Coriolis et Buys- Ballot

[nairolf]

 Bonjour,

La météo m'intéresse et commence à intégrer les bases , ( coriolis , buys-ballot , )
je commence à comprendre un peu les choses mais de façon séparée et j'aimerais bien pouvoir les mettre en relation
pour que cela fasse sens et surtout pour que je m'en souvienne .
J'aimerais comprendre comment la déviation des masses d'air sur la droite (pour l'hémisphère nord
( qui si je comprends biens sont déviée sur la droite par rapport a notre rotation vers la gauche qui est plus rapide que les masses en question.)
Comment donc cette déviation engendre un sens de rotation des anti-cyclone vers la droite
et des dépression vers la gauche.

Si vous avez des explications , schéma ou des lien vers des animations météo qui pourrait m'aider merci   

[PiRK]

Pour comprendre le sens de rotation des anti-cylones et dépression il faut comprendre que c'est le résultat d'un équilibre entre la force de pression et la force de Coriolis. La force de pression s'exerce des hautes pressions vers les basses pressions, et la force de coriolis s'exerce perpendiculairement au déplacement d'une particule d'air et vers la droite (dans l'hémisphère nord).
Imagine une situation initiale théorique avec pas de vent et un centre de basses pressions entouré par une pression constante (plus haute que dans la dépression). La seule force présente est la force de pression qui va pousser/aspirer l'air vers le centre de la dépression. Donc initialement l'air se déplacerait vers l'intérieur de la dépression depuis toutes les directions. Mais au fur et à mesure que l'air se met en mouvement, la force de coriolis apparait et prend de l'importance. Au début, cette force est perpendiculaire à la force de pression, et la résultante des deux forces n'est pas nulle. La particule d'air est donc accélérée vers la dépression par la force de pression, et vers la droite par la force de coriolis. Sa trajectoire s'incurvant vers la droite, la force de coriolis change progressivement de direction jusqu'à devenir opposée à la force de pression. A l'équilibre, la particule se déplacera sur un cercle centré sur la dépression pour que les forces soient de direction parallèles et de sens opposé.


En bleu, la force de pression, en rouge Coriolis

La situation initiale que j'ai décrite n'a probablement jamais existée, mais quelque soit la situation initiale que tu imagines le résultat est le même : la force de coriolis et la force de pression se compense pour faire un genre d'équilibre. En pratique il faut aussi tenir compte d'une force de frottement - avec le sol et les autres particules d'air - qui ralentit la particule d'air, donc diminue la force de coriolis et dévie un peu l'air vers les basses pressions, d'où la trajectoire en spirale au lieu du cercle.

[Franckyvole]

Salut Nairolf,

Tu trouveras dans "Le vol en thermique" de Burkhard Martens EDOCEO éditions toutes les réponses à tes questions.
Les thermiques, les brises, les vents, gradient, et tout ce qui est relatif à la météo du vol libre.
A lire et à relire.

Franck

[nairolf]

Merci Pirk et Franckyvole pour le schéma et aussi pour les ref du bouquin  .
j'ai aussi trouvé d'autre chose sur le net et je commence à me faire une représentation "mentale"
des phénomènes en causes

[Théo]

Salut,
L'explication de Pirk me semble très juste, mais j'utilise pour ma part une image mentale qui me parait beaucoup plus simple :
Je m'imagine les champs de pressions comme une surface topographique (en fait si l'on compare une carte de pression et une carte topo, le dessin se ressemble, sauf que les isohypses sont des courbes de niveaux pour l'une et des isobares pour l'autre) Donc je lis ma carte météo comme une carte topo, et je m'imagine des montagnes, des plaines et des vallées. Les montagnes sont alors des anticyclones, les vallées ou cuvettes des depressions, et les plaines des marais barométriques (on voit bien ici que les météorologues font eux meme le parallele). Après, considérant que l'air est un fluide, je le vois couler les long de la montagne pour jusqu'au fond des cuvettes. Plus la pente est raide (les isohypses resserés) plus le déplacement sera rapide, c'est à dire un vent fort. Par ailleurs, étant donné la présence de la force de coriolis, l'air qui coule depuis le sommet est dévié vers la droite, et tourne donc dans le sens des aiguilles d'une montre autour de la montagne. Après bin logiquement le sens de rotation s'inverse lorsque l'air "tombe" dans le trou de la depression.
La loi de Buys Ballot en découle naturellement.

