Pourquoi le temps change-t-il si vite en montagne ?
― La montagne elle-même est une pente qui fabrique des nuages
Le ciel est bleu au pied de la montagne, mais au sommet, une brume blanche enveloppe tout et une pluie froide se met à tomber. C'est fréquent en montagne. La raison n'est pas seulement « parce que c'est haut ». La montagne est une immense pente qui force le vent à s'élever. L'air ainsi poussé vers le haut se dilate et se refroidit, et la vapeur d'eau qu'il ne peut plus contenir se transforme en gouttelettes. De plus, le versant réchauffé par le soleil aspire l'air de la vallée, si bien que les nuages se forment plus facilement l'après-midi.
Le matin, en sortant de la gare, le ciel était sans le moindre nuage. La météo annonçait « beau temps ». Vous commencez l'ascension en manches courtes, il fait même assez chaud pour transpirer.
Mais peu après midi, en arrivant sur la crête, une brume blanche vous enveloppe soudain. Le vent forcit, la pluie se met à crépiter. Vous êtes trempé, la sueur refroidit sur votre peau, et la chaleur de tout à l'heure semble un lointain souvenir.
En regardant vers le bas, la ville est toujours ensoleillée. Même jour, même heure. Pourquoi une telle différence, seulement au sommet ?
Il y a deux grandes raisons
Quand le vent heurte la montagne, il ne peut pas la contourner et remonte le long du versant. L'air ainsi soulevé se dilate et sa température baisse, si bien que la vapeur d'eau qu'il contenait se transforme en gouttelettes. Un vent humide qui ne produirait rien en plaine devient un nuage dès qu'il rencontre une montagne.
Quand le soleil du matin réchauffe le versant, l'air au-dessus s'allège et monte. Pour compenser, du vent est aspiré depuis la vallée. C'est pour cette raison que même si le matin est ensoleillé, des nuages se forment l'après-midi.
Dans les deux cas, il s'agit de mécanismes qui « font monter l'air ». Voyons-les un par un.
L'air poussé vers le haut se refroidit, tout simplement
Plus on monte, plus la pression environnante diminue. La force qui comprimait l'air se relâche, alors la masse d'air se dilate. En se dilatant, l'air pousse ce qui l'entoure, un travail qui consomme sa propre chaleur. Donc même sans flamme, monter suffit à faire baisser la température. On appelle cela le refroidissement adiabatique.
La quantité de vapeur d'eau que l'air peut contenir diminue avec la température. En refroidissant, l'air finit par ne plus pouvoir tout retenir. La vapeur en excès se transforme alors en fines gouttelettes, qui apparaissent blanches. C'est le nuage. L'altitude à laquelle le nuage commence à se former dépend presque entièrement de l'humidité de cet air.
La montagne poursuit ce soulèvement sans relâche, toute la journée. Tant que le vent souffle, la montagne agit comme une pente qui pousse l'air vers le haut. C'est pourquoi un nuage peut s'installer au sommet même quand il fait beau en bas. Regardez la figure 1.
Pourquoi les nuages se forment-ils plus facilement l'après-midi ?
Le matin, le versant reçoit le soleil de face. Quand le sol se réchauffe, l'air au-dessus se réchauffe aussi, s'allège et commence à monter le long de la pente. Pour combler ce vide, de l'air est aspiré depuis la vallée. On appelle ce flux le vent de vallée.
Le vent de vallée se renforce peu à peu depuis le matin et atteindrait son maximum en début d'après-midi. Autrement dit, l'après-midi en montagne est le moment où le soulèvement dû au vent et celui dû au soleil se superposent. C'est de là que vient ce changement où le ciel était bleu le matin, puis se couvre soudain de nuages et de pluie après midi.
Dans le monde de l'alpinisme, on recommande de « partir tôt, arriver tôt » précisément pour éviter ce moment de la journée. À l'inverse, une fois la nuit tombée, un vent de montagne froid souffle du sommet vers la vallée.
Les prévisions météo concernent le plus souvent les zones urbaines en contrebas. À 1000, 2000 mètres d'altitude, la température, le vent et les nuages sont tout autres. Quand on part en montagne, il est d'usage de consulter des informations spécialisées sur la météo de montagne, ou des prévisions propres à chaque massif.
