L'air et l'eau Alizés, cyclones, Gulf Stream, tsunamis

G R E N O B L E   S C I E N C E S

C O L L E C T I O N     G R E N O B L E     S C I E N C E S

Université Joseph Fourier - BP 53 - 38041 Grenoble Cedex 9 - Tél : (33)4 76 51 46 95

diriGée par jean bornarel

alizés, cyclones, Gulf Stream, tsunamis 

vie serait impossible sur Terre. Et après ? Que savons-nous sur eux ? Depuis 

alizés, cyclones, Gulf Stream, tsunamis 

quelques années, des événements graves se multiplient : cyclones, tornades, 

René MOREAU

Le lecteur se voit proposer une promenade à diverses échelles, des alizés aux 

nuages, du Gulf Stream aux vaguelettes. Ainsi il découvre et comprend de façon 

intuitive les phénomènes. Ceux qui désirent des démonstrations plus physiques 

et mathématiques iront visiter le site web en libre accès du pap-ebook et auront 

une promenade sur Terre avec nos deux fluides fétiches grâce à un livre 

remarquablement illustré avec ses index, glossaire, annexe, et aussi avec les 

universitaires, étudiants sont les premiers concernés.

logies, rené Moreau est un spécialiste reconnu dans le 

champ de la mécanique des fluides et notamment de la 

magnétohydrodynamique (MHD). Au delà des distinctions, 

de plus de 100 publications et des livres déjà publiés, il 

de celles et ceux qui partageront son émerveillement.

9 782759 808281

L'airetl'eau-Couv.indd   1

22/01/13   12:34

L'air et L'eau

Air et Eau.indb   1

23/01/13   14:33

Grenoble Sciences

français. Il expertise les projets scientifiques des auteurs dans une démarche à plusieurs niveaux 

(référés anonymes, comité de lecture interactif) qui permet la labellisation des meilleurs projets 

après leur optimisation. Les ouvrages labellisés dans une collection de Grenoble Sciences ou 

portant la mention « Sélectionné par Grenoble Sciences » (« Selected by Grenoble Sciences ») 

correspondent à :

Directeur scientifique de Grenoble Sciences

 http://grenoble-sciences.ujf-grenoble.fr

On peut également contacter directement Grenoble Sciences :

Tél (33) 4 76 51 46 95, e-mail : grenoble.sciences@ujf-grenoble.fr

Livres et pap-ebooks

Grenoble Sciences labellise des livres papier (en langue française et en langue anglaise) mais 

pap-ebooks qui se compose de deux éléments : 

  livre papier

-  des éléments permettant de combler les lacunes du lecteur qui ne possèderait pas    

-  des exercices de training 

http://grenoble-sciences.ujf-grenoble.fr/pap-ebooks/moreau

Grenoble Sciences bénéficie du soutien du  

ISBN 978 2 7598 0828 1

© EDP Sciences 2013

Air et Eau.indb   2

23/01/13   14:33

L'air et L'eau

Alizés, cyclones, Gulf Stream, tsunamis

et tant d'autres curiosités naturelles

René MOreau

17, avenue du Hoggar 

91944 Les Ulis Cedex A - France

Air et Eau.indb   3

23/01/13   14:33

Cet ouvrage, labellisé par Grenoble Sciences, est un des titres du secteur Sciences de la matière de la Collection 

Grenoble Sciences (EDP Sciences), qui regroupe des projets originaux et de qualité. Cette collection est

Comité de lecture de l'ouvrage :

Systèmes Thermiques, Orsay

 Grenoble

Cet ouvrage a été réalisé par Anne-Claire lecomte (www.studiographisme.fr). 

Autres ouvrages labellisés sur des thèmes proches (chez le même éditeur) :

http://grenoble-sciences.ujf-grenoble.fr

Air et Eau.indb   4

23/01/13   14:33

Guide de lecture

Comme tous les pap-ebooks de la collection Grenoble-sciences, cet ouvrage com-

porte à la fois un livre, qui peut se lire seul, de façon autonome, et le site web qui lui 

les pas du lecteur le long de cet itinéraire sont illustrés par de nombreux exemples. 