J'ai fais un ptit schéma à l'arrache pour mieux illustrer mon propos. La flèche rouge illustre le trajet d'une particule d'air dans son trajet depuis le sommet de l'anticyclone jusqu'au fond de la dépression (ou le trajet d'une goutte d'eau sur une montagne théorique parfaitement lisse et sans frottement) Bon je sais pas si ca te parle, mais moi c'est comme ca que j'ai compris le truc.

[tanga]

Pas mal, et une expliquation simple à comprendre.
 

[Hub]

"Après bin logiquement le sens de rotation s'inverse"
C'est "logique", ça ?
Et pourquoi donc, sur une "pente" donnée, la force de Coriolis serait vers la droite en sortie d'anticyclone et vers la gauche en entrée de dépression?
Où est la limite ?  Comment Coriolis il sait que c'est fini l'A, et que c'est commencé la D?

Désolé, mais y'a comme un hiatus dans l'analogie...
 

[MINOA]

 
 Bon; je vous suis avec intérêt Mais la seule chose vraiment; qui m'intéresse c'est la conclusion!
Quand je percute un thermique de face; Je tourne à droite ou je tourne à gauche?
 
 

[Hub]

Madame POB est demandée au parloir, Madame POB ! 

[nairolf]

 Bon; je vous suis avec intérêt Mais la seule chose vraiment; qui m'intéresse c'est la conclusion!
Quand je percute un thermique de face; Je tourne à droite ou je tourne à gauche?
 
 

C'est pas plutôt  bourrique que tu voudrais nous faire tourner??

[nairolf]

Salut,
L'explication de Pirk me semble très juste, mais j'utilise pour ma part une image mentale qui me parait beaucoup plus simple :
Je m'imagine les champs de pressions comme une surface topographique (en fait si l'on compare une carte de pression et une carte topo, le dessin se ressemble, sauf que les isohypses sont des courbes de niveaux pour l'une et des isobares pour l'autre) Donc je lis ma carte météo comme une carte topo, et je m'imagine des montagnes, des plaines et des vallées. Les montagnes sont alors des anticyclones, les vallées ou cuvettes des depressions, et les plaines des marais barométriques (on voit bien ici que les météorologues font eux meme le parallele). Après, considérant que l'air est un fluide, je le vois couler les long de la montagne pour jusqu'au fond des cuvettes. Plus la pente est raide (les isohypses resserés) plus le déplacement sera rapide, c'est à dire un vent fort. Par ailleurs, étant donné la présence de la force de coriolis, l'air qui coule depuis le sommet est dévié vers la droite, et tourne donc dans le sens des aiguilles d'une montre autour de la montagne. Après bin logiquement le sens de rotation s'inverse lorsque l'air "tombe" dans le trou de la depression.
La loi de Buys Ballot en découle naturellement.

J'ai fais un ptit schéma à l'arrache pour mieux illustrer mon propos. La flèche rouge illustre le trajet d'une particule d'air dans son trajet depuis le sommet de l'anticyclone jusqu'au fond de la dépression (ou le trajet d'une goutte d'eau sur une montagne théorique parfaitement lisse et sans frottement) Bon je sais pas si ca te parle, mais moi c'est comme ca que j'ai compris le truc.

Oui c'est un point de vue intéressant mais la tu situes les zone de HP à Coté des Zone de BP  et donc je questionne qu'en est il si les Zones sont superposée
ce qui semble correspondre au schéma de Pirk...

[stephb24]

Salut,
L'explication de Pirk me semble très juste, mais j'utilise pour ma part une image mentale qui me parait beaucoup plus simple :
Je m'imagine les champs de pressions comme une surface topographique (en fait si l'on compare une carte de pression et une carte topo, le dessin se ressemble, sauf que les isohypses sont des courbes de niveaux pour l'une et des isobares pour l'autre) Donc je lis ma carte météo comme une carte topo, et je m'imagine des montagnes, des plaines et des vallées. Les montagnes sont alors des anticyclones, les vallées ou cuvettes des depressions, et les plaines des marais barométriques (on voit bien ici que les météorologues font eux meme le parallele). Après, considérant que l'air est un fluide, je le vois couler les long de la montagne pour jusqu'au fond des cuvettes. Plus la pente est raide (les isohypses resserés) plus le déplacement sera rapide, c'est à dire un vent fort. Par ailleurs, étant donné la présence de la force de coriolis, l'air qui coule depuis le sommet est dévié vers la droite, et tourne donc dans le sens des aiguilles d'une montre autour de la montagne. Après bin logiquement le sens de rotation s'inverse lorsque l'air "tombe" dans le trou de la depression.
La loi de Buys Ballot en découle naturellement.

