Transferts de chaleur : résumé.
1. Transferts verticaux : la masse d'un sol est déterminante dans la quantité de chaleur nocturne qu'il renvoie vers l'atmosphère.
2. Transferts horizontaux : les masses d'air transportent avec elles les caractéristiques thermiques et hydriques qui font que le temps change.
En conséquence, un changement dans la direction des vents entraîne des changements de température et d'humidité.
2. Transferts horizontaux : les masses d'air transportent avec elles les caractéristiques thermiques et hydriques qui font que le temps change.
En conséquence, un changement dans la direction des vents entraîne des changements de température et d'humidité.
Masse du sol et provenance des masses d'air.
A partir d'ici nous sortons des mécanismes globaux qui expliquent les apports ou les maintients de la chaleur sur une planète, et nous entrons dans les mécanismes secondaires et locaux qui précisent la répartition de la chaleur. Ce n'est qu'avec la géothermie et le magnétisme que nous repasserons à un niveau général.
Ceci dit, au sein même de ces transferts locaux de chaleur, se trouvent des mécanismes de rétention de chaleur : ce sont des effets locaux de masse.
Exemple vécu par tout le monde : le soleil tape si fort que l’on ne peut plus poser ses pieds sur la sable tant celui-ci est brûlant. Or, il suffit d’enfoncer son pied à quelques cm seulement pour retrouver un peu de fraîcheur alors que le soleil chauffe depuis des heures. Plus frappant encore : le sable devient tout simplement froid lorsque le soleil va se coucher alors qu’il l’a chauffé toute la journée, tandis qu’un mur en pierre, lui, continue à dégager de la chaleur. Cet exemple très simple souligne une fois de plus l'importance de la masse. Le mur de pierre étant plus massif que le sable, son inertie thermique est plus grande, il garde donc plus de chaleur plus longtemps. Ceci nous amène au point suivant, extrêmement important :
Pourquoi fait-il froid dans un désert la nuit ?
1° Le sable étant clair (albédo élevé), il réfléchit une grande quantité du rayonnement solaire
2° Etant fait de grains, la masse volumique d'un m3 de sable est plus faible et peut donc emmagasiner d’autant moins de chaleur
3° Les interstices entre les grains permettent au peu de chaleur accumulée durant la journée de s’échapper facilement dès que le soleil se couche.
S’il fait froid la nuit dans un désert, ce n’est pas parce que la chaleur s’échapperait par le haut, c’est parce qu’elle ne vient plus du bas, du sable (et bien entendu aussi parce qu'il n'y a plus d'apport thermique venant du haut). Un désert fait de roches compactes noires provoquerait des nuits beaucoup plus chaudes. Ce point est très important car on essaye encore trop souvent de faire croire qu'il existerait une sorte de toit de serre dans l'atmosphère qui garderait la chaleur au sol, que l'atmosphère sèche d'un désert n'aurait pas cet effet de toit de serre, et donc que la chaleur s'échapperait en direction de l'espace. Or vous venez d'avoir une explication simple et basée sur l'observation, vérifiée et vérifiable : il n'y a plus de chaleur à proximité du sol dans un désert la nuit parce que le sable n'en contient plus, le sable est de facto froid. Pour être tout-à-fait précis, il faudrait remplacer "chaleur" par "excès de chaleur apporté par le soleil" car, au sens de la physique, il y a de la chaleur dès que la matière est au-dessus du zéro absolu.
4° : L'air du désert est très sec. Or s'il contenait plus d'eau, il pourrait encore mieux garder de la chaleur. Encore une fois, ceci n'est pas un effet de toit de serre, mais bien un effet de masse d'eau intimement lié à la chaleur latente, d'autant plus important que l'on est proche du sol. Et bien sûr, l'absence de végétation a aussi un impact (pas d'évapo-transpiration notamment).
Donc les caractéristiques d'un sol sont absolument déterminantes pour préciser l'explication de la rétention de la chaleur à proximité de ce sol. Elles vont conditionner les transferts verticaux de chaleur depuis la surface terrestre vers l'atmosphère. Voici maintenant un cas singulier, toujours concret, dans une région comme celle de la Belgique, mettant en évidence l'importance des vents dans les transferts horizontaux de chaleur :
Souvent, les nuits étoilées sont froides (humidité et température faibles), et souvent les nuits nuageuses sont plus chaudes (humidité et température élevées). Mais tout le monde a déjà expérimenté des nuits étoilées chaudes (humidité faible et température élevée). Dans ce cas, où est donc passé le supposé effet de toit de serre? Y aurait-il une nouvelle fois un autre facteur qui l'emporte? Ce point suffit à mettre en évidence la première raison expliquant pourquoi, à rayonnement diurne égal et à caractéristiques du sol égales, une nuit est plus fraîche qu’une autre, à savoir : les caractéristiques de la masse d’air en provenance.
La plupart du temps, dans nos régions, le vent apporte avec lui soit une masse d'air chaud et humide, soit une masse d'air plus froid et sec, mais parfois le vent apporte avec lui une masse d'air chaud et sec. Donc s'il fait chaud, ce n'est pas parce qu'il y aurait un effet de toit de serre qui garderait la chaleur, mais parce que l'air arrive déjà chaud ou qu'il s'est réchauffé en interagissant avec le sol. C'est évidemment pareil dans le cas de la masse d'air chaud et humide : il fait chaud non pas parce que les nuages joueraient un rôle d'effet de toit de serre mais parce que la masse d'air arrive en étant déjà chaude. Pour être rigoureux, il faudrait faire ici une distinction entre d'une part la théorie de l'effet de serre, et d'autre part un effet de couvercle opaque de marmite : les nuages pourraient peut-être, en plus, jouer ce rôle de couvercle opaque, mais pas un rôle d'effet de serre transparent puisque c'est le vent qui détermine ici les apports de chaleur.
Par contre, la chaleur latente, une nouvelle fois, améliore et amplifie l'explication initiale des mouvements horizontaux de l'air : la diminution de la température durant la nuit se renforce lorsque l'atmosphère est plus sèche et ne peut donc plus suffisamment faire appel à la chaleur latente de l'eau. En réalité, ce phénomène de transfert de chaleur obtenu grâce à la molécule d'eau se produit tout au long du déplacement de la masse d'air au-dessus des divers sols qu'elle rencontre.
En conclusion, les phénomènes thermiques et hydriques évoqués ci-dessus sont gouvernés par divers effets de masse et se déroulent près de la surface terrestre, sans effet de toit de serre, et en concordance avec l'effet progressif de masse atmosphérique.