La dynamique météorologique locale d'un lieu peut sur Terre être modifié par les caractéristiques morphologiques de ce même lieu, au travers d'interactions plus ou moins fortes avec le relief notamment. Qu'ils soient de type physique, thermique, hydrique ou autre, les phénomènes à cette interface sont fascinants à étudier. On connaît par exemple en Alsace, à la Réunion, à la Martinique ou à la Guadeloupe un effet météorologique connu sous le nom de Fœhn ou effet orographique.

Généralités
Sur Terre, le Fœhn est un phénomène météorologique qui se produit principalement dans les régions de hautes montagnes, bien qu'il puisse se produire également à partir d'altitudes comprises entre 500 et 600 mètres. Il se caractérise par de fortes précipitations sur le versant d'une montagne situé au vent et d'un vent chaud et sec sur l'autre versant. Il faut un vent perpendiculaire à la montagne pour que se produise le phénomène, sinon la différence de température entre les deux versants ne sera pas suffisante. Ainsi, la masse d'air qui arrive sur la montagne doit se soulever pour contourner le relief. C'est l'effet orographique. En se soulevant, celle-ci engrange de l'humidité. Juste avant d'arriver au sommet, de fortes précipitations et de fortes rafales de vent se produisent. Pendant ce temps, l'autre versant exposé au Soleil concentre de l'air sec. Comme l'air chaud est plus léger que l'air froid, l'air chaud se positionne plus en haut, zone la plus sèche du nuage. Ainsi, le vent chaud et quasi sec parvient à traverser la montagne pour se retrouver face à de l'air beaucoup plus sec ; des mouvements verticaux ont lieu, favorisant la descente de l'air chaud sur le versant de la montagne.

Explications
Le Fœhn est en fait une situation météorologique intimement liée à des transferts d'énergie combinés aux effets dynamiques du vent sur le relief. Pour qu'il y ait un effet de Fœhn, il faut un relief conséquent et un vent non nul.

Le gradient de température adiabatique sec

Louis Gay-Lussac (1779-1850) a démontré que pour un gaz parfait, à volume constant, la température est directement liée à la pression. L'air atmosphérique terrestre non saturé correspond assez bien à un gaz parfait. Ainsi, subit-il une décroissance de température proportionnelle à la décroissance de pression, donc d'altitude.

Dans les basses couches atmosphériques, la décroissance de température également appelée gradient adiabatique sec, c'est-à-dire sans vapeur d'eau, est proche de 1°C pour une élévation en altitude de 100 mètres.

Le gradient de température de l'air saturé

Lorsque l'air est saturé, la condensation dégage de la chaleur et réchauffe le milieu ambiant. La décroissance de la température est inférieure à la décroissance en milieu sec et se situe globalement entre 0,5 et 0,8°C par 100 mètres en fonction de l'humidité. En moyenne, elle est de l'ordre de 0,6°C.

L'effet de Fœhn
Que se passe t-il quand un vent rencontre une barrière montagneuse de 1000 mètres de dénivelé par exemple, et qu'il lui est impossible à contourner ?

Si la température de l'air au pied du massif montagneux est de 15°C et que l'air est sec, la température va décroître en suivant le gradient adiabatique sec à la montée, pour passer au sommet du massif à 5°C (perdant 1°C tous les 100 mètres soit 10°C), puis se réchauffer à la descente de l'autre côté pour retrouver ses 15°C à l'altitude initiale (en regagnant 1°C par 100 mètres soit 10°C).

Petit effet de Fœhn.
Si par contre l'air est humide et toujours à 15°C à la base du massif, l'air va suivre le gradient adiabatique sec en s'élevant, jusqu'à son niveau de condensation, altitude à laquelle il va rencontrer son point de rosée. Le dégagement de chaleur produit par la condensation va l'amener à suivre alors un gradient humide, de 1,5°C par 100 mètres environ. Il passera cette fois le sommet à une température de 7°C, grâce à la formation nuageuse qui s'est produite. En redescendant de l'autre côté, si le niveau de condensation est le même, il retrouvera le gradient adiabatique sec à la même altitude et sera à nouveau à 15°C à son altitude initiale. C'est le petit effet de Fœhn.

Grand effet de Fœhn
A la même situation mais avec cette fois une précipitation qui se produit du côté au vent, l'air redescendant sera plus sec (une partie de son humidité absolue s'étant déchargée en pluie). Il retrouve donc un niveau de condensation et le gradient sec beaucoup plus haut. Le résultat est un réchauffement de l'air de l'autre côté du massif montagneux et une accélération du vent car l'air chaud occupe plus de place que l'air froid.

Revenons sur Mars
Les clichés présentés cette semaine montrent des formations nuageuses qui sans être dues au Fœhn, sont tout aussi spectaculaires.

Le premier cliché est une image grand-angle qui provient de la caméra MOC de la sonde MGS. On y voit des nuages passer au-dessus du cratère d'impact Mie (du nom de Gustave Mie, un physicien allemand (1868-1957)). D'un diamètre de 104 km environ, cet impact est centré à 48,1°N par 220,4°W (139,6°E), dans la région Utopia Planitia, près de la zone d'atterrissage de la sonde Viking Lander 2. Le Soleil éclaire la scène par le bas gauche.

Au moment du cliché (pris en janvier 2004), nous sommes à la fin de l'hiver dans cet hémisphère et il n'est pas rare que de tels nuages se forment à basse altitude au-dessus de cet impact ou de structures du même type.

La circulation atmosphérique générale se fait ici depuis l'Ouest/Nord-Ouest (haut gauche) vers l'Est/Sud-Est (bas droite). Le haut de ces nuages est à une altitude inférieure aux remparts du cratère d'impact ce qui a pour effet de perturber, en presque " bloquant ", la progression " normale " et continue d'une partie de la structure nuageuse. Et tandis que le reste du flux passe au-dessus, la structure perturbée se déforme en suivant les contours internes du cratère et en formant des vagues, des ondes qui se replient vers l'avant.

Le second cliché provient également de la caméra MOC et date de mars 2004. On y voit le cratère d'impact Kunowsky (du nom de Georges Kunowsky, un astronome allemand (1786-1846)). D'un diamètre de 67 km environ, cet impact est centré à 57,1°N par 9,7°W. L'image est illuminée par le Soleil dont la lumière provient par le bas gauche.

La circulation atmosphérique se fait ici d'Ouest en Est (de gauche à droite) et les vents entraînent avec eux des nuages dits " cellulaires " se formant ici au début du printemps. Une partie de ces nuages est perturbée par le relief concave que procure le cratère d'impact et tandis que le flux d'air continue de progresser, le reste du front se déforme en se rabattant de près de 45° par rapport au flux centrale qui continue lui sa progression de manière " normale ".

(c) Texte : Gilles Dawidowicz/APM
(c) Images : NASA/JPL/Malin Space Science Systems