J'ai fais un ptit schéma à l'arrache pour mieux illustrer mon propos. La flèche rouge illustre le trajet d'une particule d'air dans son trajet depuis le sommet de l'anticyclone jusqu'au fond de la dépression (ou le trajet d'une goutte d'eau sur une montagne théorique parfaitement lisse et sans frottement) Bon je sais pas si ca te parle, mais moi c'est comme ca que j'ai compris le truc.

sur un schémas tel que celui ci, ce qui me gène, c'est que pour moi il est inversé!
je m'explique,
une zone de basse pression est un peu une sorte de cheminée qui conduit de l'air chaud et humide a de grandes altitudes, le système étant "auto amorcé", il y a toujours un flux d'air dirigé vers le haut qui contre le poids de la colonne d'air ce qui entraine une baisse de pression, donc selon cette définition le sommet dune zone de basse pression est forcément plus haut.
a coté de ça, une zone de haute pression est un peu comme un puits dans lequel se déverse de grandes quantité d'air sec refroidi par l'altitude qui vient comprimer les couches d'air sous-jacentes, augmentant leur pression et au passage créant des couches d'inversions, il n'a pour ainsi dire pas de sommet dans le sens ou il est du a un effondrement.
ensuite l'air s'échappe par la base de la zone de haute pression de façon perpendiculaire a celle ci, mais sur son trajet la force de corriolis la dévie, elle est ensuite attirée par l'appel d'air provoqué par la dépression et se voit accélérée dans son mouvement tant ascendant que rotatif par la force ascendante de la dépression.
ensuite au sommet de la dépression l'air suit les reliefs des différentes zones de pression un peu comme l'eau suit le relief des montagnes étant plus fortement attiré par les zones les plus stables comme l'eau qui va toujours chercher la plus grande pente.

[PiRK]

"Après bin logiquement le sens de rotation s'inverse"
C'est "logique", ça ?
Et pourquoi donc, sur une "pente" donnée, la force de Coriolis serait vers la droite en sortie d'anticyclone et vers la gauche en entrée de dépression?
 

La force de coriolis s'exerce toujours perpendiculairement au mouvement et vers la droite dans l'hémisphère nord, ça ne dépend pas du fait qu'on est dans une dépression ou un anticyclone. Ce qui pousse la bille vers le centre de la dépression c'est la force de pression, et dans l'analogie de Théo la force de pression est expliquée par la pente, donc une force de pesanteur. Si tu imagines que la bille entre dans la cuvette d'une quelconque autre manière que celle sur le dessin, la force de coriolis va toujours finir par la remettre dans le sens du dessin en la déviant vers la droite jusqu'à ce que la trajectoire soit telle que la force de coriolis pointe vers le haut de la pente et compense à peu près la force de pression/pesanteur.

Oui c'est un point de vue intéressant mais la tu situes les zone de HP à Coté des Zone de BP  et donc je questionne qu'en est il si les Zones sont superposée
ce qui semble correspondre au schéma de Pirk...

Mon schéma, qui est de wikipédia en fait, correspond à une dépression au milieu d'un marais barométrique. Dans l'analogie de Théo, ça serait une cuvette au milieu d'une plaine. La conclusion serait la même que sur le schéma de wikipédia, dans la plaine barométrique les particules d'air ne bougent pas, mais sur le bord de la cuvette elles tombent vers l'intérieur et sont déviées vers la droite ce qui au final les fait tourner dans la cuvette dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.


La force de coriolis est bizarre et  difficile à comprendre pour la simple raison... qu'elle n'existe pas ! C'est un artifice de calcul pour faire semblant que la terre est un référentiel immobile. En réalité la terre tourne sur elle même, et pour un observateur immobile dans l'espace tous les mouvement à la surface de la terre s'expliquent par le principe d'inertie - les particules massives tendent à vouloir continuer sur leur trajectoire en ligne droite - sans devoir passer par les forces centrifuges et la force d'inertie.

Sur l'image du haut, la trajectoire en jaune est la ligne droite que vois un observateur qui lévite dans l'espace sans accompagner la rotation de la terre. Sur l'image du bas la trajectoire déviée vers la droite est ce que vois un observateur sur terre qui pense que la terre est immobile. Il faut imaginer que la terre est plate, et ce qu'on voit sur le haut du disque est l'hémisphère nord.

[Hub]

Voui voui, je connais (assez) bien toute la théorie sous-jacente (même si j'ai un peu oublié depuis mes longues et laborieuses zétudes).

