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Détails: Écrit par administrator; Catégorie : Bourses; Publication : 1 octobre 2022; Affichages : 1595

Montagne

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Pour les articles homonymes, voir Montagne (homonymie).

Vue oblique distante de montagnes enneigées séparant un plateau aride d'une mer de nuages.

Vue d'une partie de l'Himalaya, avec l'Everest (près du centre), et du plateau tibétain depuis la Station spatiale internationale.

Un sommet couvert de glace sculptée en lames de rasoir, parcouru en son milieu par une rimaye et à ses pieds par une crevasse, avec deux groupes d'alpinistes visibles en tout petit.

Vue d'alpinistes (coin inférieur droit) évoluant entre une rimaye et une crevasse sur l'Alpamayo, au Pérou.

Une montagne (^Écouter) est une forme topographique de relief positif, à la surface de planètes telluriques, et faisant partie d'un ensemble — une chaîne de montagnes — ou formant un relief isolé. Elle est caractérisée par son altitude et, plus généralement, par sa hauteur relative, voire par sa pente. Il n'existe toutefois pas de définition unique de ce qu'est une montagne, terme apparu entre le X^e et le XII^e siècle, et de nombreux régionalismes coexistent pour décrire les formes de relief. Elle peut désigner à la fois un sommet pentu et une simple élévation de terrain, comme une colline, aussi bien que le milieu dans son ensemble. Les montagnes prennent en effet des formes très diverses en fonction des processus qui mènent à leur orogenèse : des escarpements de marges continentales et rifts en domaine extensif, aux chaînes de collision et plissement, en passant par les phases de subduction créant des volcans de type explosif en arcs insulaires ou le long de cordillères, sans oublier le volcanisme de point chaud de type effusif ni les intrusions mises au jour par l'érosion. Le climat qu'elles subissent, avec des températures en moyenne plus basses et des précipitations plus importantes qu'en plaine du fait de l'altitude, joue également un rôle important dans leur façonnement. Avec l'isostasie, les montagnes connaissent des phénomènes de surrection et d'amincissement crustal qui mènent, à terme, à leur disparition. Les plus anciennes chaînes de montagnes sur Terre datent du Paléozoïque.

En raison de leur climat spécifique, généralement marqué par un étagement altitudinal, et de leurs pentes difficiles d'accès rendant impossible une exploitation intensive, les montagnes abritent une grande variété d'écosystèmes et une importante biodiversité. De nombreuses espèces animales y trouvent une pression écologique moindre. De ce fait, près du tiers des zones protégées dans le monde se trouvent en montagne. Bien qu'elles soient une source d'eau douce indispensable, les zones montagneuses sont souvent considérées comme rudes ou demandent des efforts d'adaptation importants de la part des populations humaines.

Les montagnes, demeures supposées de nombreuses divinités, ont longtemps inspiré de la crainte aux êtres humains et restent largement méconnues jusqu'aux premières études scientifiques sérieuses au XVIII^e siècle. À partir de cette époque, leur représentation artistique devient plus réaliste. Par la suite, elles sont l'objet de conquêtes avec l'avènement de l'alpinisme. Elles sont au cœur du développement de l'hydroélectricité à la fin du XIX^e siècle. Dès lors, plus faciles d'accès, elles s'ouvrent au tourisme, en premier lieu à celui des sports d'hiver, qui bouleverse souvent les paysages des montagnes des régions tempérées, mais également en dehors de la saison hivernale à la randonnée pédestre voire au trekking, dont la pratique est proche de la nature.

Toponymie

Étymologie et linguistique

Vue du mont Blanc du Tacul depuis l'aiguille du Midi, en Haute-Savoie (France).

Le mot « montagne » apparaît en gallo-roman au XII^e siècle¹. Ainsi, il est employé dans la chanson de geste Pèlerinage de Charlemagne en 1150². Il provient de l'ancien français montaigne, dérivé du bas latin montanea, féminin substantivé de l'adjectif montaneus, altération du latin classique montanus, littéralement « relatif à la montagne »¹. Dans le cartulaire de Sauxillanges, daté de 989 à 994, dans le Livradois, on trouve montana¹. En 1678, Charles du Fresne, sieur du Cange, dans son Glossarium mediæ et infimæ latinitatis, atteste la forme montania, notamment en Cerdagne en 1035. Il rapporte aussi les emplois de montanea par Pierre Tudebode dans Historia de Hierosolymitano itinere et Baudri de Bourgueil dans Historia Jerosolimitana (livres 3 et 4, réunis dans le Recueil des historiens des croisades), et par Orderic Vital dans Histoire ecclésiastique (livre 9), entre la fin du XI^e et le début du XII^e siècle¹. Ces formes deviennent donc concurrentes de « mont », issu du latin mons, montem et préexistant à « montagne »¹. L'adjectif « montagneux » naît sous la plume de Jean de Meung en 1284³. Le mot « montagnette » apparaît au XV^e siècle dans une tentative de distinguer des formes de relief en fonction de leur hauteur¹.

Au XIII^e siècle, en Auvergne, la montagne désigne aussi bien la basse et la moyenne montagne que les pâturages, à l'instar de l'alpe¹. Dans la péninsule Ibérique, c'est également un terrain de chasse, alors qu'en Europe centrale, c'est une zone minière¹.

Outre une forme de relief, statique, la montagne reflète également une forme de mouvement, sans doute sous l'influence du verbe latin populaire montare qui a engendré en ancien français le verbe « (re)monter » ou la « montée » au XII^e siècle, éliminant au passage la forme plus noble issue d'ascendere, laissant seulement le substantif français « ascension »⁴. Les montagnes sont définies ici comme un espace géographique de migration. La montagne est le lieu où l'on monte, soit de manière saisonnière, par exemple pour l'estive des éleveurs ou un hivernage de bûcheron, soit occasionnellement, comme sur le chemin d'une fuite ou d'un voyage⁴. Au XII^e siècle, montain et montagnier qualifient la faune, selon le fauconnier, et les habitants qui vivent en montagne¹^,⁴. Les verbes enmontagner ou démontagner sont employés pour décrire l'activité de déménagement des montignons ou montagnards au XVI^e siècle⁴.

Au sens figuré, une montagne indique un amoncellement : une montagne d'objets, de richesses, de difficultés. Il désigne selon le lieu ou la relation engagée, la valeur, le prix, le nombre, la valeur morale, l'intérêt, le taux d'emprunt. En ce sens, les formes verbales ont été mieux préservées en français, à l'instar du verbe « surmonter » attesté par Philippe de Thaon au XII^e siècle⁵, dans l'expression « le montant d'une somme » ou « monter un budget » lorsqu'une situation est délicate.

Définitions

Vue du K2, deuxième plus haut sommet du monde, dans le Karakoram, à la frontière sino-pakistanaise.

Les tentatives pour donner une définition générale et universelle de la montagne sont très vite confrontées à l'imprécision et aux exceptions. Ainsi, selon Raoul Blanchard, « une définition même de la montagne, qui soit claire et compréhensible, est à elle seule à peu près impossible à fournir »⁶. La pente et l'altitude définissent la topographie et le relief, ensemble des formes, de volumes saillants ou en creux, « une famille de formes topographiques » comme décrit par Emmanuel de Martonne⁷, mais la montagne est aussi un cortège de spécificités où certains phénomènes sont amplifiés et où des limites aux facteurs altitudinaux peuvent essayer d'être définies. Il est possible de distinguer trois sens à la montagne⁸. Dans le premier, c'est une élévation de terrain individuelle entourée de vallées, synonyme de hauteur, relief, sommet ; le mot « mont », bien qu'étymologiquement semblable, n'est guère utilisé dans cette acception, désignant par ailleurs une forme de relief de plissement. Dans le deuxième sens, une montagne est un espace formé par des reliefs saillants et s'oppose à la colline, au plateau, au piémont, à la vallée. Le troisième sens englobe tout le milieu de la montagne dans sa globalité ; plus imprécis, laissant de côté les notions de pente et d'altitude, il prend en compte les dimensions paysagères et humaines⁸.

En France, des critères administratifs et législatifs ont été définis. La loi montagne (1985) insiste sur des seuils et des pentes⁹ : entre 600 et 800 mètres d'altitude moyenne communale et une pente supérieure à 20 %, hors outre-mer¹⁰. Les difficultés face à la réduction de la saison végétative sont également prises en compte : adaptation de la production et de la mécanisation agricoles, donnant droit aux fonds structurels européens, perception des conditions locales de développement nécessitant des mesures compensatrices telles que la politique de la « zone de montagne » (1961) et l'indemnité spéciale « montagne » des années 1970¹¹.

Dans les îles Britanniques, une montagne s'élève traditionnellement à plus de 2 000 pieds (610 m) d'altitude et présente une hauteur de culminance minimum de 100 à 500 pieds¹²^,¹³. Aux États-Unis, l'Institut d'études géologiques des États-Unis a distingué une montagne, relief de plus de 1 000 pieds (305 m) de hauteur relative, d'une colline en deçà, mais cette définition a été officiellement abandonnée au début des années 1970¹⁴.

Une définition internationale des régions montagneuses est apportée par le Centre de surveillance de la conservation de la nature, dans le cadre du Programme des Nations unies pour l'environnement (UNEP-WCMC) : altitude de plus de 2 500 mètres, ou altitude entre 1 500 et 2 500 mètres et pente de 2°, ou altitude entre 1 000 et 1 500 mètres et pente de 5°, ou encore altitude entre 300 et 1 000 mètres continue dans un rayon de sept kilomètres¹⁵.

Terminologie

Article détaillé : Oronymie.

En onomastique, un oronyme est un toponyme de montagne. Les oronymes sont parfois utilisés pour de simples hauteurs (escarpements, collines)¹⁶.

Les vocables de la montagne se caractérisent par l'importance des variantes et synonymes ; cette richesse est issue des observations nombreuses des hommes qui vivent dans la montagne avec la nature et de la variété linguistique. Il est possible d'expliquer cette diversité par le vocabulaire employé par les différentes populations qui ont successivement colonisé le domaine montagnard à travers les âges — on en retrouve les traces et les racines linguistiques dans les cartes anciennes et les cadastres —, et par les déformations successives des noms, en particulier à une époque où l'orthographe n'était pas fixée et lors de transcriptions, lorsqu'avait lieu un mouvement général de francisation. Certains toponymes de la carte d'État-Major (1818-1881) ont été collectés par des officiers cartographes, plus préoccupés par les formes et accidents de terrain que par les questions linguistiques¹⁷.

Vue d'un puech aux Bondons, dans le département français de la Lozère.

Il en ressort une grande variété de régionalismes. Tête et berg, employé en suffixe, sont courants dans l'Est de la France¹⁸, aux côtés des ballons (de l'allemand Belchen). Puy et puech sont fréquents en toponymie, pour désigner des lieux situés en hauteur (du latin podium : « hauteur, lieu élevé ») en particulier dans le Massif central¹⁹. Le mot d'origine occitane serre correspond à un mamelon, une croupe, un relief allongé, une pointe rocheuse voire un contrefort, et viendrait d'un terme pré-indo-européen ou prélatin serra : « montagne allongée » ou « crête en dos d'âne ». En géographie, le mot est employé pour désigner une forme de relief : crêtes étroites et allongées, dénudées, gazonnées ou boisées. La moitié méridionale de la France est très riche en toponymes formés sur serre²⁰. De même, le provençal baou, avec son sommet généralement plat, le tuc gascon de forme arrondie, et le soubeyran, avec ses variantes comme barre et chaux (chau, chalp, chaup), ou plus généralement la cime, se réfèrent à des hauteurs ou des sommets¹⁸. Le terme mendi, montagne en basque, constitutif de nombreux toponymes, s'applique à toute hauteur, même peu élevée. Hegi correspond à une crête, monho à la colline, gain aux hauteurs²¹. Par-delà les mots qui indiquent la montagne précisément, il existe un ensemble de termes relatifs aux détails du paysage montagnard, comme adret et ubac, pour ne prendre que des exemples alpins. Les termes évoquant la végétation, naturelle ou aménagée, sont particulièrement fréquents, tant en montagne qu'en plaine, et renseignent sur les qualités du milieu ou leur histoire, à l'instar de la chaume et de l'alpe (ou aulp, aup, arpe et dérivés alpette, arpettaz, alpille), qui a donné l'« alpage »²²^,²³.

Une chaîne de montagnes est un ensemble de reliefs disposés de façon allongée, principalement dans le cas d'une collision continentale²⁴. Les chaînes de montagnes sont généralement divisées en massifs de montagnes²⁵, lesquels sont parfois subdivisés en chaînons²⁶ ; toutefois, la terminologie québécoise ne retient que le terme de « chaînon » (équivalent de l'anglais range) pour désigner le sous-ensemble d'une chaîne (équivalent de l'anglais mountains)²⁷. En outre, le terme « massif de montagnes » est aussi employé dans le cas d'ensembles montagneux, souvent anciens, formant un bloc continu²⁵. Enfin, l'usage veut parfois qu'on parle de « chaîne » même pour des sous-ensembles, à l'instar de la chaîne de Belledonne ou de la chaîne des Aravis, au sein des Alpes, dont la disposition des sommets est globalement rectiligne. Le terme de « monts », au pluriel, est employé de façon générique pour désigner une chaîne ou un massif²⁸.

Géographie

Topographie

La proportion de terres émergées situées à plus de 1 000 mètres d'altitude est d'environ un quart²⁹^,³⁰, auquel peuvent s'ajouter 10 % de terres situées à une altitude inférieure mais présentant de fortes pentes selon les critères du Centre de surveillance de la conservation de la nature (UNEP-WCMC)²⁹. Dans le détail, les reliefs montagneux couvrent approximativement 33 % de l'Eurasie, 24 % de l'Amérique du Nord, 19 % de l'Amérique du Sud et 14 % de l'Afrique³¹.

Géomorphologie

Article connexe : Liste des types de montagnes.

Dans un massif montagneux, les sommets sont reliés par des crêtes et séparés par des cols, points les plus bas sur cette crête, et par des vallons, voire par de larges vallées, qui séparent plus généralement les différents massifs. Un sommet peut avoir une cime principale et des cimes secondaires³².

La géomorphologie des montagnes dépend de différents facteurs³³ : leur processus de formation (orogenèse), la vitesse de déformation (mouvements verticaux et horizontaux des roches), la nature des roches (les roches tendres donnent des reliefs plus doux que les roches dures) et le climat.

Vue des aiguilles de Chamonix, relief typique d'une chaîne de collision en milieu glaciaire.

Dans les chaînes de collision jeunes et les chaînes anciennes considérablement rajeunies, les sommets sont généralement qualifiés de « pics », lorsqu'ils ont une forme conique, ou d'« aiguille », lorsqu'ils sont particulièrement acérés sur une arête, voire de « dent » lorsqu'ils se détachent du relief³². On trouve aussi les qualificatifs de « pointe », de « tête » ou encore de « roche, rocher, roc »³⁴. Lorsqu'ils ont connu une glaciation, les sommets peuvent présenter une forme de pic pyramidal dominant des vallées et cirques glaciaires³⁵.

Schéma représentant un relief de type jurassien et les terminologies associées.

Le relief de plissement se traduit par une géomorphologie spécifique. Le sommet d'un anticlinal forme un mont. Dans un relief conforme, de type jurassien, le fond d'un synclinal constitue un val. Une dépression au sommet d'un mont est une combe. Les corniches rocheuses en bord de val ou de combe sont appelées crêts. Les cluses sont des dépressions traversant perpendiculairement les anticlinaux. Dans un relief inverse, de type préalpin, les synclinaux se retrouvent au niveau des points hauts par érosion différentielle et sont dits « perchés ». Le relief appalachien est un type particulier de relief de plissement ayant été largement aplani, puis à nouveau soulevé provoquant une reprise de l’érosion. Dans ce cas, les anticlinaux et les synclinaux sont nommés respectivement barres et sillons³⁶.

En domaine extensif, le rebord d'un horst forme généralement un long escarpement de faille. L'érosion contribue à créer des sommets individualisés³⁷.

Les reliefs volcaniques sont de deux grands types. Les volcans explosifs se présentent généralement sous la forme de stratovolcans, d'aspect conique, ou de dômes de lave³⁸. Les stratovolcans peuvent supporter des dômes de lave et des cônes de scories secondaires³⁸, auquel cas ils sont dits complexes ; les volcans Somma en font partie. Les volcans effusifs se présentent sous la forme de volcans boucliers, de grandes dimensions avec de très faibles pentes³⁸. Ceux-ci peuvent également supporter des cônes volcaniques. Lorsque les volcans boucliers émettent des laves sous une calotte glaciaire, ils forment des tuyas³⁹. La majorité des volcans sous-marins sont des volcans boucliers⁴⁰. Les stratovolcans et les volcans boucliers présentent généralement à leur sommet des cratères et parfois, lorsque leur chambre magmatique se vide, une vaste caldeira⁴¹.

Comparaison de stratovolcans et volcans boucliers
Vue du mont Damavand en hiver, stratovolcan endormi et point culminant de l'Iran.
Vue du mont Fuji, stratovolcan actif et point culminant du Japon.
Vue aérienne du Mauna Loa, volcan bouclier à Hawaï.
Vue du Skjaldbreiður, volcan bouclier en Islande.
Vue du Herðubreið, tuya en Islande.

Dans les bassins sédimentaires, l'érosion différentielle peut également mettre au jour des reliefs. Si les couches sédimentaires sont monoclinales, c'est-à-dire inclinées et non plissées (couches de même pendage), avec une alternance de roches dures au-dessus et tendres en dessous, l'érosion forme en bordure du bassin une cuesta, au front raide et au revers peu incliné ; si le fragment rocheux est totalement isolé, il constitue une butte-témoin⁴²^,³⁷^,⁴³. Si les couches ne sont pas inclinées, ou faiblement, l'érosion peut provoquer l'apparition d'un relief tabulaire appelé mesa s'il constitue un plateau⁴², butte si ses dimensions sont moindres⁴⁴^,⁴⁵, planèze si l'origine est un relief volcanique inversé⁴⁶, ou tepuy en milieu tropical. Parmi les différentes formes d'inselberg, on trouve le bornhardt et le kopje, qui sont respectivement un monolithe naturel inclusif et un amoncellement de rochers, ou encore le morne⁴⁷, en milieu tropical⁴⁴, le monadnock en zone tempérée⁴⁷^,³⁸, le neck et le dyke, qui sont respectivement les résidus d'une cheminée volcanique et d'un filon volcanique vertical dégagés par l'érosion⁴⁶.

Principaux ensembles montagneux

Article détaillé : Liste de massifs et chaînes de montagnes.

Il existe à la surface des continents deux grandes zones principales d'orogenèse active : la ceinture alpine et la ceinture circum-pacifique⁴⁸^,⁴⁹.

Carte des principales chaînes de montagnes constituant la ceinture alpine.

La première est issue de la fermeture, dès le Crétacé, de l'océan Téthys, principalement par collision des plaques africaine et indienne avec l'Eurasie depuis l'Éocène. Elle s'étend du Maghreb à l'Asie du Sud-Est. Elle comprend la majeure partie de l'Atlas, l'arc de Gibraltar, les Pyrénées, les Alpes, le massif du Jura, les Apennins, les Carpates, les Balkans, l'Anatolie, le Caucase, l'Elbourz, les monts Zagros, les monts Hajar, le Kopet-Dag, l'Hindou Kouch, le Pamir, le Karakoram, l'Himalaya, le plateau tibétain, la cordillère du Kunlun, les monts Hengduan, la chaîne Tenasserim et les Bukit Barisan⁴⁸^,⁴⁹^,⁵⁰.

Carte des principales chaînes de montagnes constituant la ceinture circum-pacifique.

La seconde s'étend sur le pourtour de l'océan Pacifique, le long de fosses océaniques. Elle se met en place dès le début du Mésozoïque. C'est une zone volcanique extrêmement active. En Amérique, jusqu'à la terre de Graham en Antarctique au sud, elle se matérialise par la cordillère américaine et englobe la chaîne aléoutienne, la chaîne Brooks, la chaîne d'Alaska, les monts Mackenzie, les chaînes côtières du Pacifique, les montagnes Intérieures, la chaîne Columbia, les montagnes Rocheuses, la sierra Madre orientale, la sierra Madre del Sur, la sierra Madre de Chiapas, la cordillère Centrale, la cordillère de Talamanca, l'arc insulaire des Antilles, la cordillère des Andes et les Antarctandes. Sur la marge occidentale du Pacifique, elle est constituée par les monts de Verkhoïansk, les monts Tcherski, les montagnes du Kamtchatka (chaîne Orientale et chaîne Centrale) et du Japon (dont les Alpes japonaises), la chaîne de Sikhote-Aline, les montagnes de Taïwan, des Philippines et des îles de la Sonde (Indonésie), la chaîne Centrale de Nouvelle-Guinée et les Alpes de Nouvelle-Zélande⁴⁸^,⁴⁹^,⁵⁰.

Carte des principales chaînes de montagnes constituant la vallée du Grand Rift.

À une moindre échelle, la vallée du Grand Rift est également un système montagneux très jeune, apparu seulement vers l'Oligocène. Il inclut les monts Nur, les montagnes des Alaouites, le mont Liban, l'Anti-Liban, les monts de Judée, la pointe méridionale du Sinaï, les monts Sarawat, le bloc Danakil, les plateaux d'Éthiopie, le Rwenzori, les montagnes des Virunga, les monts Bleus, les monts Mitumba, l'Aberdare, le massif du Ngorongoro, les Southern Highlands et les Mafinga Hills⁴⁹.

Carte des principales chaînes de montagnes liées aux orogenèses calédonienne et varisque.

À l'inverse, un système montagneux majeur, désormais inactif, a été constitué par plusieurs phases orogéniques au cours du Paléozoïque. Il comprend les Appalaches, les montagnes d'Irlande, les Highlands d'Écosse, l'Est du Groenland, les Alpes scandinaves, les Spitzberg, la Cornouailles, l'Anti-Atlas, les Mauritanides, le centre de la péninsule Ibérique dont le Système central et le Système ibérique, l'ensemble de la chaîne varisque (ou localement hercynienne) constituée par le Massif armoricain, le Massif central, le massif des Vosges, la Forêt-Noire, le massif schisteux rhénan, le Harz, le massif de Bohême et le massif de Thuringe-Franconie, ainsi que l'Oural, le Tian Shan, l'Altaï, les monts Saïan, les monts Khangaï, les monts Baïkal et les monts Stanovoï⁴⁸^,⁴⁹^,⁵⁰.

Carte des principales chaînes de montagnes liées à l'orogenèse panafricaine.

Un autre système montagneux ancien, dit panafricain⁵¹, s'est formé progressivement entre le Permien et le Jurassique, accompagnant l'assemblage puis la dislocation du Gondwana, au niveau du plateau des Guyanes, des massifs de l'Est du Brésil (dont la serra do Mar), des montagnes de la ceinture plissée du Cap puis du Grand Escarpement africain, des monts Ellsworth et autres massifs de la Terre de la Reine-Maud en Antarctique, des montagnes de Madagascar et des Ghats occidentaux et orientaux en Inde⁴⁸^,⁵⁰.

Image de synthèse mettant en évidence la dorsale médio-atlantique.

Plus ancienne encore est l'orogenèse ayant donné naissance au Cambrien à la chaîne Transantarctique, largement rajeunie au Crétacé, ainsi qu'aux chaînes du Mont-Lofty et de Flinders en Australie-Méridionale⁴⁹^,⁵²^,⁵³. La Cordillère australienne est une chaîne de montagne majeure dont la formation par accrétion à partir du Carbonifère peut être considérée comme leur prolongation tardive, mais les phases suivantes incluant du volcanisme, un soulèvement isostatique et un rifting l'en distinguent nettement⁴⁹^,⁵⁴.

Quoi qu'il en soit, le plus long système montagneux sur Terre se trouve au fond des océans, au niveau de la dorsale médio-océanique⁴⁸.

Principaux sommets

Article détaillé : Liste des plus hauts sommets sur Terre.

Vue de la face nord de l'Everest (8 849 m), sommet le plus haut par rapport au niveau de la mer.

La principale notion pour apprécier la hauteur d'un sommet est l'altitude. Elle est relativement moderne³⁸ et reste très vague jusqu'au XVII^e siècle⁵⁵. Auparavant, la distance depuis laquelle un sommet était observable était déterminante et favorisait les plus proches de la mer⁵⁵. Sur Terre, l'altitude se définit par rapport au niveau de la mer. Tous les sommets de plus de 7 000 mètres d'altitude se trouvent en Asie, en particulier les quatorze sommets de plus de 8 000 mètres, dans l'Himalaya et le Karakoram : Everest (8 849 m), K2 (8 611 m), Kangchenjunga (8 586 m), Lhotse (8 516 m), Makalu (8 485 m), Cho Oyu (8 188 m), Dhaulagiri I (8 167 m), Manaslu (8 163 m), Nanga Parbat (8 126 m), Annapurna I (8 091 m), Gasherbrum I (8 080 m), Broad Peak (8 051 m), Gasherbrum II (8 034 m) et Shishapangma (8 027 m)⁵⁶. Le sommet le plus élevé en dehors d'Asie est l'Aconcagua (6 962 m), en Amérique du Sud. Les sept sommets sont les sommets les plus élevés de chacun des sept continents, mais ils sont soumis à des interprétations variables.

Schéma de comparaison des altitudes des quatorze sommets de plus de huit mille mètres (pointes rouges ou roses) et des sept sommets et sept seconds sommets, plus hauts et deuxièmes plus hauts sommets de chaque continent.

Vue du Chimborazo (6 310 m), en Équateur, sommet le plus éloigné du centre de la Terre ; au premier plan, une vigogne.

D'autres référentiels peuvent être pris en considération : en se référant à la base de la montagne, c'est-à-dire le dénivelé, le Nanga Parbat (environ 7 000 m par rapport à la vallée de l'Indus distante de 25 km), le Denali (environ 5 500 m) ou encore le Kilimandjaro (4 800⁵⁷ à 5 200 m⁵⁸) sont particulièrement notables ; en tenant compte de sa partie émergée, le Mauna Kea a une élévation verticale de plus de 9 000 mètres, alors que son voisin, le Mauna Loa, moins élevé mais plus volumineux, s'enfonce plus profondément dans le plancher océanique et présente une hauteur totale d'environ 17 000 mètres depuis sa racine⁵⁹^,⁶⁰ ; le sommet du Chimborazo, en raison du renflement équatorial, est le point de la surface le plus éloigné du centre de la Terre⁶¹.

Schéma représentant la hauteur de culminance et l'isolement topographique.

La notion de hauteur de culminance, ou proéminence topographique, s'est ainsi développée pour prendre en compte l'importance du relief³⁸. Ébauchée dans les années 1920 par John Rooke Corbett pour les hauteurs d'Écosse⁶², elle est normalisée à partir des années 1960⁶³. Elle correspond à la différence d'altitude entre un sommet donné et l'ensellement ou le col le plus élevé permettant d'atteindre une cime encore plus haute. Selon cette définition, les dix plus hauts sommets du monde sont, dans l'ordre, l'Everest (8 849 m), l'Aconcagua (6 962 m), le Denali (6 138 m), le Kilimandjaro (5 885 m), le pic Cristóbal Colón (5 509 m), le mont Logan (5 250 m), le pic d'Orizaba (4 922 m), le massif Vinson (4 892 m), le Puncak Jaya (4 884 m) et l'Elbrouz (4 741 m)⁶⁴.

L'isolement topographique est la distance séparant un sommet du point d'altitude supérieure ou égale le plus proche. Ainsi, les dix sommets les plus isolés au monde sont l'Everest, l'Aconcagua (16 520 km), le Denali (7 451 km), le Kilimandjaro (5 562 km), le Puncak Jaya (5 264 km), le massif Vinson (4 911 km), le mont Orohena (4 133 km), le Mauna Kea (3 947 km), Gunnbjørn (3 254 km) et l'Aoraki/Mont Cook (3 140 km)⁶⁵.

Reliefs extraterrestres

Article détaillé : Liste des plus hauts sommets du système solaire.

Article connexe : Liste des sommets et montagnes de la Lune.

La plus haute montagne connue avec précision du Système solaire est Olympus Mons, volcan bouclier sur la planète Mars avec 21,2 kilomètres d'altitude et 21,9 kilomètres de hauteur, pour un diamètre de 600 kilomètres⁶⁶. Les autres planètes telluriques présentent également des formations montagneuses : Maxwell Montes, culminant à Skadi Mons sur Vénus à 10,7 kilomètres d'altitude pour 6,4 kilomètres de hauteur⁶⁷, dont l'origine est tectonique⁶⁸, et Caloris Montes, s'élevant à moins de 3 kilomètres de hauteur⁶⁹ à la suite d'un impact⁷⁰ sur Mercure. Il en est de même pour nombre de satellites et de planètes mineures. Ainsi, sur (4) Vesta, le pic central de Rheasilvia s'élève à environ 22 kilomètres au-dessus du fond du cratère d'impact⁷¹, soit une hauteur comparable à celle d'Olympus Mons mais de loin la plus haute du Système solaire par rapport au diamètre de son astre. La crête équatoriale de Japet, dont l'origine est incertaine, mesure environ 20 kilomètres de haut⁷². Le point culminant de Io se trouve sur Boösaule Montes, dont l'origine est tectonique ; il a environ 18 kilomètres de hauteur⁷³. Sur Mimas, le cratère d'impact Herschel possède également un pic central ; sa hauteur atteint 7 kilomètres⁷⁴. Le plus haut sommet de la Lune, le mont Huygens, dans les monts Apennins, mesure 5,5 kilomètres⁷⁵.

Plusieurs astres du Système solaire possèdent des formations à l'aspect de montagnes, mais qui seraient constituées de glace, appelées cryovolcans, absents sur Terre. Parmi les candidats à ce processus figurent le mont Ahuna sur (1) Cérès⁷⁶, Doom Mons sur Titan⁷⁷ et éventuellement quelques reliefs de Pluton⁷⁸.

Montagnes remarquables du Système solaire
Schéma des dimensions comparées d'Olympus Mons avec les plus hautes montagnes terrestres : le Mauna Kea et l'Everest.
Image de synthèse en vue oblique de Rheasilvia avec une échelle de la hauteur en couleurs.
Vue en gros plan de la crête équatoriale de Japet.
Image de synthèse représentant Ishtar Terra avec Maxwell Montes près du centre.
Vues du mont Ahuna.

Hydrographie

En raison des précipitations qui s'abattent sur elles, du manteau neigeux voire des glaciers qui peuvent s'y former et y constituer un stockage sous forme solide, permettant une régulation du débit des cours d'eau vers la plaine, les montagnes sont d'importantes ressources en eau douce⁷⁹. Les plus grands fleuves prennent tous leur source sur des hautes terres⁸⁰. C'est pourquoi les montagnes sont qualifiées de « châteaux d'eau »⁷⁹^,⁸⁰^,⁸¹.

Vue du torrent Acısu dans le massif de l'Anti-Taurus, dans le Sud de la Turquie, à la limite entre les zones de production (graviers au second plan) et de transport (cuvettes au premier plan).

L'eau des montagnes s'écoule vers les plaines au travers du réseau fluvial et des nappes d'eau souterraine⁸⁰. Dans les parties les plus hautes et les plus pentues, au travers de ravins, les torrents arrachent des sédiments par érosion au niveau de la « zone de production ». Le blocage puis la purge des chenaux entraînent des coulées de débris qui laissent apparaître la roche du lit. Dans la partie intermédiaire se trouve la « zone de transport », qui jaillit entre les rochers, formant des cuvettes et des petites chutes d'eau en « marches d'escalier ». Au niveau des piémonts se trouve la « zone de dépôt », avec la pente la plus faible mais la largeur la plus importante, permettant une sédimentation⁸².

Plus de la moitié de la population mondiale dépend de cette eau ; dans les zones arides et semi-arides, cette proportion grimpe aux alentours de 90 %⁸⁰^,⁸¹. Par exemple, les dix plus grands fleuves de l'aire Hindou Kouch–Himalaya alimentent à eux seuls les besoins en eau douce de 20 % de la population mondiale ; de même, le mont Kenya fournit de l'eau à sept millions d'habitants⁸¹.

Toutefois, le changement climatique perturbe le régime des précipitations, notamment leur répartition saisonnière, et les capacités de régulation des écosystèmes. Le recul des glaciers amoindrit les capacités de stockage en eau douce⁸¹. De plus, l'exploitation des régions montagneuses, notamment par déforestation, fragilise leur écosystème et favorise le ruissellement de surface entraînant des glissements de terrain et des inondations⁸⁰. À l'inverse, l'irrigation et la rétention d'eau pour l'hydroélectricité en amont contribuent aux sécheresses en aval⁸⁰^,⁸¹.

Géologie

Orogenèse

Article détaillé : Orogenèse.

Schéma modélisant un cycle orogénique.

Les processus de formation des ensembles montagneux mettent le plus souvent en jeu des mouvements tectoniques⁸³. Plusieurs types d'orogenèse (littéralement « naissance de relief ») en découlent⁸⁴. Les forces mises en jeu modifient l'équilibre gravitaire par déplacement des masses rocheuses et affectent le géoïde terrestre⁸⁵.

Lorsque la lithosphère continentale se fragmente et que deux plaques se mettent à diverger, l'extension crustale entraîne l'apparition dans le socle de failles normales⁸⁶. Au niveau de la croûte continentale, elles sont listriques et compartimentent le socle en blocs basculés⁸⁶^,⁸⁷. L'arête la plus haute du bloc, à l'aplomb du bord de faille, constitue la crête de la formation montagneuse, avec en général un versant plus abrupt que l'autre du fait de l'angle d'inclinaison (pendage). Ce relief en hémigraben s'observe au niveau des rifts continentaux, par exemple le long de la vallée du Grand Rift, et sur les marges continentales passives⁸⁶^,⁸⁷. Avec l'apparition de la lithosphère océanique, des roches magmatiques remontent en surface et forment une dorsale⁸⁶^,⁸⁸.

Lorsque deux plaques convergent, la lithosphère océanique, plus dense, plonge selon un plan incliné sous la lithosphère continentale au niveau de la zone de subduction⁸⁹. Les roches sédimentaires de la plaque océanique sont comprimées en bordure de la plaque chevauchante au niveau du prisme d'accrétion, tandis que la croûte continentale s'épaissit pour former une cordillère⁸⁹ et que les roches de la lithosphère océanique, plongées en profondeur, se transforment en magma sous l'effet de la température et de la pression⁸⁸ et remontent par infiltration à la surface pour donner naissance à un arc volcanique⁸⁹, comme dans la cordillère des Andes. Dans le cas d'une convergence entre deux plaques océaniques, un arc insulaire se met en place le long de la fosse océanique, telles les îles Aléoutiennes⁸⁹. Le volcanisme associé à une subduction est généralement explosif. Il se retrouve sur une grande partie de la ceinture de feu du Pacifique.

Si l'océan se referme entièrement, la convergence provoque une collision continentale qui se manifeste par la création d'une chaîne de montagnes par plissement et chevauchement d'une plaque par-dessus l'autre⁸⁹. Le socle continental est parcouru de failles inverses⁸⁹. Les roches au-dessus du socle sont détachées et charriées⁹⁰. Les blocs basculés préalables sont surélevés⁸⁹. Le raccourcissement horizontal de l'écorce terrestre provoque un épaississement crustal vertical, aussi bien vers le haut qu'au niveau de la racine⁸⁵. La fusion partielle des roches en profondeur entraîne des intrusions de granite⁹¹. La ceinture alpine est essentiellement liée à ce processus de collision et plissement. Le long des marges de coulissage, les terrains de part et d'autre de la faille transformante sont juxtaposés, déformés et soulevés par frottement des deux plaques⁹²^,⁹³.

Un panache est une remontée de roches très profondes issues du manteau terrestre. Il serait à l'origine du volcanisme de point chaud, généralement effusif⁹⁴. Avec le déplacement des plaques tectoniques au-dessus du panache, qui lui reste fixe, les roches magmatiques forment des chaînes de montagnes⁸⁸. La chaîne sous-marine Hawaï-Empereur en est un bon exemple. En milieu continental, ce volcanisme peut se traduire par des épanchements colossaux de lave appelés trapps, à l'instar de ceux du Deccan au moment du passage du sous-continent indien au-dessus du point chaud de La Réunion⁹⁵.

Représentation en 3D depuis le sud-est du massif de Konder, constitué par un dyke.

Lorsque du magma est piégé en profondeur, au cours de l'un de ces processus, il forme un pluton. Son intrusion dans la croûte terrestre peut notamment prendre la forme d'un batholite, d'une laccolite, d'un sill, d'un dyke ou d'un neck⁹⁶^,⁹⁷. Il peut alors déformer les couches supérieures de la croûte continentale mais le relief est surtout révélé par l'érosion qui conduit au dégagement des terrains environnants ; sa roche étant plus résistante, elle peut alors apparaître comme une formation montagneuse. Parfois isolée, elle peut se présenter comme un inselberg⁹⁷. Le massif du Brandberg, par exemple, présente plusieurs de ces caractéristiques.

Un autre phénomène de surrection est provoqué par l'isostasie⁹⁸. Ce n'est pas à proprement parler un processus d'orogenèse ; il est qualifié d'épirogenèse (littéralement « naissance de terre ferme » ou « terre continentale »⁹⁹). Il est provoqué par l'érosion, puissant agent de répartition des masses, ou par un rebond post-glaciaire⁸⁵^,⁹⁸. Dans les deux cas, la croûte continentale est allégée et subit une compensation verticale vers le haut, dite antéclise, de la part de la lithosphère⁹⁸. Si le rapport entre l'érosion des sommets et l'érosion des vallées est positif, les sommets gagnent en altitude¹⁰⁰. Les Alpes scandinaves ont été considérablement rehaussées et rajeunies par ce processus.

Parmi les phénomènes plus marginaux, les moraines laissées par les glaciers, après leur retrait, peuvent donner naissance à des reliefs de collines¹⁰¹, comme la moraine d'Oak Ridges en Amérique du Nord ou les croupes lacustres de la Baltique en Europe. Il en est de même pour les cratères d'impact¹⁰², qui peuvent présenter un pic central et des rebords escarpés, comme dans le cas du cratère de Steinheim, associé à l'événement du Ries, et parfois des anneaux multiples comme le dôme de Vredefort, le plus grand cratère connu sur Terre.

Érosion et disparition

L'érosion est un facteur majeur de compensation de l'orogenèse. En réduisant la masse superficielle des montagnes, elle participe à la surrection des roches présentes en profondeur, causant à leur tour leur érosion³⁸^,¹⁰³. Au niveau des jeunes chaînes montagneuses, elle est de l'ordre de 200 mètres par million d'années, alors qu'elle est quatre fois moindre en moyenne sur l'ensemble des continents. En l'absence de surrection, tous les reliefs de la Terre seraient arasés en quelques dizaines de millions d'années avec la seule érosion. La compensation isostatique est donc un mécanisme de retour à un état d'équilibre par suppression du relief et de la racine crustale⁸⁵.

Croquis simplifié d'un paysage glaciaire de montagne.

La météorisation des roches fait appel à plusieurs formes d'érosion. Parmi les formes mécaniques, la thermoclastie contribue à la fragmentation des roches par variations de températures, la cryoclastie faisant de surcroît intervenir les cycles de gel et de dégel¹⁰⁴. L'hydroclastie implique une alternance de phases d'humectation et de dessiccation de certaines roches capables d'absorber l'eau qui mène à leur délitage¹⁰⁴. L'érosion fluvioglaciaire, sous l'effet du propre poids du glacier qui glisse et abrase la roche, est responsable du creusement des cirques et des vallées glaciaires « en U », du surcreusement d'ombilics, qui sont remplis par des lacs glaciaires, et du façonnement de pics pyramidaux voire de nunataks¹⁰⁵. Le ruissellement détache et entraîne les particules par le biais des torrents. La déflation est le phénomène d'érosion éolienne par mise à nu des sols et corrasion des roches¹⁰⁶. Le produit de ces formes d'érosion mécanique est transporté par action gravitationnelle puis déposé par sédimentation, par exemple sous forme de moraines, de blocs erratiques, d'éboulis et de cônes de déjection³⁸, puis de nouveau charrié jusqu'aux océans. Ainsi, l'Himalaya a perdu depuis sa formation plusieurs fois son volume actuel, transporté essentiellement sous formes de sables et de limons vers le golfe du Bengale qui les accumule jusqu'à 3 000 kilomètres au sud du delta du Gange sur une épaisseur atteignant plus de dix kilomètres¹⁰⁷. La principale forme d'érosion physico-chimique, faisant partie des processus d'altération, est la dissolution par l'eau qui affecte essentiellement le calcaire et donne lieu à des paysages karstiques¹⁰⁸.

Formes d'érosion glaciaire
Vue de la vallée de Yosemite (Californie), vallée glaciaire surcreusée au Quaternaire : des parois de roches cristallines intrusives crétacées de plusieurs centaines de mètres dominent le fond granitique de la vallée.
Vue du lac Moraine, dans les Rocheuses canadiennes : des éboulis (à gauche) et des moraines (au centre) sont visibles au pied des versants derrière le lac.
Vue de l'Artesonraju au Pérou : un pic pyramidal caractéristique de l'érosion en haute montagne.
Vue du cirque de Gavarnie, cirque glaciaire dans les Pyrénées françaises.
Vue du Fitz Roy, en Argentine.

Pourtant, les modèles d'érosion n'expliquent pas la rapidité de disparition des chaînes montagneuses malgré leur surrection, ni la quantité plus faible qu'attendue de sédiments accumulés dans les bassins¹⁰⁹. Lorsque la convergence tectonique et la collision continentale ralentissent, un phénomène de relâchement se produit (la contrainte horizontale due aux forces de convergence devient inférieure à la contrainte verticale lithostatique), entraînant une extension et un amincissement crustaux¹¹⁰. En effet, avec son épaississement préalable, la croûte est rendue plus ductile par les modifications thermiques et physiques qu'elle a subies. L'affaissement des reliefs est d'autant plus prononcé que des failles normales parcourent déjà le centre des chaînes montagneuses¹⁰⁹^,¹¹¹. Parmi les hypothèses expliquant ce phénomène d'extension, dit « syn-convergence » ou « post-orogénique », figurent le fluage avec épanchement latéral en profondeur, le retrait de panneau lithosphérique plongeant, le détachement par convection de racine lithosphérique et le détachement de panneau plongeant¹⁰⁹. Cette extension s'observe aussi bien dans les Alpes¹⁰⁹ et l'Himalaya¹¹² que dans la province géologique de Basin and Range dans l'Ouest des États-Unis¹¹³^,¹¹⁴.

Une ancienne classification, issue des travaux de William Morris Davis, départageait les chaînes de montagnes tectoniquement actives présentant généralement des pentes fortes et des formes acérées, « jeunes », et les chaînes de montagnes anciennes, « inactives », avec généralement des formes plus douces, érodées³³.

En outre, certaines éruptions volcaniques sont responsables de la destruction de volcans, en particulier les éruptions pliniennes, phréatique et phréato-magmatique qui ont les plus forts indices d'explosivité volcanique. Les plus destructeurs sont appelés « supervolcans ». En cas de vidange de la chambre magmatique se forme une caldeira, vaste dépression d'ordre kilométrique à la place du sommet¹¹⁵.

Destructions éruptives
Vue du mont Saint Helens quelques mois après l'éruption de 1980 ayant éventré son sommet.
Vue de la caldeira du mont Paektu, occupée par un lac de cratère, entre la Chine et la Corée du Nord.

Pétrologie

En raison de leur variété de formation, les chaînes de montagnes abritent une importante diversité de roches appartenant aux trois grandes familles : les roches magmatiques, sédimentaires et métamorphiques.

Vue annotée d'une séquence de roches magmatiques d'origine océanique présente en ophiolite au-dessus de 2 500 mètres au mont Chenaillet.

Les roches volcaniques de type explosif, felsiques ou intermédiaires, se trouvent dans les cordillères et les arcs insulaires liés à des zones de subduction : rhyolite, dacite, trachyte, andésite et phonolite¹¹⁶. Les roches volcaniques de type effusif, mafiques, se trouvent au niveau des volcans de points chauds et des dorsales océaniques : il s'agit essentiellement de basalte¹¹⁶^,¹¹⁷. Les roches plutoniques sont l'autre type de roche magmatique, de type intrusif. Lorsqu'elles ont une origine mantellique, équivalente au basalte, elles forment des gabbros et des péridotites présents au niveau des dorsales¹¹⁶ ; en cas d'obduction, gabbros et basaltes peuvent se retrouver dans des ophiolites dans les chaînes de collision¹¹⁸. Lorsqu'elles sont issues de l'anatexie crustale, les roches plutoniques constituent des granites, des granodiorites, des syénites et des diorites¹¹⁹ ; elles se retrouvent en plutons en fin de processus de subduction et dans les chaînes de collision, ou après érosion dans les bassins sédimentaires sous forme de dykes et de sills¹¹⁶.

Les roches sédimentaires sont comprimées dans les prismes d'accrétion sur le front des cordillères¹²⁰, ainsi que dans les reliefs de plissement et les nappes de charriage des chaînes de collision¹¹⁹. Les plus fréquentes sont le calcaire, la dolomie, le grès, le shale, la marne, le flysch et la molasse¹²¹.

Les roches métamorphiques proviennent de roches sédimentaires ou magmatiques ayant subi un métamorphisme en raison des conditions de chaleur et de pression dans la croûte terrestre, ou au contact de magma¹²². Elles se trouvent essentiellement dans les chaînes de collision, au niveau des blocs basculés laissant apparaître le socle¹²³. Il s'agit principalement de gneiss (orthogneiss issu de granite ou rhyolite et paragneiss issu de marne), d'amphibolite (issue de basalte), de serpentinite (issue de péridotite), de schiste (issu de shale), de marbre (issu de calcaire et de dolomie), de quartzite (issu d'un grès)¹²³^,¹²⁴.

Climat

Articles détaillés : Climat montagnard et Climat alpin.

Articles connexes : Climat des Alpes et Climat des Pyrénées.

En raison du gradient thermique adiabatique, la température de l'air diminue de 0,5 °C à 1 °C tous les 100 mètres avec l'altitude, sous une pression atmosphérique normale d'environ 1 000 hPa au niveau de la mer¹²⁵. L'amplitude journalière est plus élevée, en revanche l'amplitude annuelle est plus faible qu'en plaine¹²⁵. Parfois, essentiellement lors de la présence d'un anticyclone, une couche d'inversion peut se mettre en place, inversant le gradient de température et piégeant les masses d'air froid dans les vallées¹²⁵. La différence d'ensoleillement entre l'adret (ou endroit, soulane) et l'ubac (ou paco, ombrée, envers) crée des contrastes thermiques importants¹²⁵.

Schéma de l'apparition d'une ombre pluviométrique.

Lorsque les masses d'air océaniques, chargées d'humidité, rencontrent un relief, elles sont forcées de s'élever au-dessus du versant au vent et, par détente, se refroidissent, se condensent sous forme d'épais nuages et déversent d'importantes précipitations, parfois sous forme de neige. Occasionnellement, une fois les lignes de crêtes franchies, les masses d'air redescendent le long du versant sous le vent et se compriment, créant un effet de foehn. Elles se réchauffent et s'assèchent. La différence de précipitations de part et d'autre est appelée ombre pluviométrique¹²⁵.

Selon la classification de Köppen, le climat alpin, comme le climat polaire, correspond aux zones où aucun mois n'a une température moyenne supérieure à 10 °C¹²⁶. Sa présence varie grandement en fonction de la latitude : dans le Nord de la Suède, par exemple, sur le 68^e parallèle nord, il est présent dès 650 mètres d'altitude, alors qu'au Kilimandjaro, près de l'équateur, il se trouve au-dessus de 4 000 mètres environ¹²⁷.

Écosystème

Article détaillé : Étagement altitudinal.

Articles connexes : Flore des Alpes, Flore des Pyrénées, Flore du Jura, Flore du Massif central et Flore du massif des Vosges.

Articles connexes : Faune des Alpes, Faune des Pyrénées et Faune du Jura.

En raison de la diminution des températures en fonction de l'altitude, toutes les montagnes, hormis dans les régions polaires, présentent un étagement altitudinal qui leur permet d'abriter des écosystèmes spécifiques¹²⁸^,¹²⁹. Il est inégal selon que le versant est à l'adret ou à l'ubac¹²⁵ et selon qu'il est au vent ou sous le vent¹²⁸. Il existe trois biomes en totalité ou principalement influencés par l'altitude et le relief¹²⁸ : les prairies et terres arbustives de montagne et leurs 48 écorégions¹³⁰, les forêts de conifères tempérées et leurs 52 écorégions¹³¹ et les forêts de conifères tropicales et subtropicales et leurs 15 écorégions¹³².

Carte de répartition des prairies et terres arbustives de montagne.
Carte de répartition des forêts de conifères tempérées.
Carte de répartition des forêts de conifères tropicales et subtropicales.

Chaque écorégion à caractère montagneux présente une forme d'insularisation écologique à grande échelle d'espèces adaptées aux conditions plus froides qu'en plaine et trouvant parfois un refuge sur les terrains plus escarpés préservés des activités humaines¹²⁸. Nombre de ces espèces sont relictes : elles ont investi les montagnes des zones tempérées à la fin de la dernière période glaciaire, avec la réduction des biotopes froids. Dans les zones intertropicales, cette différenciation est plus ancienne¹²⁸. L'isolement des espèces et leur évolution¹²⁸ contribuent à ce que les montagnes abritent près de la moitié de la biodiversité mondiale¹³³.

La qualité des sols est un facteur supplémentaire perturbant l'étagement altitudinal. Dans les parties les plus élevées des montagnes, ils sont généralement peu épais, en raison de l'érosion glaciaire et fluviatile (ruissellement), de la pente (glissements de terrain) et de la thermoclastie. Les plantes ne disposent alors pas de l'azote nécessaire à leur développement¹²⁸. Dans les parties intermédiaires des montagnes, où la décomposition et la météorisation sont plus actives, et les parties inférieures, où les produits de l'érosion et les nutriments s'accumulent, leur croissance est au contraire favorisée. Localement, en raison du froid et de l'humidité des sols, des tourbières peuvent se mettre en place et, par l'acidité du milieu, participer à la biodiversité¹²⁸. Les dépôts d'éjectas participent à épaissir et fertiliser les sols dans les régions volcaniques¹²⁸.

Montagne présentant un étage de forêt de conifères, au-dessus des pelouses alpines et au sommet des rochers et névés.

Vue de l'étagement altitudinal sur le versant septentrional des Alpes lépontines au-dessus d'Obergesteln : étage subalpin (forêt de conifères), étage alpin (pelouse alpine) et étage nival (rochers et névés).

Un des marqueurs de l'étagement altitudinal est la limite des arbres, à l'exception des déserts chauds et froids où ils sont absents. Au-delà de cette limite, à l'étage alpin, les conditions climatiques sont trop rigoureuses et la période de végétation trop courte, de même que l'insolation est trop intense, pour permettre leur développement ; ils sont remplacés par des arbrisseaux à croissance lente et des plantes herbacées¹²⁸. Celles-ci ont une période de croissance et de floraison parfois limitée à trois mois après l'hiver en région tempérée, alors qu'en zone intertropicale la croissance est seulement ralentie par la saison sèche¹²⁸. Le port en coussin et la présence d'un duvet sur les feuilles sont des formes adaptées contre le froid¹²⁹. La limite des arbres se situe à une altitude approximative où la température moyenne du mois le plus chaud est de 10 °C, presque indépendamment de la latitude¹²⁸. À l'étage nival, seuls quelques mousses et lichens survivent¹²⁹. Malgré l'insularisation écologique, on retrouve une diversité d'espèces botaniques dans les étages alpins comparable partout dans le monde et des genres similaires à latitude équivalente¹²⁸. Même lorsque les genres rencontrés sont différents, notamment dans la zone intertropicale, ils présentent une stratégie évolutive convergente, à l'instar d'Espeletia et Puya sp. dans les Andes septentrionales et de Dendrosenecio et Lobelia sp. en Afrique de l'Est, ou d'autres encore à Hawaï et Java, qui gardent leurs feuilles mortes, leur permettant ainsi de lutter contre le froid¹²⁸.

Dans les forêts tempérées de l'hémisphère nord, les conifères dominent l'étage subalpin avec les pins, les sapins, les épicéas, les mélèzes et les genévriers. Certaines forêts sont mixtes et présentent une partie de feuillus (bouleaux, aulnes, saules, hêtres, etc.)¹²⁸^,¹²⁹ Les éricacées sont caractéristiques des sous-bois, généralement humides et présentant une stratification verticale, ainsi que des landes¹²⁸. Les forêts tempérées de l'hémisphère sud sont dominées en montagne par des feuillus, à l'instar des eucalyptus et des espèces de Nothofagus¹²⁸. Dans les zones intertropicales, les montagnes sont caractérisées par une forêt de nuage d'espèces sempervirentes. Le genre Polylepis se trouve essentiellement dans la cordillère des Andes, au niveau de la limite des arbres et au-dessus¹²⁸.

Vue d'un bouquetin des Alpes dans le parc national des Hohe Tauern.

Les espèces animales sont moins contraintes par l'altitude et les conditions climatiques. Leur présence en montagne reflète davantage que la flore leur répartition régionale¹²⁸. Si certains grands mammifères (caprins, cerfs, lamas, loups, ours, panthère des neiges, puma, vigognes, yacks), et autres marmottes ou pikas, sont devenus emblématiques de la montagne, c'est surtout en raison de la pression écologique exercée par les activités humaines¹²⁸^,¹²⁹. De nombreux oiseaux ont un comportement adapté aux prairies ouvertes et aux parois rocheuses du milieu montagnard : condors¹²⁸^,¹²⁹, aigles, faucons, vautours¹²⁹. La migration et l'hibernation sont des stratégies d'adaptation¹²⁸^,¹²⁹.

Population

Article détaillé : Adaptation humaine à la haute altitude.

Peinture intitulée Les Tisserandes (2012) montrant une scène de vie des Quechuas dans les montagnes andines.

Sous les zones tempérées, les montagnes sont généralement considérées comme un milieu rude voire hostile, de fait moins peuplé que les plaines au climat plus propice¹²⁵^,¹³⁴. La pression plus faible de l'air, le climat plus rude, l'hydrologie plus irrégulière obligent tous les organismes à s'adapter. De plus, les versants mal exposés au soleil et l'importance des pentes rendent difficile une exploitation agricole¹³⁵. Toutefois, dans la zone intertropicale, les montagnes offrent des conditions climatiques plus favorables que les régions arides qui les entourent généralement : dans la cordillère des Andes, en Afrique ou sur le plateau tibétain, les populations ont adapté leur mode de vie et su tirer profit du milieu montagnard, au point parfois de voir fleurir des civilisations développées¹²⁵.

Garçon, jeune femme, fillette et femme d'âge mûr vêtus d'habits usés, dans un intérieur sommaire.

Vue d'une famille sherpa en habits traditionnels.

Ainsi, en 2000, la population vivant au-dessus d'une altitude de 1 220 mètres (4 000 pieds) est estimée à 10,2 % de la population mondiale¹³⁶, soit une densité moyenne de 20,7 habitants/km² (incluant les régions polaires)²⁹^,¹³⁶, avec trois zones principales, dans la vallée du Grand Rift, au Yunnan et dans l'agglomération de Mexico¹³⁶. Au-dessus de 2 130 mètres (7 000 pieds), elle avoisine 3 %, soit une densité de 12,8 habitants/km²¹³⁶. En retenant un critère d'altitude de 1 000 mètres, relativement proche du premier, et en y ajoutant un critère de pente pour les terrains situés entre cette altitude et 300 mètres, tel que défini par le Centre de surveillance de la conservation de la nature (UNEP-WCMC), la population de montagne est estimée à 15 % dans le monde, dont la moitié en Asie et un quart en Afrique²⁹. Au milieu du XX^e siècle, elle était de 8 %²⁹. C'est en Europe que le taux de croissance est le plus rapide durant ces cinquante années, alors qu'il est le plus lent en Amérique latine²⁹. Sur l'ensemble du continent américain, cette population montagnarde a pour caractéristique de se rassembler à plus de 40 % dans des métropoles de plus de 100 000 habitants²⁹.

Les inégalités sont plus prononcées en montagne et les catastrophes naturelles y sont plus fréquentes³⁰. Les principales lignes de crêtes départageant les grands bassins versants servent souvent de frontières naturelles et politiques entre les populations, en particulier dans les pays développés, entraînant leur isolement et le développement de contrastes¹²⁵. Les développements idéologiques et technologiques sont souvent plus tardifs en montagne, tandis que les pratiques religieuses et l'entraide y sont plus ancrées¹³⁵.

Histoire : découverte, étude et conquête

Article connexe : Plus haut sommet du monde.

Carte de reconstitution du monde avec ses massifs montagneux selon la description d'Hérodote dans son Enquête (V^e siècle av. J.-C.).

La construction des territoires montagnards commence à la Préhistoire ancienne avec l’exploration de territoires de chasse et de cueillette. Ils se transforment au Néolithique avec l’exploitation plus grande et plus diversifiée des ressources et la mobilité des pratiques¹³⁷.

Les premières explorations recensées de montagnes, des Grecs Hérodote et Anaximandre ou de l'Italien Pétrarque, sont le fait d'érudits motivés par le souci de connaissance de soi-même¹³⁸. Les premiers Européens à s'aventurer jusqu'aux contreforts occidentaux de l'Himalaya sont des soldats d'Alexandre le Grand, même si celui-ci n'a probablement jamais dépassé la citadelle d'Aornos¹³⁹. Les Grecs, parmi eux Ératosthène, Strabon, Pline l'Ancien et Ammien Marcellin, nomment la chaîne Hemodi (ou Hemodos, Emodos, Imaos)¹⁴⁰, signifiant « enneigé »¹⁴¹ ; Diodore de Sicile l'identifie à la source du Gange¹⁴². En 663, le moine bouddhiste En no Gyōja gravit le mont Fuji³⁸.

À l'époque médiévale, la montagne est lointaine, connue à travers les textes de l'Antiquité ou par ouï-dire. Elle n'est pas fréquentée ou « rendue distante par la sacralité »¹⁴³. Le mont Sinaï est bien connu de la chrétienté à travers sa description, dès le IV^e siècle, par la moniale et pèlerine Égérie dans son Journal de voyage (chapitre 3)¹⁴⁴. Guillaume de Boldensele fait l’ascension de ce mont en 1336 et à sa suite de nombreux pèlerins le gravissent et le décrivent. Le mont Ararat est tout autant notoire : selon Isidore de Séville, il s'y trouve encore des vestiges de l'arche de Noé, tradition du VII^e siècle qui est reprise par Marco Polo. Jean de Mandeville est le premier à en évaluer l'altitude au XIV^e siècle. Le Caucase est connu à travers les Météorologiques d'Aristote et Brunetto Latini indique que cette montagne est si haute que l'on peut y voir le soleil jusque dans le dernier quart de la nuit¹⁴³. Au IX^e siècle, le moine et géographie irlandais Dicuil, établit dans le traité De mensura Orbis terrae la liste des six plus hautes montagnes connues à l'époque : l'Olympe, l'Athos, l'Atlas, le Pélion, les Alpes et le Solurius, point culminant supposé de la péninsule Ibérique¹⁴⁵. Le mont Athos est réputé dépasser les nuages et le mont Olympe est abondamment cité comme un sommet se situant « au-dessus des tempêtes ». Les Alpes et les Pyrénées sont mentionnées de façon générale mais leurs sommets rarement cités, mis à part le mont Aiguille, Rochemelon, le mont Viso et le pic du Canigou. L'Etna occupe une place singulière : il est connu jusqu'en Chine et associé à l'enfer à partir du XII^e siècle par les Sermons de Julien de Vézelay. Il est gravi néanmoins par Pietro Bembo et Angelo Chabriele en 1494. Quelques montagnes plus septentrionales sont aussi connues comme le mont Snowdon décrit par Giraud de Cambrie au XII^e siècle. Enfin, la plus lointaine des montagnes mentionnées au Moyen Âge est le pic d'Adam (Sri Lanka). Il est décrit au IX^e siècle dans le Voyage du marchand Soleïman. Selon une tradition arabe, c'est sur ce pic et l'île de Ceylan que serait tombé Adam lorsqu'il fut chassé du Paradis. Ce mythe est connu des voyageurs européens et notamment de Jean de Marignol qui cite le pic d'Adam comme la plus haute montagne de la Terre et si proche du Paradis que l'on en sent l'odeur¹⁴³.

La géographie médiévale, avec des auteurs chrétiens et arabes comme le géographe Ibn Hawqal, conçoit les montagnes comme l'œuvre de Dieu qui a souhaité procurer à la Terre une « charpente »¹⁴⁶. Avicenne, au XI^e siècle, donne deux causes géologiques aux montagnes : les tremblements de terre qui soulèvent le sol et dans une moindre mesure l'érosion qui laisse les reliefs les plus durs intacts¹⁴⁷. Ses travaux sont amendés au XIII^e siècle par Albert le Grand¹⁴⁸. Restoro d'Arezzo émet lui aussi une théorie sur l'origine des montagnes : elles auraient pour cause une forme d'attraction de la part des étoiles¹⁴⁹. Jean Buridan, au XIV^e siècle, est un des premiers à s'intéresser à l'altitude des montagnes¹⁵⁰. L'histoire de la conquête de la montagne en Occident retient le récit du poète humaniste italien Pétrarque, qui décrit le panorama extraordinaire offert depuis le sommet du mont Ventoux qu'il aurait gravi le 26 avril 1336, puis l'ascension effectuée le 26 juin 1492 par Antoine de Ville et ses compagnons jusqu'au sommet du mont Aiguille¹⁵¹.

À cette époque, la montagne se définit par son relief et non par son altitude : « montaigne est une enfleure de terre »¹⁵². Ainsi, est qualifié de « montagne » tout relief dans le paysage, quelle que soit sa hauteur. Même si elle n'est pas étrangère au Moyen Âge, la notion d'altitude n'est pas en effet suffisamment précise pour que le terme prenne encore son sens actuel¹⁴³.

Alexander von Humboldt et Aimé Bonpland au pied du volcan Chimborazo par Friedrich Georg Weitsch, 1806.

Pour les auteurs de la Renaissance, les montagnes sont soit le résultat de l'érosion (Léonard de Vinci, Agricola, Palissy) soit des reliefs dont l'existence remonte à la création de la Terre¹⁵³. Des philosophes naturalistes les assimilent au squelette de la Terre et perçoivent leur fonction comme celle d'une charpente du globe dans laquelle on pense trouver les témoignages les plus anciens de l'histoire de la Terre¹⁵⁴. Dès 1524, le Suisse Aegidius Tschudi franchit les cols des Alpes centrales — Septimer, Saint-Gothard, Furka, Grimsel et Grand-Saint-Bernard — et en fait un récit qui dépasse les frontières¹³⁴. Trois décennies plus tard, son compatriote Josias Simmler révèle au public l'existence des glaciers au travers du premier ouvrage entièrement consacré aux Alpes¹³⁴. C'est à partir de la Renaissance et notamment de la Réforme, que la montagne commence à « se laïciser ». La croyance médiévale selon laquelle le Paradis se trouvait sur terre disparaît avec les Grandes découvertes qui rendent obsolètes toutes les hypothèses d'une localisation à l'extrémité de l'Orient. Luther en conclut que le Paradis a disparu au moment du Déluge. Dès lors, plus aucun lieu sur terre n'est sacralisé donc inaccessible : la montagne peut être fréquentée, découverte et mesurée¹⁴³.

