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Notions météo | La force de Coriolis | |
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Résumé Au football, lorsque vous frappez le ballon pour l'envoyer dans les buts de votre adversaire, il vous semble partir en droite ligne vers ces buts. En réalité il est un peu dévié et prend une trajectoire légèrement incurvée. Si malgré tout vous avez atteint votre cible c'est parce que la distance parcourue par le ballon était courte et la déviation insuffisante pour que vous la manquiez. Mais si vous prenez l'avion pour parcourir une longue distance et que le pilote ne tient aucun compte de cette déviation, alors il est certain que vous n'atterrirez pas à l'aéroport prévu! C'est "l'effet Coriolis" et la force qui provoque cette déviation est connue sous le nom de "force de Coriolis". En réalité cette force n'en est pas une et la déviation n'est perceptible que pour un observateur terrestre. Aucune déviation ne serait perçue par un observateur non soumis à la rotation terrestre. Cette "force" est due à la rotation de la terre autour de l'axe des pôles. Elle n'est qu'apparente et la déviation induite n'est elle aussi qu'apparente. Par commodité de langage nous conserverons les termes "force" et "déviation" en lieu et place des expressions "force apparente" et "déviation apparente". Cette force, nulle à l'équateur, augmente à mesure qu'on se rapproche des pôles où elle devient maximale. Elle dévie vers la gauche (dans l'Hémisphère Sud) ou vers la droite (dans l'Hémisphère Nord) tout objet en mouvement à la surface terrestre. La "force de Coriolis" est d'une importance capitale en météorologie, science qui traite entre autres des mouvements de l'air au sein de l'atmosphère. |
Tout objet se déplaçant sur la surface terrestre subit "l'effet Coriolis". Or, l'atmosphère étant constituée de particules d'air ayant une masse, il n'y a aucune raison pour que celles-ci échappent aux effets de cette force.
On peut expliquer de manière élégante cet effet à l'aide d'une formule mathématique, mais cette méthode ne permet pas de rendre compte de ce qui se passe concrètement. L’exemple suivant devrait permettre d’en faciliter la compréhension.
 Le manège tourne de gauche à droite (fig. a) .
Votre ami ne pourra saisir la balle car pendant le temps mis par celle-ci pour atteindre le bord du manège il sera parvenu en C. Pour quelqu'un en place sur le manège, la balle a été déviée vers la gauche selon une trajectoire courbe. Pour quelqu'un situé en dehors du manège, la trajectoire est rectiligne entre A et B. |
L'exemple du manègeImaginez que vous êtes en A au centre d'un manège en rotation autour de son axe, et qu'un de vos amis se trouve en B également sur le manège mais à la périphérie. Voyons ce qui se passe lorsque vous lui lancez une balle. |
 Le manège tourne de droite à gauche (fig. b) .
Votre ami ne pourra saisir la balle car pendant le temps mis par celle-ci pour atteindre le bord du manège il sera parvenu en C. Pour quelqu'un en place sur le manège, la balle a été déviée vers la droite selon une trajectoire courbe. Pour quelqu'un situé en dehors du manège, la trajectoire est rectiligne entre A et B. |
Revenons sur terre!
Oubliez le manège et imaginez que vous êtes sur la surface terrestre, au pôle Sud d'abord (ce qui correspond à la fig.a ci-dessus), au Pôle Nord ensuite (ce qui correspond à la fig.b ci-dessus). Les choses sont plus complexes car nous sommes passés dans un espace à trois dimensions, mais le principe demeure le même. Comment cela se passe-t-il lorsque un objet va du pôle vers l'équateur? Il semble dévié :
L'atmosphère est solidaire de la Terre et accompagne celle-ci dans son mouvement de rotation autour de l'axe des pôles. S'il n'en était pas ainsi, à la surface terrestre les vents atteindraient une violence inouïe, à l'équateur notamment (1670 km/h).
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| Fig2 : les valeurs indiquées à droite en regard de différents parallèles précisent les vitesses de rotation (en km/h) vers l'est de la Terre. Celles-ci diminuent à mesure que l'on se rapproche des pôles. |
Voyons ce qui se passe pour une particule d'air atmosphérique que l'on peut considérer comme un objet se déplaçant horizontalement à la surface terrestre. Son mouvement comporte deux composantes :
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Imaginons maintenant deux particules d'air appartenant l'une à l'Hémisphère Sud (S), l'autre à l'Hémisphère Nord (N) et voyons ce qui se passe lorsque chacune d'entre elles évolue dans son hémisphère sous l'action du vent (fig2).
Si la particule S de l'Hémisphère Sud se dirige
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S'agissant de la particule N de l'Hémisphère Nord, elle subit des déviations similaires mais elle semblera avoir été déviée vers la droite par rapport à sa trajectoire.
Cette déviation apparente de la particule est due à la rotation de la terre autour de l'axe des pôles. C'est "l'effet de Coriolis" et la force "apparente" qui la provoque est la "force de Coriolis", du nom du mathématicien français qui, en 1835, décrivit et fournit une expression mathématique de cette force.
L’intensité de la force de Coriolis est généralement très inférieure à celle des forces mises en jeu dans les mouvements des objets à la surface de la terre. C’est la raison pour laquelle les déviations de trajectoire qu’elle peut induire restent peu perceptibles, particulièrement si le déplacement est court. Par contre, l’effet Coriolis ne peut plus être négligé lorsque les déplacements s’effectuent sur de grandes distances, comme cela est le cas pour les avions, les fusées et les particules d’air atmosphérique susceptibles d’accomplir de longs parcours à la surface terrestre.
En résumé, tout objet en mouvement à la surface terrestre est soumis à une force apparente dite "force de Coriolis" présentant les caractéristiques suivantes,
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