L'air qui a laissé tomber sa pluie en montant redescend de l'autre côté avec moins de vapeur d'eau. En descendant, il est comprimé et se réchauffe, ce qui peut produire un vent chaud et sec au-delà de la montagne. On appelle ce phénomène l'effet de foehn, et il peut faire monter brutalement la température dans les régions situées derrière la montagne (pour en savoir plus : Pourquoi fait-il soudain si chaud quand le vent a franchi une montagne ?).
Alors, que faire ?
- Marchez en montagne le matinLes nuages se forment plus facilement l'après-midi. Il est plus sûr d'avoir commencé à redescendre avant midi.
- Emportez une veste et un vêtement de pluie même s'il fait beauIl peut faire plus de 10°C de moins au sommet. Être mouillé et exposé au vent fait perdre la chaleur du corps très vite.
- Faites demi-tour si les nuages s'accumulent soudainement« Encore un peu » est dangereux. Plus vite on décide, plus on garde de choix possibles.
En montagne, l'hypothermie, cette baisse de la température du corps due à l'humidité et au vent, peut survenir même en été. Si des tremblements incontrôlables apparaissent, ou des réponses confuses, mettez-vous à l'abri du vent, changez les vêtements mouillés et réchauffez le corps. Si le ciel s'assombrit et que le tonnerre se rapproche, éloignez-vous des crêtes et des arbres élevés. Il est d'usage de quitter les endroits dégagés pour se réfugier dans un bâtiment solide, comme un refuge de montagne. Si une personne ne peut plus bouger ou perd conscience, appelez sans hésiter les secours (119 au Japon). En montagne, l'appel peut parfois aboutir au numéro de police (110). Les conseils donnés ici sont indicatifs ; la meilleure action dépend toujours de la situation. Suivez les consignes des pompiers, de la police et des autorités locales.
En résumé
Si le temps change si vite en montagne, c'est parce que la montagne elle-même est un dispositif qui fait monter l'air. Quand le vent la heurte, le versant le soulève ; quand le soleil la chauffe, elle aspire l'air depuis la vallée. L'air ainsi soulevé se dilate et se refroidit, sa vapeur d'eau se change en gouttelettes et forme un nuage. Un air différent de celui du pied de la montagne se recrée sans cesse au sommet. C'est pourquoi, le même jour, à la même heure, la ville peut être ensoleillée pendant qu'il pleut en montagne.
Le temps en montagne n'est pas capricieux.
Il est le résultat d'une pente, la montagne, qui n'arrête jamais de soulever l'air.
Le mécanisme qui permet aux nuages de flotter est expliqué dans « Les nuages sont faits d'eau : pourquoi ne tombent-ils pas ? », la façon dont les nuages formés l'après-midi grandissent en hauteur dans « Pourquoi les cumulonimbus (nuages d'orage) grandissent-ils si haut ? », le processus par lequel l'humidité et le vent refroidissent le corps dans « Pourquoi l'hypothermie survient-elle même « un jour pas si froid » ? », et l'effet de l'altitude elle-même sur le corps dans « Pourquoi le mal des montagnes survient-il simplement en prenant de l'altitude ? ». Un exemple à plus grande échelle, où l'air soulevé par une montagne fait tomber la neige, est expliqué dans « Pourquoi neige-t-il tant sur le versant de la mer du Japon ? ».
- Un jour de beau temps, observez une chaîne de montagnes lointaine, une fois le matin et une fois l'après-midi. Il arrive souvent que les crêtes soient nettes le matin, mais que le sommet seul soit couvert de nuages l'après-midi.
- Rendez-vous en altitude, par exemple en téléphérique, et comparez la température au pied et en haut. Vous sentirez concrètement le repère d'environ 0,6°C de baisse tous les 100 mètres d'altitude.
- Après avoir gonflé un pneu de vélo avec une pompe, touchez le corps de la pompe. L'air comprimé s'est réchauffé. Vous pouvez ainsi vérifier avec la paume de la main le même phénomène que celui de l'air qui se réchauffe en redescendant de la montagne.
Toute observation en montagne doit se faire sur des sentiers aménagés et avec un équipement adapté.
Pour aller plus loin ― vocabulaire, formules et liens avec les manuels scolairesDu niveau collège jusqu'aux matières universitaires spécialisées, le niveau de chaque partie est indiqué
- CollègeNiveau vu en sciences au collège
- LycéeNiveau vu en « sciences de la Terre / physique » au lycée
- Lycée+Contenu approfondi du lycée, ou traité en encadré dans les manuels
- UniversitéNon vu au lycée, matière universitaire spécialisée (météorologie, dynamique de l'atmosphère)
- RecherchePas encore enseigné comme « établi » même à l'université, question encore étudiée par les chercheurs
CollègeVocabulaire : ce phénomène a un nom
- Refroidissement adiabatique : baisse de température d'une masse d'air qui monte et se dilate, sans échange de chaleur avec l'extérieur. C'est le point de départ de la formation des nuages en montagne.