Je pointais juste du doigt l'apparente contradiction du shéma colline/trou où, vue du dessus, la bille tourne en sens horaire autour de la colline/anticyclone (donc semble avoir une trajectoire déviée vers la droite) mais en sens trigo à l'intérieur de la dépression/trou (donc semble avoir une trajectoire déviée vers la GAUCHE).

C'est toute la difficulté de vulgariser avec des analogies, en plus des trucs qui ne sont que des forces "virtuelles", artifices simplificateurs de calcul/représentation.

[Théo]

Je pointais juste du doigt l'apparente contradiction du shéma colline/trou où, vue du dessus, la bille tourne en sens horaire autour de la colline/anticyclone (donc semble avoir une trajectoire déviée vers la droite) mais en sens trigo à l'intérieur de la dépression/trou (donc semble avoir une trajectoire déviée vers la GAUCHE).

Pas d'accord , il n'y a pas de contradiction et je vais essayer de m'expliquer.

Alors si l'on reprend, la trajectoire de l'air (donc le vent) est soumise à deux forces. La première c'est la différence de pression, l'air se déplace d'une zone de haute pression vers une zone de basse pression. La deuxième force, c'est la force de Coriolis, qui dévie la trajectoire d'un objet en mouvement vers la droite dans l'hémisphère nord.
Donc si on supprime Coriolis, le vent devrais se déplacer en ligne droite du sommet de l'anticyclone vers le fond de la depression. Mais la force de Coriolis est bien là sous nos latitude (dans la bande equatoriale c'est différent). Donc l'air qui descend de la montagne tourne vers la droite, donc dans le sens des aiguille d'une montre autour du sommet. Jusque là on était d'accord.
Maintenant pourquoi est-ce que la rotation semble s'inverser dans la depression ? En fait elle ne s'inverse pas du tout, l'air suit la même règle. sans la force de Coriolis il coulerait perpendiculairement aux isobares, mais vu qu'il y a Coriolis, la particule est déviées vers la droite tout en glissant vers le fond de la depression. Donc vu du dessus, la trajectoire de l'air est une spirale vers la gauche. C'est la force de pression qui pousse l'air vers le fond, et Coriolis qui devie l'air sur la droite, donc vu qu'on se situe dans un entonnoir virtuel, l'air tourne sur la gauche. (vous pouvez faire l'experience avec une bille dans un saladier)

Je vais aussi citer Les visiteurs du Ciel (H. Aupetit)
"Au centre d'un anticyclone on est en effet au lieu d'ou partent les particules d'air. Comme elles sont déviées vers la droite on les voit tourner vers la droite ; A l'opposé lorsque l'on se place dans l'oeil d'une depression, on voit arriver les particules d'air d'en face, si bien qu'étant déviées vers la droite, on les voit virer à gauche"

Je vous ferais ptete un schéma si j'ai le courage, avec la force de pression et de Coriolis.

sur un schémas tel que celui ci, ce qui me gène, c'est que pour moi il est inversé!
je m'explique,
une zone de basse pression est un peu une sorte de cheminée qui conduit de l'air chaud et humide a de grandes altitudes, le système étant "auto amorcé", il y a toujours un flux d'air dirigé vers le haut qui contre le poids de la colonne d'air ce qui entraine une baisse de pression, donc selon cette définition le sommet dune zone de basse pression est forcément plus haut.
a coté de ça, une zone de haute pression est un peu comme un puits dans lequel se déverse de grandes quantité d'air sec refroidi par l'altitude qui vient comprimer les couches d'air sous-jacentes, augmentant leur pression et au passage créant des couches d'inversions, il n'a pour ainsi dire pas de sommet dans le sens ou il est du a un effondrement.
ensuite l'air s'échappe par la base de la zone de haute pression de façon perpendiculaire a celle ci, mais sur son trajet la force de corriolis la dévie, elle est ensuite attirée par l'appel d'air provoqué par la dépression et se voit accélérée dans son mouvement tant ascendant que rotatif par la force ascendante de la dépression.
ensuite au sommet de la dépression l'air suit les reliefs des différentes zones de pression un peu comme l'eau suit le relief des montagnes étant plus fortement attiré par les zones les plus stables comme l'eau qui va toujours chercher la plus grande pente.