L'histoire naturelle des XVII^e et XVIII^e siècles inaugure l'approche scientifique avec les « théories de la Terre »¹⁴⁶. Jean-Jacques Rousseau fait découvrir la chaîne alpine par le biais de sa botanique, précédé dans sa démarche par Joseph Pitton de Tournefort au mont Ararat, Pierre Bouguer et Charles Marie de La Condamine dans les Andes équatoriennes ; Marc Antoine Louis Claret de La Tourrette, qui entretient une correspondance avec Rousseau, prolonge ce travail au Pilat, Dominique Villars dans le Dauphiné et Louis Ramond de Carbonnières dans les Pyrénées¹³⁴. Le naturaliste Jean-Louis Giraud-Soulavie décrit en 1780 le climat montagnard dans Histoire naturelle de la France méridionale¹⁴⁶ et l'étagement de la végétation dans la partie méridionale du Massif central¹³⁴ ; Philippe Buache cartographie les montagnes du monde entier dans Essai de géographie physique en 1752¹⁴⁶. Alexander von Humboldt apporte une contribution majeure : voyageur amoureux des montagnes, il gravit plusieurs sommets remarquables, notamment le Chimborazo. Il détermine notamment des « tables des hauteurs » pour les associations végétales et dépasse les causalités linéaires des naturalistes précédents pour faire de la montagne un milieu que l'on ne cherche pas à étudier dans sa particularité régionale mais selon les principes de géographie générale¹³⁴^,¹⁵⁵. Comme Rousseau et Carl Ritter, Humboldt s'intéresse aussi à l'organisation sociale des populations montagnardes ; ce dernier écrit : « La configuration du sol dans le sens de la hauteur [...] peut jouer un rôle important dans le domaine de l'homme. Tout ce qui fait naître une variété quelconque de formes en un point de la surface terrestre (chaîne de montagne, plateau...), tout accident du sol imprime un cachet particulier à l'état social du peuple qui l'habite »¹³⁴. Gottlieb Sigmund Gruner, Marc-Théodore Bourrit, Jean André Deluc et son frère Guillaume-Antoine, Pierre Bernard Palassou et Louis Ramond de Carbonnières abordent la haute montagne sous l'angle de sa géologie¹³⁴.

Vue des faces est (à gauche) et nord (à droite) du Cervin séparées par l'arête du Hörnli empruntée le 14 juillet 1865 par Edward Whymper, Charles Hudson, Francis Douglas et Douglas Hadow, avec Peter Taugwalder père et fils et Michel Croz.

C'est avec la même optique que le Genevois Horace-Bénédict de Saussure¹³⁴, en 1786, offre une prime au premier qui gravirait le mont Blanc ; le guide Jacques Balmat et le docteur chamoniard Michel Paccard parviennent pour la première fois au sommet le 8 août. Saussure y parvient lui-même l'année suivante et, par son récit, popularise l'alpinisme en Europe¹⁵⁶. L'âge d'or de la conquête des Alpes a lieu de 1854 à 1865, sous l'impulsion de Britanniques. Durant cette décennie, un grand nombre de premières de sommets importants sont réalisées, jusqu'à celle du Cervin³⁸, dernier « géant » alpin invaincu, avec la Meije qui l'est finalement en 1877¹⁵⁷^,¹⁵⁸.

Les montagnes enneigées d'Afrique de l'Est suscitent l'incrédulité de la communauté scientifique qui ne s'attend pas à trouver des neiges éternelles à ces latitudes. Le Kilimandjaro est découvert en 1848 par Johannes Rebmann, le mont Kenya en 1849 par Johann Ludwig Krapf et le Ras Dashan en 1841 par Antoine d'Abbadie d'Arrast, mais il ne révèle son existence qu'après 1849¹³⁴. L'exploration géographique et le relevé cartographique de l'Himalaya commencent véritablement au XIX^e siècle avec notamment les travaux de la Great Trigonometrical Survey menée par George Everest de 1830 à 1843¹³⁹. Les tentatives de conquête des hauts sommets se développent après la Première Guerre mondiale mais, si plusieurs « 7 000 » sont conquis et la barre des 8 000 mètres dépassée sur l'Everest lors de l'expédition de 1922, la cime d'aucun sommet excédant cette altitude n'est atteinte. Après la Seconde Guerre mondiale, de 1950 à 1960, grâce à l'ouverture politique et l'aide des peuples sherpas et hunzas, treize des quatorze sommets de plus de 8 000 mètres sont gravis, la Chine se réservant le Shishapangma, intégralement sur son territoire, jusqu'en 1964¹⁵⁷.

La géographie vidalienne du XIX^e siècle concentre les études sur les interactions entre les hommes et les milieux naturels¹⁴⁶. Les géographes du XX^e siècle de l'École française que ce soit à l'occasion de traités ou de manuels de géographie physique générale ou d'articles (de De Martonne, en 1909, à Pierre Pech et Hervé Regnauld, en 1994, en passant par Jules Blache, en 1933, et Pierre Deffontaines, en 1947) considèrent désormais la montagne comme un agencement de processus et de facteurs qui deviennent les objets même de la recherche scientifique¹⁴⁶.

La connaissance de la montagne a été longtemps marquée par le recours à des stéréotypes : les Alpes en particulier comme stéréotype de chaîne ou de région de montagne ; par exemple l'étage alpin comme prototype d'étage écologique, la transhumance comme type de mode de vie montagnard. Puis les recherches comparatives dépassent les monographies et les ouvrages généraux sont plus rares. Par ailleurs, quelques scientifiques ont appelé à fonder une « montologie » et à développer une réflexion sur les paradigmes de la montagne¹⁵⁹^,¹⁶⁰, notamment en termes de services écosystémiques¹⁶¹.

Alexander von Humboldt, en ayant exploré la cordillère des Andes à la même époque que Thaddäus Haenke (en), est parfois considéré comme le précurseur de la recherche comparative sur la montagne³⁰. Celle-ci, avec Carl Troll qui en définit les règles³⁰, devient un objet de recherche qui mobilise progressivement la communauté scientifique internationale. Le programme international biologique (en) des années 1970, portant sur la modélisation des processus naturels, et le programme sur l'homme et la biosphère intitulé « Study of the impact of human activities on mountain »¹⁶² mobilisent des spécialistes d'aires géographiques très différentes pour tenter une analyse comparative des systèmes montagnards. Dans les années 1990, à la faveur de la conférence de Rio et de l'agenda 21, la montagne, identifiée comme un écosystème fragile, devient l'objet d'une attention internationale de la communauté scientifique, des organisations non-gouvernementales et des institutions¹⁴⁶. Désormais, la recherche mondiale sur les montagnes est conditionnée par l'analyse des problèmes rencontrés et la mise en œuvre de solutions concrètes en matière de protection de l'environnement et de conservation des cultures locales, c’est-à-dire de développement durable (cf. les enjeux pour les sociétés et les économies en aval : gestion des ressources en eau, limitation des risques environnementaux), etc.

Activités

Agriculture

Les pratiques traditionnelles de culture et d’élevage, comme l'abandon des espaces montagnards, ont façonné les paysages de montagne de la zone tempérée à la zone intertropicale¹⁶³. La montagne est le lieu de nombreuses activités économiques du secteur primaire et de subsistance, tel le pastoralisme transhumant, qui consiste à amener ovins, bovins, caprins, lamas, alpagas, vigognes ou yacks vers les alpages durant l'estive, pour la production de fromage, de lait, de viande et de laine (comme le cachemire). Le pastoralisme est établi généralement dans l'étage alpin, où se trouvent des biotopes de pelouses alpines, la puna, le paramo, etc. L'élevage saisonnier s'est établi à cet étage ou sur certains versants en raison d'un environnement trop aride, trop froid, trop peu ensoleillé ou trop pentu pour une agriculture productive⁴^,¹⁶⁴.

Vue de terrasses de culture constituant les rizières des cordillères des Philippines.

Les cultures montagnardes ont aussi une importante agriculture traditionnelle, centrée sur la pomme de terre, l'orge et le sarrasin qui peuvent être cultivés jusqu'à des altitudes de 4 000 à 4 500 mètres¹⁶⁵ dans les Andes et l'Himalaya. L'orge est la culture la plus courante à ces altitudes dans l'Himalaya avant l'introduction de la pomme de terre, alors que cette dernière l'est antérieurement dans les Andes, avec notamment la culture de la coca. D'autres plantes ont des capacités d'adaptation altitudinales moindres comme le maïs, le blé, la luzerne qui peuvent tout de même être cultivés dans les meilleurs secteurs andins et himalayens à des altitudes supérieures à 3 000 mètres¹⁶⁶. Des espèces et variétés originellement de climats tropicaux de basse et moyenne altitudes comme le riz, le café et le thé présentent des aires de cultures à moyenne altitude, jusqu'à 2 000 mètres environ. La culture en terrasses permet d'irriguer les sols en pente en évitant le ruissellement et de lutter contre leur érosion³⁸. Elle est répandue dans de vastes régions montagneuses du monde : Asie, particulièrement du Sud-Est, cordillère des Andes, Afrique et bassin méditerranéen (restanque en Provence)¹⁶⁷.

Chalets éparpillés sur des prairies alpines et une montagne enneigée en arrière-plan.

Vue d'un paysage de moyenne montagne dans les Alpes suisses avec l'Augstmatthorn (2 137 m) en arrière-plan. Le défrichement participe à l'ouverture de prairies alpines.

Comme l'agriculture, la sylviculture façonne les paysages de montagne et assure de surcroît l'accès et l'entretien des zones récréatives. Elle assure également la préservation d'essences locales¹⁶⁸. Le défrichement, contrairement à la sylviculture, n'a pas pour but une exploitation durable de la forêt, mais a pour vocation d'ouvrir des parcelles cultivables et des pâturages pour les troupeaux¹⁶⁹.

Hydroélectricité

Article connexe : Histoire de la production hydroélectrique.

Eaux bleu horizon retenus par un imposant barrage en béton dans un cadre montagneux.

Vue du barrage de la Grande-Dixence, plus haut barrage poids du monde, dans les Alpes valaisannes, en Suisse.

Les chutes d'eau permettent, grâce à l'énergie mécanique, de faire tourner des turbines hydrauliques. Elles sont utilisées dès les années 1830 pour les besoins de l'industrie papetière, notamment dans les Alpes où sont disponibles les matières premières : l'eau et le bois. En 1882, Aristide Bergès, qui a inventé la formule de houille blanche, construit une retenue sur le lac du Crozet dans la chaîne de Belledonne, met en place une conduite forcée de 500 mètres de dénivelé pour la relier à ses usines de Lacey et couple à sa turbine une dynamo Gramme¹⁷⁰^,¹⁷¹. Ainsi, en couplant un générateur électrique à une turbine, il est possible de produire de l'énergie hydroélectrique. Les barrages permettent de stocker une énergie potentielle. La topographie des montagnes et la hauteur de chute les rendent propices à la construction de barrages hydroélectriques et à la formation de lacs artificiels.

Tourisme et loisirs

Article détaillé : Tourisme montagnard.

La combinaison de branches économiques ne s'accordant pas forcément, comme le tourisme et l'agriculture ou la sylviculture, engendrent à partir des spécificités du territoire montagnard de nouveaux potentiels. Ils offrent un environnement favorable aux sports, aux loisirs et à la détente. Ils requièrent toutefois des infrastructures de transport et parfois de logement, ainsi que des services¹⁶⁸.

Jadis domaine des pionniers de l'alpinisme, la haute montagne s'est démocratisée, sous la forme des stations de ski et d'« espaces » reliant plusieurs domaines¹⁷². Elle n'est pas pour autant devenue un espace de loisirs totalement aseptisé et sécurisé, les risques sont inhérents aux fortes pentes et aux terrains instables susceptibles d'évoluer, selon la saison, en avalanches, éboulements, chutes de pierres, coulées de boue, gouffres, etc. S'y ajoutent les dangers que représentent les glaciers, séracs et crevasses ; les phénomènes météorologiques y évoluent très vite et souvent avec intensité¹⁷³. Les secours en montagne sont mis en œuvre pour porter secours aux malades et victimes d'accidents ou de malaises, dans la majorité des cas à l'aide de l'hélicoptère.

Vue d'une piste de ski alpin très fréquentée sur le Rastkogel en Autriche.

En 2016, les stations de sports d'hiver disposant d'au moins une remontée mécanique se répartissent dans 66 pays, très majoritairement dans l'hémisphère nord. Seuls le Chili, l'Argentine, l'Afrique du Sud, le Lesotho, l'Australie et la Nouvelle-Zélande possèdent des stations dans l'hémisphère sud. Elles se trouvent à 47 % en Europe de l'Ouest, dont 35 % dans les seules Alpes, à 21 % en Amérique, à 19 % en Asie-Pacifique et à 13 % en Europe de l'Est et en Asie centrale¹⁷⁴. Hormis les Alpes, les chaînes montagneuses abritant le plus de stations sont successivement les Carpates, les massifs d'Allemagne centrale, les Sudètes, les Appalaches, les Alpes scandinaves, les montagnes japonaises, les chaînes côtières du Pacifique et les montagnes Rocheuses¹⁷⁵. Les pays offrant le plus grand nombre de stations de plus de cinq remontées mécaniques se trouvent aux États-Unis, au Japon, en France, en Italie et en Autriche, loin devant les autres pays¹⁷⁴. Leurs domaines skiables permettent la pratique notamment du ski alpin¹⁷⁶, du snowboard¹⁷⁷ et d'autres formes de ski acrobatique sur des sites aménagés, ainsi que de ski nordique sur des terrains plus vallonnés¹⁷⁸.

Vue de randonneurs à ski à Chamonix-Mont-Blanc.

La raquette à neige permet d'évoluer sur des terrains enneigés hors piste en pleine nature ou sur des itinéraires balisés¹⁷⁹. Le ski de randonnée¹⁸⁰, ou dans sa version compétition, le ski-alpinisme¹⁸¹, se pratique sur des pentes modérées à fortes en dehors des stations, à l'aide de peaux de phoque collées à la montée sous les skis de randonnée pour éviter tout mouvement de recul.

Vue d'alpinistes terminant l'ascension de l'Imja Tse au Népal.

L'alpinisme est une discipline qui consiste à évoluer en haute montagne, à l'aide de cordes et baudrier, auxquels il faut parfois ajouter crampons et piolets¹⁸². Il s'est développé à partir du milieu du XIX^e siècle³⁸. Le guide de montagne est un professionnel chargé de former et encadrer les alpinistes amateurs, particulièrement en haute montagne. Quelques décennies plus tard, l'alpinisme donne naissance à l'escalade, avec pour finalité non plus d'atteindre des sommets mais de rechercher la difficulté en grimpant des voies classées par difficultés dans des parois verticales ou sur des rochers (blocs). En milieu naturel, elle se pratique toute l'année¹⁸³.

Discipline ne nécessitant pas un entraînement régulier, la via ferrata se distingue aussi de l'escalade par l'équipement fixé à demeure dans la paroi et constitué d'agrès comme les barreaux, échelles, ponts de singe ou passerelles qui facilitent la progression sécurisée par un câble permettant l'assurage¹⁸⁴. L'escalade glaciaire, qui consiste à évoluer sur des pentes en glace ou neige dure ou en terrain mixte, et la cascade de glace, variante apparue dans les années 1970, ainsi que le dry-tooling, né à la fin des années 1990 ¹⁸⁵, ont recours aux techniques de l'alpinisme.

Vue de randonneurs à pied dans le parc national Torres del Paine au Chili.

En basse et moyenne montagne, il est possible de pratiquer la randonnée pédestre sur des sentiers¹⁸⁶. Lorsqu'elle est effectuée sur plusieurs jours et dans des régions particulièrement sauvages, on parle de trekking¹⁸⁷. Les nuits ponctuant les randonnées sur plusieurs jours peuvent être passées en refuge de montagne ou sur le terrain en bivouac, comme en alpinisme qui, selon la difficulté et la longueur de l'ascension, peut comprendre un bivouac en paroi. Le trail est une forme de course à pied de longue distance sur des terrains d'altitude, alors que la course en montagne se pratique sur des sentiers stabilisés. Le vélo tout terrain (VTT) est adapté à la pratique du cyclisme en moyenne montagne¹⁸⁸.

Vue d'un parapentiste au-dessus d'une mer de nuages après son décollage du Brévent à Chamonix-Mont-Blanc.

Le décollage en deltaplane, aile triangulaire sous laquelle le pilote est allongé sur le ventre, comme celui en parapente, voile sous laquelle il s'assoit¹⁸⁹, nécessitent de s'élancer depuis un relief après avoir pris un peu de vitesse et permettent de profiter de l'aérologie propre aux montagnes. Le speed riding est un dérivé de voile de parapente conjugué à une paire de skis permettant au pratiquant de descendre une montagne le plus rapidement possible en frôlant ses pentes, en alternant le vol et la glisse. Le paralpinisme est une discipline de BASE jump consistant à sauter depuis le haut d'une falaise puis à ouvrir le parachute¹⁹⁰.

Les torrents permettent de pratiquer le canyonisme en progressant dans des gorges et des cascades, alternant des glissades, des sauts dans des vasques naturelles et des descentes en rappel¹⁹¹. Les sports d'eau vive comme le canoë-kayak ou le rafting consistent à descendre les torrents à bord d'embarcations propulsées à l'aide d'une pagaie. La spéléologie permet d'explorer les réseaux souterrains, notamment dans les massifs karstiques¹⁹².

Protection environnementale

Les zones montagneuses abritent une importante biodiversité à l'équilibre écologique fragile¹⁶⁸. Elles représentent environ 30 % des zones terrestres protégées¹³³^,¹⁹³. En dehors de l'Antarctique, 17¹⁹³ à 18 %¹⁹⁴ des zones montagneuses sont protégées, soit un peu plus que la moyenne de 12¹⁹⁴ à 15 %¹⁹⁵ de l'ensemble des zones terrestres, mais en Eurasie et en Afrique elles ne représentent que 10 à 15 % de la superficie montagneuse contre 23 à 32 % sur les autres continents¹⁹⁴. Sur les 4 000 zones clés de biodiversité recensées en montagne dans le monde, seuls 20 % sont entièrement ou partiellement protégés¹⁹³. La protection des montagnes a été reconnue comme un objectif majeur pour le développement durable au sommet de Rio en 1992¹⁹⁶.

Vue du glacier d'Aletsch, plus long glacier des Alpes dans le site du Patrimoine mondial de l'UNESCO Alpes suisses Jungfrau-Aletsch.

Dans la culture

Dans les arts

Articles connexes : Cinéma de montagne et Liste d'ouvrages d'alpinisme.

Huit moments de la Chanson de Roland (enluminure).

Dans la mythologie celtique irlandaise, la montagne est un lieu merveilleux associé au sidh, l'Autre Monde, où séjournent les Tuatha Dé Danann, habitants mythiques de l'île¹⁹⁷ ; c'est aussi un lieu de sépulture¹⁹⁸. Dès l'Antiquité, la poésie didactique, par exemple sous la plume du géographe et poète Avienus, dans Description de la terre, évoque des paysages montagneux mystérieux, mais dans un style très normé¹⁹⁹. La montagne a une image colossale, aussi bien dans la mythologie grecque, avec Atlas, que dans le roman de chevalerie de Chrétien de Troyes, Yvain ou le Chevalier au lion, au XII^e siècle. Dans la chanson de geste apparaît le mythe de la montagne creuse, comme l'Etna où séjournerait le roi Arthur et sa cour, ou l'Untersberg où, selon les versions, Charlemagne ou Barberousse attendraient tous les cent ans leur résurrection²⁰⁰. Il est fait mention de la montagne également dans la Chanson de Roland, dans le cadre des Pyrénées, dans l'Aspremont, la montagne éponyme étant située à l'extrémité méridionale des Apennins en Calabre, ou encore dans le Moniage Guillaume, qui se déroule sur les contreforts méridionaux du Massif central : elle est tour à tour épique, épouvantable, terrifiante, sauvage, désolée, idyllique²⁰⁰. La montagne, ses grottes, ses cavernes et ses gouffres, conservent généralement jusqu'au XVI^e siècle une image maudite, ils « avalent » les hommes qui s'y aventurent ; les volcans en particulier sont vus comme la bouche de l'Enfer dans la tradition judéo-chrétienne²⁰¹.

L'évocation artistique de la montagne émerge surtout en Chine où, associée à l'eau, elle symbolise le paysage²⁰², puis au Japon²⁰³ au VIII^e siècle²⁰⁴, notamment dans la poésie avec le Man'yōshū²⁰⁵. C'est un lieu familier, de retraite spirituelle, où l'on rencontre des esprits, voire de fin de vie ; on retrouve cette vision dans la littérature japonaise d'Izumi Shikibu au X^e siècle jusqu'à nos jours chez Yasushi Inoue, Haruo Umezaki, Jirō Nitta et Kenji Nakagami²⁰⁶. Le mont Fuji est un symbole de la peinture, notamment pour Hokusai et ses Trente-six puis Cent vues du mont Fuji, tout comme de la littérature, par exemple pour Kanoko Okamoto²⁰⁷, à la fois montagne sacrée et destination touristique²⁰⁸.


La Vierge aux rochers par Léonard de Vinci, 1483-1486 : paysage de montagne typique introduit par les peintres de la Renaissance en arrière-plan.		Bonaparte franchissant le Grand-Saint-Bernard par David, 1801 : la montagne apparaît comme décor selon la tradition classique²⁰⁹.

Puis, à partir de la fin du XII^e siècle, l'image de la montagne commence à évoluer dans la littérature occidentale, où elle devient le théâtre d'exploits, de découvertes, d'héroïsme²¹⁰. Ainsi, pour Gervais de Tilbury, dans son Livre des merveilles au XIII^e siècle, elle revêt un caractère magique, rejoignant en cela la vision celte¹⁹⁷. Elle apparaît en toile de fond des peintures au XV^e siècle en Europe²⁰⁹, éventuellement transmise le long de la route de la soie sous l'influence de la dynastie Song²¹¹. Vers 1470, des dessins à caractère scientifique sont réalisés depuis le sommet de montagnes par Antonio Pollaiuolo, Andrea Mantegna, Léonard de Vinci ou encore Albrecht Altdorfer, alors que sont organisées les premières réelles ascensions²⁰⁹. La représentation cartographique des chaînes de montagnes demeure néanmoins longtemps une répétition de « boursouflures » sans tenir compte de l'importance ni de la distance entre les reliefs²¹¹. Puis la montagne s'impose plus largement dans l'art occidental au XVIII^e siècle¹⁹⁹^,²⁰³^,²⁰⁹. Journal de voyage en Italie, rédigé en 1580-1581 par Montaigne, n'est publié qu'en 1774²¹². Les Alpes sont surtout évoquées par la littérature classique au travers des témoignages de Tite-Live et Lucain relayant leur traversée par Hannibal. Le mythe est modernisé par le franchissement du col du Grand-Saint-Bernard par Bonaparte²¹². De fait, jusqu'au début du XIX^e siècle, la peinture de montagnes, et de paysages en général, reste reléguée derrière la peinture d'histoire, du fait de la hiérarchie académique et d'une création prédominante en atelier, en particulier en France où elle résiste même au romantisme voire au réalisme²⁰⁹. Elle se popularise toutefois auprès du public²⁰⁹.

Le glacier inférieur de Grindelwald avec la Lütschine et le Mettenberg par Caspar Wolf, 1774-1777 : représentation réaliste de la montagne.

Si les montagnes ont longtemps conservé un caractère sacré²¹³, comme le mont Sinaï et le mont Ararat²¹⁴ ou dans la tradition bouddhiste²⁰⁵, métaphysique et onirique²⁰⁹ ou machiavélique¹⁹⁹, l'exactitude de leur représentation picturale supplante progressivement l'idéalisme, en premier lieu en Suisse par Caspar Wolf, puis en Angleterre avec William Turner et John Ruskin, et enfin en Allemagne, notamment avec l'école de Dresde, avec Caspar David Friedrich, Carl Gustav Carus, Carl Blechen et le Norvégien Johan Christian Dahl²⁰⁹. Cette évolution se reflète dans la littérature, par exemple avec l'ouvrage de l'historien Jules Michelet, La Montagne, en 1868, ou avec Histoire d'une montagne d'Élisée Reclus en 1876, décrivant tous deux la nature et les hommes²¹⁵.

La Montagne Sainte-Victoire vue de Bellevue par Paul Cézanne, vers 1885 : représentation impressionniste.

À la fin du XIX^e siècle, la montagne est l'objet d'une recherche esthétique, symbole du cycle de la vie chez Giovanni Segantini, capteur de lumière pour Claude Monet et Ferdinand Hodler, ou encore déclinée sous les traits de la montagne Sainte-Victoire dans près de 80 œuvres par Paul Cézanne²⁰⁹. Dans les films Le Cabinet du docteur Caligari de Robert Wiene en 1920 et Metropolis de Fritz Lang en 1927, la présence de la montagne est suggérée sous forme géométrique au travers d'un décor urbain. Dans Nosferatu le vampire en 1922, Friedrich Wilhelm Murnau emprunte à Caspar David Friedrich et son Voyageur contemplant une mer de nuages des éléments de la Rückenfigur (de)²¹⁶. Dans l'œuvre de Friedrich Nietzsche, Ainsi parlait Zarathoustra, la montagne véhicule encore les valeurs de solitude, de pureté, de méditation, de puissance et de liberté²¹⁷. Cette vision est prolongée par Jack Kerouac dans Sur la route²¹⁸. À une époque où de moins en moins de régions montagneuses sont inviolées, l'imaginaire n'est pas exclu des parutions scientifiques de Raoul Blanchard, et quelques romans continuent à apporter une quête de sens aux ascensions : Premier de cordée de Roger Frison-Roche en 1941, Carnets du vertige de Louis Lachenal en 1950, ou encore Les Conquérants de l'inutile de Lionel Terray en 1961²¹⁹. Le Tour de France participe lui-même à établir une mythologie populaire de la montagne, notamment du mont Ventoux, et inversement²²⁰.

Comme pour la peinture, les premières apparitions cinématographiques de montagnes réelles sont reléguées au rang de décor, avec toutefois le but de prouver que le septième art est capable de refléter la réalité du monde. Cette volonté se heurte toutefois à l'impossibilité de représenter dans un même champ l'immensité de la montagne dans sa globalité et la figure humaine des personnages, sujet même du récit. Ainsi, les premiers westerns s'ouvrent fréquemment avec un champ large sur un paysage de montagne qui se rétrécit progressivement sur des convois, des troupeaux et des silhouettes humaines. Ce procédé permet de dresser le caractère et les valeurs supposées des personnages dans leur environnement. En réduisant la taille de la montagne à la figure humaine dans un même cadre, le personnage apparaît comme familier avec le décor²²¹. Sur le plan technique, un champ large sur la totalité d'un paysage montagneux requiert une caméra à focale courte qui accélère le déplacement des objets mobiles vers les lignes de fuite et déforme les verticales. Pour en assurer l'intégrité, il est nécessaire d'y placer des repères visuels. De plus, les premières pellicules ne possèdent pas la qualité nécessaire pour assurer les contrastes, pas plus que la prise de son ne parvient à s'adapter aux conditions de tournage en extérieur. L'adaptation Premier de cordée par Louis Daquin est donc un défi en 1943²²². En plaçant la montagne hors-champ, à la place du spectateur, sa présence est suggérée et permet d'offrir par les mouvements de la caméra un large panorama visuel sur une plaine, à l'instar de La Charge fantastique en 1941 et La Rivière rouge en 1948²²³.

Finalement, la généralisation des prises de vue aériennes parvient à montrer fidèlement, parfois avec une approche documentaire en dehors du regard humain, l'intégrité de la montagne, comme dans Le Premier Maître en 1965 par Andreï Kontchalovski, La Ballade de Narayama en 1983 par Shōhei Imamura et L'Ours en 1988 par Jean-Jacques Annaud²²⁴. La montagne tend à être banalisée par les publications techniques des clubs alpins, par la médiatisation des exploits et par des documentaires comme ceux de Gaston Rébuffat²¹⁹.

Dans La Montagne, en 1964, Jean Ferrat évoque sans les nommer les Cévennes et effectue une synecdoque pour parler de la nature en général, qu'il oppose au monde citadin, regrettant que l'homme se détourne d'une forme de vie traditionnelle, rude mais authentique, dans un contexte d'exode rural après-guerre²²⁵. Pour Jean-Louis Murat, en 1993, dans la chanson Montagne, elle est à la fois femme et amante ; il oppose la chaîne des Puys à la plaine de la Limagne.

Dans la religion et la mythologie

Article détaillé : Montagne sacrée.

Shiva, Parvati et Ganesh recevant l'hommage des devas et des rishis sur les pentes du mont Kailash miniature indienne du XVIII^e siècle.

Les montagnes sont un élément sacré au centre de nombreuses religions et croyances²²⁶. Pour beaucoup, l'aspect le plus symbolique est le sommet de la montagne car il est identifié comme le plus proche du Ciel²²⁷, celui en particulier où résident les dieux et les esprits, comme le mont Olympe dans la mythologie grecque²²⁸, ou celui où les saints et les prophètes ont rencontré Dieu et accompli son œuvre²²⁶^,²²⁹, à l'instar de Moïse au mont Sinaï dans le judaïsme²³⁰, ou notamment de Jésus au mont Thabor, ou encore de Mahomet au djébel el-Nour. Parfois, la montagne est considérée comme l'axe du monde²²⁷ ; c'est le cas du mont Meru, souvent identifié au mont Kailash, dans le bouddhisme, le jaïnisme et l'hindouisme, qui en fait la résidence de Shiva²³¹. Dans la chrétienté et jusqu'à la Renaissance et ses Grandes découvertes, le Paradis est la plus haute montagne de la Terre et reste inaccessible¹⁴³. Antoine de La Sale (1442) le décrit ainsi : « Ce Paradis est situé dans l'Orient, c'est-à-dire tout au bout et à l'extrémité des contrées de l'Asie ; il est d'une hauteur extrême. Dans ce Paradis vivent Enoch et Elie, et ils y vivront jusqu'à la destruction de l'Antéchrist. C'est là que se trouve l'Arbre de vie, et de son pied sortent quatre ruisseaux : l'un s'appelle le Pison, l'autre le Guion, le troisième le Tigre et le quatrième l'Euphrate : ils coulent tous les quatre dans les veines du corps formé par la Terre, c'est-à-dire dans la mer et hors de la mer, et font jaillir de grandes sources sur la terre en diverses régions... Personne ne peut entrer ni monter dans ce Paradis, à cause des montagnes escarpées qui l'entourent tout entier, sauf à l'entrée. Il y a tant de sortes de dragons, de serpents, de coquecigrues et d'autres bêtes venimeuses qui vivent là, dans ces très hautes montagnes, que les bêtes de ces montagnes ont une nature très proche de l'élément du feu... le Paradis est la tête de la terre en raison de son extrême hauteur ».

Moïse sur le mont Sinaï par Jean-Léon Gérôme, 1895-1900.

Les montagnes ont souvent fait l'objet de substitutions dans la pratique religieuse, pour permettre l'élévation : ziggurats chez les Mésopotamiens, pyramides précolombiennes, tours du silence chez les zoroastriens ou encore colonnes des stylites²²⁶. Dès l'Antiquité, la montagne est souvent interdite aux simples croyants et réservée aux moines²²⁶. Toutefois, la réalité de la Grèce ancienne est moins stricte. Certes les montagnes naissent immédiatement après la Terre (Gaïa) et le ciel (Ouranos), en se singularisant de la Terre juste avant la mer, et deviennent le séjour des nymphes, en faisant immédiatement un milieu surnaturel et divin (zatheon). Elles sont aussi le théâtre des amours des Dieux, comme les monts Latmos et le Ida, et la résidence des muses qui habitent les monts Hélicon et Parnasse²²⁸. Cependant, la montagne (l'oros), opposée à la plaine côtière (la polis), n'est pas pour autant un sanctuaire. Elle est fertile et féconde, peuplée de bergers, tout autant qu'un lieu de quêtes ; ainsi les centaures du mont Pélion sont chassés par Pirithoos, alors qu'Œdipe, nouveau-né, est découvert abandonné sur le mont Cithéron²²⁸. Dans la cosmologie andine, la montagne, avec la cordillère, « marque les confins du monde civilisé »²³². Prenant le plus souvent la forme humaine lorsqu'elle se manifeste aux hommes, elle a une vie et des occupations propres : elle possède des troupeaux qui se cachent dans les nuages, loin des regards humains, de l'or et de l'argent qu'elle garde jalousement dans ses entrailles et elle est détentrice de l'eau, nécessaire à la vie. Dans la hiérarchie des divinités andines, elle vient aussitôt après la « Terre-Mère » et joue à la fois un rôle protecteur en veillant sur les récoltes, la fertilité du bétail, la santé des humains mais aussi un rôle maléfique lorsqu'elle châtie durement ceux qui ne respectent pas son domaine en n'établissant pas avec elle de pacte d'alliance par des dons avant de prendre ses richesses. Elle est aussi le domaine des morts : avant la christianisation, au Pérou, les morts étaient déposés dans les cavernes naturelles ou les failles de la montagne, aux limites de la zone habitable par les humains. Bien que les évangélisateurs aient combattu cette croyance d'une montagne séjour des morts, « les habitants du Sud andin croient comme à l'époque incaïque que la demeure des morts se trouve au sommet du Coropuna, dans un village situé à l'intérieur même du volcan »²³². Axe unissant le ciel, la terre et le monde souterrain, la montagne « permet le passage entre les différentes sphères qui constituent la cosmologie andine »²³².

Dans la Bible, que ce soit dans l'Ancien ou le Nouveau Testament, « la montagne est le lieu des théophanies, c'est-à-dire là où Dieu se manifeste »²³³ comme dans l'Exode où Moïse rencontre Dieu sur le mont Sinaï. La montagne est le « temple du Dieu de Jacob » (Isaïe Michée 4) et il est annoncé que c'est sur « sa montagne » que Dieu préparera le festin messianique (Isaïe 25). Mais c'est le Nouveau Testament qui instaure la montagne comme lieu de rassemblement du peuple et cesse d'en faire une demeure exclusivement divine²²⁶. Dans les Évangiles, les grands moments de la vie de Jésus se tiennent sur la montagne, qu'il s'agisse de sa transfiguration, de son entrée dans Jérusalem aux Rameaux ou encore de sa crucifixion²³³. Ainsi, outre les monts Sinaï et Thabor, les montagnes sont omniprésentes dans la tradition biblique : le mont Sion, le mont du Temple, le mont des Oliviers, le mont Moriah, le mont Horeb, le mont Carmel, le mont Garizim, le mont Ebal, les montagnes de Galaad, le mont Séïr, le mont Nébo ou encore le mont Ararat où Noé aurait trouvé refuge à bord de son arche au cours du Déluge²³⁴.

Resacralisation de la montagne

Si la nature édénique de la montagne s'est effacée à partir de la Renaissance, un phénomène nouveau et occidental d’Éden montagnard a surgi au cours du XX^e siècle avec la sacralisation globale de l'Himalaya et du Tibet. Plusieurs facteurs y ont concouru. La félicité procurée par l'altitude extrême (ivresse des hauteurs) a été invoquée comme « climax » des grandes ascensions himalayennes et continue d'être véhiculée par les alpinistes de cette chaîne montagneuse. Toujours en raison de leur altitude suréminente, la métaphore « toit du monde » qui désignait originellement le Pamir a été transférée à l'Himalaya et à l'Everest, participant de cette construction d'un paysage sacré¹⁴³. Mais c'est la fortune rencontrée par l'ouvrage de fiction fantastique Les Horizons perdus qui finit par servir de substrat à ce phénomène²³⁵. Son auteur, James Hilton, a inventé en 1933 Shangri-La qu'il situe dans les montagnes du Nord de l'Inde, sur le plateau tibétain, à plus de 3 000 mètres d'altitude : « une région de hautes terres balayées par les vents, démesurée, inhabitée et presque entièrement inexplorée²³⁶ ». Ce roman utopique, porté à l'écran par Frank Capra, a donné une image fantasmée du Tibet que, par leurs récits, les voyageurs et explorateurs britanniques et français ont cristallisée, jetant les bases du « mythe de Shangri-La »²³⁷. Ce phénomène prend de l'ampleur avec la diffusion progressive auprès du grand public des récits et romans d'Alexandra David-Néel. Par métonymie²³⁸, le Tibet est ainsi devenu le « remède fantasmé aux maux de l'Occident »²³⁵. Parallèlement, la théocratie du Tibet et sa spiritualité ont été idéalisées, l'invasion chinoise leur servant de repoussoir. Ainsi s'est créé un discours légendaire qui privilégie une image édénique au mépris de toute réalité¹⁴³.

Cette forme de resacralisation de la montagne tient aussi à la sensibilité écologique qui s'est développée à partir des années 1970 dans les sociétés industrialisées. La haute montagne a été érigée en bien commun de l'humanité²³⁹. Dès 1979, le parc national de Sagarmatha, que domine l'Everest, a été inscrit par le Népal sur la liste du patrimoine mondial de l'humanité. Depuis 2014, à l'instigation de l'Inde, l'aire de conservation du parc national du Grand Himalaya l'a rejoint sur la liste, au titre de l'extrême richesse de sa biodiversité, tant floristique que faunistique.

Cette sanctuarisation et cette patrimonialisation, qui font la part belle à l'imaginaire occidental, ont fait évoluer le regard que les communautés locales, perçues comme les gardiennes de la nature, portent sur elles-mêmes et sur le rapport qu'elles entretiennent avec leur environnement quotidien. Cela entraîne le risque que cette image positive que leur renvoie le monde occidental ne les conduise à s'efforcer à faire correspondre leur territoire au mythe du Paradis perdu que les Occidentaux voudraient voir se perpétuer²³⁹.

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Liens externes

Notices d'autorité
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Notices dans des dictionnaires ou encyclopédies généralistes

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Traduction de Samuel Thévoz.
Selon l'expression de Peter Bishop.
Les traits et vertus attachés à ce lieu imaginaire sont généralisés au Tibet réel, au point que plusieurs sites de l'Himalaya bouddhiste se réclament de Shangri-La à des fins touristiques, voire, à l'extrême, à des fins politiques de sinisation, par exemple la ville-district de Gyalthang Dzong, qui porte désormais le toponyme de ce paradis mythique par décision du Conseil des affaires de l'État de la république populaire de Chine du 17 décembre 2001.

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[masquer]

v · m

Reliefs et modelés naturels de la Terre

Reliefs structuraux

de montagne (orographique)	Butte Chaîne Cheminée de fée Chevron Cirque (Makhtesh) Cluse Col Colline Combe Crêt Crête Massif Mont Rift Pic Talweg Val Vallée Versant
de plaine	Altiplano Bassin sédimentaire Dépression Fontis Monolithe Oasis Piémont Plaine alluviale
de plateau	Butte (Butte-témoin) Causse Cuesta Hamada Mesa Plateau océanique Trapp

Modelés

Hydrographique (cours d'eau)	Cascade / Chute Cône de déjection Embouchure Delta Estuaire Gorge / Canyon Lac Lit (majeur, mineur) Méandre Rapides Terrasse alluviale Vallée fluviale
Éolien	Désert de sel Dune Erg Reg Rocher-champignon Rose des sables Ventifact Yardang
Glaciaire	Calotte glaciaire Cirque glaciaire Crevasse Esker Glacier Inlandsis Lac glaciaire Moraine Nunatak Vallée glaciaire Verrou glaciaire
Karstique	Aven (ou adugeoir, barrenc, bétoire, chourun, embùt, endousoir, endouzoère) / Gouffre (ou Abîme) / Igue / Scialet · Abri sous roche · Caverne / Grotte · Cénote · Doline (ou cloup, emposieu, sotch, sótano, tiankeng) / Ouvala · Émergence - Exsurgence - Résurgence · Glacière · Lapiaz · Perte / Chantoire (ou chantoir, tchantwère) · Pinacle · Poljé · Trou bleu (ou black hole, blue hole) · Tsingy
Littoral	Atoll Banc de sable Cap Cordon littoral Tombolo Côte Falaise Fjord Île Isthme Lagune Péninsule Plage Presqu'île Récif
Maritime / Océanique	Baie Barrière de corail Bassin océanique Détroit Dorsale Fosse océanique Glacis continental Golfe Haut-fond Mont sous-marin Plaine abyssale Plateau continental Talus continental
Volcanique	Caldeira Cône Cratère Dôme de lave Geyser Île Lac de cratère Neck Volcan

Concepts généraux

Critères descriptifs	Altitude Collision continentale Croûte terrestre Dénivelé Érosion Exposition Interfluve Orogenèse Pente Relief inversé, appalachien, jurassien, de plissement Relief ruiniforme Seuil Subduction Surrection
Sciences	Géodésie Géographie Géomorphologie Géomorphométrie Gravimétrie Hydromorphologie Karstologie Tectonique des plaques Topographie

Source (hydrologie)

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Source de la Buèges, Hérault, France.

Animation montrant une source dans le sable d'une plage, TrezRouz, Finistère, France

Une source en hydrologie est l'endroit où une eau liquide sort naturellement du sol . Une source est très souvent à l'origine d'un cours d'eau, d'un ruisseau, d'une rivière ou même d'un fleuve. Mais une source peut également être submergée dans un écoulement d'eau, une mare, un lac ou une mer.

Une fontaine est une source où l'eau jaillit, parfois fortement (exemple : fontaine de Vaucluse) et souvent architecturée.

L'eau détectée par un sourcier dans un captage ou puits peut être dite de source alors qu'il s'agit de veine d'eau souterraine.

Une source qui coule en permanence est dite pérenne, sinon elle est dite temporaire^{note 1} ou intermittente. Dans la plupart des cas le débit d'une source est variable, souvent selon la météorologie (exemple : la pluviométrie), parfois périodiquement (exemple : selon la saison) ou en conséquence d’un phénomène hydraulique de vidange et de remplissage de réservoirs souterrains successifs situés en amont de la source.

L'opposé hydrologique d'une source est une perte et il existe des sources-pertes (estavelles).

La source est un élément de l'hydrosphère et du cycle de l'eau.

Formation

Source du Jaur (Saint-Pons-de-Thomières), Hérault, France.

Source chaude dans le parc de Yellowstone, Etats-Unis.

Fontes Tamarici (Espagne).

Une source naît de la conjonction de facteurs topographiques et hydrogéologiques comme une meilleure perméabilité locale.

Dans les aquifères karstiques, les sources peuvent ne se mettre à couler qu'en fonction d'un événement pluvieux, ou après auto-amorçage d'un siphon.

Classification

Il existe différentes approches permettant de classer les sources :

la continuité ou non de l'écoulement et le régime de variation du débit : source pérenne, source constante, source temporaire (saisonnière), source intermittente ;
la localisation : source de coteau, source littorale, source submergée (sous-fluviale, sous-lacustre, sous-marine) ;
la géologie et pour être plus précis l'hydrogéologie qui cherche à expliquer l'origine et le fonctionnement de la source :
- source de déversement, de débordement ou de trop plein (correspondant aux types de nappes souterraines libres de mêmes dénominations) ; source d'émergence ou de dépression (source d'aquifère à nappe libre non liée à l'affleurement du substratum) ; source d'étranglement,
- source artésienne ou jaillissante (issue d'une nappe captive),
- source diaclasienne, source karstique, exsurgence (issues d'un aquifère discontinu) ; source vauclusienne (exutoire d'un conduit karstique ascendant subvertical),
- la résurgence désigne le retour en surface dans un massif calcaire, karstique, d'une rivière souterraine provenant d'un (ou de plusieurs) cours d'eau de surface distant(s) ou, plus rarement, l'exsurgence^{note 2} pour désigner une émergence des seules infiltrations d'eaux de pluie ;
le thermalisme qui classe les sources selon leur température et l'usage qui peut en être tiré : source chaude, thermale ; source hypotherme, orthotherme, hypertherme ^{note 3} ;
l'hydrochimie qui permet de classer les sources selon leurs caractéristiques chimiques : source salée, séléniteuse, ferrugineuse, sulfureuse, minérale, incrustante ou pétrifiante. L'eau de source est une eau commercialisée naturellement potable (à la différence d'une eau minérale), d'origine souterraine, ayant été mieux protégée des pollutions que les eaux de surface, et n'ayant subi ni traitement, ni adjonction. Une source n'alimente que très rarement une usine d'embouteillage d'eau de source.

Littérature

Le thème de la source est présent dans la poésie et la littérature depuis l'antiquité. Il a inspiré de nombreux écrivains dont au XX^e siècle Marcel Pagnol pour son roman L'Eau des collines¹ s'organise autour de l'enjeu vital d'une source en Provence ou encore Colline un court roman de Jean Giono².

Notes et références

Notes

Elle ne coule généralement chaque année que lors des hautes eaux.
Exsurgence est souvent remplacé par exurgence dans les écrits non scientifiques alors que l'étymologie de ce nom renvoie à une notion de puissance qui n'est propre qu'à certaines sources (puits artésien).

À température respective inférieure, égale (ou n'excédant pas plus de 4 °C) ou supérieure (de plus de 4 °C) à la température moyenne annuelle de l'air du lieu.

Références

Marcel Pagnol, 1963 - L'eau des collines

Jean Giono, 1929 - Colline. Éd. Grasset

Voir aussi

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source, sur le Wiktionnaire

Bibliographie

Ernest Simon Auscher, L'art de découvrir les sources et de les capter : Les propriétés de l'eau, les eaux souterraines, la recherche des sources et des eaux souterraines, le captage des eaux souterraines, Éd. J.-B. Baillière, Paris, 1899, 288 p.
Jean Barbier, Dis moi petite source... Quelques secrets des naïades. Éd. Persée, 2010, 169 p. (ISBN 2352169216)

Liens externes

[vidéo] « La source de la Mescla (Alpes-Maritimes) » [archive], sur YouTube, Bureau d'études H2EA, Nice, 2009
[vidéo] « Venues d'eau du tunnel de Braus (Alpes-Maritimes) » [archive], sur YouTube, Bureau d'études H2EA, Nice, 2009
[vidéo] « Étude des sources marines » [archive], sur YouTube, Bureau d'études H2EA, Nice, 2007
[vidéo] « Sources marines : une ressource en eau exploitable ? » [archive], sur YouTube, Bureau d'études H2EA, Nice, 2008
[vidéo] « La Foux de Saint-Cézaire (Alpes-Maritimes) » [archive], sur YouTube, Bureau d'études H2EA, Nice, 2011
[vidéo] « La Foux de Courmes (Alpes-Maritimes) » [archive], sur YouTube, Bureau d'études H2EA, Nice, 2011
Un site (à compléter) qui liste les sources d'eau potable en Belgique et en France [archive], 2011

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Typologie	Arroyo · Cours d'eau / sans source · Émissaire · Exutoire · Fleuve · Fleuve côtier · Fossé · Oued · Rivière · Ruisseau · Torrent
Caractéristiques générales	Affluent · Bassin versant / hydrographique · Canyon sous-marin · Chute / Cascade · Confluent · Défluent · Delta · Delta de rupture de levée · Diffluence · Eau de surface · Eaux noires · Embouchure · Endoréisme / Exoréisme · Estuaire · Exsurgence · Gorge · Ligne de partage des eaux · Nombre de Strahler · Ordre des cours d'eau · Perte · Plaine alluviale · Rapides · Ravin · Ravine · Réseau hydrographique · Résurgence · Rivière encaissée · Source · Talweg · Terrasse alluviale · Vallée · Vallée fluviale
Lit, profil	Anabranche · Armure · Banc de sable · Barre de méandre · Bassin de dissipation / sédimentaire · Berge · Boire · Bras · Cône de déjection · Continuum fluvial / sous-fluvial · Coupure de méandre · Cours d'eau en tresses · Déversoir · Embâcle naturel · Écoulement hélicoïdal · Gué · Île fluviale · Interface sédiment-eau · Lit (majeur, mineur) · Lône · Méandre · Mouille · Nassi · Niveau de base · Pente hydraulique · Potamal · Profil d'équilibre · Rampe · Ride de courant · Ripisylve · Rive (concave, convexe) · Rupture de pente · Sédiment · Seuil · Suspension · Vasière · Waard · Zone riparienne
Dynamique et mécanique fluviales	Affouillement Aggradation Alluvion Avulsion Boue Bras-mort Capture Charge de fond en suspension dissoute Charriage Coulée de boue Cours d'eau intermittent Crue Débit (module) Drainage Eau vive Équation de Exner Barré de Saint-Venant Érosion régressive Étiage Formules empiriques pour la détermination des charges Inondation Lave torrentielle Loi de Baer Darcy Hack Playfair Rajeunissement de rivière Rapides Régime hydrologique Ressaut hydraulique Ruissellement Sédimentation Temps de concentration Transport solide Turbidité
Sciences	Dynamique des fluides Hydraulique à surface libre fluviale Hydrographie Hydrologie Hydrométrie Hydromorphologie

un torrent, un type de cours d'eau de montagne ;

Rivière

Pour les articles homonymes, voir Rivière (homonymie).

Après le torrent, se forme la rivière (Hautes-Pyrénées).

Phénomène de surcreusement du lit majeur, pouvant participer à un phénomène d'aridification, le niveau piézométrique de la nappe descendant avec celui de la rivière (Bardenas Reales).

Le Waver (Pays-Bas).

En hydrographie, une rivière est un cours d'eau au débit moyen à modéré (supérieur à 2 m³/s), recevant des affluents et qui se jette dans une autre rivière ou dans un fleuve¹.

En français courant, une rivière est un cours d'eau d'une certaine importance, inférieure subjectivement à celle d'un fleuve², sans autre égard à son débouché. Pourtant cette affirmation est erronée au regard de la définition hydrographique. En effet, il n'est pas rare de rencontrer des fleuves qui sont plus « petits » que certaines rivières (à titre d'exemples : la Saône à Lyon, qui présente un lit et un débit importants, reste une rivière. À l'inverse, l'Huveaune, fleuve côtier marseillais, présente un lit et un débit beaucoup plus restreints).

Quand le substrat le permet (porosité suffisante), la rivière peut être accompagnée d'un compartiment écologique parallèle où l'eau s'écoule plus lentement, dit compartiment sous-fluvial.

Présentation

L'origine de la rivière s'appelle la source. La rivière coule dans un chenal appelé le lit, qui chemine dans les terres jusqu'au terme de la rivière, l'embouchure. Celle-ci peut donner dans une autre rivière, un fleuve (on parle alors de confluent pour désigner l'embouchure) ou un lac. Certaines rivières s'assèchent progressivement en arrivant dans une zone aride, et n'ont pas d'embouchure à proprement parler ; on parle alors d'endoréisme.

Chaque rivière collecte et stocke l'eau d'un sous-bassin versant, l'ensemble de ces sous-bassins constituant le bassin versant d'un fleuve. Les rivières ont divers faciès et abritent divers écosystèmes, de la source à leur embouchure. On parle de torrent si la pente est forte et le courant rapide. La berge porte généralement une large bande boisée, la ripisylve. On parle de forêt galerie si la canopée est jointive au-dessus de la rivière.

D'une manière générale, le lit de la rivière suit la topologie des lieux³^,⁴ :

si le lit est canalisé dans la roche, la rivière ne pourra pratiquement pas modifier son lit quelle que soit la pente du parcours (sauf érosion très lente par les matières solides transportées par l'eau) ;
si le lit est non forcé dans la roche, la rivière (alors classifiée « libre ») adoptera son trajet selon un critère capital : la pente du lit et de l'eau par rapport à la valeur critique 3 %^{[réf. nécessaire]} :
- en dessous de 3 %, l'eau s'adapte au terrain et ne modifie pas son lit,
- à 3 % le trajet tendra à être rectiligne, c'est l'équilibre de la rivière qui prend le chemin direct,
- au-dessus de 3 %, la rivière creuse des méandres qui augmentent en taille avec l'augmentation de la pente du terrain (et ralentissent la vitesse de l'eau en augmentant la longueur du trajet et par conséquent en réduisant la pente du parcours allongé pour tendre vers 3 % en moyenne du trajet) ;
l'importance du méandrage est également liée à la quantité de matières solides transportées par la rivière : plus elles sont de grosse taille et nombreuses, plus elles ralentissent le débit de l'eau, même en pente forte supérieure à 3 % ; elles ont alors pour conséquence un méandrage moindre.

Environnement

Rivière Volga (Russie).

Les rivières font partie des zones humides abritant de nombreux habitats et diverses espèces, dont certaines sont migratrices. Dans l'hémisphère nord, des espèces telles que saumons, castors, loutres, écrevisses, invertébrés, et plantes et algues y jouent des fonctions importantes. Certaines de ces espèces sont menacées, inscrites sur des listes rouges ou espèces protégées par la législation environnementale. Certains habitats menacés ou d'intérêt européen peuvent relever de la Directive habitats.

Les rivières en collectant les eaux du micro-bassin versant sont aussi le réceptacle de nombreuses pollutions (domestiques, urbaines, industrielle, agricoles), ce qui explique que les organismes d'eau douce comptent parmi les espèces les plus menacées dans le monde. Certaines rivières sont en contact direct avec la nappe qui les alimente. En France la pollution par les eaux usées domestiques et industrielles a fortement régressée, mais en dépit des plans nitrates successifs et du plan Ecophyto, la plupart des rivières sont encore concernées par une pollution chronique par les nitrates et les pesticides⁵. En 2010-2011, des pesticides étaient retrouvés sur « 89 % des points de mesure en métropole » (pour 56 % des points des départements d'outre-mer, hors Guyane)⁵. « Plus de 20 pesticides différents sont décelés sur plus de 26 % des points de mesure »⁵. Pour l'écologie du paysage, les rivières (et leurs berges et milieux associés) jouent un rôle majeur de corridor biologique, que la loi (Lois Grenelle) demande de ne pas artificiellement fragmenter sans mesure compensatoire efficaces permettant aux espèces de circuler le plus normalement dans tout le cours d'eau.

Selon une étude en 2010, 80 % de la population mondiale vit dans des zones où l'état des rivières menace gravement l'accès à l'eau pour les populations humaines. Cette étude internationale est basée sur une modélisation informatique prenant en compte 23 facteurs de stress (taux d'urbanisation, développement agricole et industriel, captage d'eau, niveau de pollution, etc.) pour évaluer la santé des plus grandes rivières du monde⁶.

Sur substrat fragile, la rivière sauvage est erratique, avec des zones d'érosion et de dépôt. Dans la nature, ces phénomènes sont normaux et utiles à la diversité des habitats, mais ils sont peu compatibles avec la propriété privée. Le génie végétal ou le génie écologique stabilisent efficacement ce type de berges, largement fragilisées par la disparition des ripisylves. Rats musqués, vaches, chevaux et humains peuvent aussi « dégrader » les berges.

Dans le haut de certains bassins versants, des obstacles naturels et barrages de castor peuvent contribuer à réguler et adoucir le débit de l'eau, en limitant les inondations, sans empêcher la remontée des poissons migrateurs, en posant moins de problèmes que les gros obstacles artificiels (barrages, ponts…) qui peuvent boucher le passage des migrateurs. Ces « gués » naturels peuvent aussi diminuer le caractère fragmentant de nombreuses rivières pour de nombreuses espèces ; les rivières ont été utilisées pour la boisson et la pêche, pour le cresson et comme moyens de transports dès la Préhistoire (transport de personnes ou marchandises ou matériaux).

Elles ont ensuite été utilisées pour l'irrigation, l'arrosage, pour abreuver le bétail, comme source de matériaux (galets, gravier, sable, sédiment) et pour la force de l'eau, utile aux forges et moulins à eau (à grain ou à fouler le drap ou battre le métal, etc.) et plus tardivement pour produire de l'électricité (barrage hydroélectrique, petite hydroélectricité ou comme source de frigories (pour le refroidissement des centrales nucléaires notamment). Au XX^e siècle, diverses pratiques de loisir se sont également développées en rivière : raft, canoë, kayak, canyoning, pêche de loisir.

Droit

Articles connexes : Eau courante et Droit riparien.

Selon les pays, divers droits coutumiers et lois précisent ou règlent les droits et devoirs des riverains, des pêcheurs et des usagers. Dans un même pays, une rivière peut avoir des statuts différents selon le segment considéré.

Galerie

Curt Herrmann (en), 1896.
Jan van Goyen, 1625.

Notes et références

« Rivière » sur l'encyclopédie Larousse [archive] « Cours d'eau de faible ou moyenne importance qui se jette dans un autre cours d'eau ».
Denis Diderot, Encyclopédie, ou Dictionnaire raisonné des sciences, des arts et des métiers, t. Quatorzième, 1770, 808 p., p. 258.
Jean-Antoine Fabre, Essai sur la théorie des torrents et des rivières, Paris, Bidault, 1797, 284 p., p. 78
Pierre-Alain Roche, Jacques Miquel et Eric Gaume, Hydrologie quantitative : Processus, modèles et aide à la décision, Springer, 2012, 590 p. (ISBN 978-2-8178-0105-6 et 2-8178-0105-9, lire en ligne [archive]), p. 145-146.
Statistiques du ministère de l'environnement et de l'agriculture Contamination globale des cours d'eau par les pesticides [archive].

(en) Peter McIntyre, « World's rivers in 'crisis state' », Nature,‎ 30 septembre 2010.

Annexes

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Articles connexes

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Typologie	Arroyo · Cours d'eau / sans source · Émissaire · Exutoire · Fleuve · Fleuve côtier · Fossé · Oued · Rivière · Ruisseau · Torrent
Caractéristiques générales	Affluent · Bassin versant / hydrographique · Canyon sous-marin · Chute / Cascade · Confluent · Défluent · Delta · Delta de rupture de levée · Diffluence · Eau de surface · Eaux noires · Embouchure · Endoréisme / Exoréisme · Estuaire · Exsurgence · Gorge · Ligne de partage des eaux · Nombre de Strahler · Ordre des cours d'eau · Perte · Plaine alluviale · Rapides · Ravin · Ravine · Réseau hydrographique · Résurgence · Rivière encaissée · Source · Talweg · Terrasse alluviale · Vallée · Vallée fluviale
Lit, profil	Anabranche · Armure · Banc de sable · Barre de méandre · Bassin de dissipation / sédimentaire · Berge · Boire · Bras · Cône de déjection · Continuum fluvial / sous-fluvial · Coupure de méandre · Cours d'eau en tresses · Déversoir · Embâcle naturel · Écoulement hélicoïdal · Gué · Île fluviale · Interface sédiment-eau · Lit (majeur, mineur) · Lône · Méandre · Mouille · Nassi · Niveau de base · Pente hydraulique · Potamal · Profil d'équilibre · Rampe · Ride de courant · Ripisylve · Rive (concave, convexe) · Rupture de pente · Sédiment · Seuil · Suspension · Vasière · Waard · Zone riparienne
Dynamique et mécanique fluviales	Affouillement Aggradation Alluvion Avulsion Boue Bras-mort Capture Charge de fond en suspension dissoute Charriage Coulée de boue Cours d'eau intermittent Crue Débit (module) Drainage Eau vive Équation de Exner Barré de Saint-Venant Érosion régressive Étiage Formules empiriques pour la détermination des charges Inondation Lave torrentielle Loi de Baer Darcy Hack Playfair Rajeunissement de rivière Rapides Régime hydrologique Ressaut hydraulique Ruissellement Sédimentation Temps de concentration Transport solide Turbidité
Sciences	Dynamique des fluides Hydraulique à surface libre fluviale Hydrographie Hydrologie Hydrométrie Hydromorphologie

Portail des lacs et cours d'eau

Fleuve

Pour les articles homonymes, voir Fleuve (homonymie).

Le fleuve Gambie.

Les bassins versants des principaux fleuves d'Europe.

Fleuve Faro en saison sèche

Fleuve est un mot pouvant sembler ambigu¹^,²^,³^,⁴ en français, où il désigne :

un cours d'eau se jetant dans une mer ou un océan⁵^,⁶^,¹^,²^,⁴ ;
un cours d'eau important aboutissant dans un désert (fleuve endoréique), comme le Tarim, « le plus long « fleuve intérieur » du monde »⁷ ou l'Okavango ;
un cours d'eau permanent⁸ et d'importance significative, qui peut également se jeter dans une mer fermée ou dans un autre fleuve¹^,²^,⁴.

En effet, jusqu'au XVIII^e siècle, le mot rivière a pu s'appliquer indifféremment à des cours d'eau comme la Seine, l'Oise ou l'Aisne³.

Plus récemment le terme de rivière a pu, de la même façon, être utilisé en français pour qualifier un cours d'eau d'importance plus faible, même s'il se jette dans la mer⁹ ou tout cours d'eau se jetant dans un fleuve ou une autre rivière.

Cependant le Larousse est sans ambiguïté en la matière en qualifiant ainsi le mot fleuve « Cours d'eau finissant dans la mer et souvent formé par la réunion d'un certain nombre de rivières¹⁰. »

Ainsi les cours d'eau côtiers d'importance pourtant mineures sont généralement qualifiés de fleuves côtiers car se jetant dans la mer. Ainsi la Veules, petit cours d'eau de 1,15 km de long, est qualifié de « plus petit fleuve de France »¹¹^,¹².

En hydrographie contemporaine, la description d'un réseau fait appel à d'autres variables telles que les nombres de Strahler, l'importance des bassins versants et des régimes hydrologiques ; la plupart des fleuves obtenant au regard de ces critères les rangs les plus élevés.

Ambiguïtés face aux éléments physiques et hydrographiques

Exemple de classification Strahler de sous-ensemble en arborescence numérotée, utile pour l'étude d'un fleuve.

Aux grandes échelles temporelles et géologiques, la dérive des continents, les transformations morphologiques naturelles, le réchauffement ou le refroidissement planétaire entraîne au rythme des phases glaciaires et interglaciaires des modifications régulières et très importantes des longueurs, largeur, débit et configuration des fleuves sur toute la surface du globe.

Il est difficile de mesurer, modéliser ou cartographier finement la longueur d'un fleuve et d'autres de ses caractéristiques¹³, pour plusieurs raisons :

les fleuves ont une propriété fractale et parfois un important lacis de bras secondaires, plus ou moins étendu selon l'époque de l'année, surtout dans le cas des fleuves « sauvages » (peu régulés)¹⁴, ce qui signifie que plus la mesure est précise, plus le fleuve semblera long ;
il est parfois difficile de déterminer exactement les extrémités d'un fleuve car :
- il peut être formé en amont par des ruisseaux saisonniers, des sources intermittentes, des marais, ou des lacs éphémères, des glaciers variables ;
- la limite aval de son embouchure (exemples : estuaire, delta) est souvent discutable.

Les prospectivistes doivent aussi maintenant prendre en compte le dérèglement climatique et les besoins d'adaptation au changement climatique, pour l'homme comme pour les espèces des milieux aquatiques¹⁵^,¹⁶^,¹⁷.

Le lit

L'espace qu'occupe un cours d'eau varie selon son hydrologie¹⁸ :

lit majeur, appelé aussi « plaine d'inondation » ou « lit d'inondation » est plus étendu que le lit ordinaire. Il est recouvert par des alluvions ;
lit mineur aussi appelé lit ordinaire ou « lit apparent » ;
le chenal d'étiage n'occupe qu'une partie du lit ordinaire.

La faune et la flore, et en particulier les ripisylves, les grands herbivores et le castor interagissent naturellement avec l'écologie fluviale et la forme et le débit des cours d'eau. Depuis 200 ans, c'est l'homme et ses aménagements qui sont devenus la première cause de changement écologique et morphologique des cours d'eau, avec les barrages notamment.

Dans certains contextes (sols et substrats perméables ou semi-perméables), le lit interagit fortement avec des cours d'eau souterrains, les nappes (Loi de Darcy) et les zones humides adjacentes ou sous-jacentes et avec un compartiment sous-fluvial qui peut abriter une faune une biodiversité spécifique¹⁹ généralement plutôt étudiée dans le cadre de l'« écologie souterraine ». L'eau souterraine constitue environ 98 % des ressources en eau contre moins de 2 % pour les lacs et les cours d'eau.

Écologie

Dans l'hydrosphère, les fleuves sont classés parmi les systèmes lotiques, c'est-à-dire caractérisés par un certain débit, par opposition aux systèmes « lentiques » plus lents ou stables.

Ils abritent une succession d'écosystèmes, des sources à l'estuaire, chacun caractérisé par une faune, une flore, des champignons et des micro-organismes, planctoniques notamment²⁰ adaptés à la force du courant, à la profondeur et au débit de l'eau, à sa turbidité, son pH, sa dureté, etc.

La plupart des fleuves sont accompagnés d'« annexes écologiques » (zones humides, bras-morts et restes d'anciens méandres, etc.) et d'un « second fleuve » dit « compartiment sous-fluvial », qui s'écoulent beaucoup plus lentement dans le sol sous le précédent et à ses abords, avec des espèces spécifiques là où les eaux souterraines ou interstitielles permettent la vie.

Tous les fleuves sont aussi des corridors écologiques.

Plus des deux tiers des fleuves dépassant les 1 000 km sont entravés par des constructions humaines créées soit pour éviter les inondations, soit pour générer de l’électricité²¹.

Article détaillé : Écologie des systèmes lotiques.

