Inversion de température

INVERSION DE TEMPÉRATURE

L'air le plus chaud est normalement le plus près du sol, mais quand il se trouve au-dessus d'une couche d'air plus froid (plus lourd) on dit qu'il y a une inversion de température. Dans ce cas, la masse d'air qui se trouve près du sol (plus froid et plus lourd) ne peut s'élever et se disperser dans l'atmosphère.

Cela peut se produire quand le sol se refroidit rapidement par perte de rayonnement infrarouge pendant une nuit claire et calme. Cela peut se produire aussi lorsqu'une couche d'air chaud provenant du sud est transportée au-dessus d'une couche d'air plus froid des latitudes moyennes (au Canada par exemple). Il existe d'autres situations pouvant mener à une inversion, mais nous n'en parlerons pas ici. Dans tous les cas, le résultat est une masse d'air froid piégée sous une masse d'air plus chaud. Le phénomène d'inversion peut durer de quelques heures à plusieurs jours, voire des semaines.

L'inversion de température est un phénomène naturel qui habituellement n'engendre pas de conséquences néfastes. Cependant, si une inversion se produit dans une grande ville polluée, cela peut avoir des effets désastreux. Dans ce cas, les substances polluantes sont piégées et s'accumulent sous l'inversion, car il n'y a pas de brassage vertical. C'est précisément ce qui s'est passé à Londres en 1952 lors d'une inversion qui a duré 9 jours. En 4 jours seulement, plus de 4 000 personnes en sont mortes.

Deux cas d'inversion
Vous avez vu que normalement la température de l'air diminue avec l'altitude dans la troposphère. Plus on monte, plus l'air est froid. Dans ces conditions, la fumée des usines a tendance à s'élever. La fumée, étant chaude et plus légère que l'air environnant, s'élève. Au cours de son ascension, la fumée se refroidit par expansion.

Cas #1
Il arrive parfois que la température de l'air augmente avec l'altitude. C'est là un cas d'inversion de température et l'air près du sol est plus froid que l'air plus haut. Dans ces conditions, l'air est stable et le mouvement vertical de l'air ou de la fumée ne peut s'effectuer.

Observez l'image suivante et amusez-vous à faire monter ou descendre la bulle d'air. Au départ, la bulle d'air est à la même température que l'environnement. La ligne rouge représente la variation verticale de la température de l'environnement. Lorsqu'une bulle d'air descend dans l'atmosphère, elle se comprime, car la pression environnante est plus forte près du sol. En se comprimant, sa température augmente de 1 ^oC par 100 m.

Lorsque la bulle d'air atteint 100 m d'altitude, sa température est : Lorsqu'on force la bulle d'air à monter, comment varient sa pression et sa température ? Voici maintenant une figure représentant le comportement de la fumée d'une usine et de la pollution urbaine.

inversion

Vous remarquez sans doute que la fumée oscille quelque peu avant de se stabiliser et de s'écouler horizontalement. Cela est dû au fait que la fumée sort de la cheminée avec une certaine vitesse vers le haut et une température légèrement plus élevée que celle de l'air environnant. En s'élevant, la fumée se refroidit. Lorsqu'elle devient légèrement plus froide que l'environnement, elle redescend. En descendant, la fumée se réchauffe par compression et aussitôt qu'elle devient plus chaude que l'air, elle remonte. Elle effectue ce va-et-vient quelque temps avant de se stabiliser. C'est un peu comme le ressort qui oscille autour de sa position d'équilibre avant de s'arrêter.

Cas #2
Il arrive parfois que la température de l'air diminue avec l'altitude près du sol mais augmente avec l'altitude plus haut. C'est là un autre cas d'inversion de température. Dans ce cas, le comportement de la traînée de fumée dépend de la hauteur à laquelle se produit l'inversion.

Dans la figure ci-dessous, la cheminée se trouve sous la couche d'inversion de température. La fumée qui s'échappe de la cheminée est freinée par la couche d'air chaud et stable en altitude et se rabat vers le sol. Dans une telle situation, l'air de la couche inférieure a tôt fait de se charger de polluants. On appelle smog le brouillard de pollution ainsi créé.