- Soulèvement orographique : le fait que le vent, en heurtant une montagne ou une colline, soit forcé de s'élever le long du versant. La plupart des nuages de montagne naissent ainsi.
- Niveau de condensation par soulèvement : l'altitude à laquelle l'air soulevé ne peut plus contenir sa vapeur d'eau et où le nuage commence à se former. C'est le pointillé de la figure 1.
- Vent de vallée et vent de montagne : le vent qui souffle de la vallée vers la montagne le jour est le vent de vallée ; celui qui souffle de la montagne vers la vallée la nuit est le vent de montagne.
CollègeLycéeVérification par le calcul : quel froid fait-il au sommet d'une montagne de 2000 mètres ?
La température de l'air soulevé peut être estimée approximativement à partir de l'altitude. On utilise ici des valeurs indicatives, jusqu'à la sensation de froid ressentie par le corps. La signification des symboles et leurs unités figurent dans le tableau suivant.
| Symbole h | Signification : différence d'altitude entre le pied et le sommet de la montagne / unité : mètres |
| Symbole t | Signification : baisse de température due à la différence d'altitude / unité : °C |
| Symbole w | Signification : baisse supplémentaire de la température ressentie due au vent / unité : °C |
| Symboles T0, Tsommet | Signification : température au pied et au sommet de la montagne / unité : °C |
| Symbole Γ | Signification : gradient thermique (baisse de température par 100 mètres) / unité : °C |
| Symboles k, V | Signification : baisse de la température ressentie par mètre par seconde de vent (°C), et vitesse du vent (mètres par seconde) |
| En symboles | Tsommet ＝ T0 − Γ × h (ressenti ＝ Tsommet − k × V) |
| En mots | Température au sommet ＝ température au pied − gradient thermique × différence d'altitude. Température ressentie ＝ température au sommet − baisse par mètre par seconde de vent × vitesse du vent |
| D'où vient cette formule | La formule du haut vient du fait que la pression diminue en altitude : l'air soulevé se dilate, et ce travail lui fait consommer sa propre chaleur (refroidissement adiabatique, dû au premier principe de la thermodynamique). Γ vaut en moyenne environ 0,6°C pour 100 mètres dans une atmosphère standard. La formule du bas est une règle empirique qui résume l'effet du vent qui arrache l'air chaud à la surface du corps. |
| Température au pied de la montagne | on prend 25°C |
| Différence d'altitude entre le pied et le sommet | on prend 2000 mètres |
| Baisse de température tous les 100 mètres d'altitude | environ 0,6°C |
| Vitesse du vent au sommet | on prend 10 mètres par seconde |
| Baisse ressentie par mètre par seconde de vent supplémentaire | environ 1°C |
| Combien de tranches de 100 mètres dans la différence d'altitude | 2000 ÷ 100 ＝ 20 |
| Baisse de température due à l'altitude | 20 × 0,6 ＝ 12 |
| Température au sommet | 25 − 12 ＝ 13 |
| Baisse ressentie due au vent | 10 × 1 ＝ 10 |
| Température ressentie avec le vent | 13 − 10 ＝ 3 |
Même par une journée d'été à 25°C au pied de la montagne, le sommet se situe autour de 13°C. Avec un vent fort en plus, la sensation peut descendre jusqu'à environ 3°C, un froid comparable à un matin d'hiver. Si le corps, parti en manches courtes, est mouillé de sueur et de pluie, il perd la chaleur encore plus vite. C'est cette accumulation qui explique que l'hypothermie puisse survenir même en été.
LycéeLycée+L'air sec et l'air humide ne refroidissent pas de la même façon
LycéeL'air où aucun nuage ne s'est encore formé se refroidit à un taux constant d'environ 1,0°C tous les 100 mètres. L'énergie utilisée pour la dilatation de l'air se traduit directement par cette baisse de température.