Les explications détaillées, qui interrompraient la promenade, sont reportées sur le 

la compréhension de phénomènes importants sont présentées dans des encarts 

spécialisés, insérés dans les premiers chapitres, comme des clés proposées au lec-

teur qui se sentirait arrêté devant des portes closes. Les notes en bas de page 

apportent aussi quelques compléments, toujours brefs, de nature étymologique, 

bibliographique, géographique, ou encore historique.

appel à toutes les disciplines scientifiques, et plus particulièrement à la mécanique 

avant les programmes de la licence ou des classes préparatoires aux grandes écoles. 

plication accessible sans formation avancée. Les notions qui touchent à des aspects 

relativement subtils, comme les mécanismes des instabilités hydrodynamiques et 

de la turbulence, sont donc reportées dans une annexe, qui constitue une sorte 

de base commune aux huit chapitres du livre, elle aussi présentée sans équations 

teur trouvera la signification de la plupart des termes scientifiques utilisés. Lors de 

qu'un commentaire sur sa signification est disponible à la fin du livre.

Air et Eau.indb   5

23/01/13   14:33

Le lecteur disposant d'une culture scientifique avancée, qui se sentirait dérouté 

par la brièveté de certaines explications, ou qui estimerait leur simplicité exces-

sive, pourra rechercher des compléments sur le site associé. Leur lecture requiert 

sur  les  grands  principes  et  font  appel  à  des  outils  mathématiques  comme  les                                 

rappels sur les bases utiles pour une compréhension approfondie, des justifica-

tions de lois physiques évoquées dans le livre, ainsi que des informations sur les  

techniques expérimentales. 

http://grenoble-sciences.ujf-grenoble.fr/pap-ebooks/moreau

Air et Eau.indb   6

23/01/13   14:33

Remerciements

En premier lieu, je tiens à remercier les étudiants, élèves ingénieurs, doctorants 

et leurs commentaires à rechercher des explications aussi simples que possible à 

Mes remerciements vont aussi aux membres du comité de lecture. Leurs sugges-

tions très constructives ont conduit à une réelle amélioration du manuscrit initial.

Je tiens également à remercier les personnes, les photographes, les entreprises 

de nombreuses photographies et illustrations montrant à la fois des phénomènes 

naturels spectaculaires et des réalisations de grands ouvrages. Si la présentation de 

pas chose facile compte-tenu des encarts et des nombreuses figures. Notamment, 

Laura  capolo, Sylvie BordaGe et Anne-Laure passavant, ainsi qu'Anne-Claire 

coup de patience à mon égard pendant les mois qui ont précédé la parution du livre 

Air et Eau.indb   7

23/01/13   14:33

Air et Eau.indb   8

23/01/13   14:33

Table des matières

Prologue .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 1

  3.1.  Le son . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

  3.2.  La lumière . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Conclusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34

1.  Circulation atmosphérique aux grandes échelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37

1.1.  Les alizés, la cellule de Hadley et le jet stream  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

1.2.  Cellules polaires et cellule de ferrel  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 44

2.  Dépressions atmosphériques et cyclones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45

2.1.  Formation et sens de rotation des dépressions atmosphériques  . . . . . . . . . . 45

2.2.  Structure quasi-bidimensionnelle des dépressions  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

2.3.  Transit et énergie des dépressions  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

3.1.  Les moussons  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

3.2.  La cellule de Walker   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 68

3.3.  Vents thermiques, vents catabatiques et vents anabatiques . . . . . . . . . . . . . 68

3.4.  Ciels pommelés et ondes de relief  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

Conclusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74

3 .  Les caprices de l'atmosphère .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 77

1. Naissance et évolution des orages et des tornades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .79

1.1.  Dynamique des formations orageuses   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

1.2.  Formation des tornades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

2.  Signatures sonores et lumineuses des orages  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .89

2.1.  Les éclairs  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

2.2.  Le tonnerre  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

2.3.  Les lueurs de la haute atmosphère. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

Air et Eau.indb   9

23/01/13   14:33