III- La météo au cycle 3
2) La circulation de Hadley
Les élèves ont vu comme prérequis le fait que l'air est de la matière, donc est pesant. Ils savent que l'air se dilate quand on le chauffe.
Ils savent qu'une conséquence est que l'air chaud est moins dense que l'air froid, ce qui explique l'ascension des montgolfières. On peut
alors leur faire l'expérience décrite par la vidéo ci-contre à droite. On immerge à droite au fond d'un aquarium plein d'eau une petite
gamelle métallique trouée
dans laquelle on a chauffé de l'eau colorée avec du colorant alimentaire. En haut, sur la gauche on a mis des glaçons. Dans un premier temps, l'eau chaude
colorée s'élève car elle est moins dense que l'eau environnante. mais lorqu'elle atteint les glaçons, elle atteint une zone de coulage, car les glaçons
qui fondent sont entourés d'une eau très froide donc très dense. Le tout se met à tourner en rond.
Une telle circulation se produit spontanément dans l'atmosphère. À l'équateur, là où les océans sont les plus chauds, l'air au dessus s'élève. En
altitude il refoule alors vers les pôles Nord et Sud. Mais lentement il se refroidit par rayonnement infrarouge vers l'espace. Il devient
donc de plus en plus dense et finit par couler au niveau des anticyclones tropicaux vers 30° de latitudes nord et sud. Il y a deux mécanismes
qui renforcent l'ascendance au niveau de l'équateur : lorsque l'air humide monte, il se refroidit par détente (on peut dire aux enfants qu'il fait plus froid en
altitude). La vapeur d'eau condense alors en nuages (gigantesques cumulonimbus), mais ce changement d'état dégage beaucoup de chaleur qui renforce l'ascendance. D'autre part, l'air qui converge
vers l'équateur dans les basses couches et qui constitue les vents alizés, se charge de plus en plus en humidité par évaporation des océans tropicaux.
Or l'air humide, toutes choses égales par ailleurs, est moins dense que l'air sec. En effet, dans un volume donné, à cause de la loi d'Avogadro, il
y a toujours le même nombre de molécules quelle que soit la composition de l'air, mais la molécule d'eau est plus légère que les molécules d'azote et
d'oxygène. Enfin, là ou l'air redescent, vers 30° de latitudes nord et sud, il subit une compression ce qui le réchauffe et évapore les nuages.
On a l'explication de la couronne des déserts tropicaux sur la Terre aux latitudes de 30° nord et sud.
Les élèves découvrent aussi que les différences de températures sont à l'origine des vents sur la Terre, donc finalement que l'énergie
du vent vient du Soleil.
3) Visualisation par le mouvement des nuages Il est très spectaculaire dans les pays
tropicaux de visualiser la circulation de Hadley par le mouvement opposé des nuages des basses couches et des nuages élevés.
Nous montrons ci-dessus à droite une vidéo prise à Townsville en Australie.
4) Migration de la cellule de Hadley avec les saisons La photo ci-contre à droite
montre (entouré par l'ovale rouge) les nuages de la ZCIT (zone de convergence intertropicale, zone de convergence des alizés où
l'air se met à monter en formant des cumulonimbus. La vidéo ci-dessous
récapitule différentes informations sur ce sujet et montre la migration suivant les saisons de la cellule de Hadley. L'anticyclone permanent
qui gouverne le temps chez nous et qui est associé à la subsidence de l'air dans la cellule de Hadley est l'anticyclone des Açores.
Il a tendance à remonter vers le Nord l'été, ce qui assure, surtout pour les régions de l'ouest de la France, beaucoup moins de pluie l'été que
l'hiver.
5) Lien avec la pluviométrie Nous montrons ci-dessous le lien entre la pluviométrie
de quelques villes d'afrique et la position de la cellule de Hadley. Les pluies sont maximales au passage de la ZCIT, deux fois par an au printemps
et en automne sur l'équateur, et une fois par an plus près des tropiques, en juillet dans l'hémisphère nord, et en janvier dans l'hémisphère
sud. Tout ceci explique ce qui est au programme de géographie du cycle 3 : le fait qu'il y ait des zones équatoriales humides et des zones tropicales
sèches
Suite : la météo au cycle 3 : le vent et la pluie dans les régions tempérées.