Lycée+Mais une fois que le nuage commence à se former, le refroidissement ralentit. La vapeur d'eau qui se transforme en gouttelettes libère de la chaleur, qui réchauffe l'air en retour. Dans ce cas, le refroidissement se situe plutôt entre 0,4 et 0,5°C tous les 100 mètres. C'est ce réchauffement en retour qui permet à l'air à l'intérieur du nuage de continuer à monter en restant plus chaud que son environnement.
UniversitéCe qui décide si l'air franchit la montagne ou la contourne
L'air qui heurte une montagne ne monte pas toujours le long du versant. Quand l'atmosphère est stable et la montagne élevée, il est plus facile pour l'air de contourner que de monter, et l'écoulement passe autour de la montagne. Cette limite est décrite par le nombre de Froude orographique, une valeur sans dimension obtenue en divisant la vitesse du vent par « la fréquence de flottabilité représentant la stabilité de l'atmosphère (fréquence de Brunt-Väisälä) multipliée par la hauteur de la montagne ». En gros, une valeur faible signifie un contournement, une valeur élevée un franchissement. L'air qui a franchi la montagne peut aussi onduler en montant et descendant, créant sous le vent des alignements réguliers de nuages ou de forts courants descendants. On appelle cela les ondes orographiques, un sujet traité dans les manuels de dynamique atmosphérique.
📖 Pour la démonstration des formules et pour aller plus loin : Gradient thermique (Wikipédia japonais) ／ Nombre de Froude (Wikipédia japonais)
RechercheCe qui n'est pas encore clairement établi
- Comment intégrer le relief fin dans les prévisions. Les modèles de prévision numérique représentent la surface par une grille, et les crêtes et vallées plus petites que la maille sont lissées. C'est l'une des raisons pour lesquelles le vent et les nuages de montagne ne sont pas parfaitement reproduits.
- Prévoir quand et où un nuage va se former. Les nuages produits par le vent de vallée dépendent aussi de légères différences d'humidité du sol ou de végétation. Cerner précisément l'heure et le lieu de leur formation reste encore difficile aujourd'hui.
- Peu de points d'observation en altitude. Maintenir des stations d'observation en haute altitude est difficile, et les données réelles de température et de vent manquent. Les éléments disponibles pour la vérification restent eux-mêmes limités.
Autrement dit, le contenu de cet article aussi n'est « qu'une explication dans la limite de ce qui est connu aujourd'hui ». À mesure que les observations et les calculs gagneront en précision, certains points pourraient être révisés.
Liens avec les manuels scolaires (par niveau)
| Niveau | Matière / unité | Partie correspondante de cet article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences ・ le temps et ses changements | La formation des nuages quand l'air monte, la relation entre altitude et température |
| Lycée | Sciences de la Terre ・ atmosphère et océan ／ Physique ・ chaleur et travail | Le refroidissement adiabatique et le calcul de la température au sommet |
| Lycée+ | Approfondissement en sciences de la Terre ・ chaleur latente et adiabatique humide | La différence de refroidissement entre air sec et air humide |
| Université | Météorologie ・ dynamique atmosphérique (relief et écoulement) | La limite entre franchissement et contournement de la montagne |
| Recherche | Météorologie locale ・ prévision numérique à haute résolution | La section « ce qui n'est pas encore établi » |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Agir le matin et faire demi-tour si les nuages s'accumulent |
- Ogura Yoshimitsu, « Météorologie générale (2e édition révisée) » (一般気象学（第2版補訂版）), Presses de l'Université de Tokyo (東京大学出版会)
- Société météorologique du Japon (日本気象学会), éd., « Dictionnaire des sciences météorologiques » (気象科学事典), Tōkyō Shoseki (東京書籍)
- Agence météorologique du Japon (気象庁), « Vocabulaire de prévision ― vent, nuages, vents locaux » (予報用語 ― 風、雲、局地的な風), site de l'Agence météorologique du Japon
- Inokuma Takayuki (猪熊隆之), « Encyclopédie de la météorologie de montagne » (山岳気象大全), Yama-Kei Publishers (山と溪谷社)
- Agence nationale de la police (警察庁), « Aperçu des accidents en montagne » (山岳遭難の概況), site de l'Agence nationale de la police
※Cet article est une vulgarisation scientifique à destination du grand public. Les chiffres indiqués sont des repères et des approximations destinés à faciliter la compréhension. Pour toute décision liée à une sortie en montagne ou en cas d'intempéries, suivez les annonces de l'Agence météorologique du Japon ainsi que les consignes des pompiers, de la police et des autorités locales.