Quelques chiffres et statistiques

Articles détaillés : Liste des plus longs cours d'eau, Liste de fleuves dans le monde classés par continents et Liste des cours d'eau selon le débit.

Les trois plus longs fleuves au monde sont le Nil avec 6 718 km²², suivi par l'Amazone avec 6 500 km environ, et le Yangtsé avec 6 300 km.

L'Amazone est cependant le fleuve qui possède, et de loin, le plus grand bassin versant (6 150 000 km²) et le plus grand débit (190 000 m³/s)⁴.

En Europe, les plus grands fleuves sont la Volga avec 3 700 km et le Danube avec 3 019 km (voir Delta du Danube).

En France le plus petit fleuve est la Veules long de 1 149 mètres.

Les dix plus longs fleuves sur Terre

Les données suivantes correspondent à une longueur moyenne estimée. La mesure de la longueur d'un fleuve dépend largement de la définition de la source, et de l'estuaire. De grandes différences de mesure existent et permettent de ce fait des contestations de ce classement.

Pour les trois premières places :

Nil (entre 6 499 et 6 718 km)²³
Amazone (entre 6 259 et 6 800 km)²⁴^,²³
Yangtsé (Chang Jiang) (6 380 km)

Les quatrième à septième places font consensus :

Mississippi-Missouri (6 210 km)²⁵^,²⁶
Ienisseï-Angara (5 550 km)
fleuve Jaune (5 464 km)
Ob-Irtych (5 410 km)

Pour les trois dernières places :

Congo (4 380 km ou 4 670 km)²⁷
Amour (4 354 km)
Mékong (4 350 à 4 909 km)

Notes et références

Denis Diderot et Jean Le Rond d'Alembert, Encyclopédie ou dictionnaire raisonné des sciences, des arts et des métiers, t. 6, 1751-1752 (lire en ligne [archive]), p. 867
Jean-Pierre Carbonnel, « Cours d'eau » [archive], sur webworld.unesco.org (consulté le 18 mars 2016).
Lucien Foulet, « "Fleuve" et "rivière" », Romance philology,‎ janvier 1948, p. 285 (lire en ligne [archive], consulté le 18 mars 2016)
Roger Brunet (dir.), Les mots de la géographie, 1993, article « fleuve », pages 216-217
Denis Diderot, Encyclopédie ou dictionnaire raisonné des sciences, des arts et des métiers, t. XIV, Partie II, Lausanne et Berne, Sociétés typographiques, 1781, 992 p., p. 629-630
Nicolas Desmarest, Encyclopédie méthodique : Géographie-Physique, t. Premier, Paris, Agasse, 1828, 840 p., p. 67
Jacques-Yves Cousteau et Yves Paccalet, Les grands fleuves, coll. « Planète Océan », Robert Laffont, Poitiers, 1993, p. 99.
Laurent Touchart, Hydrologie : Mers, fleuves et lacs, Armand Colin, coll. « Campus », 2003, 192 p. (ISBN 2-200-28034-3, lire en ligne [archive])
Virginie Énée, « La Touques est-elle un fleuve ou une rivière? » [archive], sur ouest-france.fr, 17 février 2016 (consulté le 18 mars 2016).
Dictionnaire Larousse [archive]
Éric Turpin, « Le plus petit fleuve de France est encore plus petit » [archive], sur France Bleu Haute-Normandie, 14 août 2013 (consulté le 31 janvier 2014).
[PDF] Le circuit du plus petit fleuve de France. [archive].
Le Pichon, C., Gorges, G., Baudry, J., Goreaud, F., Boet, P. - 2009. Spatial metrics and methods for riverscapes: quantifying variability in riverine fish habitat patterns. Environmetrics, vol. 20, n^o 5, 15p.p. 512 - 526 Lien [archive]
C. Amoros et al. , Regulated Rivers , 1 , 17-36, 1987
Pont, D. - 2009. Global warming and Ecological assessment of Rivers in the context of the Water Framework Directive. International Conference. Implementation of the WFD in a context of adaptation to climate change. . 1 p. Lien vers site du Cemagref [archive]
Pont, D. - 2009. Impacts potentiels du changement climatique sur les communautés et les populations piscicoles : Bilan des programmes GICC. Séminaire Onema programme GICC (MEEDDAT) Changement climatique, impacts sur les milieux aquatiques et conséquences pour la gestion. Lien vers le Site du Cemagref [archive].
Pont, D. - 2009. Large river assessment and its relation to the WFD. Lien vers le site du Cemagref [archive].
Max Derruau, Les formes du relief terrestre. Notions de géomorphologie, Paris, Armand Colin, 1969, 2001, 8^e édition, (ISBN 978-2-200-21014-4), page 17
Janine Gibert, Pierre Marmonier, Marie-José Dole-Olivier, Sous les eaux vives prospère un univers de curiosités biologiques Un fleuve peut en cacher un autre [archive], La Recherche
Cilleuls, J. D. (1928). Revue générale des études sur le plancton des grands fleuves ou rivières. Internationale Revue der gesamten Hydrobiologie und Hydrographie, 20(1‐2), 174-206 (lien résumé [archive]).
« Environnement. Deux tiers des plus longs cours d’eau entravés par l’Homme », Ouest-France,‎ 9 mai 2019 (lire en ligne [archive])
Entre l'Amazone et le Nil, le plus long est sujet à débat depuis plus d'un siècle. Le consensus actuel est de considérer le Nil comme le plus long. Le lundi 20 octobre 2008, une étude affirme, image satellite à l'appui, que l'Amazone est le plus long fleuve du monde, avec 6 992 km. Néanmoins les mesures varient entre 6 259 et 6 800 km pour l'Amazone et 6 499 et 6 690 km pour le Nil :
- Dictionnaire Hachette : Nil = 6 671 km ; Amazone = 6 280 km
- Dictionnaire Larousse : Nil = 6 700 km ; Amazone = 7 000 km depuis les sources du Río Apurímac
Les différences provenant des méthodes de mesures et des différentes définitions de la source et de l'estuaire d'une rivière. En 2007, une équipe brésilienne a prétendu avoir découvert une nouvelle source pour l'Amazone qui tendrait à prouver que l'Amazone est plus long (voir en ligne sur nationalgeographic.com [archive] et earthobservatory.nasa.gov [archive])
https://www.courrierinternational.com/article/2008/10/16/quel-est-le-plus-long-fleuve-du-monde [archive]
Le Petit Larousse 2008
P. Carrière, article « Mississippi et Missouri », dans Encyclopædia Universalis, 2002
Roger Brunet (dir.), Géographie universelle : États-Unis, Canada, Paris, Hachette-Reclus, 1992, (ISBN 978-2-01-014829-3), p. 186

la localisation de la source de ce fleuve est controversée

Voir aussi

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Fleuve, sur Wikiquote

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Bibliographie

Roger Brunet (dir.), Les mots de la géographie, Paris, Reclus-La Documentation française, 1993, (ISBN 978-2-11-003036-8), article « fleuve », pages 217-218.
Fleuves et rivières de France [archive] (Association Française des EPTB).

Listes de fleuves par localisation

Autres articles connexes

Liens externes

Notices dans des dictionnaires ou encyclopédies généralistes
:
- Encyclopædia Universalis [archive]
- Encyclopédie Larousse [archive]
Notices d'autorité

:
- Gemeinsame Normdatei

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Typologie	Arroyo · Cours d'eau / sans source · Émissaire · Exutoire · Fleuve · Fleuve côtier · Fossé · Oued · Rivière · Ruisseau · Torrent
Caractéristiques générales	Affluent · Bassin versant / hydrographique · Canyon sous-marin · Chute / Cascade · Confluent · Défluent · Delta · Delta de rupture de levée · Diffluence · Eau de surface · Eaux noires · Embouchure · Endoréisme / Exoréisme · Estuaire · Exsurgence · Gorge · Ligne de partage des eaux · Nombre de Strahler · Ordre des cours d'eau · Perte · Plaine alluviale · Rapides · Ravin · Ravine · Réseau hydrographique · Résurgence · Rivière encaissée · Source · Talweg · Terrasse alluviale · Vallée · Vallée fluviale
Lit, profil	Anabranche · Armure · Banc de sable · Barre de méandre · Bassin de dissipation / sédimentaire · Berge · Boire · Bras · Cône de déjection · Continuum fluvial / sous-fluvial · Coupure de méandre · Cours d'eau en tresses · Déversoir · Embâcle naturel · Écoulement hélicoïdal · Gué · Île fluviale · Interface sédiment-eau · Lit (majeur, mineur) · Lône · Méandre · Mouille · Nassi · Niveau de base · Pente hydraulique · Potamal · Profil d'équilibre · Rampe · Ride de courant · Ripisylve · Rive (concave, convexe) · Rupture de pente · Sédiment · Seuil · Suspension · Vasière · Waard · Zone riparienne
Dynamique et mécanique fluviales	Affouillement Aggradation Alluvion Avulsion Boue Bras-mort Capture Charge de fond en suspension dissoute Charriage Coulée de boue Cours d'eau intermittent Crue Débit (module) Drainage Eau vive Équation de Exner Barré de Saint-Venant Érosion régressive Étiage Formules empiriques pour la détermination des charges Inondation Lave torrentielle Loi de Baer Darcy Hack Playfair Rajeunissement de rivière Rapides Régime hydrologique Ressaut hydraulique Ruissellement Sédimentation Temps de concentration Transport solide Turbidité
Sciences	Dynamique des fluides Hydraulique à surface libre fluviale Hydrographie Hydrologie Hydrométrie Hydromorphologie

Portail des lacs et cours d'eau

Mer

Pour les articles homonymes, voir Mer (homonymie) et Mers.

Mer

Type	Zone aquatique (en)

Caractéristiques
Composé de	Eau de mer

Photo prise face à la mer sur une plage chilienne.

Le grand océan planétaire, mis en valeur par ce mode de cartographie (projection de Fuller)

La mer est l'étendue d’eau salée, qui couvre la plus grande partie (environ 71 %) de la surface terrestre¹^,². Globalement interconnectée, avec alors le sens d'océan mondial, elle peut être ouverte comme la mer du Nord et la mer de Chine orientale ou partiellement enclavée comme la mer Méditerranée et la mer du Japon. Lorsqu'elle est totalement enclavée, comme la mer Caspienne et la mer Morte, c'est une mer fermée et même plutôt un lac salé³.

Depuis Magellan⁴ on y distingue les océans par leurs immenses étendues et leurs profondeurs abyssales⁵.

En astronomie, on parle de mer lunaire pour désigner une grande étendue sombre à la surface de la Lune.

Les définitions

Grande étendue d’eau salée

Cette définition englobe les océans, les mers ouvertes ou fermées ainsi que les grands lacs salés. Au sens large donc, la mer désigne toute l'étendue (en surface et volume) des eaux salées de surface qui recouvrent les trois quarts du globe terrestre. En ce sens, le mot mer est synonyme d'Océan mondial. On retrouve cette acception générique dans un contexte historique ou familier : par exemple l'opposition de la mer et de la montagne comme cadre préféré pour les vacances, ou encore : « la mer est bonne ? » pour évoquer sa température.

Au sens plus strict, en hydronymie, et quoique le plus souvent en contact avec un océan, la mer se distingue toutefois de ce dernier par sa position géographique généralement enclavée entre des masses terrestres, ou simplement limitée par le plateau continental : par exemple la Manche communique avec l’océan Atlantique par la mer Celtique, et elles partagent le même plateau continental (quoiqu'à une profondeur moyenne différente). Mais la Manche se distingue de la mer Celtique par sa position médiane entre les côtes sud de l’Angleterre et les côtes nord de la France, alors que la mer Celtique se situe entre les côtes sud de l'Irlande, les côtes sud-ouest de l’Angleterre et les côtes nord-ouest de la France. Dans ce sens plus strict et sauf exceptions, une mer est généralement d'étendue et de profondeur moindres qu'un océan.

Une mer en contact avec un océan peut aussi se distinguer de celui-ci par des conditions physiques particulières : par exemple, la Méditerranée communique avec l’océan Atlantique par le détroit de Gibraltar. Mais elle se distingue de l’océan par sa position presque entièrement circonscrite entre l’Europe, l’Asie (Proche-Orient) et l’Afrique et par des conditions maritimes différentes : différentiel de température entre l’océan et la mer, influence climatique différente (par le différentiel de température terre/mer en moyenne plus élevé en Méditerranée par exemple), qui permettent de distinguer le climat océanique du climat méditerranéen ; mais aussi : faune et flore distinctes, marée de plus faible amplitude pour la Méditerrané, etc. Autre exemple : la mer des Sargasses avec son accumulation d’algues brunes au large de la Floride se distingue de façon plus arbitraire de l’océan Atlantique.

Le terme de mer est aussi utilisé pour désigner certains grands lacs, en particulier lorsqu’ils n’ont pas de cours d'eau dans lesquels ils se déversent. C’est le cas par exemple de la mer Caspienne, de la mer Morte ou encore de la mer d'Aral. Au sens strict, il s'agit bel et bien de lacs (salés), mais on parle aussi de « mers fermées ».

Définition selon le droit international Droit de la mer

En droit international, on appelle « mer » l’espace situé au-delà de la laisse de basse mer.

La mer comprend :

le fond marin (parfois dénommé plancher océanique) ;
la colonne d’eau et la surface ;
l’espace aérien surjacent.

Physique

Les mouvements de la mer

La mer est en perpétuel mouvement. Dans l’antiquité, celui-ci était attribué à des divinités : les colères de Poséidon, les jeux des Néréides, les monstrueux Charybde et Scylla.

Les mouvements de la mer sont complexes ; pour mieux les analyser, ils sont décomposés en mouvements élémentaires, dont les causes et les lois peuvent être étudiées séparément.

On distingue des mouvements ondulatoires, sous forme d’oscillations verticales :

la houle est provoquée par le vent ; sa période est de l’ordre de la seconde ou de la dizaine de secondes et son amplitude peut atteindre plusieurs dizaines de mètres ;
le clapotis est le mouvement que l’on constate dans un port, c’est la combinaison des houles réfléchies sur les parois ;
les seiches, constatées dans les ports et les bassins ; d’une période variant d’une minute à plusieurs minutes, leurs amplitudes sont faibles ;
la marée est due à l’attraction de la lune et du soleil ; sa période est d’environ 12 heures, et son amplitude, très variable en fonction du lieu géographique, peut atteindre plus de dix mètres.

Les mouvements des courants sont des déplacements horizontaux :

les grands courants ont pour origine des différences de densité de l’eau de mer (due à des différences de salinité ou de température). Ils sont considérés comme constants ;
des courants plus localisés sont engendrés par le vent ou par les marées. Ils peuvent prendre un caractère giratoire et engendrer de grands tourbillons comme le célèbre Saltstraumen (Maelstrom).

Des mouvements isolés peuvent être causés par des phénomènes catastrophiques (séismes, éruptions volcaniques, glissements de terrain) sous forme de tsunamis, d’ondes solitaires ou solitons.

Salinité

Une caractéristique de l’eau de mer est d’être salée. Cette salinité est de l’ordre de 37 g/l (3,7 %) en Méditerranée et 300 g/l (30 %) pour la mer Morte, d'environ 35 dans les océans (dont 27 g de chlorure de sodium, 5 g d'autres chlorures et 3 g composés de sulfates, carbonates et bromures). Il y a donc un kilogramme de sels dans environ 28 (= 1000/35) litres d’eau de mer.

Le sel de mer est un composé dont le nom complet en chimie est chlorure de sodium. Il tend à se dissoudre dans l’eau jusqu’à une concentration de saturation de 359 g/l. Si on tente d’augmenter la concentration au-delà de cette valeur, par évaporation de l’eau, une partie du sel revient à l’état solide (solidification ou cristallisation) et se dépose. La valeur de la salinité des mers étant largement inférieure, le sel ne se dépose pas au fond des mers. Comme il ne s’évapore pas non plus, il est piégé dans la mer.

Certains sols et roches continentales contiennent du sel. Lorsque ces roches sont exposées à la pluie ou aux écoulements d’eau souterrains, une partie du sel sera dissous et rejoindra les rivières puis la mer. Étant donné que ce sel ne reste pas mais est constamment évacué, la salinité des rivières restera la plupart du temps très basse.

Les dépôts de sel peuvent se faire naturellement lorsque la concentration en sel d’une mer ou d’un lac salé a augmenté au-delà de la saturation. Cela peut se produire dans des zones continentales où il n’existe aucun écoulement vers les océans, comme la Mer Morte.

Un autre cas est celui de la Méditerranée, qui à certaines époques géologiques a fonctionné comme un marais salant : sa liaison avec les océans au détroit de Gibraltar étant plus étroite, elle ne permettait pas les échanges d’eau dans les deux sens comme cela se produit actuellement. D’autre part, l’évaporation étant plus forte que les précipitations et apports d’eau douce (ce qui est toujours le cas), c’est donc un apport océanique qui compensait le déficit. Il y avait donc une entrée de sel qui n’était compensée par aucun export. Cela a entraîné des dépôts de sel très importants au fond de la Méditerranée et a semble-t-il eu également une influence sur la salinité des océans. En effet l’estimation de l’apport de sel à l’océan global par l’ensemble des rivières au cours des temps géologiques est supérieure d’au moins un ordre de grandeur à la masse de sel dissoute dans les océans.

Niveau des mers

Le niveau des mers s'élève, notamment sous l'effet de la fonte des glaces continentales et une dilatation thermique de l'eau provoquée par le réchauffement du climat. L'élévation du niveau des mers constitue un grave défi pour toutes les populations côtières ainsi que pour l'économie de nombreux pays⁶.

La mesure précise du niveau des mers est possible depuis 1993 grâce à des satellites (Topex-Poséidon, puis Jason-1 et Jason-2)⁶.

Cependant, les physiciens ont remarqué que le niveau des océans monte moins vite que ce que la fonte des glaces ne le laisserait supposer. Selon une étude publiée dans la revue Global and planetary change vers novembre 2008, le niveau des mers a monté de 3,3 mm par an de 1993 à 2003 et de 2,5 mm par an depuis 2003. L'étude attribue ce décalage au réchauffement plus lent des mers⁶.

Depuis 2003, la fonte des glaces contribue pour 1,9 mm par an à la montée des mers, pour moitié due à la fonte des deux calottes polaires et pour moitié à la fonte des glaciers d'altitude⁶.

Propriétés optiques

Intensité en fonction de la longueur d'onde à différentes profondeurs.

Les rayons lumineux en provenance du Soleil sont considérablement atténués au fur et à mesure qu'ils pénètrent profondément dans la mer. L'infrarouge, puis la couleur rouge sont les premières longueurs absorbées (dès les premiers mètres)⁷.

Classification

Par océan

Une découpe des océans a été faite par l’Organisation hydrographique internationale (OHI)⁸. Certaines mers présentent également d’éventuelles subdivisions. Voir la liste des mers et océans.

Par type

Plusieurs classifications existent, la classification en droit de la mer ne recoupe que peu la classification océanographique, certains termes synonymes en océanographie prennent une signification plus précise en géologie ou en géographie. La classification utilisée ici est celle généralement utilisée par la géographie bien que d'un ouvrage à l'autre des différences puissent apparaître. Les termes utilisés ne sont pas nécessairement exclusifs, par exemple la Manche est bordée par des masses continentales et recouvre une partie d'un plateau continental aussi est-elle parfois qualifiée de mer intercontinentale et de mer épicontinentale⁹. Une dénomination en fonction de la température des eaux de surface des mers existe aussi mais est peu employée, on parle dans ce cas de mer tropicale, mer tempérée ou mer polaire.

Mers méditerranéennes

Une mer méditerranéenne est une mer presque fermée communiquant avec l'océan. Les mers méditerranéennes se subdivisent à leurs tours en mer intercontinentale et intracontinentale suivant le nombre de continents les bordant. L'exemple type de ces mers est la mer Méditerranée. Dans ces mers, la profondeur du détroit les liant aux océans est faible ce qui empêche la création de courant profond permettant le mélange des eaux profondes.

Mers épicontinentales

Une mer épicontinentale est une mer recouvrant une portion d'un plateau continental. Pour les océanographes ou les géographes mer marginale est un synonyme, pour les géologues une mer est dite marginale seulement si elle se trouve sur des marges continentales géologiquement actives¹⁰, sur les marges de l'océan Pacifique par exemple et non pas sur celles de l'Atlantique qui sont passives.

Mers bordières

Une mer bordière est une mer en communication large avec l'océan qu'elle borde, elles sont souvent épicontinentales et ce terme est parfois utilisé comme un synonyme de mer épicontinentale, ces mers participent généralement à la dynamique des océans qu'elles bordent et la distinction entre ces mers et l'océan proche est plus fréquemment géographique, écologique ou juridique qu'océanographique.

Mers intérieures

Une mer intérieure est une mer ne communiquant qu'avec une autre mer. Les mers intérieures sont fréquemment des mers méditerranéennes.

Mers fermées

Une mer fermée est une mer ne communiquant avec aucune autre mer ou océan.

Singularités : la mer Morte n'est pas une mer intérieure mais un lac salé ; juridiquement, la mer Caspienne n'est pas considérée comme une mer.

Métiers et carrières de la mer

La mer et les océans offrent de nombreuses formations et carrières de tous niveaux et dans différents domaines¹¹. Des formations de master pluridisciplinaires sont proposées dans les universités marines.

Mer et sociétés

Aspects économiques

Le parasol mer constitue une ressource économique majeure pour les régions côtières : pêche, tourisme, transport et logistique (activité portuaire), salines.

Aspects anthropologiques

De plus en plus d’études anthropologiques portent sur la mer par divers cas de figure, dont voici quelques exemples contemporains que Artaud souligne¹² :

les enjeux politiques de revendications d'accès à la mer de nombreuses communautés autochtones comme en Australie avec pour un des arguments la tradition historique ;
les enjeux économiques de droits d'exploitations des ressources en eaux internationales ou en Arctique ;
les enjeux environnementaux de la montée des eaux et la submersion de certains pays, îles et territoires ;
les enjeux sociaux de la traversée de la Méditerranée par les personnes en quête d'un statut de réfugiées ;
les débats autour des Aires Marines Protégées et tout ce qui a trait à la protection des eaux et leur gestion.

Les chercheuses et chercheurs en anthropologie commencent à s'intéresser aux rapports multiples des sociétés à la mer autour des années 1970-1980. Deux grandes approches sont d'abord surtout utilisées. D'un côté, une lecture matérialiste à la manière de Hugo¹³ et de Poggie¹⁴, alors qu'un imaginaire de conquête, de lutte et d'étrangeté de la mer était mis de l'avant. De l'autre, une lecture continentale qui implique des parallèles avec la terre, dont la mer serait le prolongement, et offrant des signes pour être comprise par les humains. C'est ce qu'on retrouve entre autres chez Gladwin¹⁵ et Lewis. Avec l'arrivée de la mondialisation, les approches pour parler de la mer deviennent plus politiques et impliquent de plus en plus de prises de positions, en raison des enjeux économiques, juridiques et écologiques sous-jacents. Ceci a aussi pour conséquence selon Artaud¹² de centrer les recherches moins sur les imaginaires que sur les personnes en lien avec la mer : scientifiques, militants, associations et institutions.

Journées de la mer et des océans

La journée mondiale de la mer a lieu chaque année, le 29 septembre¹⁶.

La journée mondiale de l'océan a lieu chaque année, le 8 juin. Elle a été mise en place par l'Assemblée Générale des Nations unies en 2008¹⁷.

La Commission européenne a proposé en 2008 la date du 20 mai pour célébrer la mer en Europe¹⁸, pour valoriser la culture et le patrimoine maritime. Cette journée pourra se traduire par des opérations « portes ouvertes » (ports ouverts), des actions environnementales impliquant notamment musées et aquariums, conférences, etc. la Commission fournissant gratuitement des informations et brochures sur cette initiative. La Commission organise un European Maritime Day (EMD)¹⁹ dans une ville différente chaque année.

Symbolique

Dans l'Antiquité, les Grecs et les Romains voyaient la mer comme étant un espace réservé aux dieux. Les bains d'eau de mer avaient donc une symbolique purificatrice qui est resté dans la culture chrétienne qui lui fait suite. Poussée par la nécessité de faire oublier les cultures païennes pour se poser en seule religion d'État, l'Église chrétienne a fait de la mer un espace diabolique^{[réf. souhaitée]}.

La haute mer, comme la montagne, a longtemps majoritairement été perçue par plusieurs peuples comme un milieu hostile et dangereux (grands-fonds peuplés de créatures mythiques ou fantastiques : Léviathan de la Bible, Scylla dans la mythologie grecque, Isonade dans la mythologie japonaise, kraken dans la mythologie nordique) tout en suscitant la curiosité, servant essentiellement de réserve de ressources naturelles (en particulier de protéines grâce aux poissons).

Cette donnée semble avoir été modifiée en Occident avec le mouvement du préromantisme de la fin du XVIII^e siècle, puis du romantisme du début XIX^e siècle. La beauté naturelle de la mer a été célébrée par les poètes romantiques : son apparence infinie, la force de ses tempêtes, etc. La mer s'est alors parée de certaines valeurs humaines, telle la liberté (Le fameux « homme libre, toujours tu chériras la mer » de Baudelaire). Il s'est ensuivi un attrait particulier pour le littoral comme lieu de villégiature pour la bourgeoisie du XIX^e siècle.

En France l'arrivée des congés payés en 1936 a permis aux employés les plus aisés de passer des vacances en bords de mer. L'extension des congés payés à 3 puis 4 semaines a finalement démocratisé l'accès à la mer pour en faire aujourd'hui un symbole de vacances. Il s'est ensuivi un attrait particulier pour le littoral comme lieu de villégiature pour la bourgeoisie du XIX° siècle^{[réf. souhaitée]}.

Notes et références

« Mer » [archive], sur cnrtl.fr (consulté le 25 avril 2022)
« Mer Littré » [archive] (consulté le 25 avril 2022)
« Le statut juridique de la mer Caspienne : Mer ou lac ? » [archive], sur ridi.org (consulté le 21 juin 2022)
« Quelles sont les différences entre une mer et un océan ? » [archive], sur mer-ocean.com (consulté le 25 avril 2022)
« Océan » [archive]
Un ralentissement énigmatique de l'élévation du niveau des mers, in Le Monde, 28 novembre 2008, p. 4.
Le milieu marin : propriétés physiques, 2004 [archive]
[PDF]« International Hydrographic Organization, Limits of Oceans and Seas (1953), ref S-23. » [archive], sur ohi.shom.fr.
« La Manche, Encyclopædia Universalis » [archive], sur www.universalis.fr.
« Mer marginale, université du Québec à Montréal, F. Besré » [archive], sur www.er.uqam.ca.
« Métiers de la mer - Institut Océanographique » [archive]
Artaud Helène (2018) "Mer [archive]", in Anthropen.org, Paris, Éditions des archives contemporaines.
Hugo, Victor, 1802-1885. et Impr. Brodard & Taupin), Les travailleurs de la mer : précédé de L'archipel de la Manche, Paris, Librairie générale française, 2002, 674 p. (ISBN 2-253-16105-5 et 9782253161059, OCLC 469055588, lire en ligne [archive])
Poggie, J.J., « Maritime Anthropology: Socio-Cultural Analysis of Small-Scale Fishermen’s Cooperatives: Introduction », Anthropological Quaterly, vol. 53, n^o 1,‎ 1980, p. 1-10
Gladwin, Thomas, 1916-, East is a big bird : navigation and logic on Puluwat Atoll., Harvard University Press, 1970, 260 p. (ISBN 978-0-674-03762-5, 0674037626 et 0674224264, OCLC 434586600, lire en ligne [archive])
« Journée mondiale de la mer 29 septembre » [archive], sur un.org (consulté le 21 août 2022)
United Nations, « Journée mondiale de l'océan | Nations Unies » [archive], sur United Nations (consulté le 21 août 2022)
Commission européenne, 20 mai : une Journée maritime européenne pour célébrer nos mers et nos océans [archive].

Commission européenne, European Maritime Day (EMD) [archive].

Voir aussi

Sur les autres projets Wikimedia :

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mer, sur le Wiktionnaire (thésaurus)
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Mer, sur Wikiquote

Bibliographie

Cyrille P. Coutansais, La Terre est bleue. Atlas de la mer au XXI^e siècle, Les Arènes, 2015, 184 p.
L'atlas 2015 des Enjeux maritimes, Infomer, 2014, 140 p.
L'invention des vacances, Sciences Humaines n°305, juillet 2008

Liens externes

Il existe une catégorie consacrée à ce sujet : Mer.

Ressource relative à la musique
:
- MusicBrainz
Notice dans un dictionnaire ou une encyclopédie généraliste
:
- Store norske leksikon [archive]
Notices d'autorité

:
Livre vert de l’Union européenne [archive]Vers une politique maritime de l’Union : une vision européenne des océans et des mers (2007)
Tout sur la mer, le dossier multimédia de francetv éducation [archive]

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v · m

Mers du monde (selon l’OHI)

Océan Arctique

Baffin · Barents · Beaufort · Blanche · Groenland · Kara · Labrador · Laptev · Lincoln · Melville · Norvège · Passage du Nord-Ouest · Prince-Gustave-Adolphe · Sibérie orientale · Tchouktches · Wandel

Océan Atlantique

Argentine · Baltique (dont Väinameri) · Caraïbes · Celtique (dont Iroise) · Écosse · Hébrides · Irlande · Irminger · Manche · Nord · Sargasses · Scotia
Méditerranée	Adriatique · Alboran · Azov · Baléares · Mer Égée (dont Crète, Myrto, Icarienne et Thrace) · Ionienne · Libye · Ligurie · Marmara · Noire · Sardaigne · Sicile · Tyrrhénienne

Océan Austral

Amundsen · Bellingshausen · Cosmonautes · Davis · Coopération · Lazarev · Mawson · Riiser-Larsen · Roi Haakon VII · Ross · Scotia · Somov · Dumont d'Urville · Weddell

Océan Indien

Andaman · Arabie · Arafura · Laquedives · Canal du Mozambique · Golfe Persique · Rouge · Timor

Océan Pacifique

Bali · Banda · Béring · Bismarck · Bohol · Camotes · Célèbes · Chine méridionale · Chine orientale · Corail · Florès · Halmahera · Japon · Jaune (dont Bohai) · Java · Luçon · Moluques · Okhotsk · Philippines · Salomon · Savu · Céram · Intérieure de Seto · Sibuyan · Sonde · Sulu · Tasman · Visayan

Mers fermées

Aral (dont petite mer d'Aral) · Caspienne

Océan

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Pour les articles homonymes, voir Océan (homonymie).

Animation montrant les découpages possibles en 5, 4, 3 ou 1 seul océan(s).

Le grand océan planétaire, mis en valeur par la projection de Fuller.

Un océan est souvent défini, en géographie, comme une vaste étendue d'eau salée comprise entre deux continents. En fait, il s'agit plutôt d'un volume, dont l'eau est en permanence brassée par des courants marins. Approximativement 70,8 % de la surface de la Terre est recouverte par l'Océan mondial, communément divisé en cinq océans — Pacifique, Atlantique, Arctique, Austral, Indien — et en plusieurs dizaines de mers. Avec une profondeur moyenne de 3 682 mètres¹, les océans représentent 96 % du volume biosphérique².

L'océan mondial, qui abrite la majorité des espèces vivantes sur Terre (50 à 80 % selon les estimations)³^,⁴, génère plus de 60 % des services écosystémiques qui nous permettent de vivre, à commencer par la production de la majeure partie de l'oxygène que nous respirons⁵. Il absorbe environ 30 % des émissions de CO₂ générées par l'humanité, ce qui provoque son acidification⁶.

L'océan mondial régule à plus de 80 % le climat de la Terre. Il joue un rôle majeur dans la température terrestre.

L'océan normal (appelé aussi océan de Sverdrup) est un concept utilisé en océanographie physique pour désigner un océan homogène en température (T° uniforme de 2 à 4 °C sur les 3 700 mètres de profondeur⁷), en pH (les ions carbonates et bicarbonates dissous donne à l'eau de mer un pH basique, mais de 1751 à 2004, le pH des eaux superficielles des océans a diminué, passant de 8,25 à 8,14 en raison de leur acidification⁸) et en salinité (teneur en sels de l'ordre de 35 ‰)⁹.

Cet article traite principalement de l'océan terrestre actuel mais d'autres océans sont également détaillés.

Généralités

Étymologie

Le mot « océan » vient de la divinité Océan (en grec ancien Ὠκεανός / Ôkeanós)¹⁰, l'aîné des Titans dans la mythologie grecque.

Longtemps, pour les Européens, toute étendue d'eau salée s'appelait « mer » et la plus grande d'entre elles, « mer océane ». C'est celle-là que Christophe Colomb a traversée. La nomination des océans évoluera lors de la découverte du « grand océan » que Magellan a parcouru. Il trouva cette étendue océanique bien calme et la dénomma « océan Pacifique »¹¹. C'est à ce moment-là que sur les cartes apparaissent enfin l'océan Atlantique, l'océan Pacifique, puis l'océan Indien, l'océan Austral et l'océan Arctique.^{[réf. nécessaire]}

Depuis, les géographes et océanographes ont donné des critères : les mers sont donc plus petites, sans qu'il existe une taille limite¹².

Découpage

Limites des 5 océans.

Sur Terre, on appelle « océan Mondial », « océan Planétaire » ou encore plus simplement « l'Océan » (avec une majuscule)¹³ la grande étendue d'eau salée ininterrompue encerclant les continents et les archipels. L'Océan a été traditionnellement subdivisé en trois grands ensembles (Atlantique, Indien et Pacifique), séparés par des limites de continents, mais aussi distingués par leurs caractéristiques structurelles, composition et circulation de l'eau.

Découpage grand public

Pour le grand public, on parle généralement des « cinq océans » suivants, par superficie décroissante :

Nom	Superficie	% des océans	Remarques
Océan Pacifique	165 250 000 km²	43,5	C’est le plus grand et le plus profond des océans puisqu'il recouvre 1/3 de la surface de la planète. Le volcanisme aérien ou sous-marin y est important dans sa partie centrale et occidentale. Il est très ouvert au sud vers l'océan Antarctique et quasiment fermé au nord par le détroit de Béring.
Océan Atlantique	106 400 000 km²	28,0	C’est le 2^e océan par sa superficie. Il s'étend du nord au sud sur une largeur de 5 000 km de moyenne et présente peu de volcanisme. Le fond de cet océan est jeune et il reçoit une grande quantité d'eau douce avec les nombreux fleuves qui s'y jettent comme l'Amazone, le Congo, le Saint-Laurent, etc.
Océan Indien	73 556 000 km²	19,4	Il est situé au sud de l'Asie entre l'Afrique et l'Australie. Il n'est quasiment présent que dans l'hémisphère Sud.
Océan Austral	20 327 000 km²	5,4	Il entoure le continent antarctique et ses limites sont moins nettes que les autres océans.
Océan Arctique	14 090 000 km²	3,7	Il est centré sur le pôle Nord et est de petite taille et peu profond. Il est entouré de nombreuses terres et recouvert d'une épaisse couche de glace. L'océan Arctique a été officiellement adopté par l'OHI, mais sa faible superficie lui vaut d'être parfois qualifié de « mer Glaciale Arctique »¹³.

Découpage de l'Organisation hydrographique internationale

Article détaillé : Liste des océans et mers du monde selon l'OHI.

Si le découpage était à l'origine assez arbitraire, l'Organisation hydrographique internationale propose actuellement des délimitations précises pour chacun d'entre eux.

Le premier texte de référence date de 1928 ; celui-ci délimite sept océans¹⁴ :

les océans Atlantique Nord, et Atlantique Sud ;
les océans Pacifique Nord et Pacifique Sud ;
l'océan Indien ;
l'océan Arctique ;
l'océan Austral.

La troisième édition de Limites des océans et des mers¹⁵ est celle qui est en vigueur. Elle est accompagnée de trois cartes :

Carte mondiale¹⁶ ;
Méditerranée¹⁷ ;
Indonésie¹⁸.

Les océans Atlantique et Pacifique sont divisés au niveau de l'équateur en océans Atlantique nord et Atlantique sud et Pacifique nord et Pacifique sud. Chacun est à son tour découpé en mers, golfes, baies, détroits, etc. Il existe également des étendues d'eau salée prises à l'intérieur des continents, comme la mer Caspienne, la mer d'Aral, Grand Lac Salé ou encore la mer Morte. Mais, bien que certains soient nommés « mers » en raison de leur taille ou de leur salinité, à proprement parler ils ne sont pas des mers mais des lacs salés, puisqu'ils ne communiquent pas directement avec l'Océan.

Dans l'édition courante de Limites des océans et des mers¹⁵, l'océan Austral est inexistant car ses limites font l'objet de désaccords et n'ont pas été ratifiées à ce jour.

« L’océan Austral n’a pas toujours été reconnu. […] il disparaît en 1953 dans la troisième édition du texte de l’OHI. Depuis 2009, un groupe de travail s’occupe de mettre à jour ce texte, mais celui-ci n’a toujours pas été ratifié »

— Christian Grataloup et Vincent Capdepuy¹⁴.

Un projet de quatrième édition¹⁹ est consultable en ligne. Ce projet découpe le monde maritime ainsi :

Océan Atlantique nord et ses subdivisions ;
Mer Baltique et ses subdivisions ;
Mer Méditerranée et ses subdivisions ;
Océan Atlantique sud et ses subdivisions ;
Océan Indien et ses subdivisions ;
Mer de Chine méridionale et mers des archipels orientaux ;
Océan Pacifique nord et ses subdivisions ;
Océan Pacifique sud et ses subdivisions ;
Océan Arctique et ses subdivisions ;
Océan Austral et ses subdivisions.

Hydronymie

Le Conseil national de l'information géographique²⁰ a défini la nomenclature des espaces maritimes²¹ en collaboration avec :

La Commission nationale de toponymie du CNIG²² (CNT/CNIG) représente la France auprès du Groupe d'experts des Nations unies pour les noms géographiques (GENUNG, en anglais UNGEGN).

Dimensions

Points les plus profonds des cinq océans²³
Océan	Profondeur	Nom du point	Latitude	Longitude
Arctique	5 669 m	Molloy Deep (en) (détroit de Fram)	79,137 ° N	2,817 ° E
Atlantique	8 408 m	Axe de la fosse de Porto Rico	19,613 ° N	67,847 ° W
Indien	7 290 m	Fosse de Java (en) (point sans nom)	11,20 ° S	118,47 ° E
Pacifique	10 925 m	Challenger Deep (fosse des Mariannes)	11,332 ° N	142,202 ° E
Austral	7 385 m	Fosse des Sandwich du Sud (point sans nom)	60,33 ° S	25,28 ° W

Les océans recouvrent environ 361 millions de kilomètres carrés²⁷, soit 70,8 % de la surface du globe. Leur volume total atteint 1,37 milliard de kilomètres cubes²⁹ et leur profondeur moyenne est de l'ordre de 3 700 à 3 800 mètres³⁰. Près de la moitié des eaux océaniques dépasse 3 000 m de profondeur ; le point le plus profond est la fosse des Mariannes, avec 11 020 m de profondeur³¹. La masse volumique de l'eau de mer se situant entre 1 020 et 1 035 kg/m³, la masse totale des eaux océaniques est d'environ 1,4 × 10²¹ kg, soit 0,023 % de la masse totale de la Terre³²^,³³ (et près de 2 % ou 1/50^e de la masse de la Lune qui est de 7,3 × 10²² kg).

Océanographie

Article détaillé : Océanographie.

L'océanographie est la science étudiant les mers et océans ; elle a véritablement débuté avec les grandes explorations des XVIII^e et XIX^e siècles. À la croisée de multiples domaines, on la divise couramment en quatre grandes branches³⁴^,³⁵ :

La géologie marine qui étudie les fonds marins ;
L'océanographie physique qui étudie les caractéristiques physiques (vagues, marées, courants…) ;
L'océanographie chimique qui s'occupe de la composition de l'eau et de son interaction avec l'atmosphère ;
La biologie marine qui étudie la vie des océans.

On ajoute parfois à ces disciplines la météorologie maritime et l'ingénierie maritime³⁶. Ces différents aspects des océans sont décrits ci-dessous.

Géologie marine : les fonds sous-marins

Ouverture et fermeture d'un océan, décrits sur ce cycle orogénique.

Quelques caractéristiques d'un bassin océanique.

Si les océans s'asséchaient ?

La géologie marine décrit la structure du fond des océans : géologiquement, un océan est un plancher océanique recouvert par de l'eau. Le plancher ou croûte océanique se distingue de la croûte continentale, par :

Sa composition : le plancher océanique est la fine couche de basalte volcanique solidifié qui recouvre le manteau là où il n'y a pas de continents. La croute océanique a aussi une lithologie plus basique que la croûte continentale ;
Son épaisseur : 5 à 7 km en moyenne, contre 30 km en moyenne pour la croûte continentale ;
Une densité plus importante de 3,24 à 3,27, contre 2,7 à 2,8 pour la croûte continentale.

La croûte océanique est aussi la plus jeune, puisqu'elle est formée par les épanchements de lave au sommet des dorsales océaniques. Ainsi, les plus anciennes roches trouvées provenant de la croûte continentale datent de 3 700 millions d'années, tandis que les plus anciennes provenant de la croûte océanique datent de 220 millions d'années. La transition entre croûtes océanique et continentale s'effectue au niveau du plateau continental, soit de façon graduelle (marge passive), soit de façon plus brutale avec une marge active ou zone de subduction. Les géologues observent que les océans se forment généralement dans des zones déjà fracturées, correspondant à la zone de suture d'anciennes chaînes de montagnes. Ainsi, l'océan Atlantique s'est formé en faisant rejouer des failles qui s'étaient déjà mises en place lors de l'orogenèse hercynienne (à l'origine de la Pangée).

La géomorphologie sous-marine distingue les grandes caractéristiques des fonds. Près des côtes, on trouve le plateau continental, de pente très faible et descendant jusqu'à 130–150 m. La pente plus accentuée (4 à 5° en moyenne, localement plus forte) qui lui succède est le talus continental qui descend jusqu'à 2 000–3 000 mètres, avec à son pied le glacis continental où s'accumulent les sédiments. Ces ensembles forment la marge continentale ou précontinent¹³. La majeure partie du fond des océans est formée de plaines abyssales entre 3 000 et 6 500 mètres, de pente très faible.

Ces paysages sous-marins connaissent des interruptions : les canyons sous-marins entaillent le talus continental, parfois jusqu'au plateau continental sous forme de gouf. Les plaines abyssales sont parsemées de collines abyssales peu élevées³⁷ et coupées par les longues fosses sous-marines parfois très profondes, et les dorsales, similaires aux chaînes de montagne sur terre. Au milieu des dorsales, le rift profond (1 500 et 1 800 m) est l'endroit où la nouvelle croûte se crée par épanchement de lave. Le volcanisme sous-marin donne aussi d'autres paysages comme les monts sous-marins et les volcans sous-marins, devenant des îles volcaniques lorsqu'ils émergent.

On estime en 2016 que seuls 10 % des fonds marins en dessous de 200 m de profondeur ont été explorés³⁸.

Océanographie chimique : l'eau de mer

Article détaillé : Eau de mer.

L'eau de mer est l'eau salée des mers et des océans de la Terre. On dit qu’elle est « salée » parce qu'elle contient des substances dissoutes, les sels, constitués d'ions, principalement des ions halogénures comme l'ion chlorure et des ions alcalins comme l'ion sodium. On trouve 30 à 40 g de sels dissous pour 1 kg d'eau de mer. L'eau salée s'oppose à l'eau douce, qui contient moins de 1 g de sels dissous par kilogramme. La masse volumique de l'eau de mer à la surface est d'environ 1,025 g/ml, supérieure de 2,5 % à celle de l'eau douce (1 g/ml) à cause de la masse du sel et de l'électrostriction.

Océanographie physique : l'eau en mouvement

L'eau des océans est loin d'être immobile : elle est au contraire constamment en mouvement, même quand l'absence de vent lui fait prendre l'aspect d'un miroir. il existe ainsi des mouvements oscillatoires de faible période (les vagues et la houle) ; des mouvements oscillatoires de plus grande période (marée, oscillation d'inertie, tsunamis et ondes de tempête) ; et les mouvements non oscillatoires, c'est-à-dire les courants marins non liés à des forces périodiques (courant géostrophique, courant d'Ekman). L'océanographie physique étudie les mouvements et propriétés des eaux marines.

Sur une échelle de temps plus longue, l'eustatisme désigne la variation du niveau moyen de la mer (voir l'article sur l'élévation du niveau de la mer).

Vagues

Vague déferlante créée par le passage d'un ferry.

Articles détaillés : Vague et Houle.

Les vagues peuvent être créées par le passage des objets dans l'eau (comme pour le sillage d'un bateau), par la rencontre de courants (comme pour le mascaret créé par la marée), mais le plus souvent sont créées par le vent soufflant à la surface. Les fluctuations de pression associées à la turbulence du vent créent des ondes très courtes, les vagues capillaires, mais aussi plus longues, vagues. La hauteur, la période et la longueur des vagues va s'accroître avec la force du vent (mesurée sur l'échelle de Beaufort), la distance sur laquelle il souffle (le fetch) et la durée pendant laquelle il souffle.

Si la mer du vent désigne les vagues activement générées par le vent local, la houle désigne une mer du vent qui s'est propagée hors de la région où elle a été générée³⁹. Cette « transformation » de la mer du vent en houle se produit aussi lorsque le vent faiblit et n'est capable que d'entretenir les vagues les plus courtes. Si le vent a soufflé suffisamment fort, longtemps et/ou sur une assez grande distance, la houle en sera d'autant mieux formée, avec une longueur plus élevée et une plus grande énergie emmagasinée. La houle peut ainsi parcourir d'immenses distances, même en l'absence de vent⁴⁰ ; on parle alors de « houle résiduelle ». Malgré leur apparence régulière et sinusoïdale, les vagues et la houle ne sont pas parfaitement périodiques, et ne peuvent pas être réduites à une courbe mathématique simple. On utilise l'analyse spectrale pour les décomposer en somme d'ondes simples.

Mouvement de l'eau dans un train de vagues par faible profondeur (Animation).

Mouvement de l'eau dans un train de vagues par grands fonds (Animation).

Le mouvement des vagues est circulaire en eau libre, et son amplitude se réduit alors que la profondeur augmente. On considère qu'à une profondeur égale à la moitié de la longueur d'onde, le mouvement peut être considéré comme nul¹³ ; les vagues ne concernent donc qu'une mince couche de l'océan. En eau peu profonde, en revanche, le mouvement s'aplatit : il devient elliptique près de la surface, et quasiment horizontal près du fond. Les vagues approchant d'une côte finissent donc par s'aplatir sur une pente douce (comme une plage) mais au contraire se cambrent et finissent par déferler lorsque les fonds remontent plus brutalement. La morphologie du littoral entraîne aussi leur diffraction et réfraction.

Parmi les vagues particulières, on peut citer les seiches, ondes stationnaires générées dans les baies très fermées, et les vagues scélérates, vague ou groupe de vagues isolé d'amplitude exceptionnelle rencontrées parfois par des navires.

Ondes de tempête et tsunamis

Le tsunami de décembre 2004 arrivant en Thaïlande.

Articles détaillés : Onde de tempête et Tsunami.

La période de la houle peut atteindre plusieurs dizaines de secondes, mais dépasse rarement trente secondes. Des ondes plus longues existent : il y a d'une part les « infravagues » d'une période de trente secondes à cinq minutes¹³, associées aux groupes de vagues ; d'autre part, les phénomènes exceptionnels que sont les ondes de tempête et les tsunamis. Les marées sont traitées dans la section suivante.

Les ondes de tempête surviennent sous une dépression ou un cyclone tropical : la baisse de pression atmosphérique fait localement monter le niveau de la mer, ce que le vent et la force de Coriolis peuvent aggraver. Si la configuration des côtes est telle que l'onde ainsi créée se déplace avec la dépression, un effet de résonance amplifie l'onde jusqu'à lui faire atteindre des proportions dévastatrices⁴¹.

Les tsunamis sont causés par des phénomènes tectoniques : séisme, glissement de terrain sous-marin, éruption sous-marine. Ils peuvent aussi provenir d'une explosion nucléaire sous-marine ou de l'impact d'une météorite. Créés en profondeur avec une grande longueur d'onde (période de l'ordre de l'heure), ils transportent une énergie bien plus grande que la houle puisque l'onde parcourt toute la hauteur d'eau. Peu visibles en haute mer (leur amplitude ne dépasse guère le mètre), ils se déplacent à haute vitesse (~800 km/h) et déferlent sur les côtes, pouvant dépasser les dix mètres d'amplitude.

Marées

Différence entre marée haute et marée basse à La Flotte, île de Ré.

Article détaillé : Marée.

Les marées sont un ensemble d'ondes longues, de période de 12 ou 24 heures généralement. Elles ont pour origine l'attraction gravitationnelle (plus précisément la force de marée) de la Lune et dans une moindre mesure de celle du Soleil. Cette onde se déplace à la surface des océans et se voit affectée par la force de Coriolis et la configuration des terres : au lieu d'avoir une onde unique parcourant la Terre en suivant le mouvement de la Lune, on trouve des configurations complexes, comme des ondes tournant autour de points fixes (les points amphidromiques). L'onde-marée a une vitesse dépendant de la profondeur (de l'ordre de 400 nœuds dans l'Atlantique), et de même pour sa longueur d'onde. Celle-ci atteint 9 000 kilomètres dans l'Atlantique (par 4 000 mètres de fond) et 1 400 kilomètres en Manche par 100 mètres de fond⁴².

Représentation des points amphidromiques, des lignes cotidales, de l'amplitude de la marée et du sens de déplacement de l'onde, pour le terme M2 (influence de la Lune).

La forme des côtes peut créer un effet de résonance amplifiant le marnage ; les plus grandes marées se trouvent ainsi dans des baies formant un entonnoir, comme la baie d'Ungava, la baie de Fundy, le canal de Bristol ou la baie du Mont-Saint-Michel. Inversement, les plus faibles marées se trouvent au milieu des océans très ouverts (0,2 mètre à Tahiti) et dans les mers très fermées comme en Méditerranée ou dans la Baltique⁴². L'amplitude des marées varie aussi avec les lunaisons : les marées sont plus fortes aux nouvelles lunes et aux pleines lunes, lors des syzygies, ce sont les marées de vives-eaux.

L'onde de marée comprend un terme semi-diurne (de période 12 heures) et un terme diurne (de période 24 heures). Selon les bassins, l'influence de chaque terme peut être plus ou moins grande. Sur les côtes d'Europe occidentale, le terme semi-diurne prévaut, il y a donc deux hautes mers et deux basses mers chaque jour. Le terme diurne prévaut par exemple en mer de Chine méridionale ou dans le golfe du Mexique. La marée peut aussi être mixte (comme à Victoria), semi-diurne avec des inégalités diurnes (comme à Seattle), ou encore être affectée par les côtes, comme à Southampton où deux hautes mers se succèdent ou le détroit de Cook où la basse mer succède rapidement à la haute mer.

Courants marins

Carte des courants marins de 1943.

Article détaillé : Courant marin.

Les courants marins ont différentes origines. Les courants de marée sont en phase avec la marée, et sont donc quasi périodiques ; ils peuvent atteindre plusieurs nœuds à certains endroits, notamment autour des pointes. Les courants non périodiques ont pour origine les vagues, le vent et les différences de densité.

Le vent et les vagues créent des courants de surface (appelés « courants de dérive »). Ces courants peuvent se décomposer en un courant quasi permanent (qui varie à l’échelle de quelques heures) et un mouvement de dérive sous l’effet du mouvement rapide des vagues (à l’échelle de quelques secondes)⁴³. Le courant quasi permanent est accéléré par le déferlement des vagues, et, dans une moindre mesure, le frottement du vent à la surface⁴⁴.

Cette accélération du courant se fait dans la direction des vagues et du vent dominant. Toutefois, quand l’eau est assez profonde, la rotation de la terre change la direction du courant au fur et à mesure que la profondeur augmente, tandis que les frottements diminuent leur vitesse. À une certaine profondeur, le courant voit même sa direction s’inverser et sa vitesse s’annuler : c’est la spirale d’Ekman. L’influence de ces courants se fait sentir essentiellement dans la couche mélangée à la surface de l’océan, parfois jusqu’à 400 à 800 mètres de profondeur maximum. Ces courants peuvent varier considérablement avec les saisons. Si la couche mélangée est très peu épaisse (10 à 20 mètres), le courant quasi permanent en surface a une direction très oblique par rapport à la direction du vent, et il est quasiment homogène sur la verticale, jusqu’à la thermocline⁴⁵.

En profondeur en revanche, les courants marins sont causés par les gradients de température et de salinité entre les masses d’eau.

En zone littorale, le déferlement des vagues est si intense et la profondeur si faible, que les courants atteignent souvent 1 à 2 nœuds.

Masses d'eau

Bloc diagramme présentant les différentes masses d'eau et structures océaniques de l'océan Austral.

Les courants isolent des masses d'eau qui se caractérisent par leur température, leur salinité et par les communautés d'organismes qu'elles abritent, en particulier les diverses espèces de phytoplancton et de zooplancton. Ces courants se traduisent ainsi par une structuration latitudinale des masses océaniques en fonction de leurs propriétés physiques, chimiques et biologiques⁴⁶.

Météorologie marine

Article détaillé : Météorologie marine.

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Biologie marine : la vie dans les océans

Les différents biotopes océaniques.

Article détaillé : Biologie marine.

La biologie marine est la science qui a pour objet d'étudier la vie marine, et donc océanique, sous toutes ses formes. Alors que la mer recouvre 71 % de la surface de notre planète, de par leur profondeur, les océans représentent un volume habitable 300 fois supérieur à celui des habitats terrestres. C'est en cela que la vie océanique est particulière : les 3 dimensions de l'espace sont beaucoup plus occupées que sur Terre. La profondeur joue un rôle très important dans la répartition des espèces.

Les espèces sont en général réparties en fonction de leurs rapports avec le milieu. Une dichotomie est fréquemment réalisée entre le domaine pélagique, peuplé par le pélagos, et le domaine benthique, peuplé par le benthos. Le pélagos est l'ensemble des organismes occupant une colonne d'eau, alors que le benthos est l'ensemble des organismes occupant les fonds marins ou leur surface. Le pélagos est subdivisé en plancton et necton, ce dernier étant l'ensemble des organismes dont la capacité de nage est telle qu'il peut se déplacer contre les courants, les organismes du plancton n'en étant pas capables.

Ce genre de classification aura toutefois des limites, car certains organismes peuvent par exemple être benthiques durant la plus grande partie de leur existence et devenir pélagiques pour se reproduire comme certains Annélides Polychètes comme Néréis ou Syllis (de)¹³, et de la même façon, on peut trouver des espèces qui sont benthiques le jour et pélagiques la nuit, tels de nombreux crustacés du genre Cumacés¹³.

Relations être humain - océan

Selon des données récentes⁴⁷ seuls 4 % environ de l'océan mondial serait relativement épargné par les activités humaines et environ 40 % serait très fortement affecté, essentiellement dans l'hémisphère Nord, près des pays industrialisés, en Manche-mer du Nord, mer de Chine et le long des littoraux nord-américains ainsi que du Sri Lanka⁴⁸.

La perception de la vulnérabilité de l'océan évolue. À titre d'exemple, mi-2009, 76 % des Français interrogés jugeaient mauvaise la santé des océans⁴⁹, 70 % d'entre eux estimant que les mesures de protection étaient insuffisantes⁴⁹. 78 % approuvent le développement d’activités plus respectueuses de l’environnement pour protéger la mer, mais seulement 11 % souhaitent une diminution de ces activités⁴⁹.

Exploration

Article détaillé : Océanographie.

Si le trajet sur la surface les océans est pratiqué de longue date, l'exploration des fonds marins ne fut possible que récemment^[Quand ?].

Le point le plus profond des océans est l'abysse Challenger de la fosse des Mariannes, situé dans l'océan Pacifique près des îles Mariannes du Nord. Complètement exploré en 1951 par le navire britannique Challenger II, un sondeur bathymétrique multifaisceau monté sur le navire Kilo Moana enregistre en 2009 une profondeur de 10 971 m⁵⁰.

Le plancher océanique est presque inexploré et n'est pas cartographié. Une carte globale des fonds marins avec une résolution de 10 km, créée en 1995 sur la base des anomalies gravitationnelles de la surface océanique, est en constante amélioration⁵¹, grâce à l'accumulation des mesures altimétriques [archive], dont on calcule une moyenne.

Ressources naturelles et services écosystémiques

L'écosystème océanique et côtier génère une grande biodiversité marine. En s'appuyant sur une revue de la littérature, il est possible d'identifier 74 services écosystémiques directement liés à la biodiversité marine et côtière⁵² :

des services de prélèvement ou d'approvisionnement : contribution aux énergies renouvelables (énergie marémotrice) et non renouvelables (gisement de gaz et de pétrole), matériaux de construction (plus de 15 milliards de tonnes sont extraits dans le monde chaque année, soit un tonnage équivalent à la production naturelle de ces sédiments par les fleuves⁵³), molécules à activités pharmacologiques variées (le criblage d'organismes marins en ayant apporté plus de 15 000 en 2011, telles que la roscovitine, la bryostatine (en))⁵⁴, pêcheries, ressources halieutiques (la FAO estime qu'en 2014, chaque humain consomme en moyenne plus de 20 kg/an de poisson⁵⁵. Cette augmentation de la consommation qui était de l'ordre de 6 kg/an en 1950 et de 12 kg/an en 1980, est en grande partie due à la forte croissance de l’aquaculture, qui fournit désormais la moitié du poisson destiné à la consommation humaine, et dans une moindre mesure, de l'amélioration de l’état de certains stocks de poissons due à une meilleure gestion des pêches⁵⁶) ;
des services de support ou de soutien : productivité primaire et secondaire, maintien du cycle de vie pour la faune et la flore, participation aux cycles biogéochimiques (par exemple les scientifiques estiment que le phytoplancton fournit entre 60 et 80 % de l'oxygène de l'air⁵⁷) ;
des services de régulation : régulation du climat notamment (séquestration du carbone, émission du DMS, produit par le plancton, qui contrôle la formation des nuages et stabilise le climat selon l'hypothèse CLAW), prévention de l’érosion (mangroves, dunes), traitement des eaux usées ;
des services culturels : écotourisme, loisirs (pêche récréative, baignades, sports nautiques), bénéfices spirituels (support d'inspiration, support pour les croyances religieuses), recherche (Hodgkin et Huxley obtiennent le Prix Nobel de physiologie ou médecine en 1963 pour avoir élucidé en 1939 les mécanismes ioniques du potentiel d'action sur un axone géant de calmar).

Pollution

Article détaillé : Pollution marine.

L'océan Mondial est le réceptacle de nombreuses pollutions apportées par l'air, par les rivières, par les littoraux ou directement en mer (impacts des forages pétroliers et des extractions de sables, granulats, algues… déchets, dégazages, sédiments et boues de curage et munitions immergées. Les accidents, dont marées noires en sont une autre source importante.

L'ONU s'inquiète de voir des phénomènes de vastes « zones mortes » apparaître (plus d'une centaine dans le monde en 2003), dont sur de vastes masses d'eau en aval du Mississippi, ou en mer Baltique. Selon l'ONU, « près de 40 % des océans sont considérés comme « lourdement affectés » par les activités humaines, dont la pollution, la diminution des stocks de poisson, la destruction d'habitats côtiers tels que les récifs de coraux, les mangroves et les algues marines, ainsi que l'implantation d'espèces aquatiques envahissantes »³⁸.

Une étude du Global ocean oxygen network (GO2NE), groupe de travail créé en 2016 par la Commission océanographique intergouvernementale de l’UNESCO, représentant 21 institutions dans 11 pays, révèle qu'au cours des 50 dernières années^[Quand ?], la proportion de zones de haute mer dépourvues de tout oxygène a plus que quadruplé et que les sites à faible teneur en oxygène situés près des côtes ont été multipliés par 10 depuis 1950. Les scientifiques estiment que la teneur en oxygène va continuer à chuter dans ces deux types de zones au fur et à mesure que la Terre se réchauffera ; pour mettre un terme à ce déclin, il est nécessaire de limiter le changement climatique et la pollution par les nutriments, en particulier les engrais et les eaux usées⁵⁸.

Une étude de WWF parue en 2019 indique que la quantité de déchets plastiques accumulée dans l’océan pourrait doubler d’ici 2030 et atteindre 300 millions de tonnes⁵⁹.

Vortex de déchets

Article détaillé : Vortex de déchets.

Les gyres océaniques concentrent les matières polluantes mondiales causées par les rejets et les activités humaines. Ces zones polluées, appelées vortex de déchets, sont présentes dans chacun des cinq principaux gyres océaniques, notamment celui du Pacifique nord et celui de l'Atlantique nord. Cette pollution engendre la mort de nombreuses espèces de la faune marine, notamment par ingestion de matières plastiques. Cette pollution étant située dans les eaux internationales, aucun des États ne souhaite engager un nettoyage massif de ces zones de l'océan.

Protection des océans

La sécurité maritime est gérée sous l'égide de l'ONU par l'organisation maritime internationale (OMI).

Une conférence mondiale des océans⁶⁰ s'est réunie à Manado, en Indonésie, qui engage ses parties à mieux protéger l'océan mondial, et qui s'est conclue par une déclaration (Déclaration de Manado⁶¹). La Commission européenne met en place une « stratégie en faveur du développement de la région de la mer Baltique »⁶², qui invite et veut aider les États de la région balte à mieux prendre en compte l'environnement.

En 2019, les scientifiques indiquent que le réchauffement des océans est beaucoup plus rapide que ce qui était précédemment estimé⁶³. Le nombre de jours de canicule marine a augmenté de 54 % entre les périodes 1925-1954 et 1987-2016. La fréquence des pics de chaleur a augmenté en moyenne de 34 % tandis que leur intensité s’est accrue de 17 %⁶⁴.

Le réchauffement climatique pourrait, à lui seul, provoquer une disparition de 17 % de la masse des animaux marins d’ici 2100, selon l'Académie nationale des sciences des États-Unis⁶⁵.

Chaque année, le 8 juin est la journée mondiale consacrée aux océans. En 2020, l'UNESCO prévoit un événement exceptionnel sur la compréhension des mondes marins dans le but d'encourager les bonnes pratiques et d'assurer la protection des milieux⁶⁶.

Mythologie

Article détaillé : Océan (mythologie).

La représentation mythologique de l'océan a varié en fonction des époques et des cultures. Une représentation lui a été attribuée au sein des populations vivant à proximité de l'océan, mais également au sein de populations en étant plus éloignées. Parfois, l'océan est assimilé à la mer dans la mythologie et les récits religieux (dans les mythologies sémitiques, par exemple, où le terme mer signifie parfois également océan⁶⁷). Parfois, il en est distingué (voir ci-dessous).

Mythologie hellénique

Dans la mythologie grecque, Océan est un Titan, fils d'Ouranos (le Ciel) et de Gaïa (la Terre)⁶⁸. Il est souvent représenté sous la forme d'un vieillard assis sur les vagues de l'océan, avec un pique à la main et un monstre marin à côté de lui. Il tient une urne et verse de l'eau, symbole de la mer, des fleuves et des fontaines⁶⁹. L'océan Atlantique est associé par Platon à l'île légendaire de l'Atlantide⁷⁰. Les Grecs le représentent également comme un gigantesque fleuve encerclant le disque plat de la terre⁷¹.

Mythologie celtique

Il est difficile d'identifier une représentation unitaire ou dominante de l'océan à travers la mythologie celtique. Néanmoins, l'océan y fait l'objet de diverses légendes et pratiques cultuelles. Chez les Bretons, la mythique cité d'Ys est localisée dans l'océan. Les Dioscures, auxquels certains Celtes auraient voué un culte, étaient considérés comme des êtres venus de l'océan. Dans la mythologie irlandaise, le Manannan Mac Lir est une divinité présentée comme étant le fils de l'océan. Avalon, le paradis celtique, était également représenté comme île de l'Atlantique, aux côtés de nombreuses autres îles légendaires de l'océan, telles que « Tir na n-Og », la Terre des Jeunes, « Tir na m-Beo », la Terre des Vivants, « Mag Meld », la Plaine de plaisir, « Tir Tairngine », la Terre du bonheur, « Mag Mor », la Grande Plaine, « Tir Aill », l'Autre Monde, ou encore « Tir na m-ban », la Terre des Femmes⁷².

