La stabilisation de masses d'air humide

La pression P de l'air atmosphérique diminue avec l'altitude z, puisque le fait qu'elle est plus grande en bas qu'en haut permet d'équilibrer la force gravifique (dP/dz = -rg, où r est la masse volumique et où g est l'accélération de la pesanteur). Tout gaz idéal contient à pression et température donnée, le même nombre de particules par unité de volume, mais la masse d'une molécule d'eau est plus petite que celle des molécules d'azote et d'oxygène (dans un rapport de 18 à 28 et 32). L'air humide est donc plus léger que l'air sec à même température et même pression. C'est vrai a fortiori pour de l'air humide et chaud, se trouvant à la même altitude et donc à la même pression. C'est ce qui produit des courants de convection.

Quand une masse d'air monte en altitude, elle est cependant soumise à des pressions de plus en plus basses. Elle se détend. Cela veut dire que le même nombre de molécules occupe un volume plus grand. Si cela se réalisait suivant une transformation isotherme, le produit PV serait constant, mais on sait que la température diminue. En première approximation, on peut admettre que la transformation est adiabatique. Cela veut dire que la masse d'air considérée conserve pratiquement toute son énergie thermique. On peut alors prévoir comment la température varie. Le traitement mathématique J.P. Triplet & G. Roche : "Météorologie générale", Ecole Natl. de la Météorologie, 3e. Ed. 1986. K.A. Emanuel : "Atmospheric convection". Oxford Univ. Press, 1994. conduit au concept d'une "température virtuelle potentielle", mais nous n'avons pas besoin de tellement de détails. Il suffit de savoir qu'il y a une petite différence pour de l'air humide et de l'air sec, parce que l'énergie de rotation n'est pas la même pour des molécules triatomiques (H2O) et diatomiques (N2 et O2).

En fin de compte, une masse d'air humide et chaud finira par se stabiliser à une altitude où la densité de cet air est égale à celle de l'air sec. Au lieu de comparer les densités, on compare des températures qui seraient celles de l'air humide et de l'air sec à une pression standard (généralement 1000 mb). Ces méthodes de calcul s'appliquent aussi à l'intérieur de la couche limite R.B. Stull : "An Introduction to boundary layer meteorology". Kluwer Acad. Publ. 1988. et aux panaches de fumée G.A. Briggs : "Plume rise". U.S. Atomic Energy Commission. 1969.. On a d'ailleurs signalé que des usines peuvent augmenter la température et l'humidité de l'air à tel point qu'il en résulte un microclimat, avec des précipitations accrues "Factory made rain", Scient. Amer. April 1968, 49-50..

La figure 2 suggère que les deux longues traces pouvaient avoir été initialisées par la centrale classique de Mol (au nord-est de Bertem) et la centrale nucléaire à Tihange (à l'est de Namur). Des masses d'air humide et chaud peuvent s 'accumuler en effet au bord supérieur de la couche limite jusqu'au moment où cette masse devient assez grande pour "percer le plafond". Cela résulte du fait qu'il peut y avoir un équilibre instable ou sélectif à certains niveaux J.P. Triplet & G. Roche : "Météorologie générale", Ecole Natl. de la Météorologie, 3e. Ed. 1986.. Rappelons aussi que le pouvoir ascensionnel d'un ballon dépend à la fois de la densité de son contenu et du volume qu'il occupe. A un moment donné, la masse d'air humide peut devenir trop importante pour être retenue. L'équilibre provisoire est alors ébranlé. La masse d'air humide et chaud monte, en formant d'abord une bulle de convection, semblable à une bulle d'air ascensionnelle dans l'eau. Dans l'air atmosphérique, il y aura cependant une stabilisation à une certaine hauteur.

Le relevé des altitudes de la source des échos anormaux m'a permis de voir que les valeurs mesurées fluctuaient plus fortement que pour des avions, surtout au début et à la fin des traces (II.397). Cela semble renforcer l'idée d'une concentration progressive initiale et d'une dislocation finale. Le fait que l'altitude diminue pour une des traces, peut s'expliquer si l'on admet que le rapport surface-volume était plus favorable à des échanges thermiques ou à la dispersion des molécules d'eau. Notons que même le radar civil a détecté parfois des masses d'air humide (I.381).

Quand on me demande si je crois aux OVNI, je demande en retour : est-ce que vous croyez aux atomes? On ne les voit pas, mais on dispose d'un ensemble d'informations indirectes. Le concept des "nuages invisibles" souligne le fait que la réalité ne se réduit pas simplement à ce que nous pouvons voir et toucher. En été, le soleil chauffe le sol et provoque de l'évaporation. L'air humide et chaud peut créer des courants thermiques ascendants très forts. Certains oiseaux et les pratiquants du vol à voile s'en servent pour atteindre des altitudes élevées. Le record pour des planeurs est de 16 000 m Météo-France : "Les prévisions météo de A à Z". Ass. amis du Mont-Aigoual, 1992, 159. et tout cela se produit dans un ciel sans nuages. En été, il arrive qu'on voit un ensemble de nuages de type cumulus, dont le fond est plat et situé au même niveau, comme si ces structures avaient été déposés sur une plaque de verre. En fait, on ne voit que les sommets de courants thermiques ascendants, séparés les uns des autres par des courants descendants et il faut dépasser le niveau où la température et la pression permettent une condensation.