Source: The Conversation – France (in French) – By Patrick Augustin, Ingénieur de recherche, Université Littoral Côte d’Opale
Le phénomène d’équilibre thermique, qui explique pourquoi notre café refroidit dans sa tasse, se produit aussi à l’échelle de la planète. Avec des conséquences notables sur le climat : c’est notamment lui qui est à l’origine de la « brise de mer », vent marin relativement froid et humide caractéristique du climat des régions littorales.
Vous avez certainement déjà constaté que lorsque vous ne buvez pas votre café chaud, au bout d’un certain temps, il se refroidit. Inversement, un yaourt froid sorti du réfrigérateur et laissé sur la table se réchauffe au fil du temps.
Ce phénomène est appelé « l’équilibre thermique » : le café, plus chaud que l’air ambiant, va transférer sa chaleur vers l’air environnant. Au fil du temps, le café refroidit jusqu’à ce que sa température s’égalise à celle de l’environnement. De la même manière, le yaourt, plus froid que l’air ambiant, va absorber la chaleur de l’air et se réchauffer, pour atteindre la température ambiante. Ainsi, qu’il s’agisse du café qui refroidit ou du yaourt qui se réchauffe, l’équilibre thermique qui se produit dans la nature fait tendre les températures vers une température uniforme, sans effort de notre part.
Ce phénomène se produit également à plus grande échelle, et il n’est pas sans conséquence : l’équilibre thermique entre la terre et les mers ou les océans est un processus clé dans la régulation du climat global. Voici ce que nous en savons.
Un déséquilibre thermique entre terre et mer/océans
L’eau a une capacité thermique beaucoup plus élevée que la terre. Cela signifie que les mers/océans absorbent et libèrent la chaleur plus lentement que les surfaces terrestres. Ainsi, l’eau se réchauffe et se refroidit beaucoup plus lentement que la terre.
Dans ces conditions, un déséquilibre thermique peut se former entre ces deux systèmes. Cette différence de capacité thermique joue un rôle crucial dans la circulation atmosphérique, la formation des vents et les variations climatiques à court et à long terme.
En effet, les variations de température sur la terre sont rapides et importantes, entraînant, par exemple, des étés chauds et des hivers froids dans les zones continentales. La mer/océan agit comme des régulateurs thermiques, en emmagasinant la chaleur durant l’été et en la restituant durant l’hiver, ce qui contribue à adoucir les climats côtiers.
La conséquence de l’existence d’un déséquilibre thermique entre la terre et la mer/océan est aussi perceptible dans le cycle diurne, durant lequel ces deux systèmes réagissent différemment sous l’effet du rayonnement solaire. Durant la journée, les surfaces des terres se réchauffent plus rapidement que les surfaces marines. Ainsi, au voisinage des zones côtières, l’air réchauffé en contact du sol monte (sous l’effet de la poussée d’Archimède), accompagné d’une diminution de la pression atmosphérique.
Au-dessus de la mer, le réchauffement de l’air en contact de la surface de la mer/océan étant plus lent, l’air est plus dense et la pression est plus grande. Cette différence de pression entre l’air au-dessus des terres et au-dessus de la mer/océan engendre le déplacement de l’air froid et humide provenant de la mer et se dirigeant vers les terres (figure 1). Ce mécanisme correspond à un phénomène météorologique local appelé brise de mer.
Ce vent marin relativement plus froid et humide (plus dense), s’écoule horizontalement vers l’intérieur des terres pour remplacer l’air plus chaud et sec (moins dense), qui s’élève au-dessus de la surface des terres. La zone d’interface entre l’air marin (situé à l’avant du courant de brise) et l’air au-dessus des terres, est appelée front de brise de mer. Le passage du front est souvent marqué par des changements brusques de température, d’humidité, de direction et vitesse de vent. Ce contraste thermique et dynamique peut d’ailleurs favoriser, sous certaines conditions, la formation de nuages.
En effet, lorsque l’air chaud des terres rencontre l’air marin au niveau du front de brise, une zone de convergence se forme favorisant une poussée vers le haut des deux masses d’air appelé courant ascendant. Cette ascension de l’air chaud et humide entraîne la condensation de la vapeur d’eau, formant des nuages, généralement de type cumulus. Ces nuages se forment souvent le long du front de brise de mer, où les deux masses d’air se rencontrent.
Dans certaines situations, lorsque la différence de température entre la terre et la mer est particulièrement marquée, l’air chaud peut s’élever rapidement, formant non seulement des nuages cumulus, mais aussi des cumulo-nimbus, pouvant conduire à des averses ou des orages locaux en fin de journée.
Vers un équilibre thermique
Ce mouvement d’air frais contribue à rééquilibrer les températures en rafraîchissant les zones terrestres chauffées, tout en réduisant la différence thermique entre la surface de la terre et la mer. En apportant de l’air plus frais, la brise de mer adoucit les températures terrestres, surtout pendant les périodes de chaleur intense, et rétablit ainsi un certain équilibre thermique. La brise de mer joue donc un rôle crucial dans l’amélioration du confort thermique. Elle atténue la sensation de chaleur excessive pour les habitants, améliorant ainsi leur bien-être.
Dans certaines situations, la brise de mer peut se renforcer à mesure que la différence de température entre la terre et la mer augmente, ce qui peut entraîner un vent plus fort près des côtes. Elle peut avoir un impact significatif sur la production d’énergie éolienne, particulièrement dans les régions côtières, surtout si les vents terrestres sont faibles. En effet, ce phénomène météorologique peut générer des vents réguliers et prévisibles permettant une production plus efficace et prévisible, réduisant ainsi la variabilité de la production d’énergie éolienne. Ces vents sont souvent plus forts en fin de matinée et dans l’après-midi, ce qui en fait une source d’énergie précieuse pour les éoliennes situées près des côtes.
Par ailleurs, elle peut aussi influencer la concentration et la distribution des polluants atmosphériques puisqu’elle peut disperser les polluants. En effet, elle peut participer au renouvellement de l’air au-dessus des terres, en remplaçant l’air stagnant plus ou moins pollué par un air provenant de la mer. Cependant, dans certaines zones côtières où la pollution industrielle/automobile est importante, la brise de mer peut transporter la pollution des zones côtières vers l’intérieur des terres. Dans certaines conditions, elle peut contribuer à la formation d’une couche limite emprisonnant l’air pollué près du sol, ce qui limite la dispersion verticale des polluants et peut aggraver la qualité de l’air localement.
L’équilibre thermique entre ces deux systèmes est un mécanisme fondamental qui régule le climat. Cet équilibre est donc essentiel à la stabilité des écosystèmes et des sociétés humaines. Il nécessite une attention particulière pour maintenir les régulations naturelles face aux pressions croissantes liées au changement climatique global.
Cet article est publié dans le cadre de la Fête de la science (qui a lieu du 4 au 14 octobre 2024), et dont The Conversation France est partenaire. Cette nouvelle édition porte sur la thématique « océan de savoirs ». Retrouvez tous les événements de votre région sur le site Fetedelascience.fr.
Patrick Augustin ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d’une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n’a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.
– ref. La brise de mer, ou pourquoi le climat est plus doux dans les régions côtières – https://theconversation.com/la-brise-de-mer-ou-pourquoi-le-climat-est-plus-doux-dans-les-regions-cotieres-241282