Les inversions thermiques - La météo en bref

Fig 1. Inversion thermique proche du sol, rendue visible par formation de brume

Nous allons ici vous parler d’un phénomène fréquent en France, mais dont le mécanisme est encore trop méconnu. Pour simplifier le problème, nous nous restreindrons uniquement aux inversions thermiques de basse couche. Cet article explique pourquoi conditions anticycloniques ne riment pas forcément avec beau temps.

Les inversions thermiques dont nous allons parler, suivent un processus bien précis avec plusieurs critères :

- anticyclone installé sur l’Europe, centré sur la France

- rayonnement solaire faible (période d’occurence la plus favorable : de début octobre à la mi-mars)

- absence de vent en basse-couche (entendons par là les 500 à 1 000 premiers mètres en coupe d’atmosphère verticale).

- phénomène encore plus favorisé par des éléments topographiques (forêt, vallée, présence d'un cours d'eau...) ou après le passage d’un front froid avec regonflement rapide du champ de pression à l'arrière.

- advection d’une masse d’air subtropicale douce en altitude, visible aux alentours de 1 500m d’altitude.

Lorsque ces conditions sont réunies, la subsidence (vent vertical orienté depuis l’altitude vers le sol) s’opère avec une chute de l’humidité relative, parfois à des niveaux très bas (10-20%) sur l’ensemble de la colonne atmosphérique, sauf celle influencée par la surface terrestre. Celle-ci, refroidie par effet radiatif parfois jusqu’au point de rosée, contraste avec l'atmosphère qui la surplombe. Si la saturation s’opère : le stratus/brouillard se forme, donnant ces mers de nuages très esthétiques en montagne ou vue d’avion par exemple, qui font apparaître ce différentiel thermique. Comme le soleil a un faible rayonnement à cette saison, celui-ci n’est pas assez puissant pour réchauffer les basses couches de l’atmosphère (qui entraînerait dans ce cas une remontée de la température jusqu’à un niveau supérieur au point de rosée, entraînant une dissipation de ce nuage proche du sol) et la grisaille persiste toute la journée.

Fig 2. Exemple d’inversion thermique hivernale : air froid saturé piégé près du sol et soleil rayonnant dans une masse d’air très sèche au-dessus de l'air plus froid

L’inversion proprement dite correspond à cette situation où l’air froid dense (cf loi de thermodynamique) s’accumule par effet radiatif, piégé par l’air chaud plus léger situé au-dessus de celui-ci. C’est la fameuse « cloche » d’inversion surnommée ainsi à cause de cette organisation atmosphérique : l’air chaud piège l’air froid (souvent saturé) en basse couche, près du sol.

Sous le stratus/brouillard, la température n’évolue pas, pire, celle-ci diminue encore chaque nuit par refroidissement radiatif. Pour les populations qui sont en plaine, les périodes d’inversions thermiques sont synonymes d’ensoleillement faible ou nul, d’absence de vent, voire de possibles bruines et parfois de givre (en cas de température négative).

Ainsi il arrive que les inversions finissent par donner des conditions véritablement hivernales en plaine avec un refroidissement continu chaque nuit durant la période d’inversion. Par exemple, décembre 2006 a été particulièrement froid en plaine dans certaines zones (notamment la vallée de la Saône), contrastant nettement avec la montagne où la période fut exceptionnellement douce.

Le phénomène est redouté dans les grandes villes et zones industrielles puisque celui-ci piège les polluants dans cette mince épaisseur d’atmosphère, entraînant des conditions difficilement respirables (exemple de la vallée de l’Arve (74), souvent sujette à ce phénomène en raison de sa topographie, où la qualité de l’air s’en trouve dégradée).

Le phénomène prend fin lorsque le vent en basse couche se lève par resserrement isobarique par exemple, où la turbulence mixe les couches de l’atmosphère en la rendant plus homogène, avec disparition des éventuels brouillards/grisailles persistants.