Influence orographique sur le versant sous le vent

(Section 2.4.3)

Dans un environnement stable, des vents forts qui soufflent perpendiculairement à un obstacle (par exemple, une montagne) sont contraints de s'élever sur la face exposée au vent et de descendre le long des pentes abritées. Le courant aérien perturbé commence à osciller dans une série d'ondes à mesure qu'il se propage, engendrant ainsi des ondes orographiques.

Si les ondes restent essentiellement stationnaires lorsque l'air les traverse, elles sont appelées « ondes stationnaires » non turbulentes (ou ondes piégées sous le vent). Lorsque l'air est suffisamment humide, des nuages orographiques peuvent apparaître dans l'air ascendant à la crête de ces ondes (figure 5). Ils se forment le plus souvent au-dessus ou sous le vent des chaînes de montagne, et restent stationnaires, généralement plusieurs heures (rarement plus d'un jour).

Aux yeux d'un observateur en surface, ces nuages sont stationnaires ou se déplacent très lentement, bien que le vent au niveau des nuages puisse être très fort. Dans certains cas, la vitesse du vent est mise en évidence par le mouvement de détails repérables, par exemple, des éléments séparés qui sont entraînés d'un bord à l'autre du nuage. Ces nuages appartenant à l'espèce lenticularis engendrés par des ondes orographiques indiquent la présence de vents forts dans les étages moyens stables de l'atmosphère. Ils ne donnent pas de précipitations.

Figure 5. Ondes orographiques

Parfois, ces ondes se propagent sur de longues distances par trains d'ondes sous le vent, si bien que leurs effets peuvent se ressentir très loin. Elles peuvent être disposées en longues bandes parallèles à la chaîne de montagnes, à des intervalles réguliers, espacés de plusieurs kilomètres (figure 6).

Sur les images satellite, elles présentent une structure aérodynamique.

Figure 6. Image satellite des trains d'ondes sous le vent (A = alignement de l'intervalle; B= direction du vent)

Les nuages d'ondes peuvent également apparaître simultanément à plusieurs niveaux. Il arrive souvent qu'un nuage orographique, ou un empilement de plusieurs de ces nuages, appartenant à l'espèce lenticularis, se forme au-dessus de la colline ou de la montagne, parfois légèrement décalé en amont ou en aval dans le sens du vent. L'influence orographique sur le flux d'air peut se faire sentir jusqu'à des altitudes dépassant plusieurs fois celles des crêtes ou des sommets, au point de pénétrer dans la stratosphère (figure 7).

Figure 7. Ondes piégées sous le vent

Sur les crêtes larges, lorsque l'atmosphère est très stable en raison de sa profondeur et d'un cisaillement de vent marqué au-dessus du sommet de la montagne, des ondes à propagation verticale dans lesquelles l'énergie se propage vers le haut peuvent apparaître. Ce sont les ondes non piégées sous le vent et le nuage cirriforme formé par suite de l'influence orographique (figure 8) est un indice de la turbulence à proximité du sommet de la troposphère. Les crêtes de ces ondes peuvent dépasser le niveau de l'étage supérieur et pénétrer dans la stratosphère.

Figure 8. Onde à propagation verticale

Lorsqu'une brèche sépare clairement la colline et le nuage (brèche de fœhn), la turbulence sera probablement forte. En l'absence de toute brèche claire entre la colline et le nuage, les turbulences seront probablement faibles.

La présence de nuages est souvent le signe de mouvements de l'air et de turbulences, mais celles-ci se déclenchent parfois sans indicateurs visuels. La turbulence en air clair apparaît souvent près de la tropopause sous l'effet d'ondes à propagation verticale en conditions sèches.

L'amplitude des ondes orographiques peut atteindre des valeurs élevées et l'énergie des ondes se propage vers le bas immédiatement au vent de la crête, provoquant des phénomènes météorologiques importants, tels que des lames déferlantes, des turbulences fortes à extrêmes, des rotors, et des tempêtes orographiques dévastatrices sur le versant sous le vent d'une barrière montagneuse.

Sous le nuage d'onde sous le vent, dans les basses couches de l'atmosphère, un tourbillon à axe horizontal de grandes dimensions peut se former (figure 9). Si l'air ascendant de ce grand tourbillon stationnaire se rafraîchit suffisamment, une barre de nuages appelée rotor (nuage en rouleau) peut apparaître dans la partie supérieure. Les rotors ou nuages en rouleau sont un signe de zone à forte turbulence à la surface ou à proximité de la surface du globe, avec des vents de surface de direction et/ou de vitesse très variables, qui représentent un danger pour l'aviation.

Figure 9. Rotor