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Le tourbillon polaire expliqué

Illustration de la NASA montrant un tourbillon polaire.

Illustration de la NASA montrant un tourbillon polaire.

Photo : NASA

Pascal Yiacouvakis
Mis à jour le 

Il défraye souvent la manchette et alimente les conversations hivernales. Mais qu’est-ce que le tourbillon polaire (ou vortex polaire) au juste, et comment se forme-t-il?

Pour la majorité d’entre nous, il est essentiellement synonyme de froid mordant, mais la réalité est plus subtile. Le tourbillon polaire est en fait le reflet de certaines particularités de la circulation générale de l’atmosphère.

Comme je l'ai mentionné dans une précédente chronique, c’est l’énergie solaire qui est en quelque sorte le moteur de la machine atmosphérique.

L’atmosphère agit comme une machine thermique qui tente d’amoindrir les contrastes thermiques entre les régions tropicales où se loge la chaleur et les régions polaires sous l’emprise du froid.

Cela se fait par le biais des systèmes météorologiques qui transportent (la plupart du temps) de l’air chaud vers le nord et de l’air froid vers le sud. Il en résulte de fortes fluctuations de températures dans les latitudes moyennes.

Le tourbillon polaire s’inscrit dans ces fluctuations qui sont beaucoup plus importantes l’hiver, car les écarts de températures entre le nord et le sud sont très marqués.

Le tourbillon polaire est un vaste dôme d’air froid qui se détache parfois des régions polaires pour migrer vers le sud.

Il se caractérise en altitude par des vents forts formant des cercles concentriques autour d’un centre. Ce dôme d’air froid est très dynamique et peut se scinder en quelques tourbillons secondaires.

Des simulations révélatrices

Pour comprendre comment se forme le tourbillon polaire, il faut saisir comment fonctionne la dynamique atmosphérique. Pour ce faire, on a réalisé des simulations en laboratoire dans les années 1950.

Quoique simples, ces simulations sont néanmoins très révélatrices, car elles permettent de visualiser les principes de base de la circulation générale de l’atmosphère. Elles ont été réalisées par Dave Fultz, un professeur de météorologie de l’Université de Chicago.

On utilise un réservoir cylindrique rempli d’eau pour simuler l’atmosphère. À l’intérieur, un petit cylindre contenant de la glace est fixé au centre du réservoir.

Ce cylindre rempli de glace fait office de froid polaire.

Sur la paroi externe du réservoir est fixé un élément chauffant pour simuler la chaleur de l’équateur.

On place le tout sur une grande table tournante. Cette table tournante simule la rotation terrestre. Après avoir mis l’appareillage en marche, on répand des gouttes d’un colorant (ou une poudre) près du centre et on fait de même près de la paroi externe du réservoir.

Ces colorants (ou ces poudres) agissent comme des traceurs, et permettent de mieux visualiser les mouvements de l’eau au sein du réservoir en rotation.

Après un certain temps, on observe clairement un mouvement ondulatoire du fluide composé de grandes ondes dont les crêtes se rapprochent du petit cylindre intérieur et les creux se propagent vers la paroi externe du réservoir (voir image).

Le patron d’ondes de l’expérience de Fultz.

Le patron d’ondes de l’expérience de Fultz (à noter les creux et les crêtes très bien définies)

Photo : Climatology

Ce mouvement ondulatoire est semblable au courant-jet qu’on observe dans la haute atmosphère, et qui est caractérisé par des vents très forts.

Au sein de chaque creux apparaît un tourbillon bien défini associé au fluide plus froid provenant du centre du réservoir. Ce vortex s’apparente à un tourbillon polaire secondaire qu’on peut observer dans l’atmosphère.

Ces grandes ondes s’assimilent aux vastes ondes en altitude que l’on observe dans l’atmosphère. On appelle ces ondes «  les ondes de Rossby », du nom d’un météorologue suédois qui fut le premier à les identifier (voir image).

Patron des vents en haute atmosphère.

Patron des vents en haute atmosphère.

Photo : NASA

La circulation atmosphérique générale de l’atmosphère en altitude est composée en moyenne de quatre à cinq creux et crêtes.

Ces grandes ondes peuvent s’amplifier à la suite du développement d’une forte tempête, alors l’air le plus froid qui est normalement confiné aux régions polaires se déplace conjointement avec le creux d’onde longue et une vague d’air froid s’amène.

Le tourbillon polaire ne s’invite donc pas seul, mais plutôt à la suite de séquences météorologiques propices à sa migration vers le sud.

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