Oui et non, mais tu regarde là aussi le deplacement vertical de l'air, alors que pour faire l'analogie topo, on se place sur un couche d'altitude donnée. Par ailleurs, dans une cellule de convection, la direction du deplacement de l'air est inversé au sommet de la cellule, et au pied. De plus vu que la circulation atmopherique verticale se fait au sein de la tropopause, le sommet d'une depression ne peut pas etre plus haut en altitude que le sommet d'un anticyclone (tant qu'on fait abstraction de la position latitudinale du phénomène).
Donc
Au  sol l'air circule de HP vers BP, mais au niveau de la tropopause il circule de BP vers HP. Mais cela signifie aussi qu'au niveau de la tropopause, la difference de pression est inversée, donc que au sommet d'une depression, la pression est plus forte qu'au sommet d'un anticyclone, ce qui pousse l'air à aller se deverser dans le "puit" anticyclonique. Donc vu que qu'un anticyclone n'est un anticyclone qu'au niveau du sol et qu'une depression n'est une depression qu'au niveau du sol, l'analogie topographique tiens le choc, car l'air se deplacera toujours d'une haute pression vers une basse pression.


J'essaie d'etre clair, mais je ne suis pas prof alors désolé si ca ne parle pas toujours. Sinon je vous recommande fortement le bouquin d'H Aupetit, les visiteurs du ciel, car outre une tres grosse partie sur ce genre d'explication climatologique, il traite de météo appliquée au vol et vol libre.

A+

[Hub]

J'avais bien dit "apparente" contradiction.

On n'a pas trop de mal, en effet, à "sentir" que la particule déviée vers la droite enroule dans le sens horaire (vu du dessus) lors de sa descente du monticule.
Le changement de sens apparent quand elle arrive dans le bol est ce qui "choque" l'intuition.

On peut "l'expliquer" par le fait qu'on passe d'une surface convexe à une surface concave.  Déviée vers la droite par Coriolis (comme d'hab), la particule "veut" prendre à droite en entrant dans le bol.  Et là, elle est constamment repoussée vers la gauche par la surface concave du bol, ce qui fait que sa trajectoire vue de dessus enroule vers la gauche.  Ce n'est pas Coriolis qui la fait tourner à gauche, mais bien la surface du bol (le gradient creux de la dépression).

[Shadal]

En fait, avec un gradient de pression uniforme (par exemple on perd 1 mbar tous les 100 km vers l'est, et la pression est constante sur chaque méridien, et en supposant que la Terre est plate) la particule irait en ligne droite. En biais certes, mais en ligne droite.
Dans la réalité, la particule tourne parce que les isobares sont tordus. S'tout.

... sauf que les isohypses...

A la tienne

[Théo]

En fait, avec un gradient de pression uniforme (par exemple on perd 1 mbar tous les 100 km vers l'est, et la pression est constante sur chaque méridien, et en supposant que la Terre est plate) la particule irait en ligne droite. En biais certes, mais en ligne droite.
Dans la réalité, la particule tourne parce que les isobares sont tordus. S'tout.

Euh non.. Si tu perd 1 mbar tous les 100 km vers l'est, tu ne peux pas postuler que la pression soit constante sur chaque méridien, mais constante aux différentes latitudes sur un méridien donné. Par ailleurs, même dans le cas théorique que tu cite, tu imagine une particule qui irait de l'ouest vers l'est si je comprend bien, elle n'irais pas en ligne droite mais bien sur une trajectoire courbe a cause de la force de Coriolis.  Comme le montre le schéma de Pirk. Après oui, la particule tourne parce que les isobares sont tordus, mais pas seulement.

On peut "l'expliquer" par le fait qu'on passe d'une surface convexe à une surface concave.  Déviée vers la droite par Coriolis (comme d'hab), la particule "veut" prendre à droite en entrant dans le bol.  Et là, elle est constamment repoussée vers la gauche par la surface concave du bol, ce qui fait que sa trajectoire vue de dessus enroule vers la gauche.  Ce n'est pas Coriolis qui la fait tourner à gauche, mais bien la surface du bol (le gradient creux de la dépression).

Tout a fait, car la particule ne pourras jamais remonter la pente des isobare, elle doit toujours descendre. Mais Coriolis fait que la particule enroule en spirale (vers la gauche) dans la depression plutot que de se diriger sur la ligne de plus grande pente vers le centre. Bon il y a aussi l'inertie sur la trajectoire c'est vrai mais ca ne suffit pas.

[roland]

je te conseille le livre suivant:  manuel de météorologie
                                          Alfio Giuffrida   et  Girolamo Sansosti
                                            éditeur : Gremese
                                             18 euros

sinon il y a une petite formule très simple qui m'a bien aidé
   mRV= constante
m= masse
R= rayon
V=vitesse angulaire

en espérant que cela puisse t'aider