Effet de foehn

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Régime de foehn dans les Pyrénées caractérisé par une bande de ciel bleu (le trou de fœhn) puis, en aval du phénomène, des nuages « soufflés » traduisant un vent puissant

L’effet de foehn, ou effet de föhn, est un phénomène météorologique créé par la rencontre de la circulation atmosphérique et du relief quand un vent dominant rencontre une chaîne montagneuse[1]. Le nom vient de foehn, nom donné à un vent fort, sec et chaud dans les Alpes.

L'air situé sur le versant ascendant subit un refroidissement adiabatique sec, ce qui augmente son humidité relative jusqu'à possiblement saturation. S'il y a condensation, il y aura production de nuages et précipitations de ce côté puis le taux de changement devient celui plus lent du gradient adiabatique humide. En aval de l'obstacle, l'air redescend et se réchauffe selon l'adiabatique sèche ce qui dégage le ciel de ce côté. Selon la quantité de vapeur d'eau perdue et la différence d'altitude avant et après l'obstacle, la température en aval pourra être plus chaude qu'en amont.

Principe

Variation de la température en amont et en aval de l'obstacle

Lorsque le vent rencontre une montagne plus ou moins perpendiculairement, il suit le relief et s'élève. La pression atmosphérique diminuant avec l'altitude, la température de l'air diminue, par détente adiabatique, d'abord selon le gradient adiabatique sec[2],[3].

Si l'humidité est assez grande au départ, la vapeur d'eau contenue dans l'air va se condenser à partir du niveau où il atteint la saturation, ce qui réchauffe l'air. En effet, le rayonnement solaire, qui a fourni de la chaleur et permis de faire s'évaporer l'eau au niveau du sol, est restitué à l'air par la chaleur latente. Le taux de diminution de la température de la parcelle d'air se fera donc à partir de ce moment selon le gradient adiabatique humide plus lent, tant qu'il y aura de la vapeur à condenser[2],[3].

Si l'air est stable au-dessus de la chaîne de montagne, la parcelle soulevée ne peut continuer sa montée une fois la cime passée et redescend l'autre versant. Il est alors sous le point de saturation car l'eau est tombée sous forme de pluie. Lorsqu'il descend, l'air se comprime (puisque la pression augmente vers le bas) et donc sa température augmente par compression adiabatique selon le taux adiabatique sec[2],[3].

L'effet de fœhn ne demande pas qu'il y ait de précipitations (pluie) ou de nuages abondants produits du côté en ascendance mais l'effet sera d'autant plus fort que la masse d'air perd de son humidité et en particulier que la couche nuageuse est épaisse en amont de l'obstacle. Dans ce cas, l'air a reçu de la chaleur par la condensation de l'eau, donc l'air est plus chaud et plus sec sur le versant sous le vent (flèche rouge) que sur le versant dans le vent (flèche bleue)[2],[3].

Sur la photographie illustrant l'effet de fœhn, la bande de ciel bleu appelée le trou de fœhn est clairement visible à l'arrière. À l'aval du trou de fœhn, il y a des altocumulus lenticularis (nuages soufflés) qui sont des marqueurs d'ondes de gravité et des cumulus fractus (petits nuages déchiquetés) qui marquent la présence d'un rotor.

État de la couche atmosphérique en aval de l'obstacle

Diagramme de relevé de données atmosphériques.
Effet de fœhn à Reno.

En aval de l'obstacle, l'air se réchauffe adiabatiquement et s'assèche en descendant et devient moins dense. À titre d'illustration, le sondage atmosphérique ci-contre montre l'état de la couche atmosphérique par un fort vent d'ouest à Reno, cette ville étant située à l'est de la Sierra Nevada. Il apparaît clairement que le gradient de température est égal au gradient de l'adiabatique sèche (9,75 K/km) jusqu'au niveau 630 hPa soit une altitude de 3 700 m. De plus l'air est beaucoup plus sec au sol qu'en altitude ce qui se traduit dans le sondage par un écart plus élevé entre la température de l'air et le point de rosée au niveau du sol. Ce sondage, qui a été effectué au milieu de l'hiver, montre ainsi l'accroissement adiabatique de la température de l'air et son assèchement lorsque celui-ci redescend en aval de la chaîne de montagnes. L'air devient donc plus chaud que la masse d'air environnante et va donc rebondir en altitude à cause de la poussée d'Archimède.

Variante

Une variante de ce processus est lorsque l'air provient d'une région source plus en altitude que la région en aval. C'est le cas du vent de Santa Ana qui transporte de l'air sec de l'intérieur des montagnes et descend vers l'océan Pacifique. C'est un vent de couloir qui a des composantes de foehn et de vent catabatique. Dans ce cas, l'air soulevé n'a pas besoin d'atteindre la saturation et d'obtenir un apport de chaleur latente. La masse d'air soulevée suivra l'adiabatique sèche à la montée comme à la descente de la montagne. Le niveau final étant plus bas que celui de départ, la température finale sera plus élevée[4]. Naturellement, on peut avoir une combinaison des effets, soit une différence de niveau entre le départ et l'arrivée ainsi qu'un dégagement de chaleur latente par condensation de la vapeur d'eau.

Une autre variante de ce processus est le heat burst. Une parcelle d'air subsidente sous une virga d'orage s'assèche en descendant. Elle se réchauffe alors suivant l'adiabatique sèche. Si elle est suffisamment puissante, elle va devenir par inertie plus chaude que l'air environnant[5].

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