Mythologie méso-américaine

Les populations précolombiennes du Mexique ont, pour certaines, également fait une place mythologique à l'océan. C'est le cas des Aztèques, qui l'ont personnifiée en la divinité de Chalchiutlicue. Dans la mythologie et religion mayas, la divinité Kukulkan a émergé de l'océan.

Mythologie japonaise

L'océan tenait dans la mythologie japonaise, et le shintoïsme, une place importante. Il était associé (sans lui être directement identifié) à Ryujin, dragon-roi des océans, ancêtre du clan impérial japonais. Il est également le théâtre de nombreux récits aïnous comme les Yukar et les uepeker.

Relations entre océans et climat

Cette section ne cite pas suffisamment ses sources (avril 2022).

Les océans jouent un rôle majeur dans le contrôle du climat global, notamment en atténuant les différences de température entre les régions polaires et équatoriales : les eaux froides s'enfoncent près des pôles et sont redistribuées par les courants océaniques profonds ; les eaux chaudes sont redistribuées de l'équateur vers les pôles par la circulation océanique de surface. La forme des océans (globalement allongés nord-sud) a une grande importance, dans le passé géologique elle a été différente au gré de la dérive des continents et l'influence des océans sur le climat a été quantitativement différente.

Les océans et les mers épicontinentales jouent également un rôle crucial dans la régionalisation du climat, notamment en assurant un climat plus tempéré et plus humide à proximité des côtes qu'à l'intérieur des continents et en imposant un régime de moussons dans certaines régions du globe. Les courants marins sont également importants, ils sont par exemple à l'origine de la différence climatique entre les bordures occidentale et orientale de l'Atlantique Nord.

Les océans sont aussi des acteurs importants du cycle du carbone, notamment par une forte dissolution du dioxyde de carbone près des pôles, son stockage en profondeur et un certain relargage dans les régions équatoriales. Globalement, les océans absorbent une partie importante du CO₂ rejeté dans l'atmosphère par les activités humaines et atténuent ainsi le réchauffement climatique, par rapport à ce qu'il serait en leur absence. Mais l'efficacité de cette absorption diminue au fur et à mesure du réchauffement des eaux. L'augmentation de la concentration des eaux en CO₂ augmente aussi leur acidité, avec des conséquences potentiellement critiques pour les organismes vivant en milieu marin.

Autres océans

Océans disparus

Au Trias, la Téthys divisait la Pangée en deux supercontinents, Laurasia et Gondwana.

La tectonique des plaques ayant reconfiguré la physionomie de la Terre au cours des ères géologiques, il a existé plusieurs océans par le passé, désormais disparus (cette liste n'est pas exhaustive, et les dates sont approximatives) :

Panthalassa (Protérozoïque, −900 à −650 millions d'années), le vaste océan entourant le supercontinent de la Pangée, dont l'océan Pacifique est le « reste » ;
l'océan Iapétus (Précambrien-Silurien, −630 à −420 millions d'années), précurseur de l'Atlantique ;
Tornquist (en) (Cambrien-Ordovicien, −600 à −450 millions d'années), l'océan méridional entre Baltica et Avalonia ;
l'océan Rhéique (Silurien-Dévonien, −500 à −380 millions d'années), Europe et Amérique ;
l'océan Centralien (Silurien-Dévonien, −440 à −410 millions d'années), océan situé sur l'actuelle Europe de l'Ouest et notamment la France ;
Paléotéthys (Silurien-Trias, −430 à −250 millions d'années), séparait le Gondwana et le Laurussia au Paléozoïque ;
Téthys (Permien-Crétacé, −250 à −55 millions d'années), situé entre le Gondwana et la Laurasie au Mésozoïque, et dont il subsiste la Méditerranée.

Le terme « Panthalassa » est aussi utilisé pour tous les cas où la plupart des mers du globe se sont retrouvées réunies en un seul bassin principal : son usage est donc sujet à débat chez les géologues, ainsi que ses bornes historiques.

Océans extraterrestres

Cette section ne cite pas suffisamment ses sources (mai 2020).

Notes et références

(en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Ocean » (voir la liste des auteurs).

Daniel Desbruyères, Les trésors des abysses, Éditions Quae, 2010 (lire en ligne [archive]), p. 14.
(en) R E Hester, R M Harrison, Chemistry in the Marine Environment, Royal Society of Chemistry, 2007, p. 13.
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Jean-Pierre Sanchez, « Chapitre III. Les Îles mystérieuses de l'Atlantique », dans Mythes et légendes de la conquête de l'Amérique, Presses universitaires de Rennes, coll. « Histoire », 18 juillet 2018 (ISBN 978-2-7535-2442-2, lire en ligne [archive]), p. 49–66

Voir aussi

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Sources et bibliographie

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Liens externes

Notices dans des dictionnaires ou encyclopédies généralistes
:
- Encyclopædia Britannica [archive]
- L'Encyclopédie canadienne [archive]
Notices d'autorité

:
- Bibliothèque nationale tchèque
- Bibliothèque nationale de Lettonie
Plateforme océan et climat [archive] (partage de connaissances à l'intention des décideurs)
Organisation hydrographique internationale [archive]
La cartographie des habitats marins [archive]
Océan et climat [archive] sur le site de l'Ifremer
Océans : Que reste-t-il à découvrir ? [archive] sur le site du CNRS

[afficher] v · m Régions du monde

Colline

Pour les articles homonymes, voir Colline (homonymie).

Pour les articles ayant des titres homophones, voir Coline et Colleen.

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Collines de Swifts Creek (Australie).

Une colline est un relief généralement modéré et relativement peu étendu qui s'élève au-dessus d'une plaine ou d'un plateau et se distingue dans le paysage¹. Les collines peuvent être isolées ou se regrouper en champs de collines.

Étymologie

Le mot colline est mentionné pour la première fois en 1555 . Il s’agit d’un emprunt probable à l'italien collina, lui-même issu de la locution bas latin loca collina, le terme collinus étant dérivé du latin collis « colline »².

La nature récente de l’emprunt explique l'absence du mot colline dans la toponymie française traditionnelle (hormis dans de rares créations très récentes). C'est pourquoi il est généralement rendu par l’appellatif toponymique mont, sous forme préfixée Mont- (exemple : Montgommery, Montmartre) ou suffixée -mont (Chaumont, Caumont, Bracquemont, etc.). On trouve aussi le terme plus récent de butte pour désigner une colline de faible altitude, souvent à sommet aplati. On le reconnaît dans la butte Montmartre, les buttes Chaumont à Paris ou encore la butte Chaumont, une des collines les plus élevées de Normandie. Il s’agit dans ce cas de trois toponymes pléonastiques.

Cependant, il existe une grande variété de termes dialectaux dont la plupart ont aujourd’hui disparu. Ainsi, en Normandie, on dénombre de nombreuses appellations médiévales pour désigner une colline ou une hauteur, dont certains ont pu subsister jusqu’à nos jours. Ainsi, un petit mont se dit-il dialectalement mouchel, d’où les nombreux le Mouchel. Ailleurs, on peut trouver le Moussel, tandis qu'à l'est la forme commune est plutôt Moncel. Ces mots sont des versions dialectales ou anciennes équivalentes au mot monceau du français standard, ce dernier ayant le sens plus restreint de « tas, amas ». Tous sont issus ultimement du bas latin monticellus qui signifie précisément « colline ». On trouve aussi en Normandie l'ancien terme de Hogue ou Hougue (Nord Cotentin), le premier se référant plutôt à une colline boisée, le second ayant simplement le sens de colline ou de hauteur, voire de tas dans les marais de la Dives. Ainsi trouve-t-on par exemple un village Les Hogues dans l'Eure ou Saint-Vaast-la-Hougue dans la Manche. Ils procèdent tous deux de l'ancien scandinave haugr « tumulus, tas, colline » (accusatif pluriel hauga) cf. islandais haugur; norvégien haug « colline ».

Définition

Contrairement aux pays anglophones qui distinguent les collines (hills) des montagnes (mountains) en fonction de leur dénivelé (la limite est à 600 mètres environ), il n'existe pas dans les pays francophones de limite officielle (une particularité dont l'auteur joue dans le titre du film L'Anglais qui gravit une colline mais descendit une montagne).

En particulier, de modestes collines (de 100 à 600 mètres) sont parfois qualifiées de montagne lorsque leur forme est abrupte, lorsque leur présence contraste beaucoup dans un paysage très plat ou lorsqu'elles constituent une barrière assez étendue à l'horizon. En outre, ces collines ont souvent conservé leur dénomination toponymique ancienne de mont.

En français, la dénomination colline est donc très subjective, tout comme celle de mont par le passé. L'emprunt à l'italien a sans doute représenté une tentative imparfaite pour échapper à la polysémie et au champ sémantique très large du terme mont.

Colline de Planoise, à Besançon (Doubs).
Les Malvern Hills, chaîne de collines dans l'ouest de l'Angleterre, Royaume-Uni.
Le Mont Palatin, une des sept collines de Rome.

Notes et références

« Colline : définition » [archive], sur http://www.cnrtl.fr/ [archive], CNRTL (consulté le 20 mars 2017)

« Colline : étymologie » [archive], sur http://www.cnrtl.fr/ [archive], CNRTL (consulté le 20 mars 2017)

Voir aussi

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colline, sur le Wiktionnaire

Article connexe

Butte (géomorphologie)

[masquer]

v · m

Reliefs et modelés naturels de la Terre

Reliefs structuraux

de montagne (orographique)	Butte Chaîne Cheminée de fée Chevron Cirque (Makhtesh) Cluse Col Colline Combe Crêt Crête Massif Mont Rift Pic Talweg Val Vallée Versant
de plaine	Altiplano Bassin sédimentaire Dépression Fontis Monolithe Oasis Piémont Plaine alluviale
de plateau	Butte (Butte-témoin) Causse Cuesta Hamada Mesa Plateau océanique Trapp

Modelés

Hydrographique (cours d'eau)	Cascade / Chute Cône de déjection Embouchure Delta Estuaire Gorge / Canyon Lac Lit (majeur, mineur) Méandre Rapides Terrasse alluviale Vallée fluviale
Éolien	Désert de sel Dune Erg Reg Rocher-champignon Rose des sables Ventifact Yardang
Glaciaire	Calotte glaciaire Cirque glaciaire Crevasse Esker Glacier Inlandsis Lac glaciaire Moraine Nunatak Vallée glaciaire Verrou glaciaire
Karstique	Aven (ou adugeoir, barrenc, bétoire, chourun, embùt, endousoir, endouzoère) / Gouffre (ou Abîme) / Igue / Scialet · Abri sous roche · Caverne / Grotte · Cénote · Doline (ou cloup, emposieu, sotch, sótano, tiankeng) / Ouvala · Émergence - Exsurgence - Résurgence · Glacière · Lapiaz · Perte / Chantoire (ou chantoir, tchantwère) · Pinacle · Poljé · Trou bleu (ou black hole, blue hole) · Tsingy
Littoral	Atoll Banc de sable Cap Cordon littoral Tombolo Côte Falaise Fjord Île Isthme Lagune Péninsule Plage Presqu'île Récif
Maritime / Océanique	Baie Barrière de corail Bassin océanique Détroit Dorsale Fosse océanique Glacis continental Golfe Haut-fond Mont sous-marin Plaine abyssale Plateau continental Talus continental
Volcanique	Caldeira Cône Cratère Dôme de lave Geyser Île Lac de cratère Neck Volcan

Concepts généraux

Critères descriptifs	Altitude Collision continentale Croûte terrestre Dénivelé Érosion Exposition Interfluve Orogenèse Pente Relief inversé, appalachien, jurassien, de plissement Relief ruiniforme Seuil Subduction Surrection
Sciences	Géodésie Géographie Géomorphologie Géomorphométrie Gravimétrie Hydromorphologie Karstologie Tectonique des plaques Topographie

Portail de la montagne

Prairie

Cette page d’homonymie répertorie les différents sujets et articles partageant un même nom.

Nom commun

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prairie, en écologie : milieu ouvert, caractérisé par une végétation principalement herbacée, à dominance de graminées
- Prairies, savanes et terres arbustives tempérées
  - prairie fleurie : type particulier de prairie ou de pré naturel ou créé et entretenu par l'homme
  - prairie humide : formation végétale
  - prairie permanente (si elle n'est pas labourée ou retournée pour être convertie en autre culture ou pour un autre usage (forêt, urbanisation...)
- Prairies et savanes inondées
- Prairies, savanes et terres arbustives tropicales et subtropicales
- Prairies et terres arbustives de montagne
prairie, en agriculture : culture de plantes fourragères, principalement composée de graminées et de légumineuses, destinée à être pâturée ou fauchée

Nom propre

Toponyme

Canada

La Prairie, ville de la Montérégie, au Québec
La Prairie, circonscription électorale provinciale du Québec
La Prairie, ancienne circonscription fédérale du Québec (1867-1896 et 1968-1997)
Brossard—La Prairie, circonscription électorale fédérale du Québec
Laprairie—Napierville, ancienne circonscription fédérale du Québec (1896-1935)
Beauharnois—Laprairie, ancienne circonscription fédérale du Québec (1935-1949)
Châteauguay—Huntingdon—Laprairie, ancienne circonscription fédérale du Québec (1949-1968)
Les Prairies : provinces de l'Alberta, de la Saskatchewan et du Manitoba
Grande Prairie : ville canadienne de l'Alberta

États-Unis

Prairie, Grandes plaines de l'ouest de l'Amérique du Nord situées entre le Mississippi et les Montagnes Rocheuses
Grand Prairie : ville américaine de l'État du Texas
Prairie Avenue : voie nord-sud de South Side à Chicago (Illinois)
Rivière La Prairie : Cours d'eau de l'État du Minnesota et affluent du fleuve Mississippi
La Prairie : ville du Minnesota
Prairie du Chien : localités des États-Unis

France

La Prairie, espace vert de 90 hectares à proximité du centre de Caen
La Prairie, école d'éducation nouvelle située à Toulouse France

Nom propre non toponymique

Prairie, type de locomotive à vapeur
La prairie, marque suisse de produits cosmétiques du groupe Beiersdorf
La Renault Prairie, nom utilisé pour désigner la Renault Colorale Prairie, et qui peut aussi désigner tous les modèles de ce véhicule.

Voir aussi

Laprairie (homonymie)

Catégorie :

Homonymie

Steppe

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Répartition de diverses steppes sous des latitudes tempérées (en jaune) et subtropicales (en orange)

Une steppe (du russe : степь, step) désigne en biogéographie plusieurs types de formations végétales composées d'étendues d'herbes dépourvues d'arbres, pouvant être denses ou clairsemées, sous des latitudes diverses (tempérées à tropicales).

Le nom de « steppe » provient du russe : степь (step), qui désigne la steppe eurasienne, un écosystème de prairie tempérée en Eurasie centrale. Le terme a été repris pour désigner d'autres formations végétales dans le monde qui sont diverses et parfois plus arides¹ :

des steppes froides, tel que la steppe à armoise aux États-Unis ou la steppe patagonienne ;
des steppes subtropicales, tel que le veld sud-africain ou l'outback australien.

Annexes

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steppe, sur le Wiktionnaire

Liens externes

Notices dans des dictionnaires ou encyclopédies généralistes
:
- Encyclopædia Britannica [archive]
- Store norske leksikon [archive]
Notices d'autorité

Notes et références

(en) A. John Arnfield, « Köppen climate classification » [archive], Encyclopædia britannica (consulté le 23 juin 2017)

Forêt

Pour les articles homonymes, voir Forêt (homonymie).

Carte mondiale des paysages forestiers intacts (en vert) et des zones forestières dégradées (en jaune)¹^,².

La FAO souligne la place des forêts dans l'ensemble des biomes mondiaux, ses évaluations des ressources forestières mondiales en 2010 rappelant qu'elles couvrent 31 % de la superficie des terres émergées (soit 10 % de la surface du globe)³. 93 % de la superficie des forêts du monde est formée de forêts naturelles (forêts primaires et forêts secondaires qui se sont régénérées naturellement). Les forêts primaires occupent 36 % de la superficie forestière totale. Les autres forêts naturellement régénérées en représentent 57 %, tandis que les forêts plantées en représentent 7 %⁴.

Inlandsis et déserts polaires
Toundra
Taïga ou forêt boréale
Forêts feuillues caducifoliées tempérées
Prairies
Forêts sempervirentes subtropicales
Forêts sempervirentes méditerranéennes
Forêts de mousson
Déserts arides
Déserts et broussailles xérophytes
Steppe aride
Déserts semi-arides
Savanes
Savanes et forêts claires
Forêts tropicales caducifoliées
Forêts sempervirentes tropicales
Toundra alpine
Forêts de montagne

Forêt tropicale d'Amérique du Sud

Vue d'une forêt tempérée mixte

Vue intérieure d'une forêt tempérée mixte en France.

Bush australien.

Forêt inondée en Pologne.

Forêt tempérée de résineux
îles San Juan, État de Washington.

Une forêt ou un massif forestier est une étendue boisée, relativement grande, constituée d'un ou plusieurs peuplements d'arbres, arbustes et arbrisseaux (fruticée), et aussi d'autres plantes indigènes associées. Les définitions du terme « forêt » sont nombreuses en fonction des latitudes et des usages.

Un boisement de faible étendue est dit bois, boqueteau ou bosquet selon son importance.

Divers types de forêts existent ; des forêts primaires aux forêts dites urbaines, avec les gradients intermédiaires⁵. Il existe également de nombreux types d'exploitation des forêts (sylviculture, ligniculture, agrosylviculture…).

Les forêts sont aussi un milieu de vie et une source de revenus pour l'être humain : au début du XXI^e siècle, plus de cinq cent millions de personnes⁶, dont cent cinquante millions d’autochtones^{[réf. nécessaire]}, vivent en forêt ou à ses abords. Elles abritent une grande richesse écologique, concentrant 80 % de la biodiversité terrestre mondiale recensée.

L'action de l'Homme dans plusieurs régions de la planète conduit à une destruction ou une surexploitation des forêts. Cela engendre une importante déforestation qui concerne surtout actuellement les forêts tropicales et dans une moindre mesure la taïga. La moitié des forêts de la planète a été détruite au cours du XX^e siècle⁷. Il n'y a pas de gouvernance mondiale des forêts, ni de convention internationale, mais l'ONU a mis en place un Forum des Nations unies sur les forêts (FNUF).

Étymologie

Le terme générique forêt

Forêt de lauriers (laurisylve) sur l'île de la Palma.

En boisements plus ouverts, la strate herbacée, plus éclairée, s'exprime plus densément.

L'origine du mot forêt est complexe. Il a remplacé à partir du XII^e siècle, sous la forme forest « vaste étendue de terrain peuplée d'arbres »⁸, l'ancien français selve, du latin silva, « forêt ». L'anglais forest est un emprunt au français⁹^,¹⁰, l'allemand Forst, forêt exploitée (vieux haut allemand forst, attesté vers 800)¹¹ est sans doute également apparenté.

Le mécanisme de cette substitution semble passer par les rois mérovingiens puis carolingiens, sous lesquels le terme de bas latin foresta désignait un territoire à part, dont la jouissance était réservée au roi, les forêts royales. Ces territoires pouvaient aussi bien être des bois, des landes, ou des terres en eau (rivière, étang, lac et même mer), mais étaient généralement non cultivés et réservés à la chasse ou à la pêche.

Ainsi Jacques-Joseph Baudrillart écrit-il en 1825, dans son Dictionnaire général des Eaux et Forêt¹² à l'article « Forêt » : « Nos premiers rois avaient des domaines particuliers, appelés villa regia, ou foreste dominicum, qu'ils faisaient administrer par des officiers désignés sous le nom de juges, auxquels ils recommandaient particulièrement la conservation de leurs forestae, mot générique qui comprenait alors les étangs royaux pour le poisson, en même temps que le bois pour le pâturage. »

On pouvait par exemple parler, sous Charles-le-Chauve, de la foresta des pêches de la Seine. On trouve dans les capitulaires de Charlemagne (747-814) l'expression silva forestis pour désigner des étendues boisées relevant du domaine royal. Les termes foresta, ou silva forestis ont alors valeur juridique, désignant un « territoire soustrait à l'usage général »¹³ zone dans laquelle il est défendu de défricher et où la chasse ou la pêche sont gardées. Progressivement, le terme s'est spécialisé pour ne plus désigner que les étendues boisées relevant du roi ou d'un seigneur, tandis que d'après Baudrillart (op. cit.) apparaissait l'expression les eaux et forêts, ou les eaux-forêts, dans un sens proche du sens initial de forestae.

Forêt tropicale

L'origine de foresta est plus controversée. On a longtemps évoquée une origine germanique, par un terme vieux bas francique *forhist non attesté, avec perte du [h] à l'époque mérovingienne *forist, qui serait un dérivé du vieux bas francique *forha « sapin » (cf. allemand Föhre « pin sylvestre », anglais fir « sapin »), le suffixe -ist ayant une valeur collective, d'où le sens de « sapinière, forêt de sapins ». Cette explication est aujourd'hui délaissée, l'origine de foresta semblant bien plutôt romane, mais avec deux hypothèses concurrentes cependant.

Selon une première hypothèse, fondée sur le sens juridique donné à foresta par les mérovingiens et les carolingiens, il proviendrait du latin classique forum (forum puis tribunal)¹⁴. Bien que favorisée par les ouvrages étymologiques français, aucune forme intermédiaire permettant d'appuyer cette hypothèse n'est cependant donnée.

Une hypothèse alternative beaucoup plus argumentée fait dériver foresta directement du latin foris, « dehors, extérieur »¹⁵ (forum dérivant lui-même de foris) et plus précisément de forestis « ce qui est en dehors, hors de l’enclos » au sens de ce qui est en dehors de là où l’homme vit, où réside le pouvoir¹⁶. Le grammairien Placidus connaît déjà un adjectif forasticus (« extérieur »)¹⁵ dérivé de foris ; cet adjectif subsiste dans l'italien forastico, le sicilien furestico, l’ancien occitan foresgue (« sauvage », « rude », « rétif »). De plus, l'italien forestiere a le sens d'« étranger, homme du dehors », de même que l'ancien provencal forestiero « qui est en dehors (de la commune), étranger ». L'ancien français forestier avait également le sens d'étranger, et l'italien actuel foresta conserve le sens de « vaste zone inculte, où la végétation, et en particulier les arbres, croissent spontanément ».

Ainsi le terme foresta aurait pu désigner à l'époque gallo-romaine les espaces restés sauvages, en dehors, à l'extérieur, de ceux mis en valeur par les communautés villageoises (ces derniers contenant aussi des bois aménagés et exploités), les rois et seigneurs francs se réservant par la suite l'usage de ces territoires. On aurait ainsi un croisement de sens intéressant entre foresta « espace sauvage, en dehors du domaine cultivé », et sauvage, de l'ancien français salvage, du latin silvaticus, « forestier ».

Autres mots pour désigner la forêt ou le bois

Le mot gaulois brogilos dérive de broga (« champ »), devenant broglius désignant au IX^e siècle un bois humide, clos ou entouré d'une haie. Il a donné breuil du dictionnaire de l'Académie française et des toponymes tels que Breuil ou le Breuil par exemple.

Les Romains appelaient la forêt silva, mais Virgile et Cicéron la nomment nemus (« bois » en latin, qui proviendrait de nēmō, -inis, contraction de ne homo, -inis signifiant « nul homme »). Ce mot figure souvent dans les chartes capétiennes pour désigner des petites zones boisées. Salluste utilisait le terme saltuosus pour désigner un espace boisé. À l'époque romaine les saltuarii ou les silvarum custodes administraient les forêts. Aux époques mérovingienne (481-751) et carolingienne (751-987), le mot saltus désigne fréquemment les zones de bois et landes, plutôt semble-t-il quand elles appartenaient au fisc royal. Le mot nemus ne s'est pas perpétué en gallo-roman et saltus (> ancien français sault) n'a pas survécu en français moderne.

Un autre terme existe en ancien français, il s'agit de gaut (ou gault, guault, dialectes septentrionaux waut, mot masculin). Il peut désigner le bois, la forêt ou le bocage. Il est issu du vieux bas francique *wald « forêt » (cf. vieil anglais weald, allemand Wald « forêt »).

Le terme bois apparaît sous la forme latinisée boscus en latin médiéval en 704 et en français vers 1100 sous sa forme actuelle. Il est issu du vieux bas francique *bŏsk- « buisson » Contrairement au mot forêt, il est sans connotation juridique. Les formes modernes bosc, trouvées dans l'onomastique essentiellement sont d'origine normande et occitane. Forêt et bois ont remplacé tous les termes précédents, ainsi que le terme latin lignum « bois » désignant le matériau (cf. italien legno, espagnol leña).

Une microsylve désigne une forêt de haute altitude (montagne) ou latitude, composée de minuscules arbres (sous-arbrisseaux)¹⁷.

Définitions

Le monde antique romain oppose ce qui est du « sauvage » (silvaticus) – relatif aux bois – et ce qui est de la civilisation : la cité, la culture, etc¹⁸.

Débat sur la définition

La définition du terme de forêt pour sa classification est variable car elle se réfère à des seuils dont la nature et l'importance varient selon les pays : couvert forestier minimum, surface minimale du peuplement, etc. À l'échelle internationale, la FAO définit les forêts comme des terres occupant une superficie de plus de 0,5 hectare (5 000 m²) avec des arbres atteignant une hauteur supérieure à 5 mètres et un couvert forestier de plus de 10 %. Cette définition exclut les terres dont la vocation prédominante est agricole ou urbaine¹⁹. Par ailleurs l'observation de l'évolution de séries chronologiques continues nécessitent une stabilité des nomenclatures. Comme le montre une étude de la CEE commandée en 1989 la plupart des pays n'ont pas adopté, ni conservé au fil des ans, la même méthode²⁰.

Pour le géographe, la complexité de l'espace forestier, empêche de l'enfermer dans une approche numérique univoque ; elle concerne le dedans, et le dehors de la forêt, son caractère ancien ou non²¹, voire ses marges²².

Des définitions plus spécifiques sont données par d'autres organisations : le Programme des Nations unies pour l'environnement (PNUE) utilise 40 % de couverture comme le seuil pour les « forêts fermées » et 10 à 40 % de couverture pour les « forêts ouvertes », tandis que le projet Tropical Ecosystem Environment Observations by Satellite (TREES)²³, fondé en 1991 par la Commission européenne, classifie les surfaces avec plus de 70 % de couverture de canopée comme étant des « forêts denses » et celles avec 40-70 % de couverture comme des « forêts fragmentées ». L'Inventaire forestier national définit la forêt comme « un territoire occupant une superficie d'au moins 50 ares avec des arbres capables d'atteindre une hauteur supérieure à cinq mètres à maturité in situ, un couvert arboré de plus de 10 % et une largeur [de houppier] d’au moins 20 mètres²⁴. Les sites momentanément déboisés ou en régénération sont classés comme forêt même si leur couvert est inférieur à 10 % au moment de l’inventaire »²⁵.

Les chiffres de surface forestière varient donc selon les sources. Ainsi, tout l'Est de la Taïga russe, formé de formations basses de conifères nains, sera, selon les sources, comptabilisé ou non en forêt, ce qui fera varier la surface forestière de plus ou moins 20 %.

Du point de vue botanique, une forêt est une formation végétale, caractérisée par l'importance de la strate arborée, mais qui comporte aussi des arbustes, des plantes basses, des grimpantes et des épiphytes. Plusieurs arbres forestiers vivent en symbiose avec des champignons et d'autres micro-organismes, et beaucoup dépendent d'animaux pour le transport de leur pollen, de leurs graines ou de leurs propagules.

Du point de vue de l'écologie, la forêt est un écosystème complexe et riche, offrant de nombreux habitats à de nombreuses espèces et populations animales, végétales, fongiques et microbiennes entretenant entre elles, pour la plupart, des relations d'interdépendance.

Malgré une apparente évidence, définir la forêt reste donc délicat : où arrêter les limites de hauteur de végétation (une plantation de jeunes pousses est-elle une forêt ?), de superficie minimale (à partir de quelle superficie passe-t-on d'un jardin boisé à un bois puis à une forêt ?), de degré de proximité ou de « sociabilité » des arbres (un terrain portant des arbres distants de plusieurs dizaines de mètres est-il encore une forêt ?) ou de qualité (un boisement monospécifique d'eucalyptus ou de peupliers, de pins ou de sapins d'une même classe d'âge, plantés en alignements stricts est-il une forêt ou une simple culture sylvicole ?).

Évolution

Article détaillé : histoire évolutive des végétaux.

Évolution des principales structures, fonctions et des plans d'organisation chez les plantes. Les plantes terrestres possèdent des caractères communs²⁶ : mitoses qui favorisent le développement de thalles plus importants puis de parenchymes qui assurent l'homéohydrie et une meilleure thermorégulation²⁷ ; flavonoïdes qui les protègent contre la photo-oxydation ; cuticule cireuse et spores entourées d’une paroi imprégnée de sporopollénine qui préviennent de la déshydratation par la transpiration²⁸ ; émergence évolutive de la phase diploïde dominante, le sporophyte, et réduction progressive du gamétophyte qui s'accompagne d'une protection de plus en plus grande de la phase haploïde, processus qui a contribué à la conquête du milieu terrestre²⁹ ; l'apparition de la lignine assurant le port dressé et armant les vaisseaux conducteurs, coïncide³⁰ avec celle des plantes vasculaires³¹.

La plus ancienne forêt fossile qui soit aujourd’hui connue a longtemps été présentée comme celle de Gilboa (en)³². Figée par une inondation, cette forêt est mise au jour en 1870 dans l'État de New-York. Son arbre le plus ancien, du genre Archaeopteris, date de 370 millions d'années, et montre aux paléobotanistes que les premières forêts sont assez vite apparues dans l'histoire évolutive des végétaux, 100 millions d'années après l'adaptation des plantes marines à la vie terrestres. La reconstitution de la forêt de Gilboa montre déjà un écosystème complexe avec plusieurs étages de végétation³³.

Pendant les 50 millions d'années qui suivent leur apparition sur terre, certaines plantes vasculaires terrestres s'affranchissent du milieu aquatique et de la poussée d'Archimède en adoptant un port érigé qui sépare les zones végétatives éclairés des zones d'ancrage et d’absorption dans le sol, ce qui implique la différenciation en organes et en tissu végétal spécialisé. Elles s'équipent ainsi d'un cormus (racines et feuilles) et se diversifient considérablement. La différenciation chez les mousses ne va pas jusqu'à la mise en place de tissus de soutien lignifiés, alors que ce processus est observé chez les fougères qui mettent en place des tissus conducteurs (phloème et xylème avec éléments lignifiés typiques, les trachéides)³⁴. Grâce à la lignine, polymère solide, inerte, poreux et difficilement putrescible, ces plantes ligneuses se mettent à supplanter tous les autres concurrents du règne végétal. Alors que les premières plantes terrestres demeurent à la surface du sol, la compétition pour la lumière (source d'énergie nécessaire à la photosynthèse) s'exprime chez tous les groupes de végétaux (fougères arborescentes, prêles, lycopodes, plantes à graines). Cette course à la lumière favorise le développement de plantes ligneuses de plus en plus hautes³⁵^,³⁶, grâce à la rigidité de leur tronc (tige dont le cœur est constitué de bois, tissu ligneux dont la résistance et l'emploi économique constituent des avantages adaptatifs), et plus particulièrement chez les arbres des forêts dont l'architecture végétale permet de déployer une grande surface feuillue³⁷.

L'histoire des forêts au Quaternaire est encore mal connue en raison des avancées et reculs des peuplements, imposées par les trois dernières glaciations. Lors des maximums glaciaires, les espèces des forêts tempérées trouvent refuge dans des zones abritées, là où les conditions écologiques locales (températures plus clémentes, hivers moins rigoureux en raison de barrières montagneuses, régions restées humides grâce à la fonte estivale de la calotte et des grands glaciers) permettent leur survie, et sont remplacées dans leur aire d'origine par des espèces végétales de steppes et de toundras. Celles des forêts tropicales subissent une sécheresse importante et trouvent refuge dans des zones d'altitude ou des plaines marécageuses. Ces zones refuges se caractérisent par une diversité génétique plus ou moins importante : dans les milieux favorables, similarité des haplotypes rencontrés intra-refuge mais enrichissement du réservoir génétique par forte divergence génétique inter-refuges liée à l’isolement géographique ; effet de goulot d'étranglement génétique dans les milieux moins favorables, les espèces ligneuses étant marquées par une faible élasticité génétique, d'autant plus si elles se sont spécialisées dans des niches étroites. La reconquête postglaciaire, plus ou moins importante selon le potentiel d'adaptation des espèces ligneuses, correspond à la recolonisation des essences forestières à partir de ces zones, entraînant une redistribution de la végétation en quelques milliers d'années. La vitesse de recolonisation (généralement quelques centaines de mètres par an) varie selon les périodes et régions en fonction du climat, des barrières géographiques (montagnes, mers, déserts) mais aussi de la végétation concurrente. Cette reconquête entraîne un appauvrissement génétique au fur et à mesure que l’on s’éloigne de la zone refuge, appauvrissement pouvant être contrebalancé par l’apparition de nouvelles mutations dans les zones recolonisées (signal d’expansion)³⁸.

De nombreux épisodes de déforestation ont marqué l'histoire de la Terre, notamment l'effondrement de la forêt tropicale du Carbonifère, ou la révolution néolithique qui voit les hommes se servir des zones de faible couverture forestière (landes, pelouses, bois clairs, garrigues et maquis) pour étendre les clairières et les prairies, pratiquant pendant plusieurs millénaires, de multiples défrichements par brûlis, de mises en culture ou en pacage³⁹. Si la surface totale des forêts tropicales mondiales n'est guère modifiée jusqu'au début du XX^e siècle⁴⁰, celle des forêts tempérées a été considérablement réduite par les grands défrichements qui s'accélèrent à partir du Moyen Âge, notamment en Europe où la forêt caducifoliée a diminué en surface de manière continue jusqu'au XIX^e siècle, et ses différentes caractéristiques — composition en essences, structure, sol — en ont été également grandement modifiées⁴¹. Dans les régions tempérées chaudes du pourtour méditerranéen où se diffusent la culture des céréales et l'élevage, en provenance du Moyen-Orient, les forêts massivement converties en terre agricole ou dégradées par l'utilisation pastorale, sont réduites en quelques millénaires à la formation de garrigues et de maquis⁴².

Les grandes découvertes qui s'étendent du début du XV^e siècle jusqu'au début du XVII^e siècle, puis l'âge de la voile (généralement daté entre 1571 et 1862) qui voit l'essor du commerce maritime international et de la guerre navale, mettent le bois au cœur du développement économique de plusieurs puissances maritimes. Ces puissances mettent en place des politiques sylvicoles visant à améliorer la gestion et l'aménagement des forêts pour juguler les pénuries de bois⁴³. Au cours du XIX^e siècle, la révolution industrielle libère les espaces sylvestres de la pression humaine avec le début de l'exode rural et le remplacement du charbon de bois par le charbon de terre et l'hydro-électricité pour la fourniture d'énergie, permettant à la forêt de s'étendre à nouveau dans toute l'Europe⁴⁴. Le mouvement en faveur de la protection des forêts (en) prend de l'ampleur dans les dernières décennies du XIX^e siècle. La gestion durable des forêts est progressivement reconnue à partir des années 1990 dans un contexte de surexploitation des ressources naturelles des forêts d'Amazonie, de l'Afrique équatoriale et de la zone Malaisie/Indonésie en Asie⁴⁵.

Caractéristiques

Structure

Les 6 étapes (résumées) du cycle sylvogénétique.
Après un certain temps survient une perturbation qui fait reprendre le « cycle » à son début (ou à un stade intermédiaire si la perturbation est peu importante).
Dans le bas de l'image est représentée l'accroissement de biomasse (sur pied et dans le sol, animale, végétale et fongique..) de biodiversité et d'épaisseur de sol (qui a une importance en ce qui concerne les puits de carbone). Au fur et à mesure de cette succession, les communautés végétales (et les communautés microbiennes, fongiques et animales qui leur sont associées) évoluent en se remplaçant les unes les autres.

De sa lisière (ourlet forestier) à la forêt intérieure, et selon le contexte géo-morpho-écopaysager, un massif boisé est caractérisée par une grande diversité en habitats, en niches écologiques, et surtout par une structuration en hauteur (atteignant plusieurs dizaines de mètres, de la sphère racinaire à la canopée) plus complexe que dans les autres écosystèmes terrestres.

Cette diversité évolue dans le temps et l'espace, au gré de perturbations (naturelles ou anthropiques) selon un pattern et des structures récurrentes, correspondant à un cycle théorique dit « cycle sylvogénétique » (illustré ci-contre, à gauche) :

verticalement, la forêt possède grossièrement quatre « étages » de végétation qui sont les strates muscinales (mousses), herbacées, arbustives et arborescentes, auxquels il faudrait ajouter les étages souterrains des systèmes racinaires, symbiosés aux mycéliums fongiques ;
horizontalement, elle comporte de nombreux micro-milieux ou microstations (écosystèmes boisés distincts, au sein d'un même massif forestier) dépendant de facteur abiotiques différents.
En suivant la flèche du temps, la structure forestière tend à évoluer vers un stade fermé dit climacique, mais qui finit toujours localement par s'ouvrir à la lumière, à la suite d'une perturbation (chablis, feu, inondation, glissement de terrain, etc.), permettant le retour au stade pionnier et aux stades suivants ;
Le bois mort constitue lui-même un habitat essentiel, irremplaçable pour de nombreuses espèces qui contribuent au recyclage de la nécromasse ligneuse, et à la fertilité des forêts ;
Les ressources alimentaires sont également abondantes, variant selon l'étage de la forêt : détritus, racines, mousses, lichens, champignons, feuilles, sève élaborée, bois vivant ou mort, fleurs, fruits et graines, nécromasse végétale, animale, fongique…

Forêt primaire et forêt secondaire

Il est courant de distinguer la forêt primaire (forêt naturelle) de la forêt secondaire ou forêt plantée (forêt entièrement ou fortement façonnée par l'homme). La première est considérée comme n'ayant pas fait l'objet d'intervention humaine y ayant laissé des séquelles importantes ou observables, elle correspond à la végétation naturelle potentielle ; la dernière étant modifiée à la suite du travail des forestiers ou sylviculteurs. Moins de 10 % de la planète est encore couverte de forêts primaires. Ces forêts sont en forte régression, en raison des coupes faites pour l'élevage ou les cultures destinées à nourrir les animaux d'élevages et/ou pour gagner des terres agricoles ou pour l'exploitation commerciale du bois⁴⁶.

Superficie

Les grands types de forêts

Hors zone tropicale, les forêts humides inondées sont devenues rares (ici à la confluence de la « Tubby Creek » et de la « Wolf River » (Holly Springs National Forest, près d'Ashland, Mississippi, États-Unis).

Classement biogéographique

Les forêts naturelles sont comme toutes les formations végétales conditionnées par un certain nombre de facteurs : la latitude, l'altitude, la nature du sol, le climat⁵⁰, les habitats forestiers⁵¹ et « espèces typiques » qu'elles abritent, l'action des animaux, etc.

La latitude influence fortement la biodiversité dans les forêts. Celle-ci augmente d'autant plus que l'on s'éloigne des pôles et que l'on se rapproche de l'équateur.

Selon les latitudes on distingue :

forêt boréale ou taïga (forêt de conifères, au nord du 60^e parallèle). Pour le Canada, la taïga ne représente qu'une des nombreuses écozones de la forêt boréale et que celle-ci s'étend en dessous du 60^e parallèle ;
forêt tempérée :
- forêt tempérée sempervirente ;
- forêt tempérée décidue (formée d'arbres à feuilles caduques) ;
- forêt tempérée de résineux ;
- forêt tempérée mixte ;
forêt méditerranéenne (formée de conifères et de feuillus à feuilles persistantes, un arbre caractéristique : le chêne vert) ;
forêt tropicale :
- forêt tropicale humide (ou pluvieuse) sempervirente (toujours verte) ou semi-décidue (une partie des arbres sont à feuilles caduques) ;
- forêt galerie (le long des fleuves) ;
- forêt inondée (Cf. la mangrove formée de palétuviers) ;
- forêt tropicale sèche décidue ou semi-décidue ;
- forêt tropicale de résineux.

Naturalités des forêts

Dans beaucoup de pays où l'humanité est présente depuis des siècles, voire des millénaires, la forêt a perdu sa naturalité (environnement).

Les faciès actuels des forêts du Nord-ouest de l'Europe, par exemple, résultent en grande partie de l'influence de l'homme sur le plan :

de la composition : Colbert avait en France besoin de chênes pour la marine. Dans plusieurs pays, pour bénéficier de subventions et/ou déductions fiscales, il faut planter des essences imposées (Ainsi le Fonds forestier national français a, par exemple, imposé les résineux sur de vastes surfaces après-guerre, en France) ;
de la superficie : en trois siècles (XVIII^e-XX^e), la superficie des forêts françaises a presque doublé (Cf. Forêt de guerre, enrésinement des Landes, enfrichement sur zones d'exode rural, plantations encouragés par le Fonds forestier national…). Mais dans le même temps, dans la moitié ouest du pays, les haies du bocage et les arbres dispersés ou d'alignement reculaient très fortement ;
de la structure : la forêt française a dû, très longtemps, répondre aux besoins des communautés humaines qui les entouraient : depuis l'Empire romain, les forêts ont souvent été transformées en taillis qui alimentaient les forges, fonderies, boulanges et autres industries en charbon de bois ; le bois d'œuvre provenant souvent d'arbres émondés dans le bocage et les alignements de bords de routes.
En France, ce n'est qu'au XIX^e siècle, en 1827, que l'institution d'un code forestier (faisant suite à une longue série d'ordonnances), ainsi que la création d'un corps d'État forestier (l'Administration des Eaux et Forêts) et l'utilisation de plus en plus massive de la houille, en remplacement du charbon de bois, vont permettre aux forêts françaises d'évoluer vers la futaie ; au XX^e siècle, les terres libérées par la déprise agricole vont être plantées d'arbres, ou colonisées par des accrues spontanées, offrant respectivement des limites très géométriques à la forêt ou au contraire un faciès plus naturel et exubérant ;
des espèces : une part significative de la forêt française est encore composée d'espèces qui avaient été favorisées en réponse aux besoins des communautés humaines locales (les chênes pour leurs glandées) ou même d'impératifs économiques nationaux, par exemple (des légions d'épicéas et de douglas ont été plantés par le Fonds forestier national, au sortir de la Seconde Guerre mondiale, dans le contexte d'une balance commerciale déficitaire vis-à-vis des bois d'œuvre et d'industrie résineux).

Classement paysager

Forêt claire et forêt dense
Par type d'arbres : aulnaie, chênaie, boulaie, frênaie, ormaie, hêtraie, châtaigneraie, sauçaie, sapinière, pessière, pinède…

Classement patrimonial et écologique

La forêt joue souvent un rôle majeur de protection des habitations, des cultures et des zones d'alimentation de nappes, contre les avalanches, l'érosion, les glissements de terrain, les coulées de boues. Les forêts de protection méritent une gestion adaptée, sans coupes rases par exemple.

Sur les fortes pentes la forêt protège les sols de l'érosion. Noter les taches homogènes et monospécifiques de sylviculture, qui encouragent les coupes rases, sur le fond de la forêt feuillue plus hétérogène.

Grâce aux approches phytosociologiques et écologiques, aux forêts modèles canadiennes [archive], des outils d'évaluation qualitative se constituent depuis la fin du XX^e siècle. Ils varient selon le contexte géographique ou social (ville, campagne, milieux plus naturels…). Ils permettent de mieux prendre en compte la taille, la qualité et l'intégrité des habitats forestiers dans les plans de gestion, les écolabels forestiers, et parfois dans les lois (directive Habitats en Europe par exemple).

Les critères retenus sont par exemple :

la superficie forestière (par type et stade de la succession) rapportée à la superficie des terres (en pourcentage) ;
la superficie des massifs ou aires boisées encore d'un seul tenant (patch, pour l'écologie du paysage) et la connectivité écologique entre les taches⁵² ; et l'inverse, c'est-à-dire le degré de fragmentation écologique par les routes est aussi possible, ainsi que le nombre de kilomètres de routes par massif, ou rapporté au linéaire de lisière.
Par exemple, au Canada, un système d'évaluation qualitative [archive] des forêts accorde :
- trois points aux boisements de plus de 4 ha en ville et de plus de 200 ha ailleurs (sauf îles) ;
- deux points aux surfaces de 2 à 4 ha en ville, et à celles qui couvrent de 20 à 200 ha ailleurs (sauf îles) ;
- un point aux bois de moins de 1 ha en ville et de moins de 20 ha ailleurs ;
la superficie et la forme des cœurs forestiers.
Dans le système précédent de classement :
- trois points aux boisements dont un cœur d'au moins 4 ha est éloigné de plus de 200 m de toute lisière ou bord de route ;
- deux points aux boisement dont un cœur d'au moins 4 ha est éloigné de plus de 150 m de toute lisière ou bord de route ;
- un point aux boisement dont un cœur d'au moins 4 ha est éloigné de plus de 100 m de toute lisière ou bord de route ;
la connectivité ou la proximité avec d'autres massifs ou structures boisées (⇒ corridors écologiques boisés, gués…) :
- trois points si la distance au boisement le plus proche est de moins de 100 m ;
- deux points si la distance au boisement le plus proche est comprise entre 100 et 250 m ;
- un point si la distance au boisement le plus proche est de plus de 250 m ; (critère également retenu par la ville de Londres) ;
la présence ou proximité d'eau, et de systèmes hydrographiques naturels (Hydrological Linkages Criteria), avec par exemple :
- un point si le boisement est à plus de 50 m de la berge d'un cours d'eau ou d'une étendue d'eau ;
- deux points si la distance est comprise entre 30 et 50 m ;
- trois points si l'eau est à moins de 30 m de la lisière boisée ou si elle est dans le boisement même ;
- La distance à une zone humide de type tourbière à sphaignes ou roselière vaut de même ;
la qualité du sol, et de sa biomasse microbienne, sa diversité en nématodes, des vers de terre⁵³ ainsi qu'en champignons qui jouent un rôle majeur en forêt, en tant que symbiotes des arbres⁵⁴.
la valeur de service écosystémique⁵⁵ dont en tant que protection des sols et effet-tampon contre l'érosion et le ruissellement :
Au-dessus de 30 % de pente, la forêt est seule garante de la protection du sol ;
De 15 à 30 % elle joue également une fonction de protection très importante (voir illustration ci-contre) ;
les îles boisées proches du continent ou sur des lacs ou fleuve, si le boisement est naturel ou « proche de la nature » sont également considérées comme de bons refuges pour certaines espèces en raison d'un moindre dérangement. Dans le cas d'îles véritables, les critères d'isolement prennent alors un sens positif, comme dans le cas des inselbergs ; à étudier au cas par cas relativement au contexte. En cas de présence de prédateurs introduits et devenus invasifs, elles peuvent aussi devenir des « puits écologiques » ou « pièges écologiques » ;
le pourcentage de la forêt en aire protégée (par type, stade de la succession et catégorie de protection en % la superficie forestière totale) ;
le taux de couvert forestier (par type) déjà converti ou en cours de conversion à d'autres usages (y compris routier) ;
la superficie et le pourcentage de forêts touchées par une perturbation anthropique et/ou naturelle ;
la complexité et l'hétérogénéité de la structure forestière ;
le nombre d'espèces tributaires de la forêt ;
le pourcentage d'essences indigènes et pourcentage de ces essences qui seraient menacées. Attention, c'est un indicateur relatif au contexte biogéographique. Il n'y a par exemple que trois essences indigènes dans toute l'Islande, contre 7 780 répertoriées en 2005 dans le seul Brésil (sous-espèces non comprises)⁵⁶. De plus, les forêts tropicales comportent beaucoup d'essences, mais quelques-unes sont dominantes. En Afrique de l’Ouest et du Centre, en Asie du Sud et du Sud-Est et en Amérique centrale, on trouve naturellement une très grande diversité d’espèces d’arbres (jusqu'à près de 300 espèces différentes par ha), alors qu'en zone tempérée, boréale ou subsaharienne, les dix espèces d’arbres les plus fréquentes (en volume) concernent au moins 50 % de la biomasse forestière (en volume de bois sur pied).
Les espèces d’arbres les plus rares, surtout celles dont la valeur commerciale est élevée, sont souvent en danger d’extinction pour une partie de leur lignée. La FAO estime qu'en moyenne, 5 % des espèces indigènes d’un pays sont vulnérables, en danger ou en danger critique d’extinction ;
l'état de conservation des espèces tributaires de la forêt ;
les indicateurs de la variation génétique sont exclus du présent examen car ils exigent normalement des analyses complexes de laboratoire (Namkoong et al., 1996 ; mais voir aussi Jennings et al., 2001) ;
la présence, la masse, le volume, la qualité (bois durs, tendres, résineux, feuillus) et la répartition du bois mort, l'âge moyen des arbres, la présence de grands carnivores, de castors ou d'une grande richesse en champignons prennent ainsi des significations nouvelles, parfois opposées à celles qui étaient enseignées au siècle précédent en écoles de sylviculture ;
l'état de pollution de la forêt (comment par exemple évaluer la qualité de la forêt, qui, dans les zones interdites de Biélorussie se restaure naturellement, mais sur des sols ayant reçu 70 % environ des retombées radioactives de la catastrophe de Tchernobyl ?).

Régimes juridiques

Ils ont beaucoup varié selon les époques et les pays, et varient dans un même pays à la même époque (La forêt peut être communautaire, royale, publique, privée, régionale, communale, etc.).

Il existe de nombreux classements des forêts correspondant à des statuts juridiques différents, avec par exemple pour la forêt française : la Forêt domaniale, la Forêt communale, la Forêt privée, la Forêt de protection ou encore la Réserve biologique domaniale (RBD ; intégrale ou non)

En Allemagne, ce sont :

Markwald
Landesherrlichkeit
Säkularisierung
Privatwald
- Hauberg
- Waldinteressentenschaft
Kommunalwald
Kirchenwald
Landeswald
Bundeswald

Aux États-Unis, on différencie le « Timberland » (2/3 de la surface totale enforestée) ouvert à l'exploitation, et le 1/3 restant de la forêt qui en est préservée, jouant le rôle de « tiers sauvage » (Wilderness), dont la vocation de puits de carbone pourrait prendre de l'importance⁵⁷.

Au Canada, le classement des forêts se fait grâce à la nature de l'écosystème forestier déterminé par le ministère des Ressources naturelles et de la Faune qui protègent différents milieux forestiers. Ces territoires sont protégés en vertu de la loi sur les forêts⁵⁸. Il y a 3 types d'écosystèmes forestiers exceptionnels: Les forêts anciennes (77 sites, 191 km²)⁵⁹, les forêts rares (30 sites, 26 km²)⁶⁰ et les forêts refuges (16 sites, 13 km²)⁶¹.

Fonctions de la forêt

La forêt remplit trois fonctions essentielles : écologique, économique et sociale.

Le fait de conduire ces trois fonctions simultanément se nomme la « multifonctionnalité » qui est une des caractéristiques majeures voulue par la politique forestière française⁶². Cependant cette position officielle ne fait pas consensus au sein des professionnels et propriétaires privés de la forêt, certains voulant une spécialisation des territoires, c'est-à-dire une « monofonctionnalité » orientée par exemple sur certaines zones vers la production optimisée de bois (fonction économique exclusive) et sur d'autres zones vers une libre évolution naturelle de la forêt sans exploitation de bois (fonction écologique exclusive)⁶³.

Fonction écologique

Cette section ne cite pas suffisamment ses sources (mars 2020).

La ripisylve d'une forêt équilibrée et non fragmentée protège l'eau, l'air et le sol. Les castors peuvent contribuer à entretenir des linéaires de berges plus ensoleillés.

La forêt abrite une grande part de la biodiversité des continents, participe au contrôle naturel du climat et des micro-climats.

« Partout où les arbres ont disparu, l’homme a été puni de son imprévoyance »

— François-René de Chateaubriand, Œuvres complètes⁶⁴

Réservoir de biodiversité et d'habitats, ainsi que de ressources génétiques et phytopharmaceutiques, elles sont pour cette raison étudiées et parfois classées en réserves biologiques, naturelles, parcs nationaux, Espace boisé classé dans le PLU (Plan local d'urbanisme), etc.).
Fonctions écopaysagères : « noyaux » ou « nœuds » du réseau écologique, et parfois corridor biologique pour la forêt galerie, les forêts linéaires, les mangroves, et les haies vives qui peuvent s'y rattacher.
Protection contre certains risques naturels⁶⁵ (avalanches, inondations, sécheresse, désertification et éléments de résilience écologique…).
Qualité de l'air : outre que la forêt produit une partie significative de l'oxygène de l'air sur les continents, elle a une capacité extraordinaire à fixer les poussières (comme certains polluants non dégradables), grâce notamment aux mousses, aux lichens, à la rosée et aux sols.
Protection des sols (lutte contre l'érosion) : la forêt est un lieu de restauration du sol si elle n'est pas surexploitée.
cf. forêt des Landes en France ou la ceinture verte du sud algérien⁶⁶.
Fonction macro et micro climatique, grâce à l'évapotranspiration et à la protection de la canopée qui atténuent considérablement les chocs thermiques, et la déshydratation due au vent.
Puits de carbone, par fixation du gaz carbonique dans le bois et le sol, au moins pour les forêts tempérées⁶⁷ non soumises aux incendies et pour les forêts tropicales en phase de croissance.
cf. les plantations faites en Amazonie qualifiées de « puits de carbone ».
Fonction aménitaire.
Les lisières forestières naturelles, éminemment complexes, ont des fonctions écotoniales importantes, notamment pour les forêts rivulaires et les mangroves.

Oxygène et climat

Une métaphore qualifie souvent la forêt de « poumon de la planète ». En dépit des fonctions nombreuses et essentielle voire « vitales » qu'elle remplit, la forêt ne peut être directement comparée à un poumon. Le poumon ne produit pas d'oxygène et c'est le plancton qui produit l'essentiel de l'oxygène planétaire disponible dans l'air et solubilisé dans l'eau⁶⁸. Néanmoins, les forêts peuvent jouer le rôle de puits de carbone — et donc de producteur d'oxygène — pendant leurs phases de croissance. Lorsqu’elles atteignent l'équilibre, c.à.d. que leur biomasse est stabilisée, le bilan de photosynthèse-respiration pour ces écosystèmes climaciques est alors nul du point de vue de l'oxygène⁶⁹. Néanmoins, la forêt a des fonctions essentielles micro et macro-climatique et pour la qualité de l'atmosphère, sur le plan de l'équilibre thermo-hygrométrique et de la pureté de l'air notamment. D'un certain point de vue, un peu à la manière du poumon, mais à une autre échelle, elle est une sorte d'écotone complexe et fonctionnel entre l'atmosphère et le sol, lié au cycle du carbone notamment, mais aussi à tous les cycles biogéochimiques importants.

Puits de carbone

Le bilan en carbone d'un écosystème est difficile à estimer.

Il varie selon les zones biogéographiques, les époques, l'histoire du site, le stade de croissance de la forêt, les risques d'incendie, de sécheresse et d'inondation, et de nombreux autres facteurs tels que l'action d'insectes défoliateurs ou d'autres parasites des arbres. Le devenir du bois est aussi à considérer : bois de chauffage, papier-cellulose, bois d'œuvre, ou bois mort auront des impacts très différents quant aux émissions de dioxyde de carbone.
Certaines forêts peuvent - au moins provisoirement - avoir un bilan nul (forêt tropicale mature) ou négatif (en zone d'incendies récurrents, ou en début de phase de croissance), tout en contribuant indirectement à enrichir les cours d'eau en nutriments (phosphore, potassium, calcium, fer, etc. et par les phénomènes d'acidification, humification, décolmatation et minéralisation et structuration des sols) en offrant ainsi une source constante de nutriments pour le plancton marin en aval, plancton qui produit 80 % de l'oxygène que nous respirons et qui constitue un important puits de carbone.
En théorie, la photosynthèse consomme du dioxyde de carbone et produit du dioxygène et de la matière organique. De l'oxygène est consommé lors de la respiration des plantes elles-mêmes, des animaux de la forêt et de la biomasse cachée du sol forestier, ainsi que par les incendies naturels et moindrement par l'oxydation naturelle des éléments chimiques rendus disponibles par le processus de formation des sols.
En phase de croissance, après une dizaine d'années de bilan négatif s'il s'agit d'une régénération à partir d'un sol nu, la biomasse augmente régulièrement, principalement sous forme de cellulose et de lignine. Elle stocke aussi du carbone sous forme de nécromasse et de biomasse animale, microbienne et fongique.
En zone tropicale, la forêt pousse souvent sur des sols pauvres et acides ; l'humus ne s'y forme pas, et la nécromasse est rapidement recyclée ou minéralisée. La forêt tropicale en croissance stocke du carbone, mais finit (après plusieurs siècles, voire plus de 1000 ans) par arriver à un équilibre entre production primaire et décomposition du bois mort. À ce stade elle semble produire autant d'oxygène que ce qu'elle consomme. De plus, les émissions de méthane liées à la fermentation de bois immergés ou issus de l'activité des termites complexifient encore les calculs des émissions de gaz à effet de serre.

Un « point de basculement » dans le système climatique va être atteint beaucoup plus tôt que prévu. De puits de carbone, les forêts tropicales vont devenir des sources de carbone dès le milieu des années 2030⁷⁰.

En zone tempérée ou froide, il en va autrement avec respectivement les sols forestiers (incluant les tourbières associées à certaines forêts) et les pergélisols qui, en zone circumpolaire, qui peuvent stocker des quantités considérables de carbone (sous forme d'hydrate de méthane).
Enfin, le devenir et la durée de vie du méthane émis par les écosystèmes forestiers ne sont pas encore bien compris. Il pourrait avoir été surestimé ou sous-estimé.

Effets biophysiques

Un tiers de la contribution des forêts au climat vient de leurs effets biophysiques, comme leur rôle dans la formation des nuages, l’humidification de l’air ou la production de composés organiques volatils. Une étude parue en 2022⁷¹ détaille les trois principaux effets biophysiques : l'albédo, l'évapotranspiration des arbres et la « rugosité » de la canopée, qui produit des microturbulences quand elle est soumise au vent, ce qui dissipe la chaleur et contribue à refroidir le milieu. À ces trois effets principaux s’ajoutent ceux liés aux composés organiques volatils que les arbres émettent en condition de stress. Combinés, ces effets biophysiques refroidissent la température de la planète d’environ 0,5 °C⁷².

Enjeux de biodiversité

Article connexe : Biodiversité forestière.

La forêt est un réservoir de biodiversité important. Les forêts tropicales humides concentrent 80 % de la biodiversité terrestre mondiale recensée. « En l'état actuel de nos connaissances, on peut estimer qu'elles abritent environ 80 % des insectes, plus de 80 % des reptiles, environ 90 % des amphibiens et des primates et près de 70 % des espèces végétales terrestres⁷³ ». Elles sont également un réservoir dans les régions à la fois urbanisées et très agricoles⁷⁴).
Certains économistes ont tenté d'intégrer les valeurs aménitaires de la biodiversité forestière. Ainsi en France, dans le cadre des travaux de l'ONU visant à donner une valeur économique à la biodiversité, le Conseil d'analyse stratégique (CAS) a-t-il le 29 avril 2009 communiqué les résultats de ses premières évaluations, estimant à 970 euros par hectare et par an en moyenne la valeur d'un boisement intégrant celle des produits de cueillette et de puits ou stockage du carbone, aménités, etc.
Selon un sondage (de 4 500 ménages, en 2002), les Français seraient prêts à payer 15,20 € par ménage et par an pour contribuer au maintien de la biodiversité dans la forêt, soit au total 364 millions d'euros par an ou 22,80 €/ha, ce qui peut contribuer à estimer la valeur ressentie de la biodiversité⁷⁵.
Une étude du Fonds mondial pour la nature (WWF) et de la Société zoologique de Londres (ZSL) publiée en 2019 relève que la population animale des forêts à travers le monde a baissé de près de 53 % depuis 1970. Un phénomène qui s'expliquerait principalement par la destruction d'espaces vitaux par l’activité humaine⁷⁶.

Fonction économique

Économie forestière

Marquage au marteau de grumes de résineux fraichement coupés (État de New-York en 1894)

La forêt est source de richesse, parfois surexploitée.

Le bois compte pour une part importante du PIB d'une dizaine de pays tropicaux ou nordiques. L’emploi forestier (hors industrie de transformation et emplois informels) payait encore près de 10 millions de personnes en 2005⁷⁷, 400000 dans la filière bois 2010 en France⁷⁸ mais ;

l'emploi forestier décline régulièrement relativement au tonnage extrait des forêts qui lui n'a cessé d'augmenter, et ce depuis l'invention de la tronçonneuse. Il diminue en moyenne de 1 % par an dans le monde (-10 % de 1990 à 2000), surtout en Asie et en Europe, alors qu’il augmentait légèrement ailleurs. La FAO impute ce déclin à l'augmentation de productivité du secteur, et -pour l'Europe de l'Est - à la restructuration des économies planifiées⁷⁹. Cependant, l’industrie forestière représente l’unique source de revenus de plusieurs communautés rurales du Canada. Le taux d’emploi lié à ce secteur augmente d’année en année. En effet, le taux d’emploi direct de l’industrie forestière de 2012 a augmenté de «0,9 % par rapport au taux enregistré en 2011, pour atteindre 235 900 emplois.» Le secteur de l’industrie forestière fournissant le plus grand nombre d’emplois au Canada, soit dans celui de la fabrication des produits du bois, a lui aussi connu une hausse de 3,2 % de son taux d’emplois de 2011. Il y a toutefois, le secteur de pâte et papier qui a connu une diminution de 9,2 % de son taux d’emploi entre 2011 et 2012. « Ce recul s’explique par les énormes défis auxquels s’est heurté ce secteur, notamment le déclin structurel du papier journal et du papier d’impression et d’écriture en raison de l’essor des médias électroniques et du ralentissement cyclique des marchés mondiaux de pâtes de bois »⁸⁰. De plus, l’industrie forestière a amené la création d’environ 363 700 emplois indirects au Canada en 2012. Donc, si ses tendances se maintiennent l’industrie forestière créerait plusieurs nouveaux emplois au Canada ce qui profitera tant à son économie qu’a sa population.
Le prix moyen du bois brut diminue : L'augmentation moyenne des prix payés (grumes ou bois sur pied) était de 11 à 15 % dans les années 2000-2005 (source FAO, FRA 2005), mais est toujours resté inférieur à l’inflation ; il y a donc baisse du prix moyen (notamment pour le bois tropical) au niveau mondial, ce qui n'exclut pas en aval et pour le consommateur de fortes hausses du bois-énergie là où il devient rare ou après les « chocs pétroliers » et des bois écocertifiés ou écosociocertifiés pour lesquels l'offre reste très supérieure à la demande, pour le FSC notamment.
Le secteur informel reste très mal connu. Via la vente de gibier notamment, il est important.
Une partie importante des prélèvements et bénéfices est illégale, menaçant des essences et des espèces théoriquement protégées et/ou menacées. Les populations autochtones pâtissent de la corruption et des pressions des exploitants. 10 à 15 milliards d’euros par an seraient ainsi blanchis dans le monde, dont près 3 milliards € dans l'UE, provenant de six régions où la production de bois est un enjeu important. Vingt États membres de l’UE sont en 2006 encore suspectés d’importer du bois illégal (Finlande, Suède et Royaume-Uni en tête)⁸¹. Le « réseau TRAFFIC⁸² » du WWF et de l'UICN sur le Commerce International des Espèces Sauvages estime que le commerce légal et illégal d'espèces atteindrait 15 milliards d’euros de chiffre d'affaires annuel (juste derrière le trafic d'armes et de la drogue). Une étude⁸³ du gouvernement britannique a estimé que l'interdiction du bois illégal en Europe est possible et crédible, avec les outils existants et des contrôles efficaces, au profit des filières légales et durables aujourd'hui confrontées à une concurrence déloyale. Des dizaines d'ONG dont Greenpeace et WWF depuis une vingtaine d'années dénoncent le bois illégal et promeuvent des écocertifications crédibles et transparentes, telles que décrites par le groupe d'ONG FERN, dans une évaluation⁸⁴ publiée en 2001.
De nouvelles fonctions émergent : sociales, agrosylvicoles, touristiques, pédagogiques, scientifiques et de protection environnementale (en 2005, 11 % des forêts du monde sont déclarées par les États « affectées à la conservation de la diversité biologique » ; ce taux est en augmentation, mais ne correspond pas toujours à une réalité de terrain⁸⁵). La fonction de puits de carbone semble devoir prendre de l'importance. L'importance économique de ces nouvelles fonctions est mal évaluée, mais pourrait localement rapporter plus que l'exploitation du bois.

