Où va la chaleur de l'air qui refroidit avant de redescendre*?

[Syst.]

Bonjour,
J'ai une question à propos du fonctionnement d'une cellule de convection atmosphérique.
Voici ce que l'on peut lire sur eduscol : « [Le soleil] échauffe la surface de la Terre, qui réchauffe à son tour l'air ambiant. Des mouvements ascendants se créent, mais en s'élevant, l'air se refroidit, environ 1°C tous les 100 m dans le troposphère, couche de l'atmosphère où se déroule la quasi-totalité des phénomènes météorologiques. L'air redescend alors vers le sol. Cette circulation constitue un courant de convection »
Explication acceptée.
Cela dit… où part la chaleur de la masse d'air qui monte vers le haut de la troposphère ? S'il s'agissait seulement d'une baisse de température par décompression adiabatique la température atmosphérique ne cesserait de monter, or ce n'est pas le cas.
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[Damien49]

Cette chaleur est latente. C'est à dire qu'elle se transforme en une autre forme d'énergie par le biais des transformations d'état de l'eau :

Ainsi lorsque l'air chaud monte, il le fait avec de l'eau sous forme de vapeur. Lorsque cette vapeur se condense en eau liquide (formation de nuage), l'eau en elle-même a donc perdu de l'énergie. Cette énergie ne disparait par ex-nihilo, elle est restitué autour des molécules d'eau à l'air. C'est la raison qui fait d'ailleurs qu'une ascendance convective s'auto-entretient, puisque qui dit condensation, dit libération de chaleur dans l'atmosphère.

Cependant cela va dépendre de l'état de l'atmosphère autour. Plus l'air est froid autour, plus il permet à la bulle de chaleur de monter par instabilité. Mais il va vite cependant atteindre un niveau d'équilibre où la différence entre l'air ambiant et la bulle de chaleur montante va s'annuler. A la limite de la tropopause, l'air ambiant devenant de plus en plus chaud au-dessus, il ne peut monter d'avantage en altitude.

[Syst.]

Merci de me répondre.
À propos des changements d'état de l'eau, j'y ai pensé, mais ça va dans le sens inverse : la baisse de température fait condenser (liquéfier) la vapeur d'eau, ce qui transforme la chaleur latente en chaleur. Ce mécanisme augmente la quantité de chaleur de la masse d'air. Je cherche au contraire ce qui fait diminuer la quantité de chaleur quand l'air monte ou reste en haut de la troposphère.

[Damien49]

Une parcelle d'air sèche sans condensation va monter en suivant la courbe de l'adiabatique sèche, mais il va falloir que l'air autour soit considérablement plus froid que la parcelle elle-même si tu veux qu'elle monte. Ou que la bulle d'air chaud soit considérablement plus chaude que l'air autour (ça revient au même). Dès que ta parcelle va rencontrer une zone d'air où l'air devient moins froid autour, c'est comme un mur impénétrable pour elle et c'est la norme puisque si elle suit le gradient normal en baissant de 1° tous les 100m (à la louche), c'est déjà pas assez pour qu'elle puisse monter. Dans un état normal l’atmosphère est stable contrairement à ce que laisse supposer ta citation du début.

Pour un air humide, c'est plus compliqué, puisque l'humidité constitue une forme d'énergie et qu'une parcelle d'air ne va pas suivre l'adiabatique sèche du coup, mais le principe d'équilibre entre air de la parcelle montante et air ambiant reste le même pour mettre fin à une convection.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Syst.]

Oh, d'accord.
J'ai trouvé ça : https://www.thermexcel.com/french/tables/massair.htm
J'en déduis que la densité de l'air augmente quand son humidité diminue, et vu que l'humidité diminue pendant le trajet de l'air vers le haut et en haut de la troposphère, je suppose qu'au bout d'un moment il devient suffisamment dense pour pouvoir redescendre même sans avoir perdu de chaleur. Est-ce juste ?
Cela dit, comment est-ce que la chaleur s'échappe de la troposphère ? Elle absorbe de la chaleur par conduction de la chaleur du sol, mais comment est-ce qu'elle en perd alors que la couche au-dessus d'elle est plus chaude qu'elle ?

[Damien49]

Ton raisonnement n'est pas bon, mais tu devrais poser la question je pense plutôt sur le forum de physique du coup.

[Syst.]

D'accord merci !
Je vais poster un message sur le forum de physique pour la perte de chaleur de la troposphère.
Pour le fonctionnement d'une cellule de convection… est-ce que tu sais si je pourrai trouver quelque part une explication un peu détaillée des mécanismes physiques qui serait accessible à la compréhension un étudiant en L1 physique ? (Je n'ai pas fait de physique depuis la L1.)

[Damien49]

Ca dépend. Si tu cherches des explications plutôt descriptives, conceptuels et synthétiques, je ne peux que te conseiller mon propre site de vulgarisation destiné justement à des étudiants de première année ^^ :

http://www.meteobell.com/_comprendre_classement.php

http://www.meteobell.com/_glossaire.php

Après si tu cherches des explications plus techniques et plutôt physiques avec formules et équation, il en existe beaucoup. Je ne peux que te conseiller d'acheter des bouquins, notamment la bible, le maladrel. Mais tu as beaucoup de cours sur le net qui s'en inspirent en étant plus simple. Exemple : http://cerea.enpc.fr/fich/support_co...rtrait_atm.pdf

[Syst.]

Super le site ! Une belle mine d'infos sur la météo ! Il me servira sûrement plus d'une fois
Pour ma question je chercherai dans une bibliothèque universitaire quand j'aurai le temps. Je retiens le Maladrel.

[Damien49]

Malardel pardon...

http://www.cepadues.com/livres/fonda...854288513.html

[Syst.]

Oui j'avais cherché et bien noté. Mais j'ai fait exactement la même faute de frappe en écrivant sur le forum visiblement

[Syst.]

LPFR m'a répondu sur le forum de physique.
La troposphère perd de la chaleur par le rayonnement infrarouge des gouttelettes d'eau des nuages.
L'eau liquide et solide ont une émissivité proche de celle d'un corps noir (entre 0,95 et 0,98 selon les sources) ( http://www.infrared-thermography.com/material-1.htm http://www.thermoworks.com/learning/emissivity_table )

[Damien49]

Bin tu vois j'aurais appris un truc moi aussi du coup.

Yves25 aurait pu te répondre je pense, c'est plus son domaine le rayonnement

[rahane]

après avoir lu ce fil
et le mouvement de l'air qui monte ou qui descend ( en gros le vent) ça ne convertit pas un chouia de chaleur en énergie mécanique?
comme les courants ascendants utilisés par les parapentistes pour rester plus longtemps en l'air?
ou les courants d'air montant et descendant le long des montagnes en fonction de l'heure de la journée et du rapport de chaleur entre le bas et le haut
y aurait il aussi un aspect conversion mécanique?