annales de Géographie - Année 1957 - Volume 66 - Numéro 358 - Pages 481-498
18 pages
Source : Persée ; Ministère de la jeunesse, de l’éducation nationale et de la recherche, Direction de l’enseignement supérieur, Sous-direction des bibliothèques et de la documentation.

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• Publié le: 01 janvier 1957
• Nombre de lectures: 10
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Extrait

Pierre Pédelaborde
Le tourbillon, principe général à la base de la climatologie
dynamique
In: Annales de Géographie. 1957, t. 66, n°358. pp. 481-498.
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Pédelaborde Pierre. Le tourbillon, principe général à la base de la climatologie dynamique. In: Annales de Géographie. 1957, t.
66, n°358. pp. 481-498.
doi : 10.3406/geo.1957.18322
http://www.persee.fr/web/revues/home/prescript/article/geo_0003-4010_1957_num_66_358_18322-
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358. — LXVie année. Novembre-Décembre 1957. №
ANNALES
DE
GEOGRAPHIE
désigne, du d'une La monde A colonne notion LA en entier, mécanique LE BASE de atmosphérique TOURBILLON, tourbillon dans DE et l'analyse en LA est météorologie, ou CLIMATOLOGIE utilisée dynamique de PRINCIPE la Terre aujourd'hui, la de elle-même rotation l'atmosphère. GÉNÉRAL par DYNAMIQUE1 d'un autour les corps météorologistes Le de tourbillon terrestre, la verti
cale. Cette rotation n'existe que par référence à des coordonnées absolues,
c'est-à-dire des axes déterminés par des étoiles fixes indépendantes du mou
vement de la planète (axes de Galilée). Les anciens auteurs employaient le
terme de rotationnel ou mouvement rotationnel. En anglais, on appelle le tour
billon curl, spin, et chez tous les météorologistes modernes vorticity. Le
terme allemand correspondant est aujourd'hui Wirbeln ou Wirbelbewegung.
Les développements qui vont suivre sont à la base des conceptions
actuelles de la mécanique de l'atmosphère. Il ne s'agit pas de météorologie
pure, mais bien de climatologie. En effet, des notions fondamentales (vent
du gradient, direction des brises de mer ou de montagne, conséquences de
Vonde planétaire sur le temps et le climat, décharges polaires, cyclogénèse,
caractères des climats subtropicaux, perturbations de l'alizé, cyclones tro
picaux, fronts de mousson, etc.) restent inintelligibles lorsqu'on ignore les
lois du tourbillon. L'assimilation des ouvrages techniques de météorologie,
indispensable au climatologiste moderne, exige la connaissance des principes
que nous rappelons ici.
1. Bibliographie sommaire des articles de base concernant le tourbillon. — 1° Tourbillon
et force de Coriolis : S. P. Chrom ow, Einfiihrung in die synoptische Wetteranalyse , traduction
allemande de G. Swoboda, Vienne, 1940, p. 51-53. — 2° Théorème du tourbillon : H. Byers,
General Meteorology, New York, 1944, p. 363-367. — 3° Application du à l'onde pla
nétaire des westerlies : С. G. Rossby et collab., Relation between variations in the intensity oj the
zonal circulation of the atmosphere and the displacements of the semi-permanent centers of action
(J. of Mar. Research, 1939, p. 38-55) ; — V. P. Starr, Basic principles of weather forecasting,
New York, 1942, p. 268-284 ; — A. Prudhomme, Une notion nouvelle en météorologie, l'index
de circulation zonale, NIT de ГЕСМ, VI, Circulation générale, pièce n° 1, Met. Nat., Paris, 1949.
— 4° Techniques d'utilisation du tourbillon en climatologie dynamique : S. L. Hess et
S. M. Fomenko, Constant absolute vorticity trajectory {J. of Met., 1945, p. 238-245) (tables pour
calculer les CAVT) ; — D. H. Miller, Snow cover and climate in the Sierra Nevada, California,
Los Angeles, 1955, p. 49-88 (étude simple des courbures des lignes de flux).
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3 2 ANNALES DE GÉOGRAPHIE 482
I. — Étude élémentaire du tourbillon
1. Définition. — Le tourbillon résulte de la rotation W-E de la Terre
autour de l'axe des pôles. Considérons en effet (fig. 1) les points A et В de
la planète, situés sur l'hémisphère Nord, et animés du mouvement de rota
tion W-E autour de l'axe des pôles NO (O est le centre de la Terre, N est
le pôle Nord). Au bout de 12 heures, après une demi-rotation, A et В seront
respectivement en A ' et B'. Il est évident que, pendant sa rotation autour
du pôle, В conserve toujours la même position par rapport à N et A, quand
on se réfère à la planète. Ainsi, B' est toujours au Sud de A', de même que В
était au Sud de A. Au point de vue strictement planétaire, В n'a donc pas
tourné autour de la verticale АО, lorsqu'il est arrivé en B' et que la verti
cale est devenue О A'. Mais si l'on se réfère maintenant à un axe absolu N'E,
joignant deux étoiles
fixes N' (étoile po
laire) et E (une autre
étoile quelconque,
indépendante de la
rotation terrestre),
on voit que la posi
tion de В par rapport
à A, dans Y espace
absolu, n'est pas la
même que celle de B'
par rapport à i'. La FlG. 1.
verticale de A est
située entre l'étoile E
et la verticale de B, tandis que la verticale de B' est située entre E et
la de A'. Tout s'est passé comme si, A restant fixe, la verticale de В
était venue se placer en OB" , entre О A et l'étoile. En passant de В en B', le
point В a donc tourné autour de la verticale АО devenue A'O. Lorsqu'il
s'agit d'un point situé tout près du pôle, cette rotation apparaît très simpl
ement (fig. 2). En 24 heures, le point A accomplit une rotation complète, de
A en A', puis en A, autour de la verticale qui se confond ici avec la ligne
des pôles. Au pôle Nord, le tourbillon de la planète est donc cyclonique,
c'est-à-dire en sens inverse des aiguilles d'une montre. Sa vitesse angulaire
est celle de la rotation de la planète, soit 1 tour complet (360° ou 2 n radians)
en 1 jour sidéral, ou 0°0'15" par seconde, ou encore 729 x 10~7 radians /seconde
(le jour sidéral étant inférieur de 3m568 au jour moyen de 24 h, 729 x 10~7
est obtenu en divisant 2 n par 86.134s et non 86.400). Au pôle Sud, le
tourbillon est anticyclonique (sens des aiguilles d'une montre) et sa vitesse
angulaire est évidemment la même, en valeur absolue, qu'au pôle Nord. On
convient d'exprimer la vitesse par un nombre positif quand le tourbillon
est cyclonique, et par un nombre négatif quand il est anticyclonique. Le LE TOURBILLON 483
tourbillon du pôle Nord sera donc Ci (soit 729 X 1C~7 radians/seconde) et
celui du pôle Sud sera — Ci.
Quand on s'éloigne des pôles, la vitesse angulaire du tourbillon diminue.
On démontre en mécanique que le tourbillon со, à une latitude q>, est égal
à d sin ф dans l'hémisphère Nord (et — Ci sin <p dans l'hémisphère Sud).
Pour éviter des développements
assez longs (qu'on trouvera d'ail-
leurs dans tous les traités de
mécanique générale), nous nous
contenterons de rappeler qu'il
existe une preuve physique con
crète de ce fait : l'expérience du
pendule de Foucault, réalisée à
Paris (Panthéon) en 1851. En
effet, le pendule oscille toujours
dans le même plan absolu, plan FlG- 2-
déterminé par la verticale du lieu
et un axe absolu. La trace inscrite sur le sable par l'extrémité du pendule
montre, à Paris, une rotation anticyclonique apparente de ce plan, donc la
rotation inverse vraie (cyclonique) de la surface terrestre par rapport au
plan absolu qui reste fixe en réalité. L'expérience évalue en même temps la
vitesse angulaire qui est égale à 1 tour en 32 h, à Paris : 547 x 10 7 radians/
seconde, soit Ci multiplié par le sinus de la latitude. Comme le sinus varie
de 1 à 0 entre les latitudes 90 et 0, on voit que le tourbillon local de la pla
nète (tourbillon en un point donné) diminue progressivement du pôle (égal
à Ci) à l'équateur (où il s'annule).
2. Application au calcul de la force de Coriolis et conséquences géogra
phiques. — Le tourbillon local de la planète explique la déviation de tous les
mouvements vers la droite, sur l'hémisphère Nord (et vers
la gauche, sur l'hémisphère Sud). Cette déviation résulte
en réalité d'un effet d'inertie et non d'une véritable force.
Un corps en mouvement sur l'hémisphère Nord se déplace
sur la Terre en conservant sa trajectoire rectiligne dans
Yespace absolu (effet ď inertie). Mais, comme la Terre
tourne vers la gauche de cette (tourbillon local),
la trajectoire constante du corps semble déviée par rap
port à la Terre, comme si une force la déplaçait vers la
droite. Cette force apparente s'appelle la force apparente Fig. 3.
de Coriolis, ou, par abréviation, la fo