Secteur : la filière bois

Article détaillé : Filière bois.

Produits forestiers

Production de bois

Bois de chauffage et bois de feu, la plus importante utilisation de par le monde mais essentiellement en Afrique et Amérique du Sud (et derrière la destruction de la forêt pour étendre les terres agricoles ou d'élevage) ;
Bois d'industrie : bois de trituration (pâte à papier), déroulage placage, panneaux de fibres, emballage ;
Bois d'œuvre : charpente, bois de mine, traverses de chemin de fer, ameublement ;
Bois de service (poteaux, piquets, perches) ;
Produits ligneux dérivés (copeaux de bois caulinaire pour le paillage des arbres et arbustes, bois raméal fragmenté).

Produits forestiers non ligneux (PFNL)

Article détaillé : Produits forestiers autres que le bois.

Selon la FAO les PFNL sont « des produits d'origine biologique, autres que le bois, dérivés des forêts, d'autres terres boisées et d'arbres hors forêts ».

Les PFNL peuvent être récoltés dans la nature ou produits dans des plantations forestières ou des périmètres d'agroforesterie, ou par des arbres hors forêt.

Les PFNL comprennent des produits utilisés comme nourriture et additif alimentaire (noix comestibles, champignons, fruits, herbes, épices et condiments, plantes aromatiques, viande de gibier), des fibres (utilisées dans la construction, les meubles, l'habillement ou les ustensiles), des résines, gommes et produits végétaux et animaux utilisés dans des buts médicinaux, cosmétiques ou culturels⁸⁶.

Voici quelques exemples de PFNL :

Champignons ;
Gibiers ; Comme en témoignent en France les anciennes « cartes des chasses » (Carte des Chasses du Roi (Louis XV), Carte des chasses des environs de Brunoy, etc.) certaines forêts ont été conservées, aménagées et gérées pour conserver le grand gibier recherché par le roi, la cour et la noblesse plus que pour la production de bois.
Fruits des bois ;
Plantes médicinales et tinctoriales ;
Tourisme lié à la forêt.

Fonctions sociales, symboliques et culturelles

Loisirs

Chemin forestier au printemps

Articles détaillés : Chemin et Route forestière.

Les forêts sont des lieux privilégiés de loisirs, de détente, de tourisme, de découverte de la faune et de la flore et des paysages⁸⁷. Chaque année, les forêts françaises reçoivent des centaines de millions de visites. La forêt rend de nombreux services à la société, de nature écologique et sociale. Elle est, par exemple à la fois un lieu sûr d'aménités et de détente, et un lieu de protection des espèces. Ces fonctions nécessitent un entretien des chemins par les forestiers (ouverture, sécurisation, nettoyage…). Bien que considérée comme un bien commun pour une partie de ses fonctions, en France toute forêt a un propriétaire (privé ou public). Quand on se promène en forêt, on se promène sur une propriété. Le promeneur doit en tenir compte et respecter ces lieux. L'accueil du public est la règle en forêt publique et souvent en forêt privée.

Patrimoine et bien commun

La forêt des mythes, des légendes et de l'apprentissage.

Il y a 8 000 ans environ qu'avec l'aide du feu, nos ancêtres ont commencé à déforester l’hémisphère nord (en commençant par la Chine) pourtant la forêt est restée présente dans de nombreux contes, mythes et légendes⁸⁸, dans presque toutes les civilisations.

La valeur spirituelle et culturelle de la forêt réelle ou mythique n’est pas contestée. Le nom de Brocéliande en évoque encore les druides et la magie. Nemeton était le mot celte qui signifiait à la fois sanctuaire, et forêt. Bien après qu'on eut oublié la forêt de Dodone des Grecs, on continue de comparer les piliers des cathédrales gothiques aux troncs d'une forêt dont les branches seraient les arcs qui soutiennent la voûte. Au siècle dernier, de nombreux bûcherons allemands murmuraient une petite prière d'excuse à l'arbre qu'ils allaient couper. En Inde, les sannyâsa se retirent et se recueillent en forêt, comme le faisaient certains ermites européens. En Chine, les sommets boisés abritaient presque toujours un temple. Au Japon, la forêt que reflètent ou symbolisent en miniature certains jardins est sacrée, comme l'indique le Torii qui marque parfois son entrée, comme celle d'un temple. L'arbre de vie est omniprésent dans les mythes fondateurs des pays forestiers, mais aussi des pays déforestés, avec un arbre de la connaissance à connotation ambiguë dans la bible.

La forêt est souvent symboliquement interprétée comme reliant ciel et terre, par les branches, les troncs et ses racines.

La forêt est aussi le domaine de l'Homme sauvage, présent dans de nombreux mythes d'Europe de l'Ouest ou d'Asie ; l'Homme sauvage qui est comme l'arbre présent dans l'héraldique européenne⁸⁹.

La forêt fait également peur ; lieu de Nature où l'on se perd, lieu où l'on perd les enfants, où l’on rencontre le loup, où des dieux, les esprits et les animaux sauvages vivent, où la nuit se fait plus noire, dernier refuge des loups et des ours pourchassés. C'est le lieu où les hors-la-loi, bons (Robin des Bois) ou méchants, se cachaient, bien que les forêts soient parfois exclusivement réservées aux chasses royales.

En Europe, à partir du siècle des Lumières et du modèle royal français, on s'est employé à les humaniser, à les nommer et à les fragmenter pour mieux les maîtriser en les quadrillant d'allées et de layons, puis on les a plantées et « rationnellement » gérées.

C'est localement un lieu de mémoire avec les forêts royales, la forêt de guerre.

C'est enfin et surtout le lieu de vie des peuples de la forêt, amérindiens, africains, et d'Asie du Sud-Est notamment, là où ils ont survécu. Lieu séculaire de l'initiation, refuge des esprits, lieu de vie et d'aventure pour de nombreux peuples… lieu aménitaire de détente et de découverte de la nature pour d'autres, la forêt est reconnue pour toutes ces fonctions par certaines lois nationales et par l'écosociolabel FSC.

La plupart des populations et des élus se disent très attachés à l'idée de protection d'arbres remarquables, de la forêt et/ou de forêt qui protège, pour des raisons bien plus larges que pour les services qu'elle rend comme espace de détente et de loisirs ou comme lieu de cueillette familiale de fleurs, de fruits et champignons.

Partout dans le monde, des fragments de biodiversité ont été protégés dans des « bois sacrés » qui ont échappé aux coupes et on repère ou classe des arbres parce que vénérables et remarquables ou pour leur intérêt paysager ou écologique ou de protection. Il devient délicat de gérer les forêts uniquement pour la coupe du bois. Pour les artistes et les touristes, comme pour les scientifiques et les industriels, elles recèlent des trésors qu'il convient de léguer aux générations futures et sont un gage d'adaptation et de résilience face au réchauffement climatique.

Un quart de la France vit à l'ombre des arbres. Certains sont millénaires et ont connu la Gaule chevelue, les cultes anciens. Citadins et ruraux souhaitent la conservation d'un nombre significatif de vieux arbres. La première réserve de la forêt de Fontainebleau (552 ha de « réserve artistique ») a été demandée par des artistes, et non par des forestiers^{[réf. nécessaire]}.

Pour certains collectifs et associations (telles que Prosilva, le Réseau pour les Alternatives Forestières – RAF, le collectif SOS Forêts France…) la forêt est désormais à réexaminer en tant que « bien commun », c’est-à-dire qu’il conviendrait de dépasser le seul droit de propriété pour aller vers le droit d’usage apporté par les services écosystémiques fournis par la forêt à tout un chacun. Chaque parcelle, chaque forêt représente un enjeu important pour les sociétés humaines, car jouant un rôle primordial dans la qualité de l’eau et de l'air, dans le stockage de CO2… Il devient alors essentiel de redonner à la forêt son statut de bien commun, volontairement effacé par le politique au service des lobbies financiers. Pour ces associations environnementales, la tendance actuelle, qui ne conçoit la forêt qu’en termes de peuplements d’arbres constitutifs d’une ressource à extraire, allant jusqu’à oublier les autres composantes de l’écosystème forestier, est à arrêter impérativement. La forêt est, selon cette analyse, un bien commun à défendre⁹⁰.

Habitat de l'Homme, lieu nourricier et cynégétique

La forêt européenne est aussi depuis longtemps aménagée et gérée pour la chasse qui y a attiré les rois et les manants. Au XX^e siècle en Europe de l'Ouest, l'agrainage en a parfois fait un lieu d'élevage extensif de cerfs, chevreuils et sangliers (campagnols et autres rongeurs profitant des restes), en menaçant les équilibres sylvocynégétiques (Les Très Riches Heures du duc de Berry)

Plus de 500 millions d’humains vivent en forêt ou à ses abords et en dépendent directement. Même quand elle n'est plus habitée, elle reste un lieu traditionnel de cueillette et de chasse (aux grands animaux surtout, qui ont disparu ou régressé dans les plaines cultivées et habitées). Pour environ 150 millions d'autochtones appartenant à des centaines de tribus et peuples autochtones, la biodiversité de la forêt est encore la source vitale d'eau, de matériaux, de plantes, fruits, animaux et champignons comestibles ou utiles (médicaments, ornements…). La « viande de brousse » reste localement la première source de protéine dans de nombreux pays tropicaux, bien qu'elle soit menacée par l'augmentation de la pression de chasse, des armes de plus en plus performantes, et des moyens de transports tels que le quad.

Dans les pays riches et tempérés, la chasse reste également importante, les revenus cynégétiques approchent ou dépassent souvent 50 % du revenu forestier global dans des pays tels que la France.

La chasse est un revenu complémentaire considérable du forestier qui atteint, par exemple, souvent 50 % des revenus des grandes forêts publiques de France où en 2006, les baux de chasse ont rapporté 41,1 millions d'€ à l'ONF (soit 2,4 millions de plus que l'année précédente), alors que le bois a rapporté 199,6 millions d'€ (soit 15 % de plus qu'en 2005)⁹¹.

Mais le « grand gibier » quand il est trop abondant, notamment à la suite d'un agrainage important et à la disparition de ses prédateurs naturels, peut provoquer des dégâts assez importants pour freiner ou bloquer la régénération forestière.

Une vraie gestion cynégétique demanderait aussi de prendre en compte les problèmes sanitaires (peste porcine, CWD, maladies véhiculées par les tiques, apparition du SIDA ou de virus hémorragiques, type Ebola, etc.), notamment en l'absence de prédateurs.

Plus localement, des problèmes nouveaux sont posés avec la contamination du gibier (sanglier notamment) par des toxiques issus de séquelles de guerre ou retombés avec les pluies qui ont lessivé le nuage de Tchernobyl. Les forêts tropicales produisent l'essentiel de la viande de brousse, avec des pressions de chasses qui ont raréfié ou fait disparaître le gibier sur de vastes zones.

La question de la pollution par le plomb de chasse, liée à la toxicité des munitions (grenaille et balles) s'y pose moins que dans les zones humides, mais elle semble pouvoir avoir été sous-estimée.

Environnement et santé

Très tôt, certains arbres ont été réputés assainir l'air (sapin, épicéa, pin sylvestre, eucalyptus plantés autour des hôpitaux et des lieux de cure), ou au contraire, plus rarement le corrompre (ne pas dormir sous un noyer). La marche en forêt était recommandée, et des parcours-santé y sont encore fréquemment installés, de même que dans les parcs urbains boisés.

Les forêts jouent un rôle majeur en matière d'épuration physique et physicochimique, et probablement biologique de l'air et de l'eau. Les produits de la forêt et toutes les parties des arbres ont été utilisés pour produire des médicaments et de nombreuses médecines traditionnelles. Une sylvothérapie et des cures sylvatiques ont été développées dans certains pays au XIX^e et début du XX^e siècle pour faire profiter certains malades (tuberculeux notamment) de l'air forestier enrichi en oxygène (trois fois plus d'oxygène produit par la forêt tempérée qu'en prairie⁹²), en Ozone (notamment en bord de mer et dans les forêts de résineux) et en phytoncides (molécules réputées bactéricides et fongicides, dont terpènes) et de la pureté de l'air. On a récemment montré que l'activité biochimique est beaucoup plus développée dans la canopée que dans la strate herbacée.

Après Louis Pasteur, diverses mesures citées par G. Plaisance ont comparé différents airs et montré que l'air forestier contenait moins de microbes que l'air urbain (50 microbes par m³ d'air, contre 1 000 dans le parc Montsouris de paris, 88 000 sur les Champs-Élysées, 575 000 sur les grands boulevards et 4 000 000 dans les grands magasins à Paris selon Georges Plaissance⁹³).

Forêt cinéraire

Les forêts cinéraires, ou lieu du dernier repos en forêt (voir Cimetière naturel), existent depuis très longtemps en Allemagne⁹⁴. En France, en Haute-Garonne, la première forêt cinéraire est ouverte⁹⁵.

Ennemis de la forêt

Ennemis « naturels »

Le forestier craint surtout le feu et des insectes ravageurs tels la chenille processionnaire du pin, celle du chêne, certains xylophages, des bactéries ou des champignons (ex : graphiose de l'orme, maladie de l'encre du châtaignier). Les attaques qui prennent l'apparence d'épidémies et de pullulations suivent généralement un affaiblissement des arbres dû à des évènements de type sécheresse, tempête, pollution, drainage, fragmentation, etc. Les arbres stressés par une sécheresse sont ensuite beaucoup plus vulnérables au froid (jusqu'à une dizaine d'années après)⁹⁶.

Il semble que dans les milieux extrêmes (polaires, subsahariens), les pullulations fassent partie de cycles naturels et régulateurs, dans des forêts dont le nombre d'essences est réduit, et plus exposées aux chocs climatiques.

La biodiversité forestière peut aussi être menacée par des essences introduites qui peuvent devenir invasive ou poser des problèmes de pollution génétique et/ou d'allélopathie.

Dans l'hémisphère nord, des mammifères rongeurs (ex : mulots, campagnol des champs), les lapins et des espèces-gibier (cerfs, daims, chevreuils, wapitis, etc.) sont localement considérés comme "nuisibles" par les forestiers parce qu'ils broutent les jeunes pousses et rongent les écorces. En forêt méditerranéenne, les moutons et surtout les chèvres sont des ennemis redoutables des arbres.

Ainsi, la diversité génétique est au centre des préoccupations actuelles sur l’avenir des forêts menacées par ces ennemis. On prévoit notamment, pour les espèces qui les composent, des pressions de sélection d’une ampleur et d’une rapidité inédites, en liaison avec les changements climatiques⁹⁷.

Chiffres : Selon les chiffres fournis par les états à la FAO ; en 2000-2005, en moyenne, 104 millions d'hectares de forêts ont été annuellement ravagés par des incendies, des insectes et maladies, des sécheresses, tempêtes, grands froids ou inondations. Ce chiffre est sous-estimé car certains pays (africains notamment) n’ont pas réunis ou fourni de statistiques, alors que l’imagerie satellitaire montre d’importants dégâts par le feu en Afrique.

D'un point de vue historique, l'Homme a eu une relation ambiguë à la forêt et notamment à la forêt primaire, parfois protecteur ou n'y développant pas d'impact visible durant des millénaires (en forêt équatoriale, hormis sur certaines îles), et souvent destructeur en zone tempérée européenne, asiatique et au Moyen-Orient ou en Australie, depuis plusieurs milliers d'années.

Accidents climatiques

Effets du vent et de la neige, chablis dans une hêtraie (ici en Ariège).

Les périodes de sécheresse, comme 1976, ou de forte canicule (2003) peuvent provoquer le dessèchement des feuilles qui tombent alors prématurément. On peut constater aussi des brûlures de l'écorce exposée au soleil (hêtres).

Les effets peuvent se faire sentir des années après. La sécheresse aggrave le plus souvent les effets d'autres agents, tels les incendies ou les insectes ravageurs. Ainsi, en 1976, les incendies accentués par la sécheresse brûlèrent plus de 800 km² en France.

En période hivernale, le gel n'est généralement pas à redouter, sauf les cas extrêmes, comme en 1956 en France ou en 1985, lorsque 30 000 pins maritimes landais gelèrent. Les gelées tardives, sont, elles, nuisibles pour les jeunes plants. La neige peut être dangereuse dans certaines conditions, lorsqu'elle forme des manchons autour des branches, qui finissent par casser sous le poids accumulé.

Les tempêtes, comme celle de décembre 1999 en Europe de l'Ouest, provoquent le déracinement et l'abattage des arbres, qui forment les « chablis » ou leur cassure par le milieu du tronc, laissant en place les « chandeliers » et au sol les « volis ». En France, la tempête de 1999 a ainsi abattu 146 millions de m³ de bois.

Action de l’homme

Même dans certains pays riches, une gestion peu respectueuse de la biodiversité est critiquée, notamment pour l'absence de préservation de réseaux de forêts anciennes protégées (ici en Tasmanie, dans une région vulnérable au dérèglement climatique⁹⁸).

La déforestation

Article détaillé : Déforestation.

Le recul des forêts anciennes et la régression du bois mort ont des causes humaines qui n'ont pas attendu l'invention de la tronçonneuse pour s'exercer. Ces bûcherons œuvraient dans la Lower Columbia au Canada, en Oregon, en 1905, mais les forêts chinoises avaient déjà fortement régressé il y a plus de 5000 ans.

La déforestation résulte d'une surexploitation de la ressource forestière et/ou d'une destruction des forêts (défrichements) par l'homme telles aboutissant à un changement de l'occupation du sol (forêt remplacée par des milieux agricoles ou des pâturages, l'urbanisation, les voies de transport, voire un désert…).

Les grands défrichements sont très anciens en Europe méditerranéenne et occidentale, au Moyen-Orient et en Chine, où ils datent du Néolithique et du Moyen Âge (la seconde phase de grands défrichements en Europe de l'Ouest se déroule au milieu du Moyen Âge). Ils se poursuivent à moindre échelle pour faire place à certains équipements, autoroutes, à l'urbanisation, aux réservoirs hydro-électriques, aux aménagements pour les sports d'hiver, etc. De nos jours, en Europe comme en Chine, et dans une moindre mesure en Amérique du Nord, on assiste globalement à une phase de reboisement. Ce reboisement a commencé au XIX^e siècle en Europe sur les terres peu productives, et se poursuit de nos jours avec la déprise agricole dans les zones peu propices à l'agriculture mécanisée, en particulier dans les régions montagneuses.

À l'heure actuelle, ce sont surtout les forêts tropicales qui souffrent de la déforestation, soit pour des raisons de développement économique, comme en Asie du sud-est et en Amazonie, soit par surexploitation des ressources en bois tropicaux, comme en Afrique. La déforestation entraîne la destruction des habitats naturels de nombreuses espèces endémiques et contribue pour une grande part à l'extinction des espèces sur la planète, en particulier dans les régions tropicales où la biodiversité est beaucoup plus riche que dans les régions tempérées.

En 2006, bien qu’il n’y ait toujours pas de convention internationale sur la Forêt (le principal échec de Rio, avec abandon de la convention au profit d'une simple déclaration⁹⁹), plus de 100 pays avaient institué un programme forestier national, incluant généralement un volet protection (bien que les programmes portent encore essentiellement sur le développement de l’exploitation du bois) et parfois un volet sur l'état de conservation¹⁰⁰ (ou restauration) des sols, de l’eau, de la diversité biologique et d’autres richesses et services environnementaux.

La sylviculture durable vise à récolter le bois de forêts sans entraîner la déforestation. Ces programmes quand ils existent sont parfois peu respectés dans les pays très pauvres ou ceux subissant des troubles civils.

Il resterait en 2006 environ 4 milliards d’hectares plus ou moins boisés sur la planète, soit environ 30 % des superficies émergées. De 1990 à 2005, 3 % de la forêt a disparu, (- 0,2 % par an) selon la FAO.

De 2000 à 2005, 57 pays ont signalé un accroissement de leur taux de boisement (mais s’agit souvent de plantations industrielles (eucalyptus, peupliers, résineux, palmiers à huile) de peu d’intérêt pour la biodiversité). 83 pays ont reconnu que leur forêt reculait. La perte nette serait de 7,3 millions d’ha/an (soit 20 000 hectares/jour).

Les 10 pays les plus riches en forêts représentent à eux seuls 80 % des forêts primaires de la terre, dont l’Indonésie, le Mexique, la Papouasie-Nouvelle-Guinée et le Brésil. Ce sont aussi ceux qui ont subi la déforestation la plus intense et rapide de 2000 à 2005, en dépit de plantations de forêts secondaires commerciales.

L'Asie de l'Est qui avait perdu la plupart de ses forêts a enregistré le principal accroissement à la suite des centaines de millions d’arbres plantés en Chine (mais ce sont de jeunes boisements et non des forêts au sens écologique du terme) et ces accroissements ne compensent pas les taux élevés de déforestation d’autres zones. Globalement la déforestation s’est encore accélérée en Asie du Sud-Est de 2000 à 2005 et plus encore en Afrique et en Amérique latine/Caraïbes ; l’Afrique représente encore 16 % de la superficie boisée totale, mais elle a perdu plus de 9 % de ses forêts de 1990 à 2005, pendant que la Chine, l'Europe et l'Amérique du Nord pouvaient accroître leurs superficies forestières dans le même temps. New Scientist a publié une étude sur les 50 pays les plus boisés : 22 présentaient en 2006 une nette reforestation. La situation au Brésil et en Indonésie est préoccupante, tandis que la Chine crée la surprise : depuis 2002, on y a replanté une surface équivalente à celle de la Californie.

La déforestation est aussi une cause d'apparition et de diffusion de maladies émergentes.

La pollution

Article détaillé : Pollution.

Les séquelles de guerre

De tous temps, les forêts ont été stratégiques du point de vue militaire. Elles ont servi de réserve de bois de marine et charpente, mais surtout d'abri ou de cible à toutes les armées, maquis et résistances, des millions de réfugiés s'y protégeant encore aujourd'hui dans les pays en conflits. Parfois on les a pillées ou détruites dans le cadre de la stratégie de la « terre brûlée ». Au Viêt Nam et Laos, le défoliant, le napalm et les munitions à sous-munitions ont laissé des traces encore persistantes (dioxines, métaux lourds, sols dégradés, mines actives, etc.). Le bois mitraillé des forêts françaises a perdu de sa valeur technique et financière, mais il peut aussi avoir été pollué par le plomb ou d'autres métaux lourds.

Au XX^e siècle, notamment en France dans la zone rouge, de vastes forêts dites « de guerre » ont été artificiellement plantées sur des sites agricoles rendus incultivables par les séquelles de guerre et localement en Allemagne ou en France sur des sites gravement pollués par des accidents liés à la production d'usines d'armement ou d'usine produisant en amont les toxiques chimiques ou les métaux utilisés dans les munitions (plomb, cadmium, zinc, cuivre, mercure, etc.). Des forêts comme celle de Verdun contiennent encore des quantités considérables de munitions non explosées, dont certaines chimiques (chargées de « gaz de combat »).

Feux de forêt

Article détaillé : Feu de forêt.

Un feu de forêt dans le Wyoming.

Ils sont le plus souvent allumés par l'homme, volontairement (pyromanes, bergers…) ou involontairement (négligence). Le fire-stick farming, souvent employé par les aborigènes australien, a profondément¹⁰¹ modifié la faune et flore d'Australie. Cette pratique consistait à brûler de vastes terres pour faciliter la chasse a entraîné la disparition de sa mégafaune… Malgré des moyens de surveillance et de lutte de plus en plus performant, leur nombre et leur gravité ne cesse de croître en zone tropicale (Indonésie, Brésil..) mais aussi en Europe et en Amérique du Nord ou Australie.

Prenant des proportions catastrophiques dans certaines régions (notamment autour de la Méditerranée), ils conduisent à la mise en place de moyens de lutte très importants, dont l'efficacité est variable. Toutes les essences forestières sont combustibles, mais certaines riches en produits volatils favorisent la combustion et l'extension de l'incendie, d'autres résistent mieux (grâce à des phénomènes de protection comme la création de liège), ou se régénèrent plus vite.

Il est difficile de tirer un bilan de l'action de l'homme sur les forêts : il ne se résume pas à des actions néfastes, car si les États n'ont pas enrayé la déforestation ni pu s'accorder pour rédiger et signer une convention internationale pour la protection des forêts à Rio en 1992 ou à Johannesburg en 2003, de nombreux programmes locaux d'études et de restauration de forêts existent dans le monde, dont les forêts modèles canadiennes.

En Europe de l'Ouest, la forme et la superficie des forêts européennes contemporaines résultent essentiellement de l'action de l'homme, et il est couramment admis chez les forestiers qu'elles sont gérées de manière durable. Contrairement à une idée répandue, la surface de la forêt française, après avoir fortement diminué jusqu'à la fin du Moyen Âge a réaugmenté, y compris depuis les années 1900 (d'environ + 30 %), mais souvent grâce à des plantations commerciales de résineux et peupliers, moins riches au niveau de la biodiversité et avec un recul des zones humides. Le gain en superficie n'a pas freiné ou compensé le recul des oiseaux, insectes, lichens et fleurs typiquement forestières, ni le recul massif du bocage et des arbres épars depuis les années 1950. Les arbres tendent par ailleurs à être exploités de plus en plus jeunes et les plantations sont génétiquement peu variées. Hormis localement, à la suite des tempêtes, le gros bois mort reste trop rare pour permettre la survie de nombreuses espèces d'invertébrés saproxylophages.

L'action de l'Homme

Gestion administrative, protection et conservation

Une forêt néerlandaise, en automne.

Selon les époques, les lois et les lieux, la gestion est communautaire, nationale, régionale, communale ou privée. Elle relève parfois comme en France d'un ministère qui est chargé de l'Agriculture ou comme en Belgique des Régions.

Une très petite part des forêts non primaires ne sont pas gérées pour la production de bois (ex : réserves naturelles, réserve biologique intégrale, Parcs nationaux, forêts de protection, forêts urbaines, ou font l'objet d'une gestion restauratoire à fin de protection de la ressource en eau ou des sols). L'écologue japonais Akira Miyawaki a été pionnier en matière de Forêt de protection restaurée à partir d'essences locales.

Les habitats forestiers comptent parmi les habitats les mieux représentés dans les parcs nationaux, régionaux et les 25 000 sites Natura 2000 (couvrant fin 2009 environ 17 % du territoire européen et constituant le premier réseau d'aires protégées au monde), mais la commission européenne reconnait que Natura 2000 préserve à ce jour surtout des espèces remarquables et pas assez de réseaux de corridors biologiques boisés ni la biodiversité dite ordinaire, dont dépend l'essentiel des services « gratuitement » rendus par les écosystèmes. De 40 % à 70 % des espèces d'oiseaux et de 50 % à 85 % des habitats dans lesquels se déploient la faune et la flore européennes se trouvent ainsi dans « une situation de conservation critique »¹⁰². Diverses espèces forestières, invertébrés du bois mort notamment sont en péril, et font localement l'objet de plans de restauration ou de réintroduction (dont dans le cadre du Grenelle de l'environnement en France).

Les forêts primaires continuent à reculer, et à Rio, comme à Johannesburg ou à Nagoya, les élus et États présents n'ont pas réussi à valider le projet d'une Convention mondiale pour la forêt, qui n'est restée qu'une déclaration d'intention, dont la valeur morale et la portée juridique sont bien plus faibles que celles des conventions sur la biodiversité ou sur le climat (deux thèmes d'ailleurs liés à la Forêt qui héberge un grand nombre d'espèces et de gènes et qui est un puits de carbone majeur).

À l'initiative de l'ONU, 2011 a été l'année mondiale de la forêt.

L'Europe qui dispose en 2010 d'environ 176 millions d'hectares dans (42 % du territoire de l'UE, sans compter l'Outre-mer) a publié en 2010 un « livre vert sur la protection des forêts »¹⁰³, qui présente les systèmes d'information existants sur les forêts et les instruments disponibles pour leur protection des forêts (dont face au dérèglement climatique, et pose des questions pour des solutions stratégiques futures. Sur cette base, l'Union européenne, devrait revoir sa stratégie pour une gestion forestière plus intégrée, mais en laissant subsidiairement les états libres de leurs actions. Le Conseil de l'Europe a en 2010 lancé un débat et une consultation¹⁰⁴ sur l’impact prévisible du changement climatique sur les forêts européennes et le rôle que l’UE devrait tenir pour les protéger

En France, de nombreuses ONG s'inquiètent d'une volonté administrative et privée d’accroître la pression d'exploitation et la mécanisation des récoltes, ainsi que la fragmentation forestière par les routes et pistes^{[réf. nécessaire]}.

Suivi de l'état et de la surface des forêts

Le suivi satellital et aérien des forêts tropicales montre d'importantes régressions dans de nombreux pays (surtout en Amazonie et en Indonésie). Dans les pays riches, les surfaces augmentent souvent légèrement, mais la santé des forêts s'est localement dégradée. Les forêts sont dans ces pays le plus souvent suivies par un réseau de placettes permanentes où les inventaires forestiers sont régulièrement effectués tous les dix ou vingt ans. En France, il existe une direction de la santé des forêts.

En Europe, il faut attendre 1986 pour que naisse un premier programme coopératif¹⁰⁵ de suivi des forêts.

Après le constat dans les années 1980 d'une tendance régulière à la dégradation de la santé des forêts en Europe (mortalité, maladies émergentes, défoliation précoce, décoloration…)¹⁰⁶, un projet Life + dit FutMon a été mis en place - avec 38 partenaires (dont l'IFN pour la France), dans 23 États membres, pour mettre à jour l'information sur la forêt européenne (du cercle polaire arctique en Laponie au sud de la Sicile). Le programme est coordonné par l'Institute for World Forestry de Hambourg et disposait de 16 millions d'euros de cofinancement européen. Il visait aussi à repenser et harmoniser le système de surveillance forestière en Europe¹⁰⁷.

Il s'est fondé sur les résultats du suivi fin de 300 placettes et de 5 500 parcelles à grande échelle. Après plus de deux ans et demi d'analyse des effets du climat, des retombées d'azote (eutrophisation), en ayant étudié le cycle du carbone, la croissance des forêts et les marchés de la bioénergie, ainsi que les opérations de conservation de la biodiversité… les chercheurs ont constaté que si les pluies acides dues aux émissions d'acide sulfurique ont diminué grâce à une convention¹⁰⁸ sur la pollution transfrontière qui a permis une diminution de 70 % des sulfates dans l'air et les pluies), les arbres forestiers doivent dans une partie importante des forêts d'Europe maintenant répondre à une fréquence accrue de canicules et sécheresse (observée de 2000 à 2010 en Europe centrale¹⁰⁷). Les observations montrent que durant 10 ans (2000-2010), la vitalité des arbres s'est dégradée sur un tiers des parcelles, et est restée stable sur les deux autres tiers des parcelles¹⁰⁷. Parmi les causes fréquentes, un approvisionnement des sols forestiers asymétrique (excès d'azote par rapport aux autres nutriments fondamentaux) est très répandu, avec des taux d'azote critiques dépassée sur environ 50 % des placettes de suivi. Le lessivage des nitrates vers l'eau du sol, ses impacts sur la flore et la diversité lichénique sont maintenant bien documentés¹⁰⁷.

Une tendance régulière à l'augmentation des taux d'ozone troposphérique, et au déclin de la biodiversité préoccupe les experts. Les sécheresses plus fréquentes affectent les espèces plus vulnérables et l'écosystème dans son ensemble¹⁰⁶. Les canicules comme celle de 2003 peuvent entraîner des déclins de croissance, des taux élevés de mortalité avec des effets (maladies, mortalités, parasitoses) retardés de plusieurs années. Les modifications du cycle de l'eau sont donc considérés comme la plus sérieuse menace pour les forêts du monde entier¹⁰⁶. « Nous pouvons déjà faire des prédictions assez précises comment le climat va développer en utilisant la modélisation du climat. Cependant, il est largement admis qu'une grande biodiversité dans les forêts sont le meilleur moyen de garantir que les forêts seront capables de s'adapter aux changements actuels et futurs »¹⁰⁶.

Le système de surveillance européen va intégrer dès 2011 une surveillance de l'état des houppiers sur environ 4300 parcelles en liaison avec les inventaires forestiers nationaux. Une surveillance intensive concernera 250 parcelles et d'ailleurs état de la couronne et de la croissance des forêts avec suivi couplé météorologique, de la qualité de l'air, des dépositions, de l'état des sols, de la strate herbacée, et la chimie foliaire. Des paramètres supplémentaires sont évaluées via des actions de démonstration (D1 - D3). Un projet de suivi « Les forêts dans l'Union européenne - Fourniture d'informations pertinentes pour les politiques forestières » (ForEU¹⁰⁹) est prévu.

On espère que la forêt européenne, si sa santé se stabilise ou s'améliore, contribuera à atténuer le changement climatique et à l'adaptation au changement climatique. Elle absorbe en 2011 environ 10 % des émissions européennes de CO₂ et l'augmentation des dépôts d'azote a dopé la croissance des arbres et le piégeage, au moins provisoire du carbone. Cette atténuation du changement climatique pourrait cependant diminuer, à un terme que les modèles de croissance forestière en Europe doivent encore préciser¹⁰⁷. En 2013, l'Ademe encourage la recherche sur l'atténuation du Changement climatique par l'agriculture et la Forêt¹¹⁰.

Gestion et exploitation des forêts

Coupe de bois dans une exploitation forestière.

Dans les pays riches, la mécanisation permet aujourd'hui à une seule personne de remplacer plusieurs dizaines de bûcherons et débardeurs d'autrefois. Le travail manuel, facilité par la tronçonneuse, est encore essentiel en zone tropicale. Le métier de bûcheron reste l'un des plus dangereux.

La mécanisation a encouragé des coupes plus précoces (sylviculture dite « dynamique »), car les engins ne peuvent pas couper de gros arbres, et une augmentation du nombre de routes (pour l'accès aux engins) qui se traduit par une fragmentation des forêts accrue.

le débardage par câble téléphérique (câble-mât) présente une solution d'exploitation sur les sols fragiles et forêts de pentes. Il rend cependant plus facile l'exploitation d'anciennes zones-refuges pour la biodiversité, autrefois non exploitées car trop isolées.

Selon le traitement utilisé, et selon les essences, le temps de « révolution », c'est-à-dire le délai écoulé entre le semis et la coupe, est variable mais généralement long, de 60 à 100 ans pour les résineux (le sapin grandis peut être coupé à partir de 40 ans), de 150 ans et plus pour les feuillus (80-100 ans pour le chêne rouge d'Amérique). La sylviculture est une affaire de plusieurs générations ; seule la populiculture (peupliers) avec une durée de révolution d'environ 20 ans se rapproche de l'agriculture.

Historique

L'homme n'a eu d'impact sur la forêt que depuis qu'il s'est sédentarisé, au Néolithique ; tant qu'il fut un chasseur cueilleur il en a utilisé les ressources végétales ou animales sans la modifier profondément. Il n'en fut pas de même quand il a utilisé le bois pour son habitat pour lequel les prélèvements de troncs furent abondants, sélectifs et répétés. Les connaissances forestières des dix derniers millénaires sont très rares car le végétal ne conserve pas longtemps et les fouilles n'en n'offrent pratiquement jamais : seuls les pollens permettent de tracer les grandes lignes de l'environnement. Les gisements immergés en mer, lac ou rivière les ont gardés en bon état et là encore faut-il employer des méthodes particulières pour en recueillir les restes. Ce fut le cas lors de l'exploitation du site néolithique de Charavines, Isère¹¹¹ où cet aspect du passé fut très étudié par la dendrologie, la botanique, la palynologie et la dendrochronologie des troncs et des sédiments. On a pu y suivre les conséquences significatives des coupes sur l'évolution des peuplements, indépendamment des évolutions climatiques, ainsi que la spécificité de l'utilisation des différentes essences pour les diverses parties de l'habitat, pour les ustensiles et les outils en bois. L'importance majeure de la forêt sur la vie des hommes a pu permettre de dire que le Néolithique fut l’âge du Bois [1] [archive].

Aux temps historiques, la forêt était exploitée pour le bois, le charbon de bois, la cueillette, le pâturage et la chasse. Le bois était généralement débardé à l'aide de chevaux, de bœufs, buffles ou d'éléphants en Asie. En Europe centrale, sur les pentes, il était parfois descendu coupé sur des traîneaux (schlitte). Le plus souvent, ce sont les torrents et cours d'eau qui transportaient les troncs jusqu'aux fleuves en radeaux ou par simple flottage. Autrefois, les troncs étaient coupés par les bûcherons, puis débités par des scieurs de long, avant d'être portés à dos d'homme ou par des chevaux jusqu'aux chemins. Aux époques récentes, ce sont des scieries actionnées par la force de l'eau qui ont permis la coupe de planches dans la forêt ou à proximité, avant que les camions ne transportent les arbres jusqu'à des scieries plus éloignées à partir de la seconde moitié du XX^e siècle. De manière générale le nombre de bûcherons et de scieurs n'a cessé de se réduire en raison de la mécanisation.

La sylviculture moderne vise à maintenir ou augmenter le potentiel de production d'une forêt, tout en conservant un équilibre sylvo-cynégétique quand le gibier est une ressource économique majeure et que les animaux sont nombreux (en France, il est fréquent que 50 % au moins du revenu d'un propriétaire forestier vienne des produits de la chasse au grand gibier).

La régénération

La régénération forestière, c'est-à-dire la reproduction des arbres se fait selon deux approches :

par rejets (ou drageons) ; cette méthode exploite la capacité de nombreuses essences de feuillus à rejeter à partir d'une souche. Elle est surtout utilisée pour les taillis.
par semences ; cette méthode nécessite, au moins pour certaines essences un niveau d'éclairement suffisant du sol, ce qui justifie des coupes d'éclaircies pour les uns et de larges coupes pour d'autres.

On parle de régénération naturelle quand le forestier sélectionne et conserve des arbres « semenciers » lors des coupes, afin que les graines présentes dans le sol et tombées des semenciers puissent germer et régénérer la forêt. C'est une solution efficace et peu coûteuse lorsque les essences présentes sont bien adaptées au contexte biogéographique et que les herbivores ne sont pas trop nombreux. Pour certaines essences (Chêne par ex), dont les fructification ne sont pas régulières, les délais de régénération peuvent être allongés. Il y a régénération naturelle et continue avec les approches de type Prosilva, promouvant la gestion pied à pied ou en bouquets, sans coupe rase.

La régénération artificielle correspond à la situation où des plants proviennent de semis élevés en pépinière, ou de drageonnages extérieurs à la parcelle, à partir de graines ou arbres sélectionnés (provenance certifiée), au risque de perte de résilience et de biodiversité, voire d'introduction de pathogènes non présents dans la forêt. C'est un mode de régénération adapté à la mécanisation de la gestion forestière, qui a été fortement développé au XX^e siècle dans les pays du nord, mais aussi en Australie et dans certaines forêts tropicales. Les bénéfices à long terme de cette méthode sont discutés, notamment pour d'éventuelles conséquences sanitaires, paysagères et environnementales sur la forêt.

Les animaux contribuent également à la régénération forestière. Les gorilles en sont un exemple. En passant la majorité de leur temps dans les trouées forestières, ils y déposent de nombreuses graines ingérées quelques heures auparavant. L'abondance de lumière dans ces trouées stimule la germination des graines et le développement de jeunes plantes¹¹².

L'exploitation

Les méthodes d'exploitation traditionnelles en forêts tempérées sont les suivantes :

Taillis simple : on coupe les rejets régulièrement (l'ensemble des rejets issus d'une souche s'appelle une cépée), ce qui produit des arbres de petites dimensions, utilisable comme bois de feu (ou piquets pour le Châtaignier et le Robinier, utilisé principalement aujourd'hui pour le chauffage, mais qui alimentait autrefois des industries comme la verrerie, la porcelaine et la sidérurgie.
Taillis sous futaie : c'est une forêt exploitée principalement en taillis, mais pour fournir aussi du bois d'œuvre, on laisse venir des arbres de franc-pied, c'est-à-dire issus de semis, d'âges divers.
Futaie régulière : dans ce type de forêt tous les arbres sont issus de semis et ont le même âge, ce qui donne à l'âge adulte des Futaies « cathédrales ». Ce type de traitement est relativement moderne, et date en France de l'époque de Colbert qui voulut développer la production de bois pour la charpente de marine et notamment les mâts. Un exemple célèbre est la futaie de chênes de Tronçais dans l'Allier.
Futaie jardinée : c'est une futaie dans laquelle on trouve des arbres à tous les stades de développement. On l'exploite en prélevant régulièrement une partie des arbres considérés comme mûrs, mais en conservant en permanence la protection du couvert forestier. C'est la méthode traditionnelle, qui a été le mieux conservée en montagne parce qu'elle protège les sols, le micro-climat forestier et limite au mieux l'érosion et les glissements de terrain. C'est aussi le principe sylvicole de Prosilva qui lui adjoint une dimension biodiversité (la futaie est hétérogène et mélangée, en essences et en classes d'âge, en conservant des arbres morts et sénescents, considérés nécessaires à l'équilibre écologique forestier).

Galerie

Forêt proche de Swalmen aux Pays-Bas
Forêt à Fontainebleu en automne
Forêt à Langaa
Dollerbaechlein dans le Nonnenbruch

Voir aussi

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Bibliographie

Généralités

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Liens externes

Notices d'autorité
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Notices dans des dictionnaires ou encyclopédies généralistes
:
Ressource relative à la santé

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Notes et références

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Le milieu terrestre étant beaucoup moins tamponné thermiquement que la mer (écarts de température rapides et de grande amplitude), il impose des contraintes hydriques et thermiques supplémentaires.
Les Trachéophytes sont des plantes homéohydres grâce à la présence de racines et de vaisseaux conducteurs. Les Bryophytes ne possèdent pas ces caractères et adoptent une autre stratégie de résistance au stress hydrique, la poïkilohydrie : comme les lichens, leur teneur en eau varie suivant les variations d'hygrométrie de l'environnement extérieur, de 10 à 90 % de leur poids frais, car ces végétaux sont incapables de contrôler la perte en eau de leurs cellules et se déshydratent facilement par toute leur surface. Elles restent pour beaucoup inféodées aux milieux humides, mais de nombreuses espèces sont aussi pionnières des milieux secs grâce à une stratégie d'évitement, l'anhydrobiose. Robert Gorenflot, Biologie végétale, Masson, 1990, p. 213
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Sans cette lignine, la croissance des plantes ne dépasserait pas quelques centimètres en hauteur. Cf (en) Peter Scott, Physiology and Behaviour of Plants, John Wiley & Sons, 2013 (lire en ligne [archive]), p. 27
Selon le principe de l'allocation des ressources, l'arbre investit une grande partie de son énergie au développement en hauteur. Il réduit celle allouée à la reproduction, ce qui a la conséquence suivante : alors qu'un seul chêne pourrait potentiellement produire en moyenne 100 millions de glands par an, il n'en produit que de 5 à 10 000 /an, qu'à partir de 30 et que les bonnes années. Cf (en) Ethelyn Gay Orso, Louisiana Live Oak Lore, Center for Louisiana Studies, University of Southwestern Louisiana, 1992, p. 8
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La première forêt cinéraire de France se trouve en Occitanie [archive]
Une sécheresse sévère, associée à la chaleur, comme celle de l'été 2003, ne provoque pas seulement la perte précoce des feuilles des arbres. Elle a des conséquences sur la capacité de l'arbre à résister au froid pendant l'hiver suivant. C'est ce qu'étudient les chercheurs de l'INRA de Clermont-Ferrand [archive], article de Futura Science, consulté le 17 octobre 2017
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Projet FutMon Communiqué On June 21st, in the International Auditorium in Brussels, FutMon, the EU’s largest LIFE+ project, presented a comprehensive update on forest information in Europe today [archive], consulté 2011-06-26
Convention on Long-range Transboundary Air Pollution (CLRTAP)
"Forests in the European Union - Provision of Policy relevant information" (ForEU).
Ademe présentation de l'Appel à projets R&D REACCTIF - REcherche sur l'Atténuation du Changement ClimaTique par l'agrIculture et la Forêt 2013 [archive], et Appel à projet téléchargeable [archive], ouvert jusqu'au 26/06/2013
Aimé Bocquet (préf. par Yves Coppens, professeur au Collège de France), Les oubliés du lac de Paladru. Ils vivaient il y a 5000 ans à Charavines en Dauphiné, Montmélian, Fontaine de Siloé Montmélian, 2012, 200 p. (ISBN 978-2-84206-550-8)
Avec un DVD contenant les résultats archéologiques et scientifiques par 60 spécialistes
« Régénérer les forêts africaines grâce aux gorilles » [archive], sur Université de Liège

Sous-inspecteur des forêts de la Couronne, attaché à la vénerie de l'Empereur.

[afficher] v · m Biomes terrestres

[afficher] v · m Forêt en Europe par pays

Plage

Pour les articles homonymes, voir Plage (homonymie).

Cet article ne cite pas suffisamment ses sources (mai 2013).

En pratique : Quelles sources sont attendues ? Comment ajouter mes sources ?

Plage de Colombus Isle (Bahamas).

Pêcheurs au lever du soleil sur la plage de Nusa Dua à Bali.

Plage du lac de Vaivre à Vesoul.

Pomerania Plage (Darss).

Palm Plage à Aruba.

Plage en Côte d'Ivoire.

Boulders Beach en Afrique du Sud.

Plage de Pärnu en Estonie.

Sur le plan scientifique, une plage est une berge en pente douce ou très douce¹ correspondant à une étendue de sable, de gravier ou de galets qui se poursuit sous le niveau de l'eau (définition qui prend en compte les plages maritimes le long des mers et des océans, et les plages continentales le long des cours d'eau ou en bordures de plan d'eau). Le sens commun définit la plage, dans une acception moins étendue depuis le XIX^e siècle, comme une étendue de sable en bordure de mer ou d'océan, l'étendue d'un rivage marin, à la pente assez peu prononcée par rapport à l'horizontale, qui se poursuit longuement sous le niveau de l'eau². Sous l'influence du tourisme balnéaire, la définition s'est en effet restreinte à une étendue dont on a fixé les limites, aménagée pour concentrer les baigneurs, comme en atteste le panneau « La Plage » dans les stations balnéaires, qui indique uniquement les étendues de sable les plus aménagées pour les bains de mer, les loisirs et la restauration³.

Cette morphologie de la berge ou du rivage par rapport au plan d'eau, à la rivière ou à la mer favorise l'échouage des embarcations ou des navires, comme l'atterrissement des corps et matériaux transportés par les flots ou poussés par les courants.

La géomorphologie définit une plage comme une « accumulation sur le bord de mer, sur la rive d'un cours d'eau, d'un lac ou plan d'eau quelconque, de géomatériaux d'une taille variable allant des sables fins aux blocs ». La plage ne se limite donc pas aux étendues de sable fin ; on trouve également des plages de galets et de blocs. On a tendance à restreindre la plage à l'estran, mais elle comprend aussi l'avant-plage (aussi appelée avant-côte et où l'on trouve les avant-dunes, appelées « dunes » par les vacanciers), qui fait partie de la zone infra-littorale. Les plages s'orientent perpendiculairement à la houle dominante.

Les plages de sable fin sont les plus appréciées des vacanciers. On peut distinguer les sables « blancs » d'origine organique (restes de squelettes et autres coquilles, calcaires ou siliceux) des sables « noirs » d'origine minérale ou volcanique. La distinction ne doit cependant pas se faire uniquement sur la couleur, des sables d'origine organique pouvant apparaître noirs s'ils sont chargés en matières organiques, et des sables d'origine minérale pouvant être clairs, selon le type de roche qui leur a donné naissance.

Castaway Cay, une plage aux Bahamas.

Les plages ont tendance à disparaître du fait de leur surexploitation, notamment pour la confection des bétons de ciment⁴.

Plages artificielles

Cette section ne cite pas suffisamment ses sources (avril 2019).

Il existe des plages artificielles, pouvant être permanentes ou temporaires (telles que Monaco, Paris, Copenhague, Rotterdam, Toronto, Hong Kong et Singapour). Les qualités apaisantes d'une plage et l'environnement plaisant offert aux inconditionnels de la plage sont recréés dans les plages artificielles. Par exemple, l'entrée dans l'eau se fait de manière progressive du bord jusqu'en eaux profondes et notamment les vagues des piscines reproduisent les vagues naturelles des plages.

Un autre type de plage artificielle que l'on retrouve sont les plages urbaines, que l'on peut définir comme un parc public qui est devenu de nos jours dans les grandes villes un lieu commun. Les plages urbaines tentent d'imiter les plages naturelles, avec des fontaines qui imitent le ressac et masquent les bruits de la ville, et peuvent devenir dans certains cas un lieu de loisirs.

Paris Plages, aménagement urbain temporaire sur les quais de la Seine.
Seagaia Ocean Dome situé à Miyazaki (Japon), la plus grande plage artificielle intérieure du monde.
Tropical Islands, parc aquatique tropical près de Berlin construit dans un ancien hangar à dirigeables.

Plages aux abords du désert

Les plages situées aux abords du désert représentent l'extrémité de ce désert débouchant sur la mer. Elles sont principalement composées du sable du désert concerné.

Plages naturelles

Au XXI^e siècle, selon le documentariste Denis Delestrac (en), 75 à 90 % des plages sont menacées de disparition, du fait de l'exploitation humaine ou de la submersion marine⁵. Une partie de ce sable sert à recréer des plages artificielles, aux qualités écologiques bien moindres.

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Plages naturistes

Article détaillé : Plage naturiste.

Depuis toujours dans de nombreux pays des plages sont partiellement ou totalement accessibles aux adeptes de la nudité.

Panneau à Port Leucate.
La représentation du (Naturisme) quotidien par Anders Zorn (Une première) (1888).
Plage naturiste à Berlin-Est (1989).
Baignade naturiste.
Plage du Village Naturiste d'Héliopolis à l'île du Levant.

Plages privées

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Plages surélevées

Article détaillé : Plage surélevée.

Les plages surélevées sont des plages anciennes (de sable ou de galets) situées au-dessus du niveau actuel de la mer et témoins d'époques où le niveau de la mer était au-dessus de son niveau actuel, par exemple lors de la transgression flandrienne.

Plogoff : plage suspendue entre la Pointe de Plogoff et la pointe du Mouton.
Plouhinec (Finistère) : plage fossile de galets sur une falaise entre les plages de Mesperleuc et Gwendrez.
Falaise, formée de roches à fort pendage, à l'ouest de Penhors montrant une plage de galets suspendue au-dessus de la plate-forme d'abrasion fossilisée.
Falaise à l'ouest de Penhors montrant une plage de galets suspendue au-dessus de la plate-forme d'abrasion fossilisée.

Références

La pente est variable selon la taille de ses constituants minéraux.
Ce sens concret a été préservé par le moyen français plage, issu de l'ancien français plaje attesté en 1298, adaptation de l'italien plaggia, signifiant « pente douce ». Ce dernier terme, nullement réservé à l'usage maritime ou fluvial, puisque l'italien actuel piagga peut désigner un coteau, ressort du monde gréco-romain, via le mot grec plagios, « oblique, en pente, pas tout à fait horizontal ». L'ancien mot grec plagos a été substantivé au pluriel neutre, puis pris comme féminin. Ce qui n'est pas en ligne droite ou à l'horizontale peut être pour les Anciens en un sens moral « tordu, fourbe, traître ». D'où les dérivés appartenant à la même famille : plagier, plagiat, plagiaire…
Dominique Rouillard, Le site balnéaire, P. Mardaga, 1984, p. 93
« Nos plages à court de sable » [archive du 8 octobre 2014], sur future.arte.tv, 7 juillet 2014.

Marie-Anne Daye, « Le sable disparaît (et on n'en parle pas) », Rue89,‎ 24 mai 2013 (lire en ligne [archive], consulté le 25 mai 2013).

Annexes

Sur les autres projets Wikimedia :

plage, sur Wikimedia Commons

Bibliographie

Roland Paskoff (2005), Les Plages vont-elles disparaître ?, Le Pommier (Paris), collection Les Petites Pommes du savoir, n^o 71 : 59 p. (ISBN 2-74650238-0).
Philippe Tome (Scénario) & Christian Darasse (dessins), Les Minoukinis, bande dessinée en 2 tomes.
Alice Bullard, « Le théâtre des plages en Nouvelle-Calédonie : présentation du corps et art kanak féministe », Journal de la Société des océanistes, vol. 108,‎ 1999 (lire en ligne [archive]).
Jean Rieucau et Jérôme Lageiste, « La plage : un territoire singulier. Entre hétérotopie et antimonde », Géographie et cultures, n^o 67,‎ 2008 (lire en ligne [archive]).
Francine Barthe-Deloisy, « Géographie du naturisme : à la recherche de l'Éden », Géographie et cultures, n^o 37,‎ 2001 (lire en ligne [archive]).
Francine Barthe-Deloisy, « Le naturisme : des cures atmosphériques au tourisme durable », Communications, n^o 74,‎ 2003 (lire en ligne [archive]).
Emmanuel Jaurand, « Territoires de mauvais genre ? Les plages gay », Géographie et cultures, n^o 54,‎ 2005 (lire en ligne [archive]).
Emmanuel Jaurand, « Les espaces du naturisme : modèle allemand et exception française ? », Revue géographique de l'Est, vol. 47, n^o 1,‎ 2007 (lire en ligne [archive]).
Emmanuel Jaurand, « Les plages nudistes, une exception occidentale ? », Géographie et cultures, n^o 67,‎ 2008 (lire en ligne [archive]).

Jean-Didier Urbain, Sur la plage : mœurs et coutumes balnéaires aux XIX^e et XX^e siècles, éditions Payot, 2002.
Dominique Rouillard, Le Site balnéaire, éditions Mardaga, 1995.
Elsa Devienne, La Ruée vers le sable : Une Histoire environnementale des plages de Los Angeles au XX^e siècle, Paris, Éditions de la Sorbonne, 2020.

Filmographie

Les Plages d'Agnès est un film français réalisé par Agnès Varda et sorti en 2008.
La Plage est un film anglo-américain réalisé par Danny Boyle en 2000 et adapté du roman The Beach d'Alex Garland.
Le Sable : enquête sur une disparition, par le réalisateur français Denis Delestrac (2013).
Documentaire L'odyssée des plages, Emmanuel Blanchard, France Télévisions, 2020.

Articles connexes

Baïne, Courant d'arrachement
Vague
Lagon
Littoral
Station balnéaire
Paris Plages
Directive concernant la gestion de la qualité des eaux de baignade
Des plages célèbres : Baie des Anges, Copacabana, Varadero, Waikiki, Miami Beach.

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v · m

Reliefs et modelés naturels de la Terre

Reliefs structuraux

de montagne (orographique)	Butte Chaîne Cheminée de fée Chevron Cirque (Makhtesh) Cluse Col Colline Combe Crêt Crête Massif Mont Rift Pic Talweg Val Vallée Versant
de plaine	Altiplano Bassin sédimentaire Dépression Fontis Monolithe Oasis Piémont Plaine alluviale
de plateau	Butte (Butte-témoin) Causse Cuesta Hamada Mesa Plateau océanique Trapp

Modelés

Hydrographique (cours d'eau)	Cascade / Chute Cône de déjection Embouchure Delta Estuaire Gorge / Canyon Lac Lit (majeur, mineur) Méandre Rapides Terrasse alluviale Vallée fluviale
Éolien	Désert de sel Dune Erg Reg Rocher-champignon Rose des sables Ventifact Yardang
Glaciaire	Calotte glaciaire Cirque glaciaire Crevasse Esker Glacier Inlandsis Lac glaciaire Moraine Nunatak Vallée glaciaire Verrou glaciaire
Karstique	Aven (ou adugeoir, barrenc, bétoire, chourun, embùt, endousoir, endouzoère) / Gouffre (ou Abîme) / Igue / Scialet · Abri sous roche · Caverne / Grotte · Cénote · Doline (ou cloup, emposieu, sotch, sótano, tiankeng) / Ouvala · Émergence - Exsurgence - Résurgence · Glacière · Lapiaz · Perte / Chantoire (ou chantoir, tchantwère) · Pinacle · Poljé · Trou bleu (ou black hole, blue hole) · Tsingy
Littoral	Atoll Banc de sable Cap Cordon littoral Tombolo Côte Falaise Fjord Île Isthme Lagune Péninsule Plage Presqu'île Récif
Maritime / Océanique	Baie Barrière de corail Bassin océanique Détroit Dorsale Fosse océanique Glacis continental Golfe Haut-fond Mont sous-marin Plaine abyssale Plateau continental Talus continental
Volcanique	Caldeira Cône Cratère Dôme de lave Geyser Île Lac de cratère Neck Volcan

Concepts généraux

Critères descriptifs	Altitude Collision continentale Croûte terrestre Dénivelé Érosion Exposition Interfluve Orogenèse Pente Relief inversé, appalachien, jurassien, de plissement Relief ruiniforme Seuil Subduction Surrection
Sciences	Géodésie Géographie Géomorphologie Géomorphométrie Gravimétrie Hydromorphologie Karstologie Tectonique des plaques Topographie

Désert

Cet article possède des paronymes, voir Dessert et Dézert.

Pour les articles homonymes, voir Désert (homonymie).

Valle de la Luna (« vallée de la Lune ») au Chili, près de San Pedro de Atacama, dans le désert d'Atacama, un des déserts les plus arides sur Terre¹^,²^,³^,⁴^,⁵.

Dune (erg) de la Vallée de la Mort située dans le désert des Mojaves aux États-Unis, l'endroit où l'on a relevé la température sous abri la plus élevée sur Terre selon les normes de l'OMM avec un record à 56,7 °C⁶^,⁷.

Un désert est une zone de terre où les précipitations sont rares et peu abondantes, et où, par conséquent, les conditions de vie sont hostiles pour les plantes et pour les animaux. Les déserts font partie des environnements extrêmes. Le manque de végétation expose la surface, non protégée, au processus de dénudation. Les zones semi-arides et arides couvrent environ un tiers de la surface de la Terre. Cela inclut une grande partie des régions polaires où de faibles précipitations surviennent, souvent appelées « déserts froids ». Les déserts de la planète peuvent être classés en fonction de la quantité de précipitation qu'ils reçoivent, des températures qui dominent tout au long de l'année, des causes de désertification ou de leur situation géographique.

Les déserts chauds sont formés par des processus météorologiques, puisque de larges variations de températures entre le jour et la nuit font travailler de façon rude les roches et les pierres, qui finissent souvent par s'éclater en petits cailloux ou en petites particules. Bien que la pluie se produise très rarement dans les déserts, il peut y avoir des averses occasionnelles qui peuvent résulter en inondations soudaines, « flash-floods » en anglais. La pluie tombant sur des pierres excessivement chauffées en journée peut les faire briser en petits fragments et en gravats qui jonchent le sol désertique qui sera ensuite érodé par le vent. Le vent emporte les fines particules de sable et de poussière et les maintient en suspension dans l'atmosphère, ce qui peut éventuellement causer des tempêtes de sable lorsque le vent souffle plus fort. L'ardeur extrême de l'atmosphère des déserts chauds favorise aussi grandement le transport de ces particules fines. Les grains de sable emportés par le vent frappant d'autres objets solides sur leur trajet peuvent abraser la surface du désert. Les roches sont lissées vers le bas, et le vent répartit le sable en dépôts uniformes. Les grains de sable finissent comme des feuilles de sable ou sont empilés en hauteur en dunes flottantes. D'autres déserts sont plats, des plaines caillouteuses où tous les petits fragments de cailloux ont été emportés par le vent et la surface du désert consiste à présent en une mosaïque de pierres très lisses. Il existe une très grande variété de paysages désertiques contrairement à ce qu'on l'on pourrait penser. Et en réalité, une grande partie des magnifiques paysages des déserts résultent principalement de l'érosion et de l'action du vent, qui balaye constamment les déserts en modifiant et en modelant les paysages de façon très organisée.

Brûlant, absolument sec, couvert de sable à perte de vue, dépourvu de végétation, inhospitalier et hostile à la moindre forme de vie, exposé en permanence à un soleil de plomb et accablant, d'une luminosité aveuglante et éblouissante, et balayé par des vents desséchants et violents, voilà comment on se représente le désert bien que cette idée que l'on se fait du désert est incomplète et partiellement erronée. La meilleure illustration de cette représentation est le Sahara, le plus grand désert chaud du monde recouvrant presque tout le nord de l'Afrique ainsi que les autres déserts de l'Afrique et de la péninsule Arabique principalement. Le seul point commun à tous les déserts de la planète est leur extrême sécheresse, plus précisément leur aridité traduite par la faiblesse et la rareté des précipitations. Un désert ou une zone aride reçoit en général moins de 250 mm de précipitations par an bien que des exceptions existent. Les semi-déserts ou les zones semi-arides reçoivent entre 250 mm et 500 mm de précipitations par an et sont connus sous le nom de steppes. Il existe des déserts chauds, des déserts froids et des déserts tempérés. La chaleur n'est donc pas un critère déterminant pour qualifier une région du globe de « désert ». Pour exemple, les régions polaires de l'Arctique et de l'Antarctique sont considérées comme des déserts froids et glacés car ces zones reçoivent très peu de précipitations par an et sont recouvertes de glace tout au long de l'année. L'autre analogie que l'on peut attribuer aux déserts de façon plus large que la chaleur est que la grande majorité des déserts qui couvrent la planète sont associés à des températures extrêmes, qu'elles soient extrêmement élevées ou au contraire, extrêmement basses. Certains déserts tempérés font exception à la règle et aux températures extrêmes. En réalité, les déserts chauds et les déserts froids sont exactement et respectivement les endroits les plus chauds et les endroits les plus froids sur Terre et ce sont ces régions qui enregistrent des records absolus de chaleur ou de froid.

Définition

Au-delà de son sens primitif d'endroit vaste et avec très peu d'habitants, le mot désert désigne également actuellement quelques réalités proches.

Le mot désert désignait en ancien français non pas des étendues vides de végétation, mais toute vaste zone inhabitée et non cultivée par l’Homme, en particulier les forêts profondes qui abritaient par exemple des moines ermites qui « allaient au désert » pour y vivre en méditation. À titre d’exemple l’ancien Hainaut franco-belge (pagus Fanomartensis) était probablement encore au XI^e siècle presque couvert par la vaste forêt Charbonnière, elle-même relique de l’immense forêt d’Ardenne citée par César. Ce ne fut qu’au VII^e siècle, après les premiers grands défrichements, que Soignies, le Rœulx, Saint-Ghislain, et d’autres villes, s’y formèrent, « au milieu de forêts épaisses et dans de véritables déserts »⁸. On parle aussi du Désert de la Chartreuse à propos de la zone de silence, en montagne, située autour du monastère de la Grande-Chartreuse en Dauphiné (France).

En démographie, un désert est une région peu densément peuplée. Sa définition varie : au niveau mondial, on estime qu’en dessous de 5 hab./km², une région est désertique. En France, les cantons peuplés de moins de 20 hab./km² sont considérés comme déserts^{[réf. nécessaire]}. L'expression a été popularisée par la célèbre étude du géographe Jean-François Gravier publiée en 1947, Paris et le désert français.

Par analogie, on parle aussi de « déserts océaniques ». Les océans comptent en effet des déserts biologiques bien plus vastes que les déserts terrestres. Repérables par des satellites comme SeaStar, ils se situent dans les régions subtropicales de l’océan Pacifique et Atlantique et au sud de l’océan Indien au niveau des gyres. Des océanographes ont constaté qu’entre 1997 et 2006 leur surface globale a augmenté de 6,6 millions de km², soit 15 % environ, probablement en raison du réchauffement climatique⁹.

Caractéristiques

Article détaillé : Climat désertique.

Tourbillon de sable dans le désert des Mojaves, Californie.

L’aridité est le manque d’eau permanent qui affecte une région. Elle dépend plus de la pluviosité que de la température : il existe des espaces arides et froids (polaires par exemple). On mesure le degré d’aridité d’une région en fonction de l’indice d'aridité qui mesure la différence entre l’évapotranspiration potentielle (EVP) et la pluviosité.

De façon générale, les milieux désertiques sont caractérisés par :

des précipitations rares et très irrégulières : il arrive souvent qu’il ne pleuve pas pendant des années ;
les rosées matinales y constituent souvent la seule ressource en eau en surface pour les espèces vivantes présentes ;
une évaporation plus importante que les précipitations ;
une forte amplitude thermique entre les températures diurnes et nocturnes ;
un vent constant et souvent fort (y compris la nuit) ;
un sol pauvre et mince ;
une végétation rare, basse et atrophiée dite xérophyte composée notamment de plantes succulentes ou grasses ;
une petite faune peu dense, on y retrouve des insectes, des petits reptiles, des arachnides, des rongeurs et quelques oiseaux nocturnes ;
de faibles densités humaines.

Classement communément admis

Désert du Taklamakan en Chine.

La typologie de Monique Mainguet¹⁰ propose :

déserts polaires froids : ces zones (arctique et antarctique) reçoivent en effet très peu de précipitations, à cause de l'omniprésence de cellules anticycloniques stables, alimentées en air glacial et très sec. La glace empêche le développement de la végétation dans le domaine subpolaire désertique. La toundra apparaît dans le domaine subpolaire semi-aride¹¹ ;
déserts tropicaux et subtropicaux sans hivers notables : Sahara, péninsule Arabique, désert australien, Sindh… Ils subissent une sécheresse accentuée de l'atmosphère surtout dans les régions les plus continentales et les plus chaudes, humidité relative moyenne de 15 à 35 % ; des températures moyennes annuelles élevées ou très élevées, supérieures à 20 °C et dépassant parfois 30 °C ; des étés torrides plus ou moins allongés dans la durée, souvent plus de 40 °C à l'ombre pendant plusieurs mois consécutifs (jusqu'à 78 °C en plein soleil à Tamanrasset, Algérie) ; une évaporation potentielle considérable, généralement plus de 3 000 mm/an, jusqu'à 6 000 mm/an dans le Sahara ;
déserts d'abri de basse latitude aux hivers tempérés : ces déserts se trouvent à l’abri d’une barrière montagneuse qui bloque les dépressions venues de l’océan (Grand Bassin, désert des Mojaves, désert de Sonora aux États-Unis). Leurs caractéristiques climatiques sont sensiblement les mêmes que celles des déserts tropicaux ou subtropicaux (forte chaleur, grand ensoleillement, etc.). L’effet de foehn réchauffe et assèche l’air lorsqu’il redescend derrière la chaîne de montagnes ;
déserts continentaux à fortes amplitudes thermiques et à hivers froids : ces déserts se situent généralement sous des latitudes tempérées, à l’abri d’une barrière montagneuse qui bloque les dépressions venues de l’océan. Ils sont essentiellement situés en Asie centrale (désert de Gobi, désert du Taklamakan, désert du Karakoum…) Si les hivers sont froids ou très froids, les étés sont souvent très chauds, parfois aussi chauds que ceux des déserts de basse latitude. Ils font partie des régions qui connaissent les plus grandes amplitudes thermiques annuelles au monde ;
déserts chauds côtiers : déserts chilo-péruviens (dont le désert d'Atacama), désert du Namib, désert de Basse-Californie, sud-ouest marocain. Souvent brumeux, ces déserts sont créés par des anticyclones, des courants froids (courant froid de Benguela pour le Namib) et des remontées d'eau des profondeurs (« upwellings »). Ils peuvent être hyper-arides (déserts du Pérou et du Chili).

On distingue également plusieurs milieux¹² arides ou semi-arides : saharien, aralien, péruvien, sahélien et méditerranéen semi-aride.

Jean Demangeot¹³ fait remarquer que ce classement doit tenir compte de la complexité des facteurs. Il distingue les déserts polygéniques (Asie centrale, Borkou, Sonora…) pour lesquels les causes d’aridité sont multiples et les déserts d’altitude (bassin du Tarim très aride, mais les montagnes qui l’entourent sont relativement arrosées).

Classement en fonction de l’aridité

D’une manière plus simple, on considère les déserts selon leur aridité¹⁴ :

les régions hyper-arides, qui correspondent aux déserts absolus, aux vrais déserts, ces zones reçoivent moins de 50 mm de précipitations par an : une grande partie du Sahara ainsi que ses grandes subdivisions telles que le désert Libyque, le Ténéré ou encore le Tanezrouft, le désert d'Atacama, le désert du Namib et d'autres encore ;
les régions arides, qui correspondent aux déserts, ces zones reçoivent entre 50 mm et 250 mm de précipitations par an : cela inclut quasiment tous les déserts à quelques exceptions près ;
les régions semi-arides, qui correspondent aux semi-déserts, et plus précisément aux steppes, ces zones reçoivent entre 250 mm et 500 mm de précipitations par an : Sahel, grande partie du centre et de l'ouest de l'Australie.

En général, il est admis qu’un milieu est non aride lorsque l’indice xérothermique¹⁵ est inférieur à 100, semi-aride entre 100 et 290, aride entre 290 et 350, et hyper-aride entre 350 et 365.

Le critère de l’évapotranspiration

L'Organisation des Nations unies pour l'alimentation et l'agriculture retient un autre critère de typologie : l’évapotranspiration potentielle, associée à une formation végétale :

zones hyper-arides : quelques éphémères, buissons xérophytes dans les oueds ;
zones arides : plantes vivaces et annuelles ; pas d’agriculture pluviale ;
zones semi-arides : couvert végétal ouvert (steppe, buissons), plantes vivaces, agriculture pluviale possible et élevage extensif.

Causes météorologiques et climatiques

Selon leur processus de formation et les causes de désertification, on distingue les déserts zonaux, les déserts d'abri, les déserts continentaux et les désert côtiers.

Les déserts froids se forment aux latitudes les plus élevées, bien plus élevées que les déserts chauds. L'aridité des déserts froids résulte de la sécheresse de l'air. En effet, l'air extrêmement froid est trop dense et de volume trop faible, il ne peut pas contenir une quantité de vapeur d'eau suffisante pour donner des précipitations. Certains déserts froids sont très éloignés des sources d'eau telles que les océans et sont formés à l'intérieur des terres (continentalité). Ce sont ces déserts, dotés d'une remarquable continentalité, qui ont les variations de températures diurnes et annuelles les plus extrêmes parmi tous les déserts de la planète. D'autres déserts froids sont séparés des sources d'eau par des chaînes de montagnes ou des reliefs importants, ce qui crée un phénomène d'« ombre pluviométrique »: une restriction très importante de l'humidité dans le versant sous le vent, d'où la formation de déserts. Dans tous les cas, il n'y a strictement pas assez d'humidité dans l'air froid pour que celle-ci soit condensée pour donner lieu à des précipitations. Les plus grands de ces déserts froids sont les déserts situés au cœur de l'Asie Centrale et éloignés de tout point d'eau. Les autres déserts froids se forment sur le côté est des Montagnes Rocheuses, sur le côté est de la Cordillère des Andes ou encore dans l'Australie du Sud. L'air est très froid et transporte très peu d'humidité, ainsi de très faibles précipitations se produisent, et le peu d'eau qui tombe généralement sous la forme de neige, est emportée par les vents violents et constants, ce qui peut mener à la formation du blizzard, de congères ou même de dunes de glace et de neige comparables à celles qui sont formées dans les déserts chauds par le sable et la poussière. Il est à préciser également que les vrais déserts froids, de très hautes latitudes sont également formés par la ceinture polaire d'anticyclones thermiques permanents ou semi-permanents. Ces anticyclones sont caractérisés par une vaste zone de haute pression, où l'air suit un mouvement de descendance, de subsidence. En descendant, ils se réchauffe très faiblement et s'assèche, d'où l'inhibition pluviométrique et le ciel dégagé. Ces anticyclones thermiques polaires ne persistent pas en altitude et ont une maigre épaisseur étant donné que l'air froid, dense et lourd tend à se compresser vers le sol et que l'air chaud, dilaté et léger tend plutôt à se détendre vers l'espace. En Antarctique, par exemple, les précipitations annuelles sont autour de 150 mm, voire 50 mm dans le plateau central le plus continental mais les péninsules reçoivent jusqu'à dix fois la quantité de précipitations qui tombent dans la partie la plus aride de l'Antarctique.

Les déserts chauds sont pour la plupart des déserts subtropicaux ou tropicaux ainsi que des déserts zonaux. On retrouve ces déserts dans les latitudes subtropicales, plus communément appelées les latitudes des chevaux, entre 30° et 35° Nord et Sud. Ces latitudes sont associées avec une ceinture permanente ou semi-permanente d'anticyclones dynamiques subtropicaux (zones de haute pression), dynamiques car leur formation provient directement de la circulation atmosphérique elle-même. Ces anticyclones sont caractérisés par une immense zone d'air descendant (subsidence à grande échelle) qui se réchauffe et qui s'assèche au fur et à mesure que l'air est compressé contre le sol. Cette ceinture de haute pression que l'on retrouve dans les latitudes des chevaux, est appelée la crête subtropicale. L'air descendant est très sec car il a déjà perdu une grande partie de son humidité au-dessus des régions équatoriales sous la forme de nuages élevés et de pluies soutenues. Le Sahara est un désert chaud de ce type. Ces déserts sont également caractérisés par une grande continentalité, bien que les latitudes subtropicales et tropicales soient responsables d'un affaiblissement de la continentalité, d'où un climat thermique moins extrême que les désert froids continentaux. Les anticyclones dynamiques responsables de la sécheresse permanente et de l'aridité des déserts chauds garantissent un ciel dégagé toute l'année ainsi qu'une remarquable inhibition pluviométrique. Les déserts chauds sont d'ailleurs des endroits très ensoleillés, d'où les records de chaleur absolus supérieurs à 50 °C dans la grande partie. Les vents dominants des déserts chauds sont les alizés, des vents modérés qui soufflent constamment du nord-est dans l'Hémisphère Nord et du sud-est dans l'Hémisphère Sud depuis la crête subtropicale (zones de haute pression subtropicales) vers la zone de convergence intertropicale (zones de basse pression équatoriales). Les déserts chauds sont tellement surchauffés en été que ce très fort échauffement des basses couches de l'atmosphère peut résulter de petites dépressions thermiques de surface, et il s'ensuit que les hautes pressions subtropicales peuvent être reportées en altitude. Si les basses pressions thermiques sont suffisamment vigoureuses pour affaiblir les hautes pressions, il peut y avoir de fortes pluies dans ces déserts chauds sous la forme d'orages violents mais cela n'arrive quasiment pas car les hautes pressions dynamiques sont généralement stables et puissantes et se laissent rarement déborder par des petites dépressions. L'aridité des déserts chauds peut encore être accentuée par la continentalité, par l'ombre pluviométrique d'une chaîne de montagnes ou par les courants océaniques froids venant directement depuis les régions polaires et qui longent les côtes des continents en refroidissent de façon conséquente l'air du désert par les basses couches, ce qui cause une stabilisation encore plus grande de la masse d'air et ce qui empêche donc l'air de s'élever, de grimper, de se refroidir et de se condenser en nuages et en précipitations. Par exemple, le courant de Humboldt est responsable de l'aridité extrême du désert d'Atacama au Chili et au Pérou ; le courant de Benguela est responsable de l'aridité exceptionnelle du désert du Namib en Namibie et en Afrique du Sud ; le courant des Canaries est responsable de la grande aridité de la partie occidentale du Sahara. Ces déserts chauds côtiers sont de façon globale un peu plus frais mais plus secs que les autres déserts chauds non côtiers.

D'autres déserts chauds, froids ou tempérés sont créés par l'effet d'ombre pluviométrique. Les vents dominants, frais et humides, rencontrent une chaîne de montagnes et doivent se soulever pour les traverser. En s'élevant, les masses d'air se refroidissent et s'humidifient (leur humidité relative augmente au fur et à mesure), ce qui cause la condensation (lorsque l'humidité relative de l'air atteint 100 %) de l'humidité en excès, d'où la formation de nuages et précipitations soutenues sur le versant au vent. Lorsque les vents dominants sont arrivés au sommet du relief, déchargés d'une grande partie de leur humidité, perdue au cours de leur trajet, cet air est alors sec. Ensuite, lorsque l'air redescend dans le versant sous le vent, il se réchauffe et s'assèche (son humidité relative diminue au fur et à mesure), le ciel est dégagé et le temps est sec, accompagné d'une grande inhibition pluviométrique. Le versant sous le vent est l'ombre pluviométrique, la zone sèche et aride, d'où la formation de déserts. Ces déserts sont appelés des déserts d'abri. Par exemple, le Sahara est situé dans l'ombre pluviométrique du massif de l'Atlas au Maroc, en Algérie et en Tunisie mais aussi dans celle des plateaux d'Éthiopie dans la Corne de l'Afrique ; le désert d'Atacama est dans l'ombre pluviométrique de la Cordillère des Andes ; le désert de Mojave, le désert de Sonora, le désert de Chihuahua et le Grand Bassin des États-Unis sont tous des déserts d'abri des chaînes de montagnes de la Sierra Nevada et des Cascades aux États-Unis.

Plus généralement, les déserts sont accompagnés d'une stabilité atmosphérique exceptionnelle. C'est notamment cette atmosphère sèche, continentale et très stable qui déclenche rarement les précipitations normalement apportées par les dépressions, les perturbations et leurs fronts. On peut remarquer cette stabilité lors des quelques rares jours de ciel couvert, car le peu de nuages qui arrivent à se former au-dessus des déserts sont stables et n'apportent pas de pluie. L'inhibition pluviométrique et la stabilité de l'atmosphère sont telles que la condensation de la vapeur d'eau en précipitations est très rarement réalisable. Cette stabilité atmosphérique est le résultat de l'absence à long terme de systèmes météorologiques perturbés et humides apportant normalement le mauvais temps. Dans les déserts, le mauvais temps est donc rare, notamment au Sahara qui détient des records d'ensoleillement.

Liste et distribution géographique

Article détaillé : Liste des principaux déserts.

Image satellitaire montrant l'albédo très élevé du Sahara.

Les 10 plus grands déserts
Désert	Superficie (km²)
Antarctique (Antarctique) - polaire	14 000 000
Sahara (Afrique) - chaud	8 600 000
Désert d'Arabie (Moyen-Orient) - chaud	2 330 000
Désert Libyque (Afrique) - chaud	1 683 000
Désert australien (Australie) - chaud	1 500 000
Désert de Gobi (Asie) - hiver froid	1 300 000
Désert du Kalahari (Afrique) - chaud	900 000
Désert du Karakoum (Asie) - hiver froid	350 000
Désert du Taklamakan (Asie) - hiver froid	270 000
Désert du Namib (Afrique) - chaud	81 000

Bien que le désert soit présent sur tous les continents de la Terre, il n'en reste pas moins très inégalement réparti à l'échelle des continents.

En effet, le désert couvre entre 9,5 et 10,5 millions de km² en Afrique soit un tiers de la superficie totale de ce continent ; près de 6,3 millions de km² en Asie (Proche et Moyen-Orient inclus à l'exception évidente de l'Égypte qui appartient à l'Afrique) soit 14 % de sa superficie, bien que le désert chaud au sens strict du terme n'y couvre que 3,5 millions de km², la superficie restante étant celle des déserts à hivers froids¹⁶ ; près de 1,5 million de km² en Australie, ce qui représente 18 % de sa superficie ; près de 1 million de km² en Amérique du Nord (4 % de la superficie) et 810 000 km² en Amérique du Sud (4 % de la superficie)¹⁷. En Europe, la superficie totale de désert est négligeable.

De plus, si l'on prend la superficie par continent des zones hyper-arides que l'on qualifie souvent de « désert absolu » ou de « désert extrême », la répartition est encore plus contrastée. L'Afrique en dispose de 4,6 millions de km² ; l'Asie en compte 1,1 million de km² ; l'Amérique du Nord en détient 30 000 km² et l'Amérique du Sud 170 000 km² tandis que l'Europe et l'Australie n'en comptent pas du tout¹⁸.

Géologie et processus morphogéniques

Érosion

Les sables mouvants du Rub al-Khali, un immense massif dunaire du désert d'Arabie.

Étant donné la rareté de l’eau et de la végétation en milieu désertique, l’érosion dépend essentiellement de deux processus : l’érosion éolienne et la thermoclastie. L’érosion par la thermoclastie résulte des variations de température sur la roche. Celles-ci peuvent provoquer, sur le long terme, des fissures qui s’agrandissent progressivement et qui finissent par faire éclater la roche. La thermoclastie est d’autant plus efficace que la roche est fragile et que l’amplitude thermique est importante. La gélifraction (action du gel) intervient dans les déserts d’altitude.

L’érosion éolienne attaque les roches du reg en enlevant des particules (déflation, abrasion) ou en polissant leur surface (corrasion par vent chargé de sable). Elle est plus efficace lorsque les obstacles sont inexistants et que le vent est puissant, régulier et chargé de poussières ou d’embruns. Le vent fait avancer les dunes (barkhanes, ghourd) qui forment parfois de vastes ensembles appelés « erg »¹⁹.

Dans les zones arides et semi-arides, le ruissellement peut être un agent efficace d’érosion. Le caractère violent et épisodique du phénomène érode les montagnes et transporte les matériaux vers les piémonts, les glacis (sheet flood en anglais) et plaine d’épandage. L’eau ruisselle et atteint les talwegs pour former des cours d’eau temporaires, les oueds. Leur lit charrie des débris de tailles diverses (galets, graviers, sables, particules en suspension). Les milieux hyper-arides sont marqués par l’absence de tout cours d’eau (aréité ou aréisme).

Les effets de l’évaporation

Un exemple de playa dans la Vallée de la Mort.

chott : dans le nord de l'Afrique, un chott est une étendue d’eau salée permanente, au rivage changeant, située dans les régions semi-arides. Dans le sud de l'Afrique, on fait référence à des « pans » qui peuvent être salés, argileux ou les deux à la fois. Les géomorphologues le limitent à la partie tantôt ennoyée tantôt découverte autour du lac, portant quelque végétation et faisant partie d’un ensemble plus étendu qu’ils préfèrent nommer sebkha. Les chotts sont alimentés de façon discontinue lors des rares pluies, et subissent une forte évaporation, qui accumule les sels à la surface des limons, parfois exploités.
sebkha (en Afrique), playa (aux États-Unis), salinas ou salars (en Amérique latine)²⁰ : dépression à fond plat, généralement inondable, où les sols salés limitent la végétation.

La vie

Article détaillé : Déserts et broussailles xérophytes.

La vie est peu probable dans un désert car les températures peuvent être glaciale ou caniculaires.

Végétation

Saguaro (Carnegiea gigantea), cactus présent au Sud-ouest des États-Unis et au nord du Mexique, qui peut mesurer jusqu’à 15 m de haut.

La densité de la végétation dépend de la quantité d’eau disponible, de la force du vent et de la nature du sol (salinité, reg, erg…) : seuls les milieux hyper-arides rocailleux sont totalement dépourvus de végétation (Atacama, Hoggar, reg du Tanezrouft…). Contrairement à une idée reçue, les végétaux poussent sur les dunes de sable : on trouve des buissons de créosote et de prosopis (Prosopis juliflora) dans les dunes de la vallée de la Mort. Les plantes, les arbustes et les buissons se concentrent dans les lits des oueds et autour des points d’eau. Les adaptations de la flore désertique visent principalement à limiter la perte d’eau, mais également à obtenir autant d’eau que l’environnement puisse lui fournir.

Les plantes succulentes, également appelées « plantes grasses » sont adaptées pour survivre dans des milieux arides. Parmi elles se trouvent les agaves, les yuccas, les tubéreuses de la famille des agavaceae et tous originaires du continent américain. La famille des cactacées provient également d’Amérique : leur aspect s’explique principalement par l’adaptation aux conditions de sécheresse, à l’origine du développement de la fonction de stockage et de la réduction des surfaces d’évaporation. La fonction de stockage s’est traduite par un épaississement de la tige, et, pour quelques espèces, par le développement de racines tubéreuses (pterocactus tuberosus par exemple). Elle explique aussi l’apparition des côtes ou une disposition des mamelons en spirale, qui permettent, un peu comme sur un accordéon, la dilatation et la rétraction du corps de la plante au gré des périodes de pluies et de sécheresse, sans déchirure de l’épiderme. La réduction des surfaces d’évaporation s’est traduite par un épaississement de l’épiderme, parfois même recouvert d’une sorte de cire, une diminution du nombre de stomates (pores permettant la respiration), et surtout, chez beaucoup d’espèces, la disparition des feuilles. Quant aux épines, leur fonction est multiple : protection contre les animaux, mais aussi captation de la rosée, protection de l’épiderme contre les ardeurs du soleil, le vent desséchant ou le froid d’altitude…

Les plantes halophytes supportent des sols imprégnés de sel. Leur adaptation, différente de celles des plantes xérophytes proprement dites, est liée à leur capacité de stocker de l’eau dans les feuilles, les tiges ou les racines.

Les plantes xérophytes se rencontrent dans des environnements très variés, tels que les déserts rocailleux mais aussi dans quelques cas sous des formes épiphytes sur la canopée des forêts tropicales.

Mécanismes	Adaptation	Exemple
Limitation de la perte d’eau	cuticule céreuse	Opuntia
	nombre réduit de stomates
	stomates creux	Pinus
	stomate ouvert la nuit	Carpobrotus edulis
	duvet à la surface	Sempervivum arachnoideum
	feuilles incurvées	Ammophila
Stockage de l’eau	feuille succulente	Bryophyllum
	tige succulente	Caulanthus inflatus
	tubercule charnu	Raphionacme
Prise d’eau	système racinaire profond	Acacia
	directement à la nappe phréatique	Nerium oleander
	système racinaire étendu peu profond
	absorption de l’humidité de l’air	Tillandsia

Faune

Vigogne dans le désert d'Atacama.

Le nombre d’espèces animales est relativement peu élevé dans les zones désertiques. Cependant, rares sont les régions sans aucune vie (milieux abiotiques). La faune s’est adaptée aux contraintes climatiques :

pigmentation claire ;
réserve : les bosses du chameau et celle du dromadaire contiennent des graisses ;
régulation de la température du corps : en cas de grande chaleur, les gangas semblent posséder une plus grande capacité à perdre de la chaleur que les autres oiseaux du désert. Mais cette excellente adaptation à la chaleur a son revers : dès que la température tombe, la thermogenèse doit s’amorcer, sollicitant une dépense énergétique correspondante. Les oryx algazelles peuvent survivre sans eau pendant de longues semaines, leurs reins prévenant la perte d’eau en urine, ils peuvent aussi élever la température de leur corps pour éviter de transpirer ;
vie nocturne : de nombreux animaux ne sortent que la nuit pour chasser et se nourrir (gerboise, Addax, Oryctérope) ;
abris : grottes, terriers (la terre est un excellent isolant thermique). Les Addax dorment le jour dans des cuvettes qu’ils creusent eux-mêmes dans le sable, à l’ombre ;
léthargie : estivation (Souslik jaune).
vie en solitaire ; cela est le cas pour les hamsters nains, le hamster doré, les rhinocéros africains (noir et blanc) et le zèbre de grévy ;
mode de vie nomade ; certains des animaux des régions désertiques sont nomades comme l'autruche et l'émeu ;
grande endurance
déplacement par des bonds ; le kangourou et le lièvre en sont de bons exemples.

Liste d’animaux vivant dans le désert :

les camélidés
Reptiles (serpent, lézard surtout la vipère à corne...)²¹
Gerbille
Chinchilla (hautes Andes)
Viscaches
Psammomys (rat de sable, rongeur)
Ganga (oiseau)
Oryx
Gazelle Dorcade (Sahara)
Gazella leptoceros
Zorille du Sahara
Chacal / Coyote / Dingo
Potoroidae (rat-kangourou)
Fennec
Guépard des sables
l’antilope pallas (Antilope cervicapra), la chinkara ou gazelle d’Arabie (Gazella bennettii), le lynx caracal (Felis caracal) et le renard du désert (Vulpes bengalensis) vivent dans le désert du Thar.

Histoire

Occupation et exploitation par les hommes

Depuis la Préhistoire, les hommes ont toujours occupé et parcouru tous les déserts arides, malgré les fortes contraintes naturelles. Traditionnellement, deux modes de vie, souvent concurrents, sont présents dans les sociétés humaines des déserts : les nomades et les cultivateurs. Depuis le début du XIX^e siècle, la modernisation et l’exploitation des gisements miniers à des fins industrielles ont transformé certaines régions désertiques et fait émerger de nouveaux défis.

Modes de vie traditionnels

Un Touareg.

Foggara, système d'irrigation.

Nomadisme

Les groupes humains se déplacent pour chercher les points d’eau nécessaires à la survie des troupeaux. L’élevage faisait vivre plusieurs clans de bédouins ou de Touaregs. Aujourd’hui, ce mode de vie est menacé de disparaître à cause de la motorisation et de l’affirmation des frontières.

Bindibus (Australie)
Bochimans (Kalahari)

Cultures

Depuis l’Antiquité, l’irrigation permet de mettre en valeur des régions désertiques ou semi-désertiques dans les oasis. Le puits permet de ramener l’eau des nappes phréatiques à la surface. Le problème est que cette eau d’origine fossile n’est souvent pas renouvelable à court terme dans les déserts. Le qanat en Asie et la foggara en Afrique sont des systèmes d’irrigation souterrains permettant de récolter les eaux d’infiltration. La noria permet de capter l’eau des fleuves en milieu désertique (Nil, Tigre, Euphrate).

Grandes civilisations du désert

Cet article contient une ou plusieurs listes (décembre 2011).

Ces listes gagneraient à être rédigées sous la forme de paragraphes synthétiques, plus agréables à la lecture, les listes pouvant être aussi introduites par une partie rédigée et sourcée, de façon à bien resituer les différents items.
D'autre part, Wikipédia n'a pas pour rôle de constituer une base de données et privilégie un contenu encyclopédique plutôt que la recherche de l'exhaustivité.

Égypte antique (voir aussi : désert du Thébaïde),
Nabatéens
Méroé
Anasazi

Les grandes routes historiques

Route de la soie

Article détaillé : Route de la soie.

La route de la soie est un réseau de routes commerciales entre l’Asie et l’Europe allant de Chang’an (actuelle Xi’an) en Chine jusqu’à Antioche, en Syrie. Elle doit son nom à la plus précieuse marchandise qui y transitait : la soie, dont seuls les Chinois connaissaient le secret de fabrication. Dès l’Antiquité, de nombreux autres produits voyageaient sur les mêmes routes : pierres et métaux précieux, étoffes de laine ou de lin, ambre, ivoire, laque, épices, verre, corail, etc. Ces routes, parcourues par des caravanes, contournaient par le nord ou le sud le désert du Taklamakan. Ces deux branches possédaient différentes variantes, mais toutes ces pistes reliaient entre elles des oasis situés à la périphérie du désert et au pied des hautes montagnes des Tian Shan ou des Kunlun. La longueur du parcours, les multiples dangers encourus par les voyageurs sur ces pistes soumises aux attaques des brigands et à l’extrême rigueur du climat (torride en été et glacial en hiver), rendaient très chers les produits qui transitaient ainsi entre le bassin méditerranéen et l’Extrême-Orient. Ce fut une des raisons qui incita les Européens à rechercher une route maritime vers les pays d’Orient. La Route de la soie fut progressivement abandonnée au XV^e siècle.

Pistes transsahariennes

En Afrique les pistes caravanières, aménagées à partir du IX^e siècle, passaient par les oasis du Sahara. Les déplacements étaient dangereux et pénibles à cause des contraintes climatiques et des distances. Les grands convois transportaient des esclaves depuis l’époque romaine mais aussi toutes sortes de produits qui servaient au troc.

L'une des routes caravanières et commerciales les plus anciennes du Sahara, l'azalaï est toujours en activité de nos jours. Deux fois par an, ces caravanes traversaient le désert pour transporter sur près de 1 000 km du sel gemme extrait des mines de Taoudeni du nord du Mali en le vendant à Tombouctou et sur d’autres marchés du Sahel. Dans le sens inverse, ils transportaient les esclaves, l'azalaï étant un maillon important de la traite orientale.

Mise en valeur moderne du désert

L’extension des cultures dans le désert dépend des possibilités d’irrigation, et donc du pompage de l’eau qui nécessite aujourd'hui des appareils électriques. Il pose donc le problème de l’approvisionnement en énergie des régions désertiques. Le détournement du Colorado a permis la naissance de l’Imperial Valley en Californie. Le barrage d’Assouan en Égypte, achevé en 1970, permet d’irriguer 700 000 hectares de terres.

Le sous-sol des déserts offre souvent des richesses :

des hydrocarbures (Déserts du Sahara, de l’Arabie saoudite, désert du Karakoum) ;
des minerais : uranium (Australie), fer (Sahara, Atacama), or, argent (Mexique), cuivre (Nevada, Atacama), diamants (Kalahari) ;
des minéraux : nitrate, phosphate (Maroc, Sahara occidental), borax (Californie), sel (Salt Lake, Sahara…), gypse.

Les conditions géographiques et climatiques du désert permettent ou ont permis :

l’exploitation de l’énergie solaire et éolienne, avec possibilité d'hydrolyser de l'eau de mer en hydrogène et oxygène sur les littoraux (Mauritanie, Sénégal par exemple). Ces énergies sont encore peu valorisées ;

Very Large Array en configuration D.

l’installation d’observatoires astronomiques : Very Large Array au Nouveau-Mexique, Atacama Pathfinder EXperiment au Chili ;
les essais d’engins destinés à l’exploration de la planète Mars ;
les essais d'armes chimiques et nucléaires : américains (Projet Manhattan dans le désert du Nouveau-Mexique), français (Algérie), chinois (dans le Xinjiang, site de Lop Nor, depuis 1961) ;
de nombreuses plantes d'intérêt médicinal peuvent pousser dans le désert, et certaines plantes comestibles peuvent pousser en zones salinisées s'il y a de l'eau telles le nipa (récolté autour du delta du Colorado par le peuple des Cocopahs dans le désert de Sonora, au nord-ouest du Mexique).

Tourisme

Le désir de dépaysement et d’aventure des sociétés développées entraîne le développement de l’offre touristique en milieu désertique. La ville de Las Vegas s’est développée rapidement dans un milieu désertique grâce aux eaux du Colorado. De plus, beaucoup d'autres grandes villes plus ou moins célèbres ont su tirer parti des avantages de l'environnement désertique et plus particulièrement de son climat en zone subtropicale (rareté de la pluie, fréquence de l'ensoleillement, douceur de l'hiver, etc.) telles que les métropoles du Moyen-Orient telles que Riyad (Arabie Saoudite), Doha (Qatar), Dubaï et Abu Dhabi (Émirats arabes unis), Koweït City (Koweït) et du sud-ouest des États-Unis comme Las Vegas (Nevada) et Phoenix (Arizona).

Le désert, future sources d'énergie solaire et éolienne, voire d'hydrogène ?

Sous les tropiques, les déserts sont continuellement exposés au rayonnement solaire pendant la journée étant donné la faible/très faible nébulosité (fraction du ciel couvert par les nuages) moyenne annuelle et certains d'entre eux sont très régulièrement ventés ; ce sont des conditions qui présenteront des avantages intéressants pour une production combinée d'énergie douce, sûre, propre et renouvelable, d'autant que plusieurs déserts sont proches de la mer, ce qui permet d'utiliser une partie de l'électricité produite pour hydrolyser de l'eau de mer et produire de l'hydrogène. Il faut savoir que les déserts, particulièrement les déserts chauds, bénéficient d'un ensoleillement maximal et optimal. En effet, seuls les déserts ont un ciel clair presque en permanence, gêné surtout par les tempêtes de sable qui donnent une teinte ocre au ciel et au soleil, ce qui atténue la radiation solaire. Avec une durée d'ensoleillement culminant jusqu'à 4 300 h dans sa partie orientale, soit 97 à 98 % de la période diurne, ce qui constitue de loin un record mondial, le Sahara constitue la région la plus ensoleillée du globe. Le gisement solaire saharien est titanesque. Les déserts d'Atacama et de la péninsule Arabique arrivent respectivement en seconde et troisième position derrière le grand désert africain. D'ailleurs, un projet majeur qui consiste à utiliser l'énorme potentiel en énergie propre et renouvelable (solaire et éolien) des déserts brûlants de la région MENA (Moyen-Orient et Afrique du Nord) existe déjà, ce projet est baptisé Desertec. Il reste pour cela à produire des panneaux solaires plus performants lorsqu'ils sont exposés à des chaleurs extrêmes (jusqu'à 50° et même 55° à l'ombre de température ambiante dans le Sahara et en Arabie au plus fort de l'été) et bien plus pour un panneau de couleur foncée). Il faut aussi produire des modules photovoltaïques et du matériel éolien très résistant à l'abrasion par le sable et les poussières transportés par les tempêtes de sable.

Le Maroc est leader en éolien en Afrique du Nord. Il disposait dès le début des années 2000 de sept grandes éoliennes près de Tanger (Parc financé par la banque publique allemande KfW, puis la France y a financé - toujours près de Tanger - une ferme de 84 éoliennes (50,4 MW)²² ;
En Arabie saoudite un projet de 11,3 millions d'euros est déjà financé par Saudi Aramco (l'un des premiers groupes pétroliers au monde).
En Égypte, à Kuraymat, au sud du Caire, une centrale solaire moderne combine 53 000 miroirs renvoyant la lumière solaire vers 130 000 m² de panneaux solaires de 6 m de large et 150 m de long, des anneaux paraboliques et l'exploitation de gaz naturel pour produire 150 MW d'électricité pour Le Caire.
Divers appels d'offres sont en cours en 2009 en Algérie, Maroc, Israël et aux Émirats.

Désertification et menaces sur les déserts existants

La découverte et l'analyse de formations dunaires fossiles au Tchad par des chercheurs du CNRS conduisent à réviser l'estimation de l'âge du Sahara, lequel ne serait pas âgé de 86 000 ans, comme on le croyait, mais d'au moins 7 millions d'années²³.

Des exemples historiques : le désert du Thar en Inde est peut-être devenu désertique entre 2000 et 1500 av. J.-C. À cette époque, le fleuve Ghaggar cessa d’être un cours d’eau.

L'ONU a alerté sur l'aggravation de la situation des nappes phréatiques, de la faune et de la flore des déserts, ainsi que des populations humaines en dépendant dans la plupart des zones arides. Les pompages et/ou une mauvaise agriculture favorisant la salinisation (Plus de 12 000 km² de sols arides ont été ainsi salinisés et rendus improductifs de la fin des années 1970 aux années 2000). Les pesticides sont aussi une source nouvelle de pollution autour des zones cultivées. La surexploitation des ressources (herbes, bois mort, ligneux vivants, gibier) continue aussi à faire régresser des espèces telles que gazelles, l'oryx, l'addax, la chèvre himalayenne (tahr), les moutons de Barbarie, le Houbara, l'Autruche sauvage, etc.

Les activités humaines y aggravent souvent les effets du changement climatique. L'ONU a relevé un accroissement de 0,5 à 2 degrés Celsius de la température moyenne des déserts de 1976 à 2000 (soit beaucoup plus que l'augmentation moyenne globale de 0,45 degré Celsius sur la planète). L'IPCC estime que ces températures pourraient encore augmenter en moyenne de cinq à sept degrés d'ici 2071-2100, en comparaison avec la moyenne de la période 1961-1990, avec des pluies qui devraient diminuer de 5 à 10 % et jusqu'à 15 % pour les déserts de l'hémisphère sud (ex : désert Great Victoria en Australie) et de ceux de l'hémisphère nord (Désert du Colorado ou du Grand Bassin des États-Unis). Le désert de Gobi pourrait (c'est le seul) par contre recevoir de 10 à 15 % de pluies en plus mais le surpâturage et des pullulations de campagnols probablement favorisées par la régression de leurs prédateurs y ont déjà aggravé les phénomènes d'érosion et dégradation des sols.

Désert et humanité

En 2009, les Nations-Unies estimaient à 2 milliards le nombre d'hommes vivant en zone aride ou en passe de le devenir.

Écrivains et voyageurs du désert

Depuis longtemps, les déserts, en premier lieu le Sahara, ont attiré les hommes, en particulier les Occidentaux, certains pour l’explorer, le cartographier, le découvrir, d’autres aussi pour s’y retrouver face à eux-mêmes, dans une quête philosophique.

Cet article contient une ou plusieurs listes (décembre 2011).

Notes et références

Giulio Rosati, Halte au désert.

Examens environnementaux de l'OCDE : Chili 2005, OECD, United Nations Economic Commission for Latin America and the Caribbean, 30 juin 2005, p. 112.
Priit J. Vesilind, « The Driest Place on Earth », National Geographic Magazine,‎ août 2003 (lire en ligne [archive], consulté le 2 avril 2013) (extrait).
« Even the Driest Place on Earth Has Water » [archive], Extreme Science (consulté le 2 avril 2013).
Christopher P. Mckay, « Two dry for life: the Atacama Desert and Mars », AdAstra,‎ may–june 2002, p. 30–33 (lire en ligne [archive]).
Jonathan Amos, « Chile desert's super-dry history », BBC News,‎ 8 décembre 2005 (lire en ligne [archive], consulté le 29 décembre 2009).
Commission de climatologie, « Communiqué de presse N° 956 » [archive], Organisation météorologique mondiale, 13 septembre 2012 (consulté le 26 septembre 2012).
(en) Organisation météorologique mondiale, « Global Weather & Climate Extremes » [archive], sur Université d'Arizona (consulté le 13 décembre 2012).
Miraeus, t. I, p. 403, cité par Ch. Duviviers, dans La forêt charbonnière (carbonaria silva) publié à Bruxelles, par EMM Devroye, imprimeur du roi, en 1860 (= extrait du tome II de la Revue d’histoire et d’archéologie).
Geophysical Research Letters.
Monique Mainguet, L’Homme et la sécheresse, pages 3 et 11-25.
Monique Mainguet, L’Homme et la sécheresse, pages 11.
Jean Demangeot, Les milieux « naturels » du globe, Paris, Colin, 7^e édition, 1998, p. 127.
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Jean-Paul Amat, Lucien Dorize, Charles Le Cœur, Emmanuelle Gautier, Éléments de géographie physique, Paris, Bréal, coll. Grand Amphi, 2002, (ISBN 2-7495-0021-4), pp. 119-120.
Jean Demangeot, Les milieux « naturels » du globe, Paris, Colin, 7^e édition, 1998, p. 114.
(en) Robin Dennell, The palaeolithic settlement of Asia, Cambridge, Cambridge University Press, coll. « Cambridge World Archaeology », 2009, 548 p. (ISBN 978-0-521-61310-1, OCLC 688385740), p. 257.
[PDF] Peter Meisen, Oliver Pocher, « A Study of Very Large Solar Desert Systems with the Requirements and Benefits to those Nations Having High Solar Irradiation Potenial » [archive], juillet 2006.
(en) A. Allan Degen, Ecophysiology of small desert mammals, Berlin, Springer, coll. « Adaptations of Desert Organisms », 1997, 296 p. (ISBN 978-3-642-60351-8, OCLC 35086195, lire en ligne [archive]), p. 12-13.
IRD, « La dynamique éolienne » [archive], décembre 2006, 3 min 1 s.
Jean-Paul Amat, Lucien Dorize, Charles Le Cœur, Emmanuelle Gautier, Éléments de géographie physique, Paris, Bréal, coll. Grand Amphi, 2002, (ISBN 2-7495-0021-4), page 206.
« Les animaux du Sahara marocain » [archive], Sahara vivant.
Parc éolien de la Compagnie éolienne du détroit (CED) [archive], filiale marocaine de la société française Theolia.

Laboratoire géobiologie, biochronologie et paléontologie humaine (CNRS - université de Poitiers), laboratoire domaines océaniques (CNRS - université de Bretagne Occidentale, Plouzané), centre de géochimie de la surface (CGS, CNRS, université Strasbourg 1), « Depuis quand le Sahara est-il un désert ? » [archive], Paris, 10 février 2006.

Voir aussi

Bibliographie

Bruno Doucey, Alain Morel, Catherine Boudier, Gilbert Conan, Charlotte de Montigny, Le livre des déserts : Itinéraires scientifiques, littéraires et spirituels, Robert Laffont, 2006, Collection : Bouquins, (ISBN 2221099664)
Rachel Bouvet, Pages de sable : Essai sur l'imaginaire du désert, XYZ éditteur, 2006 ; premier chapitre [archive]
Michaël Martin, Michael Asher (Préface), Les plus beaux déserts de la terre, Éditions du Chêne, 2004, (ISBN 2842775767)
Collectif, Les Déserts du monde par GEO, Solar, 2002, (ISBN 2263033246)
Théodore Monod, Déserts, Agep, 2005, (ASIN 2902634412)
Jacques Verdiel, Les Déserts, Amalthee, 2005, (ASIN 2350270238)
Emmanuel-Yves Monin, Le Son du Désert 1983 (3^e édition 1989, Le Point d'Eau.
Jean-Loïc Le Quellec, Guy Barthèlemy, L’ABCdaire des déserts, Flammarion, 1999, (ISBN 2080124706)
Huguette Genest, Francis Pelter, Vie dans les déserts, dans Encyclopædia Universalis, 2002, corpus 7, pages 177-183.
Jean Demangeot, Les milieux naturels désertiques, Paris, Centre de documentation universitaire, 1973.
Monique Mainguet, L’Homme et la sécheresse, Paris, Masson géographie, 1995.
Benoît Desombres, Sagesse du Désert Calmann-Lévy 2003
Manuel Observatoire, l'environnement Sciences et hechnologies de l'environnement secondaire 4. Page 270, Biomes terrestres, les déserts, chapitre 8

Liens externes

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Désert, sur le Wiktionnaire

Portail du désert

Pluie

Pour l’article homonyme, voir Pluies.

Pluie

Type	Précipitations

Caractéristiques
Composé de	Goutte

Utilisation
Usage	Énergie hydroélectrique, agriculture, Alimentation en eau potable, construction, lessive

La pluie est un phénomène naturel par lequel des gouttes d'eau tombent des nuages vers le sol. Il s'agit d'une des formes les plus communes de précipitations sur Terre. Son rôle est prépondérant dans le cycle de l'eau. Elle prend nombre de formes allant de la pluie légère au déluge, de l'averse à la pluie continue, de fines gouttelettes à de très grosses. Elle est parfois mêlée de neige, de grêlons ou verglaçante. Elle s'évapore parfois avant de toucher terre pour donner la virga. Ses gouttes sont transparentes ou parfois opaques, chargées de poussières. Les vastes « rideaux de pluies », causés par la rencontre ou l'approche d'un front froid et/ou d'un front chaud, sont des cas typiques de pluies bien prévisibles en météorologie et suivie par satellite ainsi qu'en animation cartographique en temps légèrement différé par les radars météorologiques¹.

La pluie est naturellement acide par l'effet de dissolution de dioxyde de carbone ou gaz carbonique acide : le potentiel hydrogène ou pH de l'eau de pluie recueillie dans les pluviomètres est de l'ordre de 5,7. Elle contient en conséquence de très faibles quantités d'acide carbonique, en particulier des ions bicarbonates et des ions hydronium. Il peut exister une grande quantité d'ions ou de composés différents, de grandes variétés d'origine y compris radioactives ou toxiques par polluants. Notons qu'en présence d'acide nitrique ou d'acide sulfurique, le pH des gouttes peut descendre exceptionnellement à 2,6. Il s'agit de pluies acides ou à potentiel acidifiant.

Histoire

Au III^e siècle av. J.-C., dans son traité Sur le feu, Théophraste pense que c’est le choc des nuages contre les montagnes qui produit la pluie.

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Formation

Articles détaillés : Physique des nuages et Précipitations.

Forme et taille des gouttes d'eau :
A) En réalité, les gouttes d'eau n'ont pas la forme 'classique'.
B) Les gouttes très petites sont presque sphériques.
C) Le dessous des gouttes plus grandes s'aplatit par la résistance de l'air, et donne l'apparence d'un petit pain de hamburger.
D) Les grandes gouttes ont beaucoup de résistance à l'air, ce qui les rend instables.
E) Les gouttes très grandes sont divisées par la résistance de l'air.

Les nuages chargés d'eau représentent la phase aérienne de la condensation en micro-gouttelettes d'eau (d'une taille de l'ordre du micromètre jusqu'à 30 μm) de la vapeur d'eau de l'air de préférence chaud et humide sur des noyaux de condensation. L'eau qui forme ces nuages provient de l'évaporation de l'humidité qui existe dans la nature et plus particulièrement des grandes étendues d'eau (lacs, mers, etc.). Cette vapeur d'eau se mélange à la masse d'air. Lorsque l'air s'élève à cause des mouvements de l'atmosphère, il se refroidit par détente. La vapeur d'eau contenue dans l'air se condense autour de noyaux de condensation (poussières, pollens et aérosols) lorsqu'une légère sursaturation est atteinte. Ces gouttelettes donnent des nuages². C'est le grossissement de ces gouttelettes qui donnera la pluie.

On parle de pluie chaude quand les gouttes de pluie se sont entièrement formées dans un nuage au-dessus du point de congélation et de pluie froide quand elles sont le résultat de la fonte de flocons de neige quand l'air passe au-dessus de zéro degré Celsius en altitude. Mais il existe des phénomènes de surfusion hors équilibre thermodynamique, qui expliquent des températures de congélation réelle de gouttelettes avoisinant −20 °C.

Dans un nuage chaud (à température positive du type stratus ou stratocumulus), les gouttes d'eau grossissent par l'effet de courbure (grossissement des grosses gouttes au détriment des plus petites dont le rayon inférieur est associé à leur surface à une tension de vapeur saturante supérieure) et la collection (phénomène de coalescence par collision avec d'autres gouttelettes)³^,⁴. La pluie se forme à partir du moment où l'accrétion des gouttelettes avoisine ou dépasse la taille de 50 μm⁵. L'accrétion amorcée par association collante se poursuit inéluctablement. La taille des gouttelettes peut alors facilement atteindre le dixième de millimètre, voire de manière catastrophique 4 à 5 mm dans les grosses pluies d'orage. Il existe aussi toutefois des « pluies sans nuages », telles que le serein des milieux maritimes et tropicaux.

La pluie est polydisperse : la taille des gouttes varie du dixième de millimètres à quelques millimètres (en moyenne 1 à 2 mm). Aucune goutte ne dépasse 3 mm, au-delà elles se pulvérisent⁶. Néanmoins, certaines gouttes peuvent dépasser cette taille par condensation sur de grandes particules de fumée ou par des collisions entre les gouttes de régions proches d'un nuage à très forte saturation. Le record atteint (10 mm) a été enregistré au-dessus du Brésil et dans les Îles Marshall en 2004⁷. Quand elles sont trop lourdes (environ 0,5 mm de diamètre) pour être soutenues par le courant ascendant, elles tombent, formant ainsi une pluie.

Dans un nuage froid (température négative), les gouttelettes peuvent rencontrer un noyau de congélation et se transformer en cristaux de glace. Le grossissement des gouttelettes d'eau surfondues s'explique par leur condensation et celui des cristaux de glace s'explique par l'effet Bergeron (cannibalisation des gouttes surfondues les entourant)⁸. Ils finissent eux aussi par tomber en capturant des flocons plus petits pour augmenter leur diamètre par l'effet de coalescence (agglomération des cristaux entre eux et d'accrétion d'eau surfondue). Lorsqu'ils passent dans de l'air au-dessus du point de congélation, les flocons fondent et continuent leur croissance comme les gouttes des nuages chauds. Des variations de température sur le parcours de la pluie peuvent occasionner d'autres formes de précipitations : pluie verglaçante, grêle ou grésil. Lorsque l'agglomération des gouttes et des cristaux atteint une taille critique, leur poids n'est plus compensé par les forces d'agitation (notamment les forces ascensionnelles) dans le nuage, ce qui enclenche les précipitations⁹.

Rehaussement ou dissipation

Rideau de pluie sous un ciel orageux dont une partie forme de la virga.

Développpement de pluie par évapotranspiration.

Les forêts tropicales humides évapotranspirent plusieurs mm d'eau par jour, ce qui rehausse l'humidité relative qui peut être supérieure à 90 % en fin de journée et être à l'origine des orages du soir bien connus des voyageurs¹⁰.

La fréquence des pluies, apportées par le passage d'air humide maritime, est souvent accrue quasi-exponentiellement par l'obstacle d'un simple relief terrestre, comme de simples collines à des monts plus élevés qui, eux, sont déjà susceptibles d'épuiser toute l'humidité des nuages ou brouillards bas. Ainsi, les mesures pluviométriques montrent qu'à moins de 90 km de Bergen, ville très arrosée qui reçoit plus de 2 mètres annuellement, de profondes vallées ont de vastes versants pierreux ou sableux, secs et arides, car elles sont dans l'ombre pluviométrique des montagnes. Malgré les abondantes réserves des formations glaciaires tout près, elles ne reçoivent quasiment pas de pluie.

Les pluies d'orage, aléatoires dans le temps et l'espace, restent souvent très localisées. Selon l’humidité relative de l'air rencontré sous le nuage, la goutte de pluie peut aussi s'évaporer et seulement une partie atteint le sol. Quand l'air est très sec, la pluie se vaporise entièrement avant d'atteindre le sol et donne le phénomène nommé virga. Cela se produit souvent dans les déserts chauds et secs mais également partout où la pluie provient de nuages de faible extension verticale.

Pluie artificielle

Article détaillé : Ensemencement des nuages.

Il est possible de créer des pluies artificielles par nucléation des gouttes d'eau à l'aide d’un produit chimique d’ensemencement dispersé à hauteur des nuages par avion ou fusée. Dans les pays industriels ou développés, le régime hebdomadaire des pluies est modifié par la pollution (qui est moindre le week-end), notamment lorsque l'air est riche en aérosols soufrés qui contribuent à nucléer les gouttes d'eau. Les modifications climatiques globales perturbent aussi probablement le régime mondial des pluies mais d'une manière qui n'est pas encore clairement comprise en raison de la grande complexité des phénomènes météorologiques.

Sécheresse

Polygones de dessiccation dans le désert de Sonora.

Une sécheresse est la conséquence directe d'un manque de pluie à un endroit sur une période. La pluie est indispensable à la fertilité des sols et à la recharge en eau des nappes phréatiques. Un déficit pluviométrique majeur peut engendrer des problèmes d’approvisionnement en eau des sols et des populations pouvant provoquer des restrictions voire des coupures. Le manque de pluie engendre sur l'environnement un assèchement des sols, de la végétation, des incendies et une mortalité des animaux. Les pays situés dans la latitudes des chevaux (Méditerranée, Sahel, désert de Sonora, etc.) sont les plus exposés à la sécheresse chaque année car il s'agit d'une zone d'anticyclones semi-permanents qui inhibent les précipitations.

Mesures quantitatives

1:02

Averse de pluie sur la végétation, le sol et dans une flaque

La mesure de la pluie, appelée pluviométrie, se fait avec un simple appareil nommé le pluviomètre. Cette mesure correspond à la hauteur d'eau recueillie sur une surface plane. Elle s'exprime en millimètres, et parfois en litres par mètre carré (1 litre/m² = 1 mm). On sépare l'intensité de la pluie en pluie faible (trace à 2 mm/h), modérée (2 mm/h à 7,6 mm/h) et forte (plus de 7,6 mm/h)¹¹. En station météorologique, cette mesure est faite quotidiennement, à chaque heure ou instantanément selon le programme de la station. Lors d'une pluie, ce taux n'est pas nécessairement uniforme et peut varier instantanément¹².

La mesure par pluviomètre est ponctuelle et ne donne que de l'information à une faible distance de la station. Pour connaître les quantités de pluie qui tombent sur une région ou un bassin hydrologique, la mesure par radar météorologique est utilisée. Le faisceau radar est retourné en partie par les gouttes d'eau et en calibrant ce retour, il est possible d'estimer les quantités de précipitations qui tombent sur la région de couverture de l'appareil. Ces données sont sujettes à différents artefacts qui une fois enlevés peuvent donner une bonne estimation jusqu'à environ 150 km du radar.

Les pluies se caractérisent aussi par leur durée et leur fréquence tout au long de l'année. Ces données sont notamment utilisées afin de dimensionner les réseaux d'assainissement des villes. Pour comparer la pluviosité de régions géographiques différentes, on utilise un cumul annuel de la quantité de pluie. On l'exprime alors en millimètres par an (par exemple, environ 2 500 mm/an en forêt tropicale humide, moins de 200 mm/an dans une zone désertique et le phénomène de la mousson amène de lourdes précipitations qui peuvent engendrer une moyenne annuelle avoisinant les 10 000 mm, concentrés sur quelques mois¹³).

Qualité et composition des pluies

Dans les régions arides et/ou très polluées où le vent peut soulever beaucoup de poussières naturelles ou artificielles, la pluie peut en rabattre des quantités significatives au sol (ici à Riyadh en mai 2009).

Comme les autres hydrométéores (rosée, brume, givre, condensations), l'eau de pluie est initialement réputée pure et légèrement acide mais des mesures et analyses chimiques faites principalement pour les composés azotés dès la fin du XIX^e siècle, dont en zone tropicale¹⁴ et le début des années 1900¹⁵^,¹⁶^,¹⁷^,¹⁸^,¹⁹^,²⁰, et surtout à partir des années 1950 pour d'autres bons traceurs d'activités humaines tels que le soufre, le chlore ou l'iode²¹ montrent qu'en se formant et en tombant, la pluie se charge de différents éléments minéraux et polluants (solubilisés, inclus dans les gouttelettes ou collés à leur surface) qui la rendent moins pure et parfois non potable, voire très polluée (pluies acides).

En particulier, le début d'une averse est souvent chargé en polluants (lessivage des particules et gaz solubles présents dans l'air traversé par la pluie, s'ajoutant aux molécules déjà éventuellement solubilisées dans les nuages). Très localement certaines conditions peuvent même induire un phénomène dit « pluie de mercure ». Les petites pluies suivant une période non-pluvieuses sont également souvent beaucoup plus concentrées en oligoéléments, nitrates²², soufre et autres polluants que les fortes pluies (autrement dit par litre d'eau, les contaminants sont bien plus dilués, mais la quantité totale d'apport au sol est aussi un élément important).

Polluants

Les pluies issues de masses d'air venant de contextes agricole, urbain, industriel, ou sous le vent d'incendies de forêt, peuvent aussi être significativement contaminées par des bactéries, virus et spores fongiques pathogènes « aérosolisés »²³, plus ou moins selon les conditions météorologiques. Ces biocontaminants, comme divers aérosols minéraux (soufrés notamment) semblent pouvoir jouer le rôle de noyaux de condensation²⁴ accélérant la formation de gouttes de pluie. Les micro-organismes aérosolisés qui n'ont pas été tués par les UV solaires ou la déshydratation peuvent être déposés à distance. C'est pourquoi les eaux pluviales ne devraient pas être consommées sans avoir fait l'objet de traitement visant à en éliminer les métaux et pesticides, et les pathogènes²⁵. Selon une étude faite à Singapour (2009-2010), les tenues élevées en bactéries (au moins l'une des 3 bactéries suivantes : Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa et Klebsiella pneumoniae étaient dans ce cas trouvée dans 50% des échantillons) étaient fortement corrélées à un indice PSI (Indice standard de polluants²⁵) élevé²⁶.

De nombreuses études ont montré que les brumes²⁷ ou pluies pouvaient contenir des quantités significatives de pesticides²⁸^,²⁹. En France, une première étude de l'Institut Pasteur³⁰^,³¹^,³² s'est basée sur un recueil automatique et l'analyse de toutes les pluies tombées durant deux ans (fin juin 1999 à novembre 2001) sur cinq sites (littoral, ville dense, urbain moyen, et zone rurale) en Région Nord-Pas-de-Calais. Sur environ 80 molécules recherchées, plus d’une trentaine ont été trouvées, dont Atrazine, isoproturon et diuron surtout, mais pour des raisons de coûts, le glyphosate et le lindane n'ont par exemple pas été recherchés. De mai à mi-juillet, toutes les pluies contenaient de faibles quantités de pesticides, surtout en zone agricole, mais aussi, à moindre dose sur le littoral ou au centre de Lille où le Diuron était très présent, alors que peu utilisé par l’agriculture (il pourrait provenir des peintures et produits de traitement des toitures (anti-mousse, anti-lichens). Environ la moitié des pluies présentaient des traces des 80 pesticides recherchés, et près de 10 % en contenaient des taux supérieurs à un microgramme /litre. Il n'existe pas de normes de référence pour les eaux de pluies. Si l'on se réfère aux normes « eau potable », 70 % des échantillons de pluies étaient sous le seuil des concentrations maximales admissibles. Cependant, ponctuellement et durant une période réduite des échantillons présentant des valeurs jusqu’à seize fois supérieures à cette référence ont été mesurés ; c'est-à-dire que localement et quelques jours par an, les taux de pesticides semblaient assez élevés dans la pluie pour avoir un effet écotoxique direct³³. Seules les molécules solubles dans l’eau ont été recherchées, mais les pluies pourraient en contenir d'autres, adsorbées sur des poussières ou particules fines.

La pluie peut aussi contenir des eutrophisants (azote très soluble dans l'eau sous forme de nitrates ; d'origine agricole notamment, mais également industrielle, ou indirectement à partir de l'oxydation par l'Ozone troposphérique des NO2 émis par le diesel automobile et d'autres processus de combustion). Une forte corrélation entre les teneurs en nitrates et SO4 et NO3 a été notée dans les Vosges³⁴.

En lessivant l'air, les pluies contribuent à la pureté naturelle de l'atmosphère, mais peuvent contaminer les eaux de surface où s'abreuvent de nombreux animaux³⁵. Localement, ou dans certaines circonstances (après une tempête de sable), les poussières collectées par la pluie (ou la neige) peuvent être assez abondantes pour la teinter, ou la transformer en pluie de boue. Les particules riches en oxyde de fer ont pu donner naissance aux légendes de pluies de sang et des pluies de sable venant du Sahara.

France

En France métropolitaine, la qualité des pluies évolue³⁶. Elle est notamment suivie par le dispositif MERA³⁷. Dans les années 1990, le pH des pluies était encore nettement acide, variant de 4,7 à 5,5 selon les stations, avec des valeurs plus acides les cinq dernières années de 1995 à 2000³⁸. La déposition d'ions H+, variait de 5 à 25 mg/m²/an, plus élevée dans l'est et le nord de la France et en légère augmentation vers la fin de cette décennie d'observations³⁸. Les taux nitrates dissous dans la pluie sont restés stables (moyenne de 0,2 à 0,3 mg de nitrate par litre de pluie, avec cependant des teneurs beaucoup plus élevées dans le nord du pays (dépôt de 10-400 mg d'Azote/m²/an)³⁸. Les taux d'ammonium ont diminué (tombant à 0,3 à 0,7 mgN/L, mais avec des valeurs plus élevées dans le nord). Avec les fiouls dé-soufrés et le recul du charbon, les sulfates ont diminué, chutant à 0,6 à 0,4 mg de soufre par litre en moyenne³⁸.

Des études antérieures avaient montré en Bretagne que les nuages (et secondairement les pluies) se chargent de pesticides au fur et à mesure de leur déplacement d'ouest en est, avec des taux d'atrazine et d'alachlore (les deux principaux pesticides du maïs à l'époque de l'étude) qui pouvaient « atteindre 10, 20, voire plus de 200 fois les normes tolérées pour l'eau potable »³⁹. Les pluies peuvent aussi contenir des métaux et des radionucléides, notamment suivis en Europe via le réseau BRAMM (bioindication par les bryophytes)⁴⁰.

Le réseau RENECOFOR (REseau National de suivi à long terme des ECOsystèmes FORestiers) apporte des données complémentaires pour les pluies en forêts. Quand l'analyse n'est pas faite rapidement et in situ, des protocoles spéciaux doivent être mis en place pour l'échantillonnage, le stockage et le transport⁴¹. La contamination peut persister longtemps après l'interdiction d'un produit, ainsi « dans la ville d'Hanovre en Allemagne, des concentrations de terbuthylazine et de son métabolite ont atteint 0,4 et 0,5 ug/l soit cinq fois la norme pour l'eau potable alors que le produit était interdit depuis cinq ans. »³⁹.

Effets pluvio-générateurs sur certains sols et substrats

Chaque pluie contribue à nettoyer l’air d’une partie des particules et polluants qu’il contient, mais dans certains environnements (sol agricole dévégétalisé ou labouré, sol poussiéreux, sol urbain pollué, sur sol industriel ou eau d’épuration polluée, etc.), l’explosion des gouttes d’eau sur le sol est à l’origine d’un nouvel aérosol constitué de micro et nanoparticules organiques, minérales, incluant des spores fongiques, des bactéries et des restes de plantes et d'animaux morts⁴². Ce phénomène fut photographié et étudié dès 1955 par A. H. Woodcock qui a clairement montré qu’il pouvait contribuer à la pollution de l’air quand il pleut, par exemple, sur certains déchets industriels ou boues d'épuration⁴³.

D’autres auteurs (tel Blanchard en 1989) ont ensuite expliqué comment ces aérosols se formaient également en mer⁴⁴. En 2015, il a été démontré que cette « brume induite » par la pluie peut repolluer ou polluer l’air, mais qu’elle peut aussi générer de nouvelles pluies (en ensemençant les nuages). Une partie des micro-aérosols formés après l’éclatement des bulles d’air créées par la chute de gouttes de pluies dans de l’eau non-pure se déshydrate et se diffuse dans l’atmosphère sous forme de « nanosphères » (de 0,5 µm de diamètre). Ces sphères sont essentiellement composées de carbone, d’oxygène et d’azote. Leur mécanisme de formation a été d’abord étudié en laboratoire, en filmant à fort grossissement et grande vitesse une pluie artificielle⁴⁵, puis le phénomène a été étudié par des chercheurs américains en plein air grâce à la microscopie à haute résolution appliquée à l’étude de particules en suspension dans l'air recueillie en 2014 dans les masses d’air circulant au-dessus des grandes plaines agricoles de l'Oklahoma⁴². Un à deux tiers des particules aéro-transportées étaient des nanoparticules issues des sols agricoles. Une partie des pesticides et nitrates trouvés dans l’air et ensuite transportées par les vents ou rabattues au sol par de nouvelles pluies pourraient venir de ce processus⁴².

Quand la pluie commence à produire des flaques d’eau ou un film d'eau sur le sol, cette eau dissout une partie de la matière organique ou des molécules du substrat ou de molécules adsorbées sur ce substrat. Les impacts des nouvelles gouttes de pluie créent des éclaboussures et de petites bulles d'air qui remontent vers le haut et éclatent en arrivant à la surface du film d’eau ou des flaques⁴². L'éclatement de chacune de ces bulles projette dans l’air des nano-gouttelettes qui formeront une très fine brume enrichie en matière organique⁴². Cette brume se déshydrate ensuite en formant les minuscules billes sphériques solides observables au microscope. Selon cette étude une pluie légère ou modérée semble plus efficace pour produire cet aérosol que celle constituée de grosses gouttes, car produisant plus de bulles d’air⁴². Les auteurs ont dressé le même constat dans l’air au-dessus d’une surface de terre végétale arrosée par un tuyau d'arrosage. Ils en déduisent qu’« Il est probable que l'irrigation des terres cultivées contribue à libérer dans l’air plus de particules organiques du sol, et potentiellement accroître les précipitations dans les régions irriguées »⁴². L’analyse de données météorologiques provenant du sud de l'Australie avait déjà montré que des pluies sur des terres agricoles, augmentaient la probabilité de nouvelles précipitations après un orage, suggérant que parfois « la pluie peut engendrer plus de pluie »)⁴². La prise en compte de cette interaction devrait améliorer les modélisations météorologiques mais aussi celles qui concernent la pollution de l'air, le cycle biogéochimique de certains éléments et celles qui concernent le changement climatique⁴².

Pluie fossile

Impressions de gouttes de pluie fossiles sur du grès ondulé de la formation de Horton Bluff (Mississippien), près d'Avonport, au Canada

Article détaillé : Trace de pluie fossile.

Certaines roches sédimentaires sont « imprimées » d'impacts de gouttes de pluie. On parle de traces fossiles de pluie. Pour qu'une couche sédimentaire garde de telles traces, il faut un timing particulier : une fin de pluie sur un sol déjà engorgé, puis une période sèche, avant que la sédimentation ne reprenne.

Les traces de gouttes de pluie fossilisées peuvent aider les scientifiques à déterminer la pression atmosphérique de l'époque de l'événement⁴⁶. Toutefois, d'autres phénomènes peuvent expliquer ces formations.

Odeur de la pluie

Quand une pluie nouvelle tombe sur un substrat (éventuellement sec et/ou poussiéreux), elle suscite une odeur.

Article principal : Pétrichor.

Quand la pluie tombe sur un sol sec et poussiéreux, elle suscite une odeur particulière dont l'origine est longtemps restée mal comprise. Dans les milieux naturels, cette odeur serait celle du petrichor (néologisme forgé par Bear et Thomas, géologues australiens, en 1964 dans un article paru dans la revue Nature (petra signifiant pierre et ichor sang/fluide)). Le mot géosmine est ensuite plutôt utilisé pour décrire l'odeur émanant du sol naturel après une pluie. L'odorat humain y est très sensible (la géosmine est perçue dans l'air dès qu'elle atteint un taux de 5 ppb) et c'est une odeur jugée plutôt agréable. En ville et sur les enrobés goudronnés, la pluie prend une odeur particulière. Une autre composante de l'odeur de la pluie, en cas d'orage, est l'ozone qui est produite par les éclairs⁴⁷.

Plus récemment, des scientifiques du MIT ont filmé les gouttes d'eau s'écrasant au sol avec des caméras à très hautes vitesse et résolution. En éclatant au sol, la plupart des gouttes emprisonnent sous elles de minuscules bulles d'air qui participent à un phénomène de nébulisation en remontant dans la goutte d'eau et en éclatant à sa surface, formant un aérosols que notre système olfactif identifie comme l’odeur de la pluie. Plusieurs paramètres jouent sur l'intensité de cette odeur : la taille et la vitesse de la goutte, la porosité et la nature du sol. L'étude a porté sur 28 types de surfaces différentes (12 substrats artificiels et 16 types de sol). La quantité d'aérosol était maximale sur les substrats légèrement poreux (argile ou terre battue par exemple) et avec une pluie faible à modérée⁴⁸.

En filmant des gouttes d'eau s'écrasant sur des surfaces couvertes d'une encre fluorescente, on observe qu'une partie de ce film coloré passe dans l'aérosol. Ceci laisse penser que divers spores, virus, bactéries peuvent aussi passer du sol à la colonne d'air lors des pluies, une information intéressante pour l'écoépidémiologie⁴⁸.

Culture

Pluie maritime.

Pluie tropicale dans une rue de León, au Mexique.

L'attitude des populations vis-à-vis de la pluie diffère selon les régions du monde, mais aussi selon les milieux d'activités socio-professionnels et surtout les modes et temps d'activités ou de loisirs.

Dans les régions tempérées, comme l'Europe urbaine de l'époque contemporaine, la pluie a pris plutôt une connotation triste et négative — « Il pleure dans mon cœur comme il pleut sur la ville », écrivait Paul Verlaine — alors que le soleil est synonyme de joie. Le monde paysan d'Europe occidentale, divisé en cultures spécifiques caractéristiques d'héritages lointains, semble autrefois étranger à ce jugement. Il a gardé tacitement des rituels de valorisation de la canicule ou d'ensoleillements forts, supposés momentanément nécessaires pour la croissance et la maturation des plantes, pour diverses tâches agro-pastorales comme la fenaison, la construction des édifices. La pluie banale, phénomène nullement divinisé mais parfois repoussé en nom collectif à une date limite, pour ne pas devenir gênante ou porter malheur pendant ces heures ou périodes réservées, peut alors reprendre comme bon lui semble.

En marge de cette vision moderne dominante, potentiellement négative de la pluie si elle est jugée par trop abondante ou intempestive, il ne faut pas oublier qu'elle reste aussi communément associée à des valeurs positives : apaisement, fertilité de la végétation et du monde animal et humain, refroidissement de l'air après une vraie canicule, propreté, nettoyage des poussières et pollutions urbaines, réserve d'énergie pour les flux d'eau. Les valeurs esthétiques des artistes modernes s'affrontent parfois ouvertement au cliché de la pluie maussade.

L'expression Mariage pluvieux, mariage heureux, proverbe populaire, figure peu dans la littérature. C'est une consolation pour ceux qui se marient sous la pluie. Nous y avons deux métaphores:

La plus utilisée est celle de "Mariage plus vieux, mariage heureux". En effet, les mariages de personnes trop jeunes seraient moins heureux que ceux de personnes plus mures, et cela est confirmé par les statistiques de l'INSEE.
La seconde métaphore "Mariage pluvieux mariage heureux, venteux malheureux" concerne la nuit de noce: une nuit de noce mouillée est plus féconde qu'une nuit de noce asséchée. C'est pour cette dernière version que penche le cœur de l'académie française.

Mais l'expression se transmettant oralement, les deux métaphores sont valables.⁴⁹

Dans les régions sèches, comme certaines parties de l'Afrique, de l'Inde, du Moyen-Orient, la pluie est considérée comme une bénédiction et reçue avec euphorie. Elle a un rôle économique fondamental, là où les cours d'eau sont rares et la distribution de l'eau potable et l'irrigation sont conditionnées par les précipitations.

De nombreuses cultures ont développé des moyens de se protéger de la pluie (imperméables,parapluies), et élaboré des systèmes de canalisation et d'évacuation (gouttières, égouts). Là où elle est abondante, soit par sa fréquence, soit par sa violence (mousson), les gens préfèrent instinctivement se mettre à l'abri.

L'eau de pluie bénéficie naturellement à l'agriculture et donc aux populations qui en dépendent. Elle peut être stockée pour faire face à des périodes sèches. Son acidité et la présence de poussières la rendent fréquemment impropre à la consommation, et nécessitent des traitements bien qu'elle soit consommée telle quelle depuis toujours dans bien des endroits du monde y compris en France il y a peu.

L'urbanisation doit prendre en compte une gestion de la pluie. Les sols rendus étanches dans les villes nécessitent le développement de réseaux d'évacuation et d'assainissement. En changeant la proportion entre l'eau de ruissellement et l'eau absorbée par le sol, le risque d'inondations est augmenté si les infrastructures sont sous-dimensionnées. Ces évacuations directement dans les cours d'eau contribuent grandement aux phénomènes destructeurs des crues.

La Place de l'Europe, temps de pluie, Gustave Caillebotte.
Averse blanche à Shōno, estampe de Hiroshige.
Forte pluie sur un bois de pins (estampe d'Hiroshige).
Berger sous la pluie (Pissaro).

Records de pluie

Records pluviométriques par périodes⁵⁰^,⁵¹^,⁵²
Durée	Localité	Date	Hauteur (mm)
1 minute	Unionville, États-Unis (selon OMM⁵⁰) Barot, Guadeloupe (selon Météo-France⁵³)	4 juillet 1956 26 novembre 1970	31,2 38
30 minutes	Sikeshugou, Hebei, Chine⁵²	3 juillet 1974	280
1 heure	Holt, Missouri, États-Unis⁵⁰	22 juin 1947	305 en 42 minutes
2 heures	Yujiawanzi, Chine⁵²	19/07/1975	489
4,5 heures	Smethport, Pennsylvanie⁵²	18/07/1942	782
12 heures	Foc-foc, La Réunion⁵⁰	le 08/01/1966 (cyclone denise)	1 144
24 heures	Foc-foc, La Réunion⁵⁰	du 07 au 08/01/1966 (cyclone denise)	1 825
48 heures	Cherrapunji, Inde⁵⁰	du 15 au 16/06/1995	2 493
3 jours	Commerson, La Réunion⁵²	du 24 au 26/02/2007 Cyclone Gamède	3 929
4 jours	Commerson, La Réunion⁵²	du 24 au 27/02/2007 Cyclone Gamède	4 869
8 jours	Commerson, La Réunion⁵²	du 20 au 27/02/2007 Cyclone Gamède	5 510
10 jours	Commerson, La Réunion⁵¹	du 18 au 27/01/1980 Cyclone Hyacinthe	5 678
15 jours	Commerson, La Réunion⁵¹	du 14 au 28/01/1980 Cyclone Hyacinthe	6 083
1 mois	Cherrapunji, Inde⁵⁰	Juillet 1861	9 296,4
1 an	Cherrapunji, Inde⁵⁰	Août 1860 à août 1861	26 466,8
2 ans	Cherrapunji, Inde⁵⁰	1860 et 1861	40 768
moyenne annuelle	Mawsynram, Inde⁵⁰	moyenne annuelle	11 872

Pluie extraterrestre

Nuages polaires sur Titan.

Différentes revues scientifiques ont annoncé des conjectures de précipitation liquide sur d’autres astres. Par analogie, elles sont appelées pluies :

Sur Vénus, il pleuvrait de l’acide sulfurique⁵⁴.
Sur Titan, il pleuvrait du méthane⁵⁵.
Sur WASP-76 b, il pleuvrait du fer sur la zone entre les faces jour et nuit⁵⁶^,⁵⁷^,⁵⁸.

En 2021, une étude indique comment calculer la forme et la vitesse de chute des gouttes de pluie, ainsi que la vitesse à laquelle elles s'évaporent ; elle conclut que, dans un large éventail de conditions planétaires, seules des gouttes de pluie dans une plage de taille relativement étroite peuvent atteindre la surface à partir des nuages⁵⁹.

Par extension on appelle aussi pluie toute chute de corps :

Sur Neptune et Uranus, les modèles et expériences de laboratoire prédisent des chutes de diamant⁶⁰.
Sur HD 189733 b, il chuterait des particules de verre (silicates)⁶¹.
Dans des planètes géantes, telles que Jupiter, de l’hélium se séparerait de l’hydrogène, puis se rapprocherait du centre⁶².

Autres usages du terme

Dans le langage imagé, la pluie peut désigner une précipitation abondante d'objets, voire cette abondance elle-même, comme dans le cas d'une pluie d'or. La pluie d'or est aussi l'apparence que Zeus a adoptée pour séduire Danaé.

Dans de nombreuses régions, la pluie est un phénomène météorologique d'une grande banalité. Ce caractère commun de la pluie se retrouve dans certaines expressions comme ne pas être né de la dernière pluie.

Références

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(fr) « Condensation » [archive], Glossaire de la météo, Météo-France (consulté le 24 décembre 2018).
« Coalescence » [archive], Glossaire de la météo, Météo-France (consulté le 24 décembre 2018).
« Comment se forment les précipitations ? » [archive], sur meteofrance.fr (consulté le 11 octobre 2021).
Irving Langmuir est le premier physico-chimiste à proposer un modèle de captation par impact des micro-gouttelettes en amorce de chute, comme un processus de capture en chaîne. Le phénomène est similaire lors des brassages dans les courants de convexion ou de turbulence, surtout si le milieu momentanément traversé devient plus dense en noyaux de condensation.
David Quéré, Qu'est ce qu'une goutte d'eau ?, Éd Le Pommier, 2003.
(en) Paul Rincon, « Monster raindrops delight experts », British Broadcasting Company,‎ 2004 (lire en ligne [archive]).
« Effet Bergeron » [archive], Glossaire de la météo, Météo-France (consulté le 24 décembre 2018).
Joël Van Baelen, « Pluie, neige, grêle... entre le ciel et la terre », Pour la science, n^o 78,‎ 2013, p. 70-71.
Marc-André Selosse, L'origine du monde. Une histoire naturelle du sol à l'intention de ceux qui le piétinent, Actes Sud Nature, 2021, p. 61
Organisation météorologique mondiale, « Pluie forte » (version du 3 mars 2016 sur l'Internet Archive), Eumetcal, sur www.eumetcal.org.
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Voir aussi

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Pluie, sur Wikimedia Commons
pluie, sur le Wiktionnaire (thésaurus)

Bibliographie

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Liens externes

Un article sur la pluie [archive]

[afficher] v · m Temps (météorologie)

[afficher] v · m Eau pluviale et eau de ruissellement

Orage

Pour les articles homonymes, voir Orage (homonymie).

Orage

Symbole METAR.

Présentation
Type	Convection atmosphérique

Arcus de type « multicouche » lors d'un orage au-dessus d'Enschede (Pays-Bas).

Orage, Garajau, Madère.

Un orage (dérivé à l'aide du suffixe -age de l'ancien français ore, signifiant « vent »¹) est une perturbation atmosphérique d'origine convective associée à un type de nuage particulier : le cumulonimbus. Ce nuage à grande extension verticale engendre des pluies fortes à diluviennes, des décharges électriques de foudre accompagnées de tonnerre. Dans des cas extrêmes, l'orage peut produire des chutes de grêle, des vents très violents et, rarement, des tornades.

Les orages peuvent se produire en toute saison, tant que les conditions d'instabilité et d'humidité de l'air sont présentes. Le plus grand nombre se retrouve sous les tropiques et leur fréquence diminue en allant vers les pôles où ils ne se produisent qu'exceptionnellement. Dans les latitudes moyennes, le nombre varie avec la saison.

Mécanisme de formation

Téphigramme qui montre le chemin de la parcelle d'air convective, température versus pression (ligne rouge), par rapport à l'environnement (en noir). La surface en jaune est égale à son EPCD.

Article détaillé : Convection atmosphérique.

Thermodynamique

Comme dans les averses, les orages se forment dans une masse d'air instable lorsqu'il y a une réserve importante de chaleur et d'humidité à bas niveau de la troposphère et d'air plus sec et froid en altitude. Une parcelle d'air plus chaude que l'environnement entre en convection². Tant qu'elle n'est pas saturée, sa température change selon le taux adiabatique sec. À partir de la saturation, la vapeur d'eau contenue dans la parcelle d'air condense selon les lois de la thermodynamique, ce qui relâche de la chaleur latente et son changement de température avec la pression est alors celui appelé le taux pseudo-adiabatique humide. L'accélération ascensionnelle se poursuit, jusqu'à ce que la parcelle arrive à un niveau où sa température égale celle de l'air environnant. Ensuite, elle se met à décélérer et le sommet du nuage est atteint quand la particule atteint une vitesse nulle.

L'énergie potentielle de convection disponible (EPCD) pour ce type de nuages est plus grande que pour une averse et permet de développer des sommets de nuages qui atteindront une plus grande altitude. Ceci est important car les gouttes qui s'élèvent dans le courant ascendant perdent des électrons par collision comme dans un accélérateur de Van de Graff. Un plus haut sommet permet d'atteindre une température inférieure à −20 °C nécessaire pour donner un grand nombre de cristaux de glace. Ces derniers sont de meilleurs producteurs et transporteurs de charge, ce qui permet une différence de potentiel suffisante entre la base et le sommet du nuage pour dépasser le seuil de claquage de l'air et donner de la foudre.

Hormis les régions équatoriales, la période la plus active va de la fin du printemps au début de l'automne, car c'est à ce moment que l'atmosphère est la plus chaude, humide et instable. Cependant, si l'instabilité est en altitude, elle n'a rien à voir avec la période de l'année, ainsi le passage d'un front froid en hiver dans les latitudes moyennes peut donner des orages.

Déclencheurs

Diagramme montrant les différents types d'orages violents selon leur EPCD et leur cisaillement des vents.

L'instabilité potentielle de l'air n'est pas le seul critère, il faut généralement un déclencheur, par exemple le passage d'un front froid, d'une onde courte météorologique, ou le réchauffement diurne². Un tel déclencheur peut agir à la surface ou en altitude, ce qui fait que les orages peuvent se développer près du sol ou être basés aux niveaux moyens de l'atmosphère²^,³^,⁴ :

Orage de masse d'air

Les orages de masse d'air résultent de la convection par réchauffement dans une masse d'air uniforme. Le cisaillement des vents avec l'altitude y est nul ou faible, ce qui donne des orages unicellulaires, généralement isolés. Comme le déplacement des orages de masse d'air dépend uniquement des vents en altitude, s'il ne vente pas, les orages resteront presque stationnaires. Ils peuvent se développer par suite du réchauffement diurne accompagné souvent d'un effet local qui produit une certaine zone de convergence. En effet, même si une masse d'air a des propriétés de température et d'humidité relativement uniformes au plan horizontal, la topographie peut changer localement ces propriétés³.

L'effet local peut être une ascendance orographique, un faible creux barométrique ou une brise. Par exemple, l'air près de la surface d'un lac est plus humide qu'à l'intérieur des terres. En conséquence, durant la saison estivale, il n'est pas rare que des orages se forment près d'une rive légèrement en pente et suivent la progression du front de brise. Il peut donc être difficile de prévoir dans quel secteur se formeront les orages, un peu comme prédire où se formera la première bulle dans un chaudron rempli d'eau et mis sur le feu.

Ces orages ont donc comme caractéristiques³ :

de se former en après-midi ou en début de soirée sur les terres par temps chaud et humide estival. La nuit, lorsque le sol se refroidit, l'air se stabilise dans les couches inférieures et l'activité orageuse cesse ;
de se former près des zones côtières lorsque la masse d'air froid se déplace au-dessus de la surface plus chaude des eaux, situation qui peut se produire en toute saison et donner par exemple un orage de neige ;
de se former par ascendance orographique si un écoulement d'air instable et humide est soulevé par une chaîne de montagnes dans les brises de montagne. Dans ce cas, ces orages s'alignent le long du côté au vent de la chaîne de montagnes et durent aussi longtemps que l'écoulement d'air les alimente.

Orage frontal

S'il y a présence d'un front, particulièrement un front froid, ce dernier produit une ascendance qui déclenche et organise la convection⁵. Les orages produits seront frontaux ou préfrontaux selon leur position le long ou à l'avant du front. Parce qu'il y a un cisaillement des vents à l'approche d'un front, les orages pourront être de plusieurs types : multi-cellulaires, supercellulaires, ligne de grains, etc. selon l'instabilité de l'air et la variation des vents avec l'altitude. Comme ces orages sont plus organisés et ont généralement plus d'énergie potentielle de convection disponible (EPCD), ils engendreront souvent des phénomènes violents comme de la grêle ou des vents causant des dommages (voir Phénomènes associés).

Orage d'altitude

Dans un système météorologique à grande échelle (dite synoptique), il peut arriver que de l'air froid se retrouve au sol, coupant la convection, mais qu'en altitude l'air reste instable. Cela se produit surtout dans l'occlusion d'une dépression à son stade mature ou à l'avant d'un front chaud en instabilité symétrique conditionnelle, mais peut aussi résulter du refroidissement du sommet des nuages durant la nuit. La convection peut aller jusqu'à former des orages dans ces conditions.

Classification

Les orages sont classés en plusieurs catégories selon l'énergie potentielle de convection disponible (EPCD) et le cisaillement du vent avec l'altitude⁶ :

orages unicellulaires ou monocellulaires ;
orages multicellulaires ;
orages supercellulaires ;
système convectif de méso-échelle dont :
- ligne de grains ;
- derecho ;
- complexe convectif de méso-échelle ;
- orage en série ou en V.

Orage ordinaire et pulsatif

Article détaillé : Orage de masse d'air.

Cycle de vie d'un orage unicellulaire.

Unicellulaire au Japon.

L'orage unicellulaire, ou monocellulaire, est le type le plus fréquent, c'est pourquoi il est nommé orage « ordinaire ». Il peut être associé à une forte averse et des rafales de vent. Les pluies ne sont presque jamais torrentielles et les chutes de gros grêlons sont rarissimes. Quand cela se produit, il est question d’orage « pulsatif », car il surgit et se dissipe comme une impulsion soudaine. Dans les régions arides du globe, l'évaporation peut être telle que la pluie n'atteint pas le sol et forme de la virga sous le cumulonimbus.

Le météorologue américain Horace R. Byers est le premier à décrire la dynamique du cycle de vie de ces orages en 1948 à la suite d'un programme d'études in situ du phénomène : la formation dominée par le courant ascendant dans le nuage, l'état mature où un courant descendant se forme près du premier, à la suite de la chute des précipitations, et la dissipation dominée par un courant descendant allant en faiblissant⁷^,⁸.

L'orage unicellulaire est caractérisé par une faible énergie (EPCD de 500 à 1 000 J/kg) avec peu ou pas de changement des vents avec l'altitude⁶. Donc le cycle de vie d’environ 30 à 60 minutes de ces orages est caractérisé par un courant ascendant plus ou moins fort et vertical. Au départ, nous sommes en présence de cumulus mediocris qui fusionnent entre eux pour former un cumulus bourgeonnant (ou cumulus congestus) avec début de précipitations en son sein. Lorsque des cristaux de glace se forment au sommet du nuage, ce congestus devient par définition un cumulonimbus calvus⁸^,². Apparaissent alors les premiers phénomènes électriques qui caractérisent les orages.

Au stade mature, une enclume se forme au sommet du nuage qui prend alors le nom de cumulonimbus capillatus⁸^,² incus. Cette enclume est provoquée par l'étalement du nuage à la suite de l'inversion de température à la tropopause et de la présence de forts vents à cette altitude. Cependant, le cœur des précipitations dans le nuage, qui se trouve à une grande altitude, commence à être trop pesant pour que le courant ascendant puisse le soutenir⁸. La pluie mêlée de petits grêlons commence alors à redescendre vers le sol, ce qui provoquera bientôt la dissipation.

En effet, ces précipitations descendent dans le courant ascendant et s'évaporent partiellement en refroidissant l'air qui l'entoure. Ce dernier devient alors plus froid que l'environnement, et par poussée négative d'Archimède, accélère vers le sol. Graduellement le courant descendant s'intensifie et supplante le courant ascendant⁸. Après la pluie, l'orage unicellulaire se dissipe rapidement, créant une zone plus fraîche autour de lui. Le front de rafales engendré par l'orage peut servir de déclencheur pour d'autres orages en aval.

Orages multicellulaires

Article détaillé : Orage multicellulaire.

Cycle de vie d'un orage multicellulaire.

Multicellulaire en Bavière.

Lorsque la force et la direction des vents augmentent avec l’altitude de façon linéaire, le courant ascendant de convection n’est plus à la même position que le courant descendant avec les précipitations⁶. Ceci produit un front de rafale qui s’éloigne en arc du cœur de précipitations et repousse la zone d’ascension. Un surplomb de précipitations se forme donc généralement dans le quadrant sud-ouest de la cellule mère dans l’hémisphère nord alors que les vents dominants de surface viennent de cette direction. Comme le front de rafale se dissocie avec le temps de la cellule initiale en formant des cellules filles, le multi-cellulaire forme donc une ligne d'orages à différents stades de développement⁹.

Chaque cellule dure de 30 à 60 minutes mais la ligne orageuse peut durer des heures¹⁰. La structure radar de ce type d’orage est caractérisée par des surplombs sur la partie sud-ouest d’une ligne de fort écho et ces surplombs semblent se déplacer dans cette direction alors que la ligne se déplace à 30° et 70 % de la vitesse des vents dans la couche où se produisent les orages.

En général, l'EPCD est moyen dans ce type d'orage, soit entre 800 et 1 500 J/kg. Selon l'énergie et l'humidité disponibles, ce type d'orage peut donner des rafales de vent violentes, des pluies diluviennes, de la grêle et, rarement, de brèves tornades¹⁰. La sévérité de ces effets dépend également de la vitesse de déplacement de la ligne. Par exemple, une ligne se déplaçant lentement pourra donner beaucoup plus de pluie en un endroit alors qu'une passant rapidement accentuera les rafales descendantes⁹.

Orages supercellulaires

Morphologie d'une supercellule vue du sud-ouest vers le nord-est dans l'hémisphère nord.

Article détaillé : Orage supercellulaire.

Lorsque le cisaillement des vents tourne avec l’altitude, un renforcement du mouvement vertical sous le courant ascendant et une synchronisation entre le front de rafales descendantes et le courant ascendant peuvent être perçus⁶. De plus, si l'énergie potentielle convective disponible monte au-dessus de 1 500 J/kg, le courant ascendant permettra une très large extension verticale (jusqu'à plus de 15 km)⁶.

Ceci donne des cellules orageuses indépendantes en équilibre stable entre l’entrée et la sortie des courants qui leur permettent de vivre très longtemps¹¹. Elles peuvent produire de la grosse grêle, des vents destructeurs et des pluies torrentielles⁶. De plus, si un cisaillement horizontal du vent en surface est transformé en tourbillon vertical par le courant ascendant, ces supercellules peuvent produire des tornades si la rotation est accentuée par le courant descendant⁶.

Sur l'image de droite, une représentation d'un tel cumulonimbus qui comprend²^,⁶ :

une enclume se forme à la tropopause qui est une barrière au développement vertical du nuage. Elle s'étend loin de la cellule originale poussée par des vents horizontaux très forts ;
un sommet en dôme stratosphérique, dit sommet protubérant, qui dépasse l'enclume là où le courant ascendant se trouve et indique qu'il est assez fort pour vaincre l'inversion de température à la tropopause ;
des mammatus sous l'enclume, des protubérances nuageuses formées par l'air froid d'altitude descendant par poussée négative d'Archimède dans le nuage. Ils sont signe d'instabilité ;
des nuages de flanc qui se forment sur la bordure ;
dans le flanc arrière droit, derrière les précipitations, une tornade sous le nuage-mur (wall-cloud).

Structure horizontale et verticale d'un orage supercellulaire vu par radar.

Du point de vue radar, il est possible de remarquer une voûte sans échos (dite voûte d'échos faibles) dans une coupe verticale (images ci-contre à droite), là où le fort courant ascendant permet à l'humidité des parcelles d'air en convection de ne se condenser qu'à très haut niveau. Ceci donne sur une coupe horizontale (PPI ou CAPPI) une forme à bas niveau d'écho en crochet (partie de gauche de l'image) à l'image radar et un fort gradient de réflectivité près du crochet. Du point de vue circulation de l'air, les zones en bleu sur la figure de gauche montrent où l'air descend dans ce type de nuage donnant des rafales au sol, les courants descendants de flanc avant et arrière. Dans le flanc arrière, le courant descendant entre en interaction avec le courant ascendant (jaune) et c'est à cet endroit que les tornades peuvent se produire.

Des expériences ont également montré que la densité de coups de foudre à l'intérieur d'un orage supercellulaire donne un trou de foudre dans le courant ascendant et la voûte d'échos faibles¹².

Types

Cumulonimbus associé à un orage supercellulaire.

Il existe quatre types d'orages supercellaires, classés selon l'intensité des précipitations ou leur extension verticale⁹.

Supercellule classique : c'est la forme la plus typique d'une supercellule décrite précédemment.

Mini-supercellule (LT pour Low Topped en anglais) :

caractérisée par une hauteur de tropopause plus faible et généralement une EPCD (énergie potentielle convective disponible) plus modérée. Elles se produisent en général dans des conditions atmosphériques plus froides comme au printemps et à l'automne. Le cisaillement et la présence d'un mésocyclone sont par contre bien présents car le cisaillement des vents est alors plus important. Elle sont aussi appelées micro-supercellules.

Supercellule à faibles précipitations (LP en anglais pour Low Precipitation) :

caractéristiques des endroits plus secs comme les Prairies canadiennes et les Grandes Plaines américaines, elles ont une base très haute au-dessus du sol et une grande extension verticale, mais leur dimension horizontale est faible. Le taux de précipitations vu au radar, dans le nuage et sous celui-ci, est peu élevé et il est souvent difficile d'y voir une rotation. Toutefois, il peut se produire une chute de gros grêlons qui engendrent peu d'échos radar. La colonne de pluie est séparée de la zone en rotation et de celle de grêle. Ces cellules orageuses peuvent donner tous les éléments violents mentionnés antérieurement, mais le plus probable est la grêle.

Supercellule à fortes précipitations (HP pour High Precipitation en anglais) :

elles se forment dans un environnement riche en humidité. Elles sont plus étendues horizontalement, leur base est le plus souvent obscurcie par la pluie et les zones de pluie, grêle et de rotation ne sont souvent pas distinguées. Elles donnent surtout des pluies torrentielles, des rafales descendantes et des tornades faibles à modérées, mais sont très dangereuses car les tornades sont dans une supercellule HP noyées dans le cœur des précipitations, ce qui rend la tornade presque invisible. La grêle y est moins probable.

Système convectif de mésoéchelle

Passage d'une ligne de grains en Pennsylvanie aux États-Unis, vue par radar météorologique. Il s'agit de l'un des types de système convectif de méso-échelle.

Article détaillé : Système convectif de méso-échelle.

Un système convectif de méso-échelle (SCM) est un ensemble d'orages qui se répartissent avec le temps, en ligne ou en zones, pour former des entités qui peuvent occuper de plusieurs dizaines à quelques centaines de kilomètres de longueur ou de diamètre (méso-échelle)¹³. Ces systèmes météorologiques sont souvent associés avec du temps violent car les orages intenses qui les composent peuvent produire des pluies torrentielles causant des inondations, des vents de plus de 90 km/h et parfois de la grosse grêle¹⁴. Ces phénomènes, même s'ils ont une durée de vie en général plus limitée que ceux produits par les dépressions synoptiques, affectent quand même de larges zones à cause du déplacement du système.

L’American Meteorological Society spécifie que la dimension horizontale de ces systèmes doit être d'au moins de 100 km et que la convection atmosphérique doit y être intense¹⁵. Le terme SCM désigne donc une classe plutôt qu'un type particulier d'orages ; classe se composant de : la ligne de grains, le derecho, le grain en arc, le complexe convectif de méso-échelle, les cyclones tropicaux et tout ensemble d'orages plus ou moins organisé.

Lignes de grains et derecho

Vue en coupe verticale et horizontale des précipitations et de la circulation de l'air dans une ligne de grains.

Articles détaillés : Ligne de grains et Derecho.

Lorsque des orages isolés se rassemblent en une ligne et que cette ligne se déplace avec le vent moyen dans l’atmosphère, il s'agit d'une ligne de grains dont l’extrême est le derecho. Une telle ligne produit un front de rafales qui s’organise en ligne à l’avant de la convection. Il est renforcé par la subsidence du courant-jet des niveaux moyens qui est rabattu vers le sol. En effet, l'entrée de ce dernier dans le nuage y amène de l'air froid et sec de l’environnement ce qui est en équilibre négatif selon la poussée d'Archimède.

La coupe horizontale à travers une telle ligne, dans le haut de l'image, montre donc de forts gradients de réflectivité (taux de précipitations) sur l’avant de la ligne. Sur la partie du bas, il existe une coupe horizontale où des encoches derrière la ligne donnent une forme ondulée à celle-ci. Ces encoches sont créées là où le jet assèche les précipitations en descendant. Il y a généralement des reformations d’orages en amont de la ligne principale avec la rafale descendante. La coupe verticale montre que les orages sont suivis d'une zone continue et moins intense associée à des précipitations stratiformes et la position du jet de niveau moyen descendant vers le sol.

Selon l'EPCD et le cisaillement des vents avec l'altitude, une ligne de grains donnera des vents plus ou moins forts le long de la ligne. Ces vents peuvent être dévastateurs. Les pluies diluviennes ne durent que très peu de temps au passage de la ligne mais des quantités importantes peuvent persister dans la partie stratiforme à l'arrière. Les autres phénomènes violents comme la grêle et les tornades sont plus rares.

Complexe convectif de mésoéchelle

Article détaillé : Complexe convectif de méso-échelle.

Complexe orageux se formant généralement en fin de journée à partir d'orages dispersés, il atteint son apogée durant la nuit alors qu'il s'organise comme une large zone circulaire. Il est défini par les caractéristiques suivantes :

sommet des nuages ayant une température inférieure à −32 °C et surface d'environ 150 000 km² ;
durée de plus de 6 heures ;
rapport entre les diamètres nord-sud et est-ouest proche de 1.

Ces systèmes sont fréquents dans les plaines américaines durant l'été. Ils dérivent durant la nuit dans le flux d'altitude et donnent principalement des précipitations intenses causant des inondations sur de larges régions. De la fin avril à octobre 1993, les inondations qui ont sévi tout le long du bassin du fleuve Mississippi, des Grands Lacs à La Nouvelle-Orléans, ont été en grande partie causées par des CCM à répétition durant plusieurs semaines au début de l'été (inondation du Midwest américain de 1993)

Orages en V ou en série

Échos radar en série, ou train, caractéristique des orages à formation rétrograde. Les flèches donnent la direction de déplacement des orages individuels mais la reformation se produit toujours au bout en bas de la ligne.

Reformation rétrograde.

Les « orages en V », à formation rétrograde ou en série, sont des complexes orageux formés de cellules individuelles qui se reforment plus ou moins au même endroit et dérivent ensuite dans la circulation atmosphérique. Le nom d'orages en V provient du fait que, vus sur les images d'un satellite météorologique, la couverture nuageuse de l'ensemble des orages semble former un V ayant l'orage le plus récent comme apex. Ce type est aussi appelé train d'échos en anglais (training thunderstorms) car, vu au radar, il ressemble à une série de wagons de train défilant sur des rails¹⁶.

Les conditions nécessaires à leur formation sont donc une forte instabilité thermique et une zone stationnaire servant à déclencher la convection. Ce déclencheur peut être un front ou un creux barométrique stationnaires, ou bien une barrière physique causant le soulèvement de l'air localement, comme une chaîne de montagnes¹⁷^,¹⁸.

Comme ils se reforment continuellement au même endroit, les orages à formation rétrograde donnent surtout des pluies diluviennes, causant des inondations, et une très forte activité électrique¹⁶. Des rafales de vent violent et parfois de la grêle sont possibles mais rarement des tornades. Les orages en V sont parfois associés aux épisodes cévenols en automne au pourtour de la Méditerranée.

Phénomènes associés

3:31

Sons enregistrés lors d’un orage (pluie et tonnerre).

Les orages sont potentiellement dangereux, car ils sont le lieu d'importants mouvements verticaux, de foudre, de vents forts et de précipitations de différents types. Leur apparition est très rapide et peut prendre par surprise les animaux et les humains.

Foudre

Article détaillé : Foudre.

Même l'orage le plus bénin comporte par définition de la foudre. Celle-ci est une décharge électrique à travers l'air entre une partie du nuage et un autre ou le sol. Cette décharge se fait sous une haute tension (plus de 1 × 10⁹ V¹⁹), crée un plasma et cause des dégâts si elle passe à travers un objet. Lorsque la foudre va du nuage vers le sol, elle emprunte le chemin le plus court et frappe donc généralement le point le plus élevé de ce dernier. Les bâtiments et autres constructions ainsi que les arbres frappés par la foudre sont soumis à ce courant intense qui peut causer des dommages importants ; foudroyés, les animaux et l'homme trouvent souvent la mort.

La foudre peut également venir du sol. C’est ce qu’on appelle un éclair ascendant : celui-ci apparaît lorsque le champ électrique au sol est suffisamment intense pour qu’un impact puisse se développer du sol vers le nuage. Ce phénomène, fréquent dans les régions montagneuses, peut aussi provenir du sol des structures de grande hauteur²⁰.

Les accidents liés à la foudre sont rares avec les avions et les planeurs. Bien qu'ils puissent être frappés, ils constituent une cage de Faraday qui isole leurs occupants. Le courant suit donc l'extérieur de la carlingue et continue vers le sol ou un autre nuage. La même chose peut être dite d'une automobile frappée par la foudre mais pas d'une motocyclette, puisque l'occupant dans ce cas est exposé aux éléments et que l'arc électrique peut passer par son corps puis continuer vers le sol à travers l'air humide. La foudre provoque également du bruit radio qui peut perturber la réception des ondes dans de nombreuses applications en aviation, radar et télécommunications.

Grêle

Article détaillé : Grêle.

Ce nuage d'orage déverse une colonne de grêle vers le sol.

La grêle se forme sous certains orages et peut détruire les cultures, endommager les véhicules et les maisons ainsi que nuire à la circulation. Les avions, planeurs et dirigeables sont très susceptibles d'encourir des dommages lorsqu'ils passent à proximité de ces nuages. En effet, non seulement ils seront frappés dans le nuage, mais également à une certaine distance de celui-ci par l'éjection des grêlons. De plus, ces derniers seront souvent plus gros que ceux retrouvés au sol, puisque les appareils volent à un niveau de température où la fonte n'a pas encore eu le temps de réduire les grêlons.

Neige

Article détaillé : Orage de neige.

Il est question d’orage de neige quand un nuage convectif se forme en hiver dans de l'air très instable et donne des précipitations neigeuses accompagnées de manifestations électriques comme le tonnerre et des éclairs. Ce phénomène est relativement rare mais il peut être trouvé dans une masse d'air très froide, et donc polaire, rencontrant des zones plus chaudes et humides. Ces mouvements de masses d'air peuvent créer des courants instables formant des cumulonimbus de faible extension verticale. Les orages de neige sont décrits comme des averses neigeuses accompagnées d'activité électrique suivies du tonnerre. Ces sortes d'orages sont perçus en plein hiver ou pendant les giboulées.

Mouvements verticaux intenses

Articles détaillés : Vol à voile et Aviation.

Il est extrêmement dangereux de voler près ou sous des orages. Les courants ascendants sous les cumulonimbus calvus isolés lors d'orages unicellulaires sont parfois utilisés à grands risques par les pilotes de planeur. Or ces nuages, qui ont un diamètre de quelques kilomètres, peuvent avoir des courants ascendants de 10 à 15 m/s qui aspirent le planeur au sein du nuage. Si le planeur n'est pas équipé pour le vol aux instruments (IFR), le pilote perd tout repère visuel et le planeur peut se mettre rapidement dans une posture dangereuse. Lors de leur dissipation, l'air devient très stable près des restants du nuage, il n'y a alors plus de courants ascendants et la région devient inutilisable pour les pilotes de planeur.

Certains pilotes de planeurs ont évolué le long de la ligne de cumulonimbus où se produisent des courants ascendants comme le long d'une montagne. Comme une ligne d'orages multicellulaires se déplace, il est impossible de revenir à l'aérodrome de départ sans traverser la ligne d'orages et l'atterrissage dans un champ est périlleux car l'orage produit des rafales descendantes destructrices. Dans certains cas, les planeurs ont pu être retournés et détruits après l'atterrissage dans le champ par la ligne d'orages. Finalement, les orages supercellulaires sont incompatibles avec la pratique du vol à voile à cause des phénomènes extrêmes qui peuvent se produire.

Les avions doivent éviter les orages pour les mêmes raisons. Ceci est particulièrement vrai lors du décollage et de l'atterrissage alors que la vitesse de l'appareil est plus proche de celle de décrochage et qu'une rafale de dos ou une rafale descendante peut faire décrocher l'appareil, qui risque alors de s'écraser du fait de la proximité du sol. En vol, les orages provoquent des turbulences incompatibles avec le transport de passagers, ainsi que des risques de givrage de la cellule et des moteurs. Les avions évitent donc les orages.

Les mouvements verticaux sont également dangereux pour les parachutistes, qui peuvent être aspirés dans le courant ascendant de l'orage. Ils sont non seulement ballottés violemment mais vont se retrouver à des hauteurs où la température est bien en dessous du point de congélation dans une atmosphère remplie d'eau surfondue et de grêlons. Gelures et hypothermie en résultent, et même la mort.

Pluie

Article détaillé : Pluie torrentielle sous orage.

La quantité de pluie sous un orage est variable selon son type mais se produit toujours rapidement. Cependant, le relief de la région où il tombe peut influencer l'effet de celle-ci. Dans les zones montagneuses, le ruissellement dans les pentes peut amener des inondations dans la vallée en concentrant les quantités reçues vers une région restreinte. La déforestation et la saturation des sols vont accentuer les effets d'une pluie sous un orage. La pluie peut causer une liquéfaction du sol dans certaines conditions, ce qui donnera des coulées de boue.

En aviation, il existe des exemples d'écrasements sous des orages, dont celui du Vol 358 Air France à Toronto (Canada) en août 2005, où la pluie semble avoir mené également à de l'aquaplanage, ce qui lui a fait manquer de freinage et sortir de piste.

Vent et tornade

Articles détaillés : Rafale descendante, Front de rafales, Derecho, coup de chaleur et tornade.

Certains types d'orages (généralement les plus violents) sont associés à de fortes rafales de vent qui peuvent causer des dommages par leur apparition soudaine, le changement de direction du vent ou un réchauffement soudain. Les tornades sont particulièrement dévastatrices mais ne se produisent qu'avec une infime proportion des orages.

Virga

Évaporation des précipitations sous le nuage d'orage.

Un orage à virga, ou orage sec, est un orage dont la base se situe à assez haute altitude et qui surplombe de l'air sec. Il est accompagné de foudre mais les précipitations qui tombent sous le nuage s'évaporent totalement ou presque totalement dans l'air sec sous-jacent²¹. Ces altocumulonimbus se forment le plus souvent dans une couche nuageuse instable en altitude, là où se trouve de l'humidité, au lieu de se développer à partir du sol. C'est pourquoi ils se produisent le plus souvent en fin de journée, ou la nuit, alors que le sommet des nuages se refroidit par radiation ce qui permet à l'air plus chaud et humide à la base d'être soulevé par la poussée d'Archimède. Ils peuvent également provenir de cumulonimbus formés dans une région chaude et humide en surface mais qui se déplace dans une autre zone sèche.

En général, il s'agit d'orages unicellulaires de faible intensité qui ne durent que peu de temps. Cependant, les précipitations qui s'évaporent sous le nuage refroidissent l'air car l'évaporation nécessite un apport de chaleur aux molécules d'eau. L'air refroidi étant plus dense que l'environnement, il accélère vers le sol et peut causer des rafales descendantes plus ou moins importantes²². En descendant, l'air se réchauffe par compression adiabatique et peut donner un coup de chaleur local²³. Comme ces orages se produisent en régions souvent désertiques (nord du Sahara, Asie Centrale, États-Unis) ou à végétation éparse, les rafales de vent peuvent également causer des tempêtes de sable ou de poussière. La foudre peut aussi déclencher des feux de brousse qui ne peuvent être éteints car aucune pluie ne tombe. Les orages secs s'accompagnent souvent d'une activité électrique intense, et on peut parler familièrement d'« éclairs de chaleur ».

Production d'antimatière

Les nuages d'orage peuvent produire des rayons gamma de forte intensité, des faisceaux d'électrons accélérés et même de l'antimatière²⁴^,²⁵. Des mesures effectuées en avion dans un nuage ont permis d'observer d'intenses impulsions de rayons gamma d'une énergie de 511 keV, qui sont la signature unique de l’annihilation d'un électron et de sa contrepartie d'anti-matière : le positon²⁶^,²⁷. Aucun de ces effets n'a reçu à ce jour d'explication satisfaisante.

Climatologie

Carte mondiale avec la fréquence de la foudre.

Dans l'image ci-jointe le taux de foudre, indicateur d'orages, est généralement relié à la latitude et à la proximité de l'humidité. Les zones équatoriales montrent la plus grande densité de foudre, particulièrement les zones côtières, car les orages qui produisent la foudre sont générés par une instabilité de l'atmosphère et une humidité de bas niveau qui y sont présentes à l'année. À l'inverse, les latitudes moyennes et les zones polaires n'ont des conditions favorables qu'une partie de l'année.

Naturellement, les conditions à l'échelle synoptique organisent la convection également. Ce n'est pas partout à l'équateur où les conditions sont favorables à la formation des orages. Ainsi, la zone de convergence intertropicale, où convergent les alizés, donne le soulèvement nécessaire pour la formation d'orages assez continuels mais, au nord et au sud de celle-ci, il y a un mouvement descendant de l'air qui dégage le ciel. De la même manière, les eaux des courants marins froids inhibent les orages (ex., la côte ouest de l'Amérique du Nord et du Sud) alors que les eaux chaudes les favorisent (ex., le Gulf Stream où se déplacent les ouragans).

Dans les latitudes moyennes, l'air est plus instable en été alors qu'un maximum de température et d'humidité peut être retrouvé. Cependant, même en hiver les systèmes frontaux amènent en contact des masses d'air froid et chaud, ce qui peut créer les conditions favorables au développement orageux. Finalement, des effets locaux comme le régime de brise côtière, le soulèvement orographique et le réchauffement différentiel vont créer des conditions favorables localement à la convection.

En France

En France métropolitaine, les orages sont des phénomènes météorologiques globalement assez fréquents, principalement l'été, sur l'ensemble du territoire, certains lieux étant davantage exposés que d'autres. D'une manière générale, les orages sont souvent recensés sur un axe sud-ouest/nord-est²⁸. Les lieux les plus exposés au risque orageux sont les départements pyrénéens, la région Rhône-Alpes et les massifs montagneux frontaliers ainsi que la Corse²⁹. En 2019, c'est la commune de Sermano, en Haute-Corse, qui a été la plus foudroyée de France avec 7,15 éclairs nuage-sol/km²³⁰. À l'inverse, le risque d'orages est plus faible dans un large quart nord-ouest du pays, notamment en direction de la Bretagne et près de la Manche²⁹^,³¹.

Environnement

Les orages, comme d'autres évènements météorologiques (inondations, tempêtes, sécheresses), contribuent au lessivage et/ou à la remise en suspension d'aérosols ou à l'érosion de sols ou sédiments pollués, et donc à des transferts de polluants ou contaminants dans le temps et l'espace³². Les crues brutales ou les lessivages de sols urbains, routiers ou pollués par l'industrie ou l'agriculture ne peuvent généralement pas être absorbées par les bassins d'orage ou les stations d'épuration.

Orages historiques

Dans Vue de Tolède avec son ciel orageux, peint vers 1596-1600, El Greco est un des premiers artistes à se dispenser d'un sujet religieux au premier plan³³.

Certains orages ont marqué les mémoires, avec par exemple :

en France l'orage de juillet 1788 qui pourrait être une des causes de la crise ayant favorisé la Révolution française. Cet orage de grêle d'une force exceptionnelle a ravagé toutes les campagnes céréalières du bassin de la Loire au Rhin en passant par le nord de la France le 13 juillet, alors que, cette même année, des canicules et sécheresses sévissaient. Le tout menant à une perte des récoltes et donc à une hausse des prix des denrées de base³⁴ ;
de l'autre côté de l'Atlantique, le déluge de Montréal le 14 juillet 1987 a complètement paralysé la métropole québécoise de près de 2 millions d'habitants. Aux États-Unis, de nombreux événements orageux retiennent l'attention, dont les tornades de l'Oklahoma du 3 mai 1999, qui ont fait 88 morts et dont l'une était de force F5 avec les vents les plus forts jamais notés pour un tel phénomène³⁵ ;
le versant oriental des Andes, au centre de l’Argentine, connait des orages réputés être parmi les plus dévastateurs au monde, inondant souvent des cités et détruisant les vignobles qui se développent dans le pays, sous des grêlons parfois énormes pouvant atteindre la taille d'un pamplemousse³⁶. Les sommets orageux s’élèvent alors jusqu’à 18 kilomètres d’altitude mais donnent rarement des tornades³⁶.

Étude des orages

Les orages sont étudiés depuis fort longtemps. Plusieurs campagnes de mesures ont été effectuées aux États-Unis et ailleurs dans le monde, comme les expériences VORTEX dans la Tornado Alley et l'Alberta Hail Project en Alberta (Canada). Plusieurs chercheurs réputés ont fait avancer ce domaine dont Horace R. Byers, le premier à faire un classement des types orageux, Robert A. Houze, Charles A. Doswell III, Ted Fujita (à qui on doit l'échelle de Fujita) et Erik N. Rasmussen. Ces études utilisent une panoplie de capteurs météorologiques : stations météorologiques et radars météorologiques mobiles, mésonets, images du satellite météorologique, etc. Cette discipline météorologique a été notamment médiatisée par quelques films de cinéma et des vidéos en ligne sur Internet sur les « chasseurs d'orages », mais le vrai travail se fait par des chercheurs universitaires et gouvernementaux.

En 2018, un projet dénommé RELAMPAGO, financé à hauteur de 30 millions de dollars et piloté par Steve Nesbitt (scientifique spécialiste de l’atmosphère à l’Université de l’Illinois, vise - à partir du 1^er novembre - à mieux comprendre les orages en Argentine ainsi dans le sud du Brésil³⁷. Mobilisant environ 160 scientifiques de l'atmosphère venus principalement des États-Unis, d'Argentine et du Brésil, il s’agira de la plus grosse étude jamais menée sur les orages hors des États-Unis. Elle bénéficiera de matériels de chasseurs d'orages des États-Unis (radar mobile sur camions notamment) et s’appuiera sur des expériences en sciences de l’atmosphère (télédétection des processus d’électrification, de foudre, jusqu’aux échelles micrométriques)³⁶. Elle utilisera également les radars météorologiques argentins dont une dizaine de radars à «double polarisation» qui transmettent et reçoivent des ondes radio polarisées verticalement et horizontalement capables de distinguer à distance la grêle, la pluie et la neige³⁶. Le projet inclut un volet de sciences citoyennes, avec des habitants qui ont été formés à la collecte et à la mesure de grêlons, ainsi qu'à mesure des variations de niveaux de cours d’eau³⁶.

Un projet connexe baptisé CACTI (acronyme de Cloud, Aerosol, and Complex Terrain Interactions, c’est-à-dire « nuages, aérosols et interactions complexes avec le terrain ») portera sur l’influence des particules atmosphériques telles que la poussière ou la brume sur le développement des orages³⁶^,³⁸.

Selon la modélisation climatique actuelle, le réchauffement climatique et marin dotera l’atmosphère de plus d’énergie, ce qui pourrait lui faire « nourrir » dans le monde des orages plus violents ressemblant à terme aux plus puissants de ceux observés en Argentine³⁹^,⁴⁰. Comprendre les tempêtes d’Argentine permettrait de mieux comprendre la météo du futur et ses risques.

Orages extra-terrestres

Les nuages de la planète Vénus peuvent produire des éclairs comme les cumulonimbus terrestres. Le taux d'éclairs y est au moins la moitié du taux d'éclairs terrestres⁴¹.

Une couche mince de nuages d'eau semble exister sous la couche d'ammoniac à l'intérieur de l'atmosphère de la planète Jupiter. Des orages ont été identifiés à la suite de l'apparition d'éclairs. L'eau est une molécule polaire dont les charges peuvent être séparées, ce qui est à l'origine de la foudre⁴². Ces décharges électriques peuvent être des milliers de fois plus puissantes que les décharges terrestres⁴³. Les orages engendrés dans les nuages d'eau ont pour origine la chaleur provenant de l'intérieur de la planète⁴⁴.

Culture populaire

Dans les récits, de par son aspect bruyant, brutal, agressif et effrayant, le phénomène de l'orage est souvent associé à une situation d'épouvante ou angoissante. De surcroît, le phénomène se déroulant souvent la nuit, l'effet de peur en est accentué.

Orage et éclair de chaleur

Vue des éclairs au loin.

L'expression populaire d’orage de chaleur se réfère au cas où un observateur situé à un endroit où le ciel est dégagé a l'occasion de contempler un orage en été. Le phénomène n'a rien à voir avec la chaleur mais au fait qu'il se trouve trop éloigné pour que les coups de tonnerre soient audibles, l'existence de l'orage ne lui est alors révélée que par la vision d'éclairs perçus comme de brèves illuminations du ciel ou d'un nuage. Il voit de la foudre nuage-nuage ou intra-nuage. Les éclairs sont aussi appelés des éclairs de chaleur ou encore fulgurations⁴⁵.

Orage sec

Un orage sec est un orage qui produit peu ou pas de précipitations pour un observateur au sol. Il peut s'agir d'un orage dont la base des nuages est élevée parce que l'air est plus sec (ex. dans les Grandes Plaines d'Amérique du Nord). Dans ce cas, la pluie qui tombe du nuage peut s'évaporer totalement, et donner de la virga, ou en partie avant d'atteindre le sol. Cependant, la foudre associée à l'orage peut frapper le sol et produire un feu qui ne sera pas étouffé par la pluie⁴⁶.

D'autre part, la foudre peut tomber directement de l'enclume du cumulonimbus alors que la colonne de précipitations se trouve sous la partie principale du nuage, et pour l'observateur l'orage sera sec⁴⁷. Finalement, un orage en altitude ou un pyrocumulonimbus formé par un feu de forêt donnera également peu de pluie.

Notes et références

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Annexes

Sur les autres projets Wikimedia :

Orage, sur Wikimedia Commons

Bibliographie

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Liens externes

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Foudre

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Foudre

Symbole sur les cartes météorologiques.

Présentation
Type	Électrométéore
Partie de	Orage

Matériau	Décharge électrique

La foudre est un phénomène naturel de décharge électrostatique disruptive de grande intensité qui se produit dans l'atmosphère, entre des régions chargées électriquement, et peut se produire soit à l'intérieur d'un nuage (décharge intra-nuageuse), soit entre plusieurs nuages (inter-nuageuse), soit entre un nuage et le sol (nuage-sol ou sol-nuage). La foudre est toujours accompagnée d'un ou plusieurs éclairs (émission intense de rayonnement électromagnétique, dont les composantes se situent dans la partie visible du spectre), et du tonnerre (émission d'ondes sonores), en plus d'autres phénomènes associés. Bien que les décharges intra-nuageuses et inter-nuageuses soient plus fréquentes, les décharges nuage-sol présentent un plus grand danger pour l'homme. La plupart des éclairs se produisent dans la zone tropicale de la planète et principalement sur les continents. Ils sont associés à des phénomènes convectifs, le plus souvent des orages.Certaines théories scientifiques considèrent que ces décharges électriques peuvent avoir été fondamentales dans l'émergence de la vie, en plus d'avoir contribué à son maintien. Dans l'histoire de l'humanité, la foudre a peut-être été la première source de feu, fondamentale pour le développement technique. Ainsi, les éclairs ont éveillé la fascination, étant incorporés dans d'innombrables légendes et mythes représentant le pouvoir des dieux. Des recherches scientifiques ultérieures ont révélé leur nature électrique et, depuis lors, les décharges ont fait l'objet d'une surveillance constante, en raison de leur relation avec les systèmes de tempête.En raison de la grande amplitude des tensions et des courants électriques qu'elle propage, la foudre est toujours dangereuse. Ainsi, les bâtiments et les réseaux électriques ont besoin de paratonnerres, des systèmes de protection. Cependant, même avec ces protections, la foudre cause toujours des morts et des blessures dans le monde entier.En tant que phénomène de haute énergie, la foudre se manifeste généralement par un chemin extrêmement lumineux qui parcourt de longues distances, parfois avec des branches. Cependant, il existe des formes rares, comme la foudre en boule, dont la nature est inconnue. La grande variation du champ électrique causée par des décharges dans la troposphère peut donner lieu à des phénomènes lumineux transitoires dans la haute atmosphère. La foudre peut trouver son origine dans d'autres événements, tels que les éruptions volcaniques, les explosions nucléaires et les tempêtes de sable. Des méthodes artificielles sont utilisées pour créer des éclairs à des fins scientifiques. La foudre se produit également sur d'autres planètes du Système solaire, en particulier Jupiter et Saturne.Histoire

La foudre est probablement apparue sur Terre bien avant la vie, il y a plus de trois milliards d'années. De plus, les éclairs ont probablement été fondamentaux pour la formation des premières molécules organiques, essentielles à l'apparition des premières formes de vie¹. Depuis le début de l'histoire écrite, les éclairs fascinent les êtres humains. Le feu que les éclairs produisent lorsqu'ils touchent le sol sert à ceux-ci pour se réchauffer pendant la nuit, en plus de tenir les animaux sauvages à l'écart. L'homme primitif a donc cherché des réponses pour expliquer ce phénomène, créant des superstitions et des mythes qui ont été incorporés dans les premières religions².

Importance biologique

La pression de vapeur explosive entre le tronc et l'écorce causée par la foudre a fait exploser l'écorce de ce bouleau.

Dès la formation de la Terre, les températures élevées de la croûte terrestre sont responsables de la formation de tempêtes importantes, violentes et permanentes, donnant naissance aux océans. L'eau, au cours de son cycle, transporte avec elle des éléments chimiques, tels que le carbone et l'azote, qui s'accumulent dans les mers primitives. Les rayons ultraviolets et la foudre ont peut-être grandement aidé le processus de combinaison de ces composés inorganiques ainsi qu'à leur transformation en acides aminés, composants essentiels pour l'émergence de la vie³.

Les décharges électriques sont la principale source de nitrites et de nitrates, essentiels à la vie des plantes. Les plantes ne sont pas en mesure d'utiliser directement l'azote atmosphérique, elles doivent donc être transformées en d'autres composés azotés. La foudre est responsable de ces réactions chimiques, ce qui maintient le cycle de l'azote⁴.

Les feux de forêt déclenchés par la foudre jouent un rôle fondamental dans l'évolution des plantes, car la consommation de matière sèche et l'élimination d'éventuels ravageurs par le feu sont bénéfiques pour l'environnement. Le processus d'évolution de la vie végétale semble être étroitement lié à l'apparition des incendies, qui favorisent l'émergence de nouveaux gènes. Il est possible que les incendies provoqués par la foudre aient été la première source de feu utilisée par les hommes primitifs, ce qui aurait été l'une des étapes importantes qui ont conduit à l'évolution et à la domination de celui-ci sur son environnement⁵.

Une étude météorologique démontre aussi que la foudre contribue à nettoyer l'atmosphère en produisant des radicaux hydroxyles au sommet du cumulonimbus. Ceux-ci réagissent avec d'autres molécules présentes dans l'air en les oxydant. Le processus capture des composés toxiques dans l'atmosphère, tels que le monoxyde de carbone et le méthane qui sont considérés comme des gaz majeurs au réchauffement climatique et à la destruction de la couche d'ozone. Ceci contribue entre 2 % et 16 % de la capacité oxydante de l'atmosphère terrestre⁶.

Recherche scientifique

Représentation de l'expérience de Benjamin Franklin au XVIII^e siècle, sur laquelle des étincelles induites par l'orage sortent du fil conducteur jusqu'à son doigt.

Dans les cultures modernes européennes, la première explication scientifique connue est écrite par le philosophe grec Aristote, au IV^e siècle av. J.-C., attribuant l'orage à la collision entre deux nuages et la foudre au feu exhalé par ces nuages⁷. Cependant, les premières études systématiques ne sont conduites qu'en 1752, à Marly-la-Ville, près de Paris, lorsque Thomas-François Dalibard attire des éclairs au moyen d'une haute tige de fer isolée du sol par des bouteilles de verre. Cette expérience prouve la nature électrique de la décharge. Par la suite, de nombreux tests sont effectués. L'un des plus connus est celui de Benjamin Franklin, qui utilise des cerfs-volants et des ballons pour soulever des fils conducteurs, qui génèrent de petits éclairs grâce au champ électrique existant dans les nuages⁸.

Franklin a également démontré que la foudre se manifeste « le plus souvent sous la forme négative de l'électricité, mais parfois elle apparaît sous la forme positive ». En outre, le scientifique propose l'utilisation de grandes tiges métalliques pour la protection contre la foudre, qui, selon lui, ferait passer l'électricité silencieusement du nuage au sol. Plus tard, il se rend compte que ces tiges n’influencent pas les charges électriques présentes dans les nuages, mais qu'elles attirent en fait la foudre. Il finit par comprendre que, si les décharges électriques ne peuvent pas être évitées, il peut au moins les attirer à un point où il n'y aurait aucun danger, ce qui est connu sous le nom de paratonnerre. Pour prouver l'efficacité de ses idées, Franklin réunit des centaines de personnes près de Sienne, en Italie, en 1777, à un endroit souvent frappé par la foudre. Après l'installation du paratonnerre, la foule observe la foudre frapper le barreau métallique, sans l'endommager⁸.

En 1876, James Clerk Maxwell propose la création de dépôts pour la poudre noire entièrement enveloppés d'une couche de métal afin d'empêcher la foudre de faire exploser le composé. Lorsque la foudre frappe ce dépôt, le courant électrique reste dans cette couche extérieure et n'atteint pas la poudre. Ce système est connu sous le nom de cage de Faraday. Un système de grille peut également être utilisé ; cependant, plus la distance entre les conducteurs est grande, moins la protection est efficace. Les combinaisons entre le paratonnerre de Franklin et la cage de Faraday sont encore utilisées au XXI^e siècle pour la protection des structures, en particulier là où se trouvent des appareils électroniques sensibles⁸.

L'apparition de la photographie et de la spectroscopie à la fin du XIX^e siècle a une grande importance dans l'étude de la foudre. Plusieurs scientifiques ont utilisé le spectre généré par la foudre pour estimer la quantité d'énergie impliquée dans le processus physique qui se déroule sur une très courte période. L'utilisation de l'appareil photographique permet également de découvrir que la foudre a deux ou plusieurs flux électriques. Le développement de nouveaux appareils tels que les oscilloscopes et les compteurs de champs électromagnétiques au cours du XX^e siècle permet une compréhension plus complète de l'origine et de l'occurrence des décharges⁸.

Caractéristiques

Un éclair partant d'un nuage jusqu'au sol à Dallas, aux États-Unis.

La foudre, qui est le plus souvent associée aux orages, est un gigantesque arc électrique d'électricité statique par lequel un canal conducteur se forme et des charges électriques sont transférées. Les éclairs peuvent se produire selon plusieurs types : à l'intérieur des nuages eux-mêmes, entre deux nuages, entre un nuage et l'air, et entre un nuage et le sol. Les points de contact d'un éclair dépendent de la façon dont les charges électriques sont réparties à l'intérieur des nuages⁹^,¹⁰.

En général, la répartition des charges dans les nuages convectifs génère un champ électrique intense. Au sommet du nuage, qui est aplati et s'étend horizontalement, des charges positives s'accumulent dans les petits cristaux de glace provenant des courants de convection. Au centre, généralement dans une plage où la température est comprise entre −20 et −10 °C, les charges négatives sont en surabondance. Les dipôles formés valent chacun des dizaines de coulombs, séparés les uns des autres de quelques kilomètres verticalement. À la base du nuage se forme généralement une petite région de charges positives, dont la charge ne vaut que quelques coulombs. Dans les tempêtes plus développées, la distribution électrique est beaucoup plus complexe¹¹.

Charge des nuages

Exemple de distribution des charges électriques dans un nuage.

Pour qu'une décharge électrique se produise, l'intérieur du nuage doit comporter un champ électrique important, qui provient du changement de la répartition des charges, électrisant le nuage. On ne sait pas exactement comment ce phénomène se produit, bien que certains concepts et prémisses de base aient été théorisés. Les modèles d'électrification sont divisés en deux modèles, convectifs et collisionnels¹².

Selon le modèle d'électrification convective, les charges électriques initiales proviennent d'un champ électrique préexistant avant le développement du nuage d'orage. Lorsque le nuage d'orage se développe, les ions positifs s'accumulent à l'intérieur du nuage, ce qui induit des charges négatives sur ses bords. Comme les vents à l'intérieur du nuage sont ascendants, des courants d'air de direction opposée apparaissent sur les bords du nuage, transportant les charges négatives induites à la base du nuage, créant ainsi deux régions électriquement distinctes. Au fur et à mesure que le processus se développe, le nuage devient capable d'attirer de nouvelles charges par lui-même, ce qui permet l'apparition de décharges électriques. Bien qu'il démontre l'importance de la convection dans le processus d'électrification, ce modèle ne décrit pas de manière satisfaisante la répartition des charges au début de la tempête et sur le long terme¹³^,¹⁴.

Modèle de séparation des charges lors de collisions inductives (à gauche) et non inductives (à droite) entre des particules de glace ayant des propriétés différentes, dans lequel des charges de signe opposé s'accumulent.

Le modèle d'électrification par collisions, comme son nom l'indique, suppose que le transfert de charges a lieu au contact entre les particules du nuage pendant le processus de convection. Cependant, aucun consensus sur la façon dont la polarisation et la séparation des charges se produisent dans les minuscules particules de glace n'existe. Les théories sont divisées en deux classes, l'inductive (qui dépend d'un champ électrique préexistant) et la non-inductive. Dans le premier, le champ électrique préexistant, qui pointe vers le bas dans des conditions normales, provoque l'apparition de charges positives dans la partie inférieure des particules de glace et des charges négatives dans la région opposée. Les particules ont des tailles différentes, de sorte que les plus lourdes ont tendance à tomber tandis que les plus légères sont emportées par les vents convectifs. Le contact de la plus petite particule avec l'hémisphère inférieur de la plus grande provoque le transfert des charges, la plus légère étant chargée positivement et la plus lourde étant chargée négativement. À mesure que le nuage se développe, des charges négatives s'accumulent à sa base et des charges positives à son sommet, intensifiant de plus en plus le champ électrique et le processus de polarisation des particules au point de produire des grilles avec des différences de potentiel et des décharges¹⁵.

L'électrification non inductive, en revanche, a pour principe la génération de charges à partir de la collision entre des particules ayant des propriétés intrinsèques différentes. La neige roulée (particule sphérique plus petite que la grêle) et les petits cristaux de glace, lorsqu'ils entrent en collision, acquièrent des charges opposées. La première, plus lourde, porte des charges négatives, tandis que les cristaux atteignent le sommet du nuage, qui est ainsi chargé positivement. Pour cela, des conditions favorables doivent être réunies, notamment la température (inférieure à −10 °C) et la quantité optimale d'eau dans le nuage. Selon les caractéristiques observées, cela semble être le processus le plus important d'électrification du nuage d'orage, ce qui n'élimine pas les autres processus d'électrification¹⁶^,¹⁷.

Décharge

Dans des conditions normales, l'atmosphère terrestre est un bon isolant électrique. La rigidité diélectrique de l'air au niveau de la mer atteint trois millions de volts par mètre, mais elle diminue progressivement en fonction de l'altitude, principalement en raison de la raréfaction de l'air¹⁸^,¹⁹. Au fur et à mesure de la séparation des charges du nuage, le champ électrique devient de plus en plus intense, et finit par dépasser la rigidité diélectrique de l'air. Ainsi, un chemin de plasma conducteur émerge à travers lequel les charges électriques peuvent circuler librement, formant ainsi une décharge électrique appelée foudre²⁰.

Les éclairs se manifestent sous des formes diverses, et sont catégorisés selon leur origine et leur destination. Le type de foudre le plus courant se produit à l'intérieur des nuages ; la seconde forme la plus courante est l'éclair négatif nuage-sol²¹^,²².

Décharge nuage-sol négative

Animation d'un éclair filmé au ralenti. On peut y observer la ramification des canaux. La décharge a lieu à travers le premier canal qui touche le sol.

Un éclair nuage-sol au ralenti, pendant un cinquantième de seconde.

La décharge commence lorsque la première rupture de la rigidité diélectrique de l'air se produit, à partir de la région occupée par les charges négatives, à l'intérieur du nuage, traversé par un canal dans lequel les charges circulent librement. La pointe de la décharge se dirige vers la plus petite concentration de charges positives, à la base du nuage. Par conséquent, une grande quantité d'électrons se déplace vers le bas du nuage, tandis que le canal continue de s'étendre vers le bas, en direction du sol. La pointe de la décharge avance par étapes, de cinquante mètres toutes les cinquante microsecondes. La pointe de l'éclair se partage généralement en plusieurs branches et émet une lumière extrêmement faible à chaque saut de décharge. En moyenne, une charge de cinq coulombs de charges négatives s'accumule dans le canal ionisé de manière uniforme, et le courant électrique est de l'ordre de cent ampères²³^,²⁴.

Les électrons induisent une accumulation de charges opposées dans la région située juste en dessous du nuage. À partir du moment où elles commencent à se diriger vers le sol, les charges positives ont tendance à être attirées et à se regrouper aux extrémités des objets terrestres. À partir de ces points, l'air est ionisé, faisant apparaître des chemins ascendants similaires, allant à l'encontre du premier chemin descendant²⁵^,²⁶.

Lors du contact avec le sol ou un objet terrestre, les électrons commencent à se déplacer beaucoup plus vite, produisant une luminosité intense entre le nuage et le point de contact. Lorsque les électrons et les branches commencent à prendre de la vitesse et à se déplacer vers le sol, l'ensemble du trajet ionisé s'illumine. La totalité de la charge négative, y compris celle du nuage, se dissipe dans le sol en un flux qui dure quelques microsecondes. Dans cet intervalle, cependant, la température à l'intérieur du chemin atteint plus de trente mille degrés Celsius²⁷.

En général, trois ou quatre décharges se produisent en moyenne dans le même éclair, appelées décharges de retour ultérieures, séparées les unes des autres par un intervalle d'environ cinquante millisecondes. Dans le cas où le nuage contient encore des charges négatives, une nouvelle décharge apparaît, qui se déplace plus rapidement que la décharge initiale car elle suit le chemin ionisé déjà ouvert, atteignant le sol en quelques millisecondes. Cependant, la quantité d'électrons déposés dans les décharges de retour ultérieures est généralement plus faible que dans la première. Alors que le courant de décharge initial est généralement de 30 kiloampères (kA), les décharges ultérieures ont un courant compris entre 10 et 15 kA. En moyenne, trente coulombs sont transférés du nuage au sol²⁸^,²⁹. Il est possible d'observer un éclair principalement grâce aux différentes décharges de retour. En général, la durée moyenne de l'ensemble de ce processus est de 0,2 seconde³⁰^,³¹.

Décharge nuage-sol positive

La foudre ne provient pas toujours des zones chargées négativement d'un nuage. Dans certains cas, des décharges électriques se produisent au sommet de gros cumulonimbus, dont la forme supérieure s'étend horizontalement. Bien qu'ils soient relativement rares, les éclairs positifs ont des caractéristiques particulières. Au départ, le canal précurseur présente une uniformité, différente de ce qui se produit dans une décharge négative. Lorsque le contact est établi, une seule décharge de retour intervient, dont le pic de courant atteint plus de 200 kiloampères, valeur beaucoup plus élevée que pour les éclairs négatifs. Ce processus dure généralement quelques millisecondes. Ce type de décharge offre un potentiel de destruction beaucoup plus important que les décharges négatives, en particulier pour les bâtiments industriels, en raison de la charge importante qu'elle transporte³²^,³³^,³⁴.

Décharge intra-nuageuse

Décharge intra-nuageuse très ramifiée sur l'île Padre, aux États-Unis.

La plupart des éclairs se produisent à l'intérieur des nuages. Un canal précurseur de la décharge apparaît dans le noyau négatif de la partie inférieure du nuage et se poursuit vers le haut, où les charges positives sont généralement concentrées. D'une durée typique de 0,2 seconde, ces décharges ont une luminosité presque continue, marquée par des impulsions éventuellement attribuées aux décharges de retour qui se produisent entre les poches de charge. La charge totale transférée dans une telle décharge est du même ordre que celle des éclairs nuage-sol³⁵.

La décharge commence par le mouvement des charges négatives qui forment un canal précurseur dans le sens vertical, qui se développe en 10 à 20 millisecondes et peut atteindre quelques kilomètres de longueur. Lorsqu'il atteint le sommet du nuage, ce canal est divisé en branches horizontales, à partir desquelles se produit le transfert d'électrons depuis la base du nuage. Autour du début du canal de décharge, les charges négatives se déplacent dans sa direction, prolongeant les branches à la base du nuage et augmentant la durée de la décharge. La foudre se termine lorsque la connexion principale entre les parties inférieure et supérieure du nuage est rompue³⁶.

Décharge sol-nuage

Éclair partant d'une tour de télécommunication jusqu'aux nuages. On peut facilement remarquer que la décharge se fait du sol aux nuages car les ramifications de celui-ci partent toutes de la tour de télécommunication.

Décharge sol-nuage dans une tour près de Banská Bystrica, en Slovaquie.

Depuis les structures élevées et les sommets des montagnes, des canaux précurseurs de décharge peuvent apparaître et suivre une direction verticale vers le nuage. Dès lors, les charges négatives stockées dans le nuage s'écoulent vers le sol ou, plus rarement, des électrons s'écoulent vers le nuage. En général, le canal précurseur émerge d'un seul point, à partir duquel il se ramifie dans une direction verticale vers le nuage. Son apparition est principalement liée à des structures métalliques, telles que des bâtiments et des tours de communication, dont la hauteur atteint plus de cent mètres et dont les extrémités sont capables de potentialiser le champ électrique induit et donc d'initier une décharge précurseur. Lorsque la connexion est établie, les rejets de retour se produisent d'une manière similaire aux rejets négatifs des nuages au sol³⁷^,³⁸^,³⁹.

Décharge artificielle

Ligne de lumière plus ou moins droite dans le ciel.

Un éclair artificiel.

La foudre artificielle peut être obtenue au moyen de petites fusées qui, en s'élevant, portent un mince fil métallique connecté. Lorsque l'appareil s'élève, ce fil se déploie jusqu'à ce que, dans de bonnes conditions, une décharge électrique se produise en passant à travers le fil jusqu'au sol. Le fil se vaporise instantanément, mais le chemin emprunté par le courant électrique est généralement rectiligne grâce au cheminement des atomes ionisés laissé par le fil⁴⁰. Il est également possible de créer des éclairs initiés par des faisceaux laser, qui créent des filaments de plasma pendant de courts moments, permettant aux charges électriques de circuler et donnant lieu à une décharge électrique⁴¹.

Particularités

Des éclairs à Schaffhouse, en Suisse. Un oiseau est visible quatre fois sur l'image à cause de l'effet stroboscopique des éclairs.

Gravure du XIX^e siècle illustrant le phénomène de foudre en boule.

La foudre apparaît généralement de manière intense et brillante, produisant parfois un effet stroboscopique. La luminosité d'un éclair peut être perçue à plusieurs dizaines de kilomètres de distance. S'il n'y a pas de précipitations au site d'observation, on parle souvent de « foudre ou éclair de chaleur » car ce phénomène est généralement associé aux orages estivaux à sommet élevé loin de l'observateur⁴². Lorsqu'un éclair se produit à l'intérieur d'un nuage, la foudre est capable de l'illuminer complètement, éclairant également le ciel²¹^,²².

Éventuellement, les décharges intra-nuageuses peuvent se manifester sous la forme de canaux extrêmement ramifiés qui s'étendent horizontalement dans les régions les plus élevées du nuage, sur une grande partie de celui-ci. Les éclairs qui sont distribués horizontalement semblent généralement se déplacer plus lentement que la moyenne. Dans les décharges nuage-sol, il est possible que des éclairs à la forme similaire à un ruban se produisent. Ceci est dû à des vents forts qui sont capables de déplacer le canal ionisé. À chaque décharge, l'éclair semble alors se déplacer latéralement, formant des segments parallèles les uns aux autres²¹^,²².

Les décharges positives, parce qu'elles partent de la partie la plus élevée du cumulus, peuvent s'étendre au-delà de la région de la tempête, dans une région où le temps est stable, à des kilomètres de distance. Le canal de ce type d'éclair peut se déplacer horizontalement sur quelques kilomètres avant de se diriger soudainement vers le sol⁴³.

Les décharges de toutes sortes laissent un canal d'air ionisé extrêmement chaud par lequel elles passent. En coupant le flux des charges électriques, le canal restant se refroidit rapidement et se décompose en plusieurs parties plus petites, créant une séquence de points lumineux qui disparaît rapidement. Les segments se forment car le canal n'a pas une épaisseur constante sur toute sa longueur, et les parties plus épaisses prennent plus de temps à refroidir. Ce phénomène est extrêmement difficile à observer, car l'ensemble du processus ne prend qu'une petite fraction de seconde²²^,⁴⁴.

Un phénomène appelé la foudre en boule a également été rapporté. Celle-ci a un diamètre moyen compris entre vingt et cinquante centimètres, semble apparaître lors de tempêtes, a une luminosité moins intense que les autres éclairs et se déplace généralement horizontalement dans une direction aléatoire. Ce phénomène ne dure que quelques secondes. Il subsiste de nombreux doutes quant à son existence, qui n'a pas encore été prouvée, bien qu'il existe de nombreux témoignages historiques, certains rapportant en avoir vu à l'intérieur de bâtiments²²^,⁴⁵^,⁴⁶.

Autres origines

Éclairs lors des éruptions de l'Eyjafjallajökull en 2010.

En plus des tempêtes, les éruptions volcaniques sont une source fréquente de foudre. Pendant l'éruption, les particules de cendres volcaniques entrent en collision les unes avec les autres, et leur frottement génère une accumulation de charges électriques. L'ampleur de l'activité électrique est directement dépendante de la taille du nuage de cendres ; celle-ci dépend quant à elle de l'intensité de l'éruption. Ces décharges électriques, appelées orage volcanique, sont généralement confinées dans le nuage ; peu d'entre elles atteignant des régions plus éloignées. Ils représentent néanmoins une source importante d'interférences pour les transmissions radio et provoquent parfois des feux de forêt⁴⁷^,⁴⁸. Il existe également des éclairs provenant de nuages de fumée de grands incendies⁴⁹.

Les explosions thermonucléaires peuvent provoquer des décharges électriques. Ces phénomènes se produisent généralement en transférant des électrons du sol vers l'atmosphère, formant des canaux ionisés de plusieurs kilomètres de long. L'origine de ce phénomène n'est pas connue, mais il est possible que l'émission radioactive de l'explosion ait un rôle à jouer dans ce phénomène⁵⁰.

Les tempêtes de sable sont également des sources de décharges électriques, qui peuvent provenir de la collision entre les particules de sable qui, lorsqu'elles entrent en contact, accumulent des charges et génèrent des décharges⁵¹.

Phénomènes connexes

Des fulgurites d'Algérie.

La foudre produit des rayonnements électromagnétiques de différentes fréquences, notamment de la lumière visible, des ondes radio et des rayonnements de haute énergie. Ces rayonnements caractérisent la foudre. L'augmentation de la température dans le canal de la foudre, en revanche, produit des ondes sonores qui forment le tonnerre. La variation du champ électrique de décharge est également à l'origine d'autres types de phénomènes transitoires dans la haute atmosphère. En général, la foudre se produit en plus grand nombre pendant les orages⁵². Lorsqu'une décharge tombe directement sur un sol sablonneux, l'immense température provoque la fusion de ses particules qui, une fois le courant coupé, fusionnent et forment un fulgurite, dont la forme acquise correspond au trajet de la décharge dans le sol⁵³.

Tonnerre

Article détaillé : Tonnerre.

0:19

Son émis par un éclair.

Les ondes sonores provoquées par une décharge électrique caractérisent le tonnerre. Elles sont dues à l'expansion rapide de l'air due au réchauffement du canal de décharge. La fréquence varie entre quelques hertz à quelques kilohertz. L'intervalle de temps entre l'observation de la foudre et la perception du tonnerre est différencié par le fait que la lumière se déplace beaucoup plus vite que le son, qui a une vitesse de 340 mètres par seconde⁵⁴^,⁵⁵.

Lorsque la foudre se produit à moins de cent mètres d'un auditeur, le tonnerre se présente comme une onde sonore soudaine de grande intensité qui dure moins de deux secondes, suivie d'une forte détonation qui dure plusieurs secondes jusqu'à ce qu'elle se dissipe. La durée du tonnerre dépend de la forme du faisceau, et les ondes sonores se propagent dans toutes les directions à partir de l'ensemble du canal, ce qui entraîne une grande différence entre la partie la plus proche et la plus éloignée de l'auditeur. Comme l'atmosphère atténue les ondes sonores, le tonnerre associé aux décharges qui se produisent à grande distance devient inaudible lorsqu'il se déplace sur quelques kilomètres et perd ainsi de l'énergie. De plus, le fait que les tempêtes se produisent dans des zones d'instabilité atmosphérique favorise la dissipation de l'énergie sonore⁵⁴^,⁵⁵.

Rayonnement à haute énergie

Image de synthèse d'un satellite en orbite autour de la Terre. Dans son atmosphère, on peut apercevoir une lumière rose.

Vue d'artiste de la foudre au-dessus des nuages déclenchant des éclats de rayons gamma.

La foudre produit des rayonnements dans des plages très variées du spectre électromagnétique, allant des ultra-basses fréquences aux rayons X et gamma, en passant par le spectre visible. Les rayons X et gamma sont de haute énergie et résultent de l'accélération des électrons dans un champ électrique intense au moment de la décharge. Ils sont atténués par l'atmosphère, les rayons X étant limités à proximité de l'éclair, tandis que les rayons gamma, bien que leur intensité soit considérablement réduite en fonction de la distance, peuvent être détectés à la fois depuis le sol et depuis des satellites artificiels. Les tempêtes sont généralement associées à l'apparition de flashs de rayons gamma dans la haute atmosphère terrestre. Les satellites, comme AGILE, surveillent l'apparition de ce phénomène, qui a lieu des dizaines de fois tout au long de l'année⁵⁶^,⁵⁷^,⁵⁸^,⁵⁹.

Des modèles suggèrent qu'un type de décharge exotique peut être produit à l'intérieur des tempêtes, dans lequel l'interaction entre les électrons de haute énergie et leur antimatière correspondante, les positons, se produit. Ce processus conduit à la production de particules plus énergisées qui finissent par produire des flambées de rayons gamma. Ces décharges sont extrêmement rapides, plus que les éclairs eux-mêmes et, malgré la grande quantité d'énergie impliquée, n'émettent que peu de lumière. Il est possible que les avions traversant à proximité des tempêtes reçoivent des doses importantes de radiation, bien que des résultats concluants n'aient pas encore été obtenus⁶⁰^,⁶¹.

Couleurs et longueurs d'onde

Eclairs à Belfort en France.

Le long du chemin parcouru, la décharge surchauffe les gaz de l'atmosphère et les ionise (la température peut atteindre cinq fois celle de la surface du soleil, soit 30 000 K). Il se forme un plasma conducteur, à l'origine de l'émission soudaine de lumière observable⁶². La couleur de cet éclair dépend de plusieurs facteurs : la densité de courant, la distance de l'observateur à l'éclair, et de la présence de différentes particules dans l'atmosphère. En général, la couleur perçue d'un éclair est blanche dans un air sec, jaune en présence d'une grande quantité de poussières, rouge en cas de pluie, et bleue en présence de grêle⁶³.

La perception de couleur blanche de l'éclair est aussi liée à l'ensemble des longueurs d'onde des différents éléments présents dans l'air électrifié. La présence dans l'atmosphère d'oxygène et d'azote contribue à des longueurs d'onde correspondant au vert (508 à 525 nm) et jaune-orange (599 nm) pour l'oxygène et bleu (420 à 463 nm) et rouge (685 nm) pour l'azote⁶⁴.

Parasites radio

Article détaillé : Parasite atmosphérique.

La décharge électrique ne se limite pas aux longueurs d'onde visibles. Elle se reflète dans un large domaine des rayonnements électromagnétiques dont les ondes radios⁶⁵. Comme ces émissions sont aléatoires, on parle de « parasites atmosphériques »⁶⁶. Les ondes créées propagent du bruit blanc qui se superpose aux signaux de télécommunications, ressemblant à un grésillement pour un auditeur. Ces parasites vont des basses fréquences jusqu'aux bandes UHF⁶⁵.

Résonances de Schumann

Article détaillé : Résonances de Schumann.

Animation des résonances de Schumann.

Entre la surface de la Terre et l'ionosphère, à quelques dizaines de kilomètres d'altitude, se forme une cavité à l'intérieur de laquelle sont emprisonnés les rayonnements électromagnétiques de très basse fréquence (de l'ordre de quelques hertz). En conséquence, les rayons circulent plusieurs fois autour de la Terre jusqu'à ce qu'ils se dissipent. Dans cette gamme de fréquence, les rayons produisent des radiations, ils sont donc les principales sources pour le maintien de ce phénomène appelé « résonances de Schumann ». La superposition des rayonnements émis à tout moment et les résonances qui en résultent produisent des pics de rayonnement qui peuvent être mesurés. La surveillance de la résonance de Schumann est une méthode importante dans la surveillance de l'activité électrique de la planète liée aux tempêtes et peut donc être utilisée dans l'analyse du climat mondial⁶⁷^,⁶⁸^,⁶⁹^,⁷⁰.

Phénomène lumineux transitoire

Article détaillé : Phénomène lumineux transitoire.

Dessins de phénomènes lumineux transitoires selon l'altitude. Les éclairs se produisent en dessous de 10 kilomètres d'altitude, les jets bleus entre 20 et 30 kilomètres, les farfadets entre 50 et 90 et les elfs entre 85 et 100.

Les différentes formes de phénomènes lumineux transitoires.

Éclair dans un nuage au-dessus de la Birmanie vu depuis la station spatiale internationale. Juste au-dessus du nuage se trouve un farfadet, en rouge.

Dans la haute atmosphère terrestre, au-dessus des nuages d'orage, des émissions se produisent avec des caractéristiques diverses, collectivement appelées phénomènes lumineux transitoires. Bien qu'elles s'étendent sur des dizaines de kilomètres dans la stratosphère et la mésosphère, il est pratiquement impossible de les observer à l'œil nu en raison, surtout, de leur faible luminosité. Cependant, des caméras installées dans des avions, des satellites ou même au sol, mais pointées sur des tempêtes proches de l'horizon, sont capables de prouver l'existence de ce phénomène. Son origine est attribuée à l'excitation de l'électricité par la variation du champ électrique, en particulier lors d'un éclair nuage-sol⁷¹.

Parmi les phénomènes transitoires les plus remarquables, on peut citer les farfadets, qui apparaissent immédiatement au-dessus de grands éclairs survenus lors d'un orage, présentant généralement des couleurs rougeâtres et des formes cylindriques qui ressemblent à des tentacules. Les jets bleus, à leur tour, apparaissent au sommet des gros nuages d'orage et se propagent dans une direction verticale jusqu'à une cinquantaine de kilomètres de haut. Les deux ont une durée maximale de quelques millisecondes. Enfin, les elfes (acronyme anglais pour « émission de lumière et perturbations à très basse fréquence par des sources d'impulsions électromagnétiques ») ont une forme de disque et durent quelques millisecondes. Leur origine provient peut-être de la propagation d'une impulsion électromagnétique générée au moment des décharges dans le nuage en dessous⁷¹^,⁷²^,⁷³.

Distribution

Fréquence des éclairs

Fréquence des coups de foudre dans le monde par km²/an.

Grâce aux observations par satellite, il est possible d'estimer la distribution de la foudre dans le monde entier. En moyenne, entre cinquante et cent coups de foudre sont enregistrés chaque seconde sur la planète, ce qui représente entre un et trois milliards de coups de foudre par an, dont plus de 90 % sont répartis sur les terres émergées. Les données obtenues grâce aux instruments prouvent que la plupart des foudroiements se produisent dans les régions tropicales et subtropicales, principalement en Afrique centrale, en Asie du Sud et du Sud-Est, au centre et au nord de l'Amérique du Sud ainsi qu'au sud des États-Unis⁷⁴. Ainsi, les quatre endroits ayant la plus grande fréquence de coups de foudre selon la NOAA sont : Lagunillas (Lac Maracaibo) au Venezuela (232,52 éclairs/km² par an), Kabare et Kampene en République démocratique du Congo (respectivement 205,31 et 176,71) et Cáceres en Colombie (172,29)⁷⁵.

Les structures élevées ont tendance à recevoir plus de décharges. Par exemple, l'Empire State Building de New York est frappé une vingtaine de fois par an, dont plus de la moitié sont des décharges sol-nuage⁷⁶. La statue du Christ Rédempteur de la ville de Rio de Janeiro reçoit en moyenne six éclairs tout au long de l'année⁷⁷. Dans les régions polaires du Nord et du Sud, en revanche, les éclairs sont pratiquement inexistants⁷⁸.

Grande fréquence d'éclairs durant un orage en 1991 à Sydney, en Australie.

L'apparition de la foudre est directement liée aux systèmes convectifs qui, au plus fort de leur activité, peuvent produire plus d'un éclair par seconde. Les tempêtes qui présentent des complexes convectifs de méso-échelle, comme les cyclones tropicaux et les ouragans, atteignent des niveaux extrêmes de décharges électriques, dont le pic atteint plus d'un éclair nuage-sol par seconde. La formation d'orages supercellulaires a également une forte relation avec l'apparition d'éclairs positifs, avec plus de trente occurrences par heure. La relation entre le taux de décharge dans un orage supercellulaire et la formation de tornades n'est pas encore claire. Il est également à noter que des éclairs nuage-sol peuvent se produire exactement en dessous de l'endroit où le nuage présente son altitude maximale, bien que cette relation n'ait pas encore été confirmée pour tous les types de tempêtes, en particulier celles qui se produisent au-dessus de l'océan. Bien que la foudre soit toujours associée aux orages, et que ceux-ci produisent de la pluie, la relation directe entre les deux phénomènes n'est pas connue⁷⁹. Dans les régions tropicales, l'activité électrique se concentre principalement pendant les mois d'été⁷⁸.

Il est possible que le réchauffement climatique entraîne une augmentation de l'incidence de la foudre dans le monde entier. Cependant, les prévisions diffèrent de 5 à 40 % de l'incidence actuelle pour chaque degré Celsius d'augmentation moyenne de la température atmosphérique⁷⁸.

Un modèle mathématique développé par Marcia Baker, Hugh Christian et John Latham permet d'estimer la fréquence des éclairs, représentée par la lettre $f$ ⁸⁰. Selon le modèle, celle-ci est proportionnelle à la réflectivité radar $Z$ et la largeur du mouvement ascendant $R$ et dépend également de la concentration de cristaux de glace et de granulés de neige roulée dans le nuage. Dans certains cas, la fréquence des éclairs est également proportionnelle à la puissance d'un nombre élevé de la vitesse des mouvements d'air ascendants $w$ . La puissance considérée est généralement six, soit $w^{6}$ ⁸¹. Selon un autre modèle, valable pour les orages tropicaux, la fréquence de la foudre est proportionnelle à la puissance cinq de la profondeur du front froid. La profondeur du front froid, représentant la différence entre l'altitude du sommet de l'orage tropical et celle du point où il fait 0 °C, est quant à elle proportionnelle au taux de charge et à l'électricité statique stockée dans les nuages convectifs⁸².

Détection et surveillance

Article détaillé : Détecteur de foudre.

Antennes faisant partie d'un réseau de détection de la foudre en Chine. Ce réseau peut détecter les éclairs en trois dimensions dans les orages.

La plus ancienne technique d'analyse de la foudre, utilisée depuis 1870, est la spectroscopie, qui consiste en la décomposition de la lumière à différentes fréquences. Cette méthode a permis de déterminer la température à l'intérieur d'un éclair, ainsi que la densité des électrons du canal ionisé⁸³. Il existe également des systèmes d'appareils utilisés depuis 1920 qui ont pour principe la détection du rayonnement électromagnétique de la foudre, ce qui permet de déterminer, en plus de son emplacement, son intensité et sa forme⁸⁴. Des appareils capables de mesurer directement le courant électrique incident sont généralement installés aux endroits où l'incidence de la foudre est élevée, en particulier dans de hauts bâtiments et au sommet des montagnes⁸⁵.

L'utilisation de caméras a permis l'analyse systématique des étapes d'une décharge électrique. La foudre ayant une durée très courte, les caméras haute vitesse sont fondamentales pour détecter les intervalles de temps dans lesquels les charges brisent la rigidité diélectrique de l'air et transfèrent des charges électriques entre deux régions, surtout après avoir comparé les images avec la variation du champ électromagnétique. Dans les hautes structures, comme les bâtiments et les tours de communication, des capteurs sont installés afin de permettre une évaluation directe de la quantité de charges qui les traversent pendant un orage. Pour surveiller les rejets sur une grande surface, des réseaux de capteurs stratégiquement installés ont été créés afin de détecter avec précision l'emplacement des ondes électromagnétiques émanant des décharges. Cependant, en envoyant des satellites capables de comptabiliser toutes les décharges à l'échelle mondiale, il a été possible d'obtenir la dimension réelle de l'activité électrique de la planète⁷⁸.

Les dispositifs envoyés à l'intérieur de nuages fournissent des données importantes concernant la répartition des charges d'un nuage. Des ballons-sondes, des petites fusées et des avions correctement équipés sont délibérément déployés dans les orages, se faisant alors frapper des dizaines de fois par des décharges⁷⁸.

Il existe également des systèmes de détection au sol. Le moulin à champ est un instrument de mesure de champ électrique statique. En météorologie, cet instrument permet, grâce à l’analyse du champ électrostatique au-dessus de lui, de signaler la présence d'un nuage électriquement chargé traduisant l'imminence de la foudre⁸⁶^,⁸⁷. Il existe également des réseaux d’antennes réceptrices qui reçoivent un signal radio généré par la décharge. Chacune de ces antennes mesure l'intensité de l'éclair ainsi que sa direction. Par triangulation des directions tirées de toutes les antennes, il est possible de déduire la position de la décharge⁸⁸. Le laser téramobile peut servir à frayer à la foudre un chemin rectiligne⁸⁹, il a également permis de générer des éclairs et les guider sur plusieurs mètres mais n'a pu les guider jusqu'au sol⁹⁰.

Des systèmes mobiles à une antenne directionnelle peuvent déduire la direction et l’intensité du coup de foudre ainsi que sa distance par l’analyse de la fréquence et de l’atténuation de l'amplitude du signal⁸⁸. Des satellites artificiels en orbite géostationnaire peuvent également mesurer des éclairs produits par des orages en balayant la zone de vision en cherchant des flashs lumineux. Entre autres, les séries de satellites GOES et Météosat se situent à environ 36 000 km de la Terre. À cette distance, l'épaisseur de l'atmosphère peut être négligée et la position peut être déduite en latitude et longitude directement⁹¹.

Les réseaux de détecteurs de foudre sont utilisés par les services météorologiques comme le Service météorologique du Canada, Météo-France et le National Weather Service américain pour suivre les orages et prévenir les populations⁹²^,⁹³^,⁹⁴. D'autres utilisateurs privés et gouvernementaux les utilisent également, dont en particulier les services de préventions des feux de forêts, les services de transport d'électricité, comme Hydro-Québec, et les usines d'explosifs⁹⁵^,⁹⁶.

Dangers et protections

Un arbre touché par la foudre.

La foudre tombe souvent sur le sol, de sorte que les infrastructures non protégées sont sujettes à des dommages causés par les décharges électriques. L'ampleur des dommages causés dépend en grande partie des caractéristiques du site sur lequel la foudre s'abat, notamment de sa conductivité électrique, mais aussi de l'intensité du courant électrique et de la durée de la décharge. Les ondes sonores générées par la foudre causent généralement des dommages relativement mineurs, comme des bris de verre⁹⁷. Lorsqu'un objet est frappé, le courant électrique augmente énormément sa température, de sorte que les matériaux combustibles présentent des risques d'incendie⁹⁸.

Pour l'homme

Article détaillé : Kéraunopathologie.

Il n'existe pas de données fiables sur le nombre de décès liés à la foudre survenus dans le monde, car de nombreux pays ne tiennent pas compte de ce type d'accident. Cependant, la zone à risque se trouve parmi les tropiques, où vivent environ quatre milliards de personnes⁷⁸. Au Brésil, 81 personnes sont mortes de décharges électriques en 2011, dont un quart dans le Nord du pays. Selon les chercheurs de l'INPE, le nombre de décès est directement lié au manque d'éducation de la population vis-à-vis de la foudre. Dans la région du sud-est, par exemple, le nombre de décès a diminué, même avec l'augmentation de l'incidence de la foudre. Dans le pays, la plupart des personnes touchées se trouvent à la campagne, exerçant des activités agricoles et utilisant des objets en métal tels que des houes et des machettes. La deuxième cause principale est la proximité de véhicules métalliques et l'utilisation de motos ou de vélos pendant une tempête⁹⁹.

Éclair frappant la tour Eiffel en 1902.

En cas de tempête, la meilleure forme de protection personnelle est de chercher un abri. Les maisons et bâtiments fermés, en particulier ceux qui sont équipés de systèmes de protection contre les décharges électriques, sont les plus sûrs. Les véhicules en métal, tels que les voitures et les bus, offrent une protection raisonnable, mais leurs fenêtres doivent être fermées et tout contact avec des éléments métalliques doit être évité. Il est recommandé d'éviter de se tenir à proximité d'arbres isolés, de tours métalliques, de poteaux et de clôtures métalliques afin d'amoindrir les chances de se faire toucher par la foudre. Il est fortement recommandé, dans les situations à risque, de ne pas rester dans les champs, les piscines, les lacs et l'océan. À l'intérieur des bâtiments, il convient d'éviter l'utilisation de tout équipement dont la surface conductrice s'étend aux zones extérieures, comme les équipements électriques et les conduites d'eau¹⁰⁰.

La foudre peut blesser les gens de plusieurs façons : par une décharge directe à travers le corps, par le courant causé par une décharge à proximité ou par le contact avec un objet conducteur frappé par la foudre. Les symptômes légers d'un choc de foudre comprennent la confusion mentale, la surdité, la cécité temporaires, et des douleurs musculaires. Dans ces cas, la guérison complète est généralement possible. Dans les cas modérés, des troubles mentaux, des déficiences motrices, des brûlures au premier et au deuxième degré peuvent affecter les victimes. Le rétablissement est possible, mais il est probable que des séquelles subsistent, telles que des confusions mentales, des difficultés psychomotrices et des douleurs chroniques. Enfin, les graves dégâts causés par les décharges électriques entraînent, entre autres, un arrêt cardiaque, des lésions cérébrales, de graves brûlures et une surdité permanente. Le patient présente, la plupart du temps, des séquelles irréversibles qui affectent principalement le système nerveux. En moyenne, une personne sur cinq touchée par la foudre meurt en conséquence¹⁰¹^,¹⁰².

Pour l'aviation

Les risques dans l'aviation sont moindres mais pas pour autant inexistants. Les avions réagissent aux éclairs de la même manière qu'une cage de Faraday — le courant circule uniquement dans le fuselage —, et, lorsqu'un avion est touché par un éclair, celui-ci entre généralement par un point pointu de l'appareil, tels que le nez, et sort à la queue¹⁰³. Il peut arriver que la carlingue de l'avion soit brûlée ou fondue aux points d'impact de l'éclair, mais ces dommages ne présentent pas de risques pour les passagers de l'avion et il peut même arriver de ne pas sentir le choc¹⁰⁴^,¹⁰⁵. Les planeurs, étant plus petits que des avions traditionnels, peuvent être détruits en plein vol par des éclairs¹⁰⁶.

Les parties les plus à risque sont l'électronique de bord et les réservoirs d'essence de l'avion¹⁰³. La protection de ces derniers est devenue apparente à la suite du vol Pan Am 214, qui s'est écrasé en 1963 après qu'un éclair ait créé une étincelle dans le réservoir de l'avion¹⁰⁷. Les réservoirs et l'électronique sont sécurisés par une mise à terre assurée par des déperditeurs, en bout d'aile¹⁰³^,¹⁰⁸.

La foudre peut également rendre confus les pilotes d'un avion. En effet, durant le vol Loganair 6780, après que l'avion ait été frappé par la foudre, les pilotes ont ignoré les modes de contrôles précédemment activés en pensant que la décharge avait endommagé l'électronique de l'avion. En réalité, l'appareil n'a connu aucun dégât, et les pilotes ont passé le reste du vol à compenser les effets du pilote automatique, alors fonctionnel¹⁰⁹.

Pour les réseaux électriques

Les lignes à haute tension du réseau électrique sont des éléments vulnérables, et il existe de nombreux cas de pannes, dont les plus notables sont la panne new yorkaise de 1977 et la panne de 2009 au Brésil et au Paraguay¹¹⁰^,¹¹¹. Une décharge sur une ligne transmet des pics de haute tension sur de longues distances, endommageant gravement les appareils électriques et créant des risques pour les utilisateurs. Cependant, la plupart des dommages causés aux équipements proviennent des effets de l'induction électromagnétique, dans laquelle la décharge, lorsqu'elle passe à travers un conducteur électrique près d'un fil de transmission, induit des courants et des tensions de pointe. L'induction électrostatique du flux de charges au moment du contact avec la foudre provoque des étincelles et des pics de tension qui peuvent être dangereux selon les circonstances. Les câbles souterrains sont également sujets à l'apparition de courants indésirables. Les équipements de protection visent à rediriger ces courants vers la terre. Le parafoudre est l'un des équipements les plus utilisés. Il est formé par une tige métallique reliée à la terre qui conduit la foudre en toute sécurité jusqu'à celle-ci¹¹²^,¹¹³.

Records

Le 25 juin 2020, l'Organisation météorologique mondiale a annoncé l'enregistrement de deux records de foudre : le plus long en distance parcourue, et le plus long en durée, appelés « mégas éclairs ». Le premier, dans l’État du Rio Grande do Sul, au sud du Brésil, a couvert 709 km sur une ligne horizontale, coupant le nord de l'État le 31 octobre 2018¹¹⁴, soit plus du double du précédent record, enregistré dans l’État de l'Oklahoma, aux États-Unis, avec 321 km (durée de 5,7 s¹¹⁵). L'éclair ayant duré le plus longtemps, d'une durée de 16,73 secondes, s'est produit en Argentine, à partir d'une décharge qui a débuté dans le nord du pays le 4 mars 2019, soit également plus du double du précédent record, qui était de 7,74 secondes, enregistré en Provence-Alpes-Côte d'Azur, en France, le 30 août 2012¹¹⁴.

Roy Sullivan, un garde forestier au parc national de Shenandoah, détient le record du nombre de foudroiement pour un homme. Entre 1942 et 1977, Sullivan est frappé par la foudre à sept reprises et survit à chacune d'entre elles¹¹⁶.

Récupération de l'énergie

L'utilisation de l'énergie de la foudre a été tentée depuis la fin des années 1980. En un seul éclair, une énergie électrique d'environ 280 kWh est déchargée. Cela correspond à environ 1 GJ, soit l'énergie d'environ 31 litres d'essence¹¹⁷. Cependant, moins d'un dixième de cette énergie atteint le sol, et ce de façon sporadique autant en termes d'espace que de temps¹¹⁸^,¹¹⁹. Il a été proposé d'utiliser l'énergie de la foudre pour produire de l'hydrogène à partir de l'eau, d'utiliser l'eau rapidement chauffée par la foudre pour produire de l'électricité ou de capter une fraction sûre de l'énergie par des inducteurs placés à proximité¹²⁰^,¹²¹.

En été 2007, une entreprise d'énergie renouvelable, Alternate Energy Holdings, a testé une méthode d'utilisation de l'énergie de la foudre. Ils ont acheté la conception du système à Steve LeRoy, un inventeur de l'Illinois, qui a affirmé qu'un petit éclair artificiel pouvait éclairer une ampoule de 60 watts pendant 20 minutes. La méthode implique une tour pour capter la grande quantité d'énergie et un très grand condensateur pour la stocker. Selon Donald Gillispie, le PDG d'Alternate Energy Holdings, « nous n'avons pas réussi à le faire fonctionner, […] cependant, avec suffisamment de temps et d'argent, nous pourrions probablement élargir le modèle […]. Ce n'est pas de la magie noire, c'est juste des mathématiques et des sciences, et cela pourrait devenir réalité »¹²².

D'après Martin A. Uman, co-directeur du laboratoire de recherche sur la foudre à l'université de Floride et scientifique de premier plan dans le domaine de la foudre, peu d'énergie atteint le sol et il faudrait des dizaines de « tours à foudre » comparables à celles de l'Alternate Energy Holdings pour allumer cinq ampoules de 100 watts pendant un an. Interrogé par The New York Times à ce sujet, il a déclaré que la quantité d'énergie dans un orage était comparable à celle de l'explosion d'une bombe atomique, mais qu'en même temps, la tentative de capter l'énergie de la surface de la terre était « sans espoir »¹²²^,¹²³. En plus de la difficulté à stocker autant d'énergie rapidement, un autre défi majeur est de prévoir quand et où les orages se produiront ; même pendant un orage, il est très difficile de prévoir où exactement la foudre frappera¹¹⁷.

Dans la culture

La décharge de foudre ; série de peintures des dix héros de Tametomo, par Utagawa Yoshitsuya — Japon, années 1860.

Étymologie et utilisation

Le mot « foudre » vient du latin vulgaire « fulgura », « fulmen » en latin classique, qui signifie « éclair »¹²⁴. Le mot « éclair » vient quant à lui de « éclar » ou « esclaire », déverbal tiré de « éclairer »¹²⁵^,¹²⁶.

Les éclairs sont souvent synonymes de vitesse, d'où l'expression « rapide comme l'éclair ». Plusieurs personnages de films ou de comics portent alors des noms ou des logos en rapport avec la foudre, de façon à signaler leur rapidité, tels que Flash McQueen (« Lightning McQueen » en anglais) ou plusieurs super-héros des maisons d'édition Marvel Comics et DC Comics¹²⁷^,¹²⁸^,¹²⁹^,¹³⁰.

En français, l'expression « coup de foudre » signifie « tomber amoureux soudainement »¹³¹. L'expression s'utilise également en italien, et se traduit en « colpo di fulmine »¹³². Son origine vient également d'un rapprochement entre le terme « foudre » et sa vitesse¹³¹. Durant la seconde Guerre mondiale, le Troisième Reich met en place la technique de la « Blitzkrieg » (guerre éclair en français), qui consiste à utiliser une puissante force armée pour accélérer les combats¹³³.

Mythologie

Statue de Zeus représenté avec des éclairs dans les mains.

Les peuples antiques ont créé de nombreuses histoires mythologiques pour expliquer l'apparition de la foudre. Dans la religion de l'Égypte antique, le dieu Typhon lance des éclairs sur la terre. En Mésopotamie, un document datant de 2300 av. J.-C. montre une déesse sur l'épaule d'une créature ailée tenant une poignée d'éclairs dans chaque main. Elle se trouve également devant le dieu qui contrôle la météo ; celui-ci crée le tonnerre avec un fouet. Les éclairs sont également la marque de la déesse de la mythologie chinoise Tien Mu, qui est l'une des cinq dignitaires du « ministère des tempêtes », commandé par Tsu Law, le dieu du tonnerre. En Inde, le Veda décrit comment Indra, le fils du Paradis et de la Terre, a porté le tonnerre dans son bige¹.

Vers 700 av. J.-C., les Grecs commencent à utiliser dans leur art les symboles d'éclairs inspirés du Moyen-Orient, les attribuant principalement à Zeus, le dieu suprême de leur mythologie. Dans la Grèce antique, lorsque la foudre apparaît dans le ciel, elle est considérée comme un signe de désapprobation de la part de Zeus. La même interprétation est faite dans la Rome antique en ce qui concerne Jupiter. À Rome, on croit que les branches du laurier sont « immunisées » contre l'action de la foudre, et l'empereur Tibère utilise donc ces branches pour se protéger pendant les tempêtes. Dans la religion nordique ancienne, on croit que la foudre est produite par le marteau magique Mjöllnir appartenant au dieu Thor. Les Bouriates, peuple qui vivait près du lac Baïkal, au sud de la Sibérie, croient que leur dieu produit des éclairs en lançant des pierres du ciel. Certaines tribus indigènes d'Amérique du Nord et d'Afrique maintiennent la croyance que les éclairs sont produits par un « oiseau-tonnerre » magique, qui plonge des nuages vers la Terre¹.

Dans les arts

Un éclair sur une plaquette signalant un danger électrique.

Certains photographes, appelés chasseurs d'orages, se sont spécialisés dans les clichés de foudre¹³⁴. Un musée entièrement consacré à la foudre a opéré entre 1996 et 2012 au cœur du parc naturel régional des Volcans d'Auvergne¹³⁵. The Lightning Field est une œuvre d'art de l'artiste Walter de Maria créée en 1977. Cette œuvre de Land art se trouve au Nouveau-Mexique, aux États-Unis, et se compose de plusieurs poteaux en acier pour pouvoir être frappée par la foudre¹³⁶.

Autres représentations

Les éclairs sont également utilisés dans les logos de plusieurs marques, associations ou partis politiques. Ainsi, Opel, le Mouvement européen des squatteurs, le Parti d'action populaire de Singapour, ainsi que plusieurs partis fascistes, arborent un éclair dans leur logo¹³⁷^,¹³⁸^,¹³⁹^,¹⁴⁰. Le groupe de hard rock AC/DC utilise également un éclair dans son logo¹⁴¹.

Le symbole pour les dangers électriques est généralement un éclair. Celui-ci est reconnu par plusieurs normes¹⁴².

Foudre extraterrestre

0:11

La foudre sur Saturne, détectée par la sonde Cassini-Huygens en 2009.

Les décharges électriques atmosphériques ne sont pas exclusives à la Terre. Sur plusieurs autres planètes du Système solaire, l'existence de rayons d'intensité variable a déjà été confirmée. Il ressort de ces observations que la probabilité d'apparition de décharges électriques est directement associée à la présence d'eau dans l'atmosphère, bien qu'elle ne soit pas la seule cause¹⁴³.

Sur Vénus, des décharges ont été suspectées en raison de son atmosphère épaisse, ce qui a été confirmé par l'envoi de la sonde Venus Express¹⁴⁴. Sur Mars, des signes directs de l'apparition de décharges électriques ont déjà été détectés. Celles-ci sont peut-être causées par les grandes tempêtes de sable qui se produisent sur la planète. Selon les chercheurs, l'activité électrique martienne a des implications importantes car elle modifie la composition de l'atmosphère, impactant ainsi l'habitabilité et les préparatifs de l'exploration humaine¹⁴⁵.

Sur Jupiter, plusieurs missions ont permis d'observer des décharges électriques dans les régions équatoriale et polaires. Les tempêtes y sont causées par convection, comme sur Terre. Les gaz, dont la vapeur d'eau, remontent des profondeurs de la planète, et les petites particules, lorsqu'elles gèlent, entrent en friction les unes avec les autres, générant ainsi une charge électrostatique qui est déchargée sous forme d'éclair. Comme les tempêtes de Jupiter sont beaucoup plus grandes et plus intenses que les tempêtes terrestres, les éclairs sont beaucoup plus puissants : leur intensité est jusqu'à dix fois supérieure à tous les éclairs déjà enregistrés sur notre planète¹⁴⁶. Sur Saturne, la foudre est beaucoup moins fréquente. Cependant, de grands systèmes de tempêtes provoquent l'apparition de décharges qui dépassent de dix mille fois l'énergie des éclairs terrestres¹⁴⁷. En revanche sur Titan, un de ses satellites naturels, aucune décharge électrique n'a été enregistrée à ce jour malgré une atmosphère épaisse et active¹⁴⁸.

Annexes

Bibliographie

: document utilisé comme source pour la rédaction de cet article.

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Quelle est l'origine des orages ? [archive] par le site Culture Sciences-Physique de l'École normale supérieure de Lyon.
Protection contre la foudre dans les installations BT [archive]
[vidéo] Les orages [archive]
Documentaire de 26 minutes, celui-ci propose un survol des connaissances de bases des orages, telles que la genèse d'une cellule orageuse, l'électrisation des nuages, le niveau kéraunique mondial, les types de coups de foudre et la genèse d'un coup de foudre descendant négatif.
[vidéo] La foudre par Christian Bouquegneau [archive], série audiovisuelle Histoires d'orages du collectif belge Belgorage
Interview réalisée avec le D^r Christian Bouquegneau, professeur à la faculté Polytechnique de Mons en Belgique.
[vidéo] Orages : Les sorciers ont le coup de foudre [archive].
Documentaire de 26 minutes de l'émission C'est pas sorcier présenté par Jamy Gourmaud, Frédéric Courant, et Sabine Quindou, pour comprendre la formation et la composition des orages.
Laboratoire de recherche sur la foudre [archive] (unité de recherche Pégase)

Notes et références

Traductions

(pt) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en portugais intitulé « Raio (meteorologia) » (voir la liste des auteurs).

(de) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en allemand intitulé « Nutzung von Blitzenergie » (voir la liste des auteurs).

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Brouillard
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Brouillard

Nappe de brouillard à Lisbonne (Portugal) sous le pont du 25 Avril

Abréviation METAR
FG

Symbole

Classification
Nuage bas
(Famille C)

Altitude
Surface

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Le brouillard est le phénomène météorologique constitué d’un amas de fines gouttelettes ou de fins cristaux de glace, accompagné de fines particules hygroscopiques saturées d'eau, souvent de taille microscopique, réduisant la visibilité en surface. Sa composition est donc identique à celle d'un nuage dont la base toucherait le sol. Par convention, les météorologistes parlent de brume lorsque la visibilité horizontale est supérieure à un kilomètre et de brouillard si la visibilité est inférieure à un kilomètre¹. Les marins utilisent souvent le terme de brume quelle que soit la visibilité horizontale et le nomment également fumée de mer quand il s'agit de brouillard d'évaporation.

Lorsque la température de l'air, du sol et des objets baignés par la nappe de brouillard est inférieure à 0 °C le brouillard peut être givrant. Les gouttelettes en suspension sont alors en surfusion (à l'état liquide par température négative) et gèlent au contact, formant du givre (ou de la glace noire sur une chaussée)². Ceci peut entraîner des dépôts importants sur les chaussées, la végétation et toutes les structures³.

Formation

Article détaillé : Physique des nuages.

Les philosophes de l'Antiquité considèrent les brouillards soit comme un nuage stérile qui ne donne pas de pluie (conception d'Aristote⁴) soit comme un nuage qui a perdu de la hauteur pour se former près du sol⁵.

Le processus de formation du brouillard est identique à celui des nuages. Il résulte du refroidissement d'un volume d'air jusqu'à la condensation d'une partie de sa vapeur d'eau ou par ajout de vapeur d'eau pour atteindre la saturation. La condensation de la vapeur d'eau, en eau liquide ou en glace, se produit initialement autour de certains types de micro-particules de matière solide (aérosols), qu'on appelle des noyaux de condensation ou de congélation². La congélation spontanée de l'eau liquide en glace, dans une atmosphère très pure, ne se produit pas au-dessus de −40 °C. Entre 0 °C et −40 °C, les gouttes d'eau restent dans un état métastable de surfusion, qui cesse dès qu'elles entrent en contact avec un noyau de condensation (poussière, cristal de glace, obstacle). Lorsque ce phénomène se produit au sol, on assiste à des brouillards givrants².

Types

Le refroidissement qui mène à la condensation peut résulter d'une perte de chaleur comme la chute de la température la nuit ou par le passage d'une masse d'air au-dessus d'une surface froide. D'autre part, l'enrichissement en vapeur d'eau va se produire dans les précipitations ou près des plans d'eau. On note donc différents types de brouillards² :
- brouillard radiatif : lorsque le ciel est dégagé et les vents faibles, la température près du sol diminue, en particulier la nuit, et cette diminution ne se transmet pas aux couches supérieures par manque de turbulences. Ceci forme une inversion de température qui garde la vapeur d'eau dans une couche près du sol. Lorsque l'air devient saturé dans cette couche, une déposition de rosée se forme au niveau du sol. Ceci a deux effets, d'une part une augmentation de l'humidité relative dans les basses couches et d'autre part une diminution de la température au niveau du sol. Cette déposition de rosée peut durer plusieurs heures. Ensuite, un arrêt quasiment complet du vent va permettre la formation de brouillard sur une fine couche. Celui-ci va ensuite grossir en fonction de l'humidité disponible et l'intensité de l'inversion de température. Il peut également être en bancs selon la variation de température locale ;
- brouillard d'advection : lorsque de l'air ayant une certaine température et humidité relative passe au-dessus d'une zone ayant une température inférieure, il y aura formation de brouillard d'advection. Il existe deux types de brouillard d'advection :
  - le brouillard d'advection chaud : lors du passage d'une masse d'air chaude et humide sur une surface plus froide comme les entrées maritimes où le vent transporte l’humidité de la mer passe sur des eaux plus froides avant d'atteindre le continent⁶. Le refroidissement de la masse d'air amène celui-ci à saturation et du brouillard se forme. Celui-ci peut s'avérer dense et tenace, spécialement au-dessus de la mer ;
  - le brouillard d'advection froid : lors du passage d'une masse d'air froide et stable au-dessus d'une étendue d'eau bien plus chaude (différence de température d'au moins 10 °C). L'évaporation de l'eau, située en dessous de la masse d'air froide, va directement condenser et former un brouillard d'évaporation. Ce brouillard peut parfois mener à des givrages sévères sur les bateaux traversant la zone concernée.
- brouillard de précipitations : la pluie, la neige ou tout autre précipitation vont s'évaporer en passant dans une masse d'air qui n'est pas à la saturation. Ceci enrichit l'air en humidité. De plus, l'énergie nécessaire à l'évaporation étant retirée de l'air, ce dernier refroidit. Quand la quantité de vapeur d'eau atteint la valeur de saturation pour la température de l'air refroidi, on a formation de brouillard. Ceci se produit le plus souvent à l'avant d'un front chaud car on y retrouve une inversion de température ;
- brouillard d'évaporation : lorsqu'une inversion de température et des vents faibles affectent une région, pas nécessairement la nuit, toute source d'humidité pourra saturer la masse d'air sous l'inversion (couche plus ou moins épaisse). Ceci se produit fréquemment près des cours d'eau et des lacs où l'évaporation de la couche superficielle sert d'apport de vapeur d'eau (fumée de mer). Les plantes en évapotranspiration et les sources industrielles (comme la fumée d'une usine) peuvent mener à ce type de brouillard également. Cela se produit également en hiver, surtout par temps très froid, alors que l'apport d'humidité des chauffages de maisons et des industries est important. Dans ce cas le brouillard est givrant ;
- brouillard de mer arctique (aussi appelé fumée de mer arctique ou antarctique) : en hiver, lorsque l'air est sous les -15 degrés Celsius, la couche superficielle des plans d'eau, où la glace n'est pas encore formée, va s'évaporer. Si le vent est faible ou nul, la vapeur d'eau sera captive de l'inversion de température dans la basse couche d'air et le saturera rapidement, formant un brouillard givrant ;
- brouillard orographique : par soulèvement de l'air le long d'une pente grâce aux vents, en vertu du comportement des gaz parfaits dans une atmosphère hydrostatique, l'air se refroidit spontanément lorsque la pression baisse et forme du brouillard ;
- brouillard d'inversion : des nuages bas pris dans une couche d'inversion près de la surface terrestre peuvent descendre vers celle-ci et donner du brouillard ;
- brouillard de vallée : par nuit claire, l'air froid se formant sur les pentes d'une vallée va descendre vers le fond de celle-ci et un brouillard de radiation va en résulter. Cela se produit souvent en hiver.
- Brouillard orographique (Grèce).
- Brouillard d'advection.
- Brouillard de vallée causé par une inversion.
- Brouillard givrant hivernal à Winnipeg, Canada.
- Fumée de mer sur l'océan Atlantique.
Dissipation

La dissipation du brouillard se produit lorsqu'un réchauffement permet aux gouttelettes ou aux cristaux de glace de s'évaporer. Ceci se passe par réchauffement solaire, par passage au-dessus d'une surface plus chaude, par assèchement dû à la subsidence d'air sec d'altitude ou par mélange avec de l'air plus sec par les vents.

Comportement

Endroits favorables

Selon le type de formation, certains endroits sont plus favorables que d'autres à la formation de brouillards :
- Les zones côtières sont des zones privilégiées car on y retrouve une source de vapeur d'eau et un fort potentiel de perte de chaleur sur terre. On peut y avoir des brouillards de radiation la nuit mais surtout des brouillards d'advection lorsque de l'air passant au-dessus d'un courant d'eau chaude passe ensuite au-dessus d'eau plus froide. C'est le cas par exemple le long de la côte est du Canada alors que l'air venant du sud passe sur le Gulf Stream avant d'atteindre la côte, le long de laquelle passe le courant du Labrador ;
- Les vallées sont un bon endroit pour le brouillard de radiation nocturne. Les brouillards d'advection y sont également fréquents si la vallée débouche sur la mer ;
- Les côtes arctiques et antarctiques sont très favorables en hiver car les bris dans les glaces donnent du brouillard glacé rapidement.
Visibilité

Brouillard matinal réduisant fortement la visibilité sur route près de Prószków en Pologne. Février 2019.

Nappe de brouillard d'advection à San Francisco (États-Unis)

Par convention, ce phénomène réduit la visibilité horizontale à moins de 1 kilomètre². Lorsque la visibilité atteint ou dépasse cette valeur, on parle plutôt de brume. La zone dans laquelle se développe le brouillard est généralement bien délimitée (on parle d'une nappe de brouillard) en raison des phénomènes liés aux fronts thermiques. Les prévisions de la météorologie marine et les marins utilisent le terme de brume quelle que soit la visibilité horizontale.

Selon sa densité, le brouillard peut réduire la visibilité à quelques dizaines de mètres, voire à quelques dizaines de centimètres. Cette réduction de la visibilité est un facteur d'accidents dans les transports. En mer par temps brumeux, la corne de brume ou des sifflets émis par les bouées (s'il y a de la houle) permettent aux navires de se signaler ou de se repérer. En effet, dans une situation de brume l'air est très stable, le son se propage très loin et n'est pas bloqué comme l'est la lumière.

Les radars aident depuis quelques décennies les navires qui en sont équipés à repérer les autres navires, bouées ou obstacles à la navigation, ce qui leur facilite la tâche dans les circonstances de visibilité réduite. Les systèmes AIS permettent aussi d'avertir les navires de la présence d'un autre navire équipé du même système. Tous ces systèmes sont qualifiés d'aides à la navigation mais ne sont pas nécessairement obligatoires en mer comme l'est la corne de brume dans les conditions de visibilité réduite et la veille permanente visuelle et auditive selon le règlement international pour prévenir les abordages en mer (règles 19 et 35).

En raison de cette moindre visibilité, la vitesse sur les routes et autoroutes est légalement réduite en cas de brouillard, pour éviter les accidents et les carambolages, dans plusieurs pays.

Une source d'eau

Les cours d'eau sont une des sources de brouillard dont les plantes bénéficient

Dans les déserts près des côtes, l'absence de précipitations est compensée par une grande fréquence des brouillards dus à la mer proche. La brume est alors la source d'eau naturelle pour les écosystèmes, grâce aux plantes qui la capturent. Au Pérou, sur la côte Pacifique, les Espagnols parlaient d'arbres à pluie, le long desquels l'eau ruisselait. Dans ce pays, on a également réussi à capter l'eau de la brume au moyen de filets verticaux qui servent de collecteurs⁷ (mais qui s'avèrent aussi parfois mortellement piéger des oiseaux⁸).

La brume ou le brouillard fréquents sont favorables aux plantes épiphytes de la ripisylve, en maintenant une humidité importante près des plans d'eau. De la même façon, la brume dans les vallées permettent la présence de forêts ou écosystèmes plus humides.

Pollution

Le brouillard naturel, humide, ne doit pas être confondu avec le smog (brume de pollution), qui peut être relativement sec. Le brouillard se comporte comme un buvard à l'égard de certains polluants, dont certains acides (chlorhydrique, sulfurique). Les dégâts attribués aux pluies acides étaient en réalité souvent dus aux brumes polluées par les acides émis par le chauffage, l'industrie et les véhicules, mais peut-être aussi par certains pesticides solubles dans l'eau, dont on a retrouvé des concentrations importantes dans la brume prélevée dans l'est de la France.

La formation du brouillard dans des zones fortement polluées prendra plus de temps à devenir dense étant donné le nombre important de noyaux de condensation (les gouttelettes en suspension sont partagées entre de nombreux « nuclei »). De plus, la présence de pollution a tendance à réduire le refroidissement nocturne et donc à limiter la formation de brouillard de radiation. Cependant, une fois formé, celui-ci aura tendance à être plus tenace.

Brouillard artificiel

Brouillard d'eau est le terme utilisé pour qualifier le brouillard produit artificiellement et dont les applications sont diverses : protection incendie pour l'extinction du feu comme dans les centres de données⁹, dans une habitation afin de faire fuir des intrus¹⁰ ou l'atténuation de rayonnement thermique, dans l'environnement pour abattre la poussière ou les toxiques, etc.

Expressions
- Être dans le brouillard : ne pas y voir clair, ou au sens figuré, ne pas bien comprendre une situation.
Notes et références
- MÉTAVI, chap. 11 (Visibilité), p. 102-106.
- MÉTAVI, chap. 10 (Nuages, brouillards et précipitations), p. 90-102.
- « Le brouillard » [archive], Phénomènes météo, Météo-France (consulté le 17 décembre 2015).
- Aristote, « Chapitre 9. De la formation des nuages, et du brouillard », dans les Météorologiques
- Christophe Cusset, La Météorologie Dans l'Antiquité : Entre science et croyance, Université de Saint-Etienne, 2003, p. 64-66
- « L'image du jour : brouillard et entrées maritimes sur la Grande-Motte » [archive], France Info, 18 juillet 2016 (consulté le 7 novembre 2020).
- (fr) Canal IRD (Institut de Recherche pour le Développement), « Eau du brouillard, forêt de nuage et développement durable : les filets de capture d'eau » [archive], Vidéo (consulté le 22 juillet 2007)
- Lucia M, Bocher P, Cosson R P, Churlaud C, Robin F & Bustamante P (2012) Insight on trace element detoxification in the Black-tailed Godwit (Limosa limosa) through genetic, enzymatic and metallothionein analyses [archive] Science of the total environment, 423, 73-83.
- Jean-Paul Beaudet, « Datacenters : la sécurité est une priorité et les problèmes à résoudre sont nombreux » [archive], sur filiere-3e.fr, 28 juin 2019 (consulté le 7 décembre 2020)
1. Benjamin Cuq, « Les nouveaux systèmes d'alarme pour protéger votre logement » [archive], sur capital.fr, 20 février 2017 (consulté le 7 décembre 2020)
Bibliographie
- L. Dufour, « Quelques considérations historiques et lexicologiques sur le sens météorologique des termes brume et brouillard », Ciel et Terre, vol. 80, n^o 38,‎ 1964 (lire en ligne [archive]).
- [Métavi] Service météorologique du Canada, MÉTAVI : L'atmosphère, le temps et la navigation aérienne, Environnement Canada, janvier 2011, 260 p. (lire en ligne [archive] [PDF])
Voir aussi
Sur les autres projets Wikimedia :
- Brouillard, sur Wikimedia Commons
- brouillard, sur le Wiktionnaire
Articles connexes
- Brume
- Smog
- État dispersé
- Capteur de brouillard
- Nuit et brouillard (Nacht und Nebel, NN) : nom de code donné par les Nazis à l'opération destinée à exterminer systématiquement les Juifs dans les camps de concentration. C'est également le titre d'un film documentaire d'Alain Resnais sur les camps d'extermination et d'une chanson de Jean Ferrat sur les camps d'extermination.
- Météorologie côtière
Liens externes
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Types de nuages

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Temps (météorologie)

Vent

Vous lisez un « bon article » labellisé en 2010.

Pour les articles homonymes, voir Vent (homonymie).

Le vent est le mouvement au sein d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface d'une planète, d'une partie de ce gaz. Les vents sont globalement provoqués par un réchauffement inégalement réparti à la surface de la planète provenant du rayonnement stellaire (énergie solaire), et par la rotation de la planète. Sur Terre, ce déplacement est essentiel à l'explication de tous les phénomènes météorologiques. Le vent est mécaniquement décrit par les lois de la dynamique des fluides, comme les courants marins. Il existe une interdépendance entre ces deux circulations de fluides.

Les vents sont généralement classifiés selon leur ampleur spatiale, leur vitesse (ex. : échelle de Beaufort), leur localisation géographique, le type de force qui les produit et leurs effets. La vitesse du vent est mesurée avec un anémomètre mais peut être estimée par une manche à air, un drapeau, etc. Les vents les plus violents actuellement connus ont lieu sur Neptune et sur Saturne.

Le vent est l'acteur principal de l'oxygénation des océans ainsi que des lacs de haute montagne, par agitation et mise en mouvement de leurs surfaces. Il permet le déplacement de nombreux agents organiques et minéraux et d'expliquer la formation de certaines roches sédimentaires (ex. : lœss¹). Il influence le déplacement des populations d’insectes volants, la migration des oiseaux, il façonne la forme des plantes et participe à la reproduction de certains végétaux. L'érosion éolienne participe parfois à la morphologie du relief local (ex. : congère de neige, dunes). Le vent a inspiré dans les civilisations humaines de nombreuses mythologies. Il a influé sur les transports, voire les guerres, mais également fourni des sources d’énergie pour le travail purement mécanique (ex. : moulins à vent) et pour l’électricité (ex. : éoliennes). Il participe même aux loisirs.

Le vent fait le plus souvent référence aux mouvements de l’air dans l'atmosphère terrestre. Par extension, le mouvement de gaz ou de particules polarisées allant du Soleil vers l’espace extérieur est appelé vent solaire et l’échappement gazeux de particules légères d’une atmosphère planétaire vers l’espace est nommé le vent planétaire.

Une manche à air permet d'évaluer approximativement la vitesse du vent, et sa direction.

Définitions et histoire

Les vents sont souvent classifiés selon leur force et la direction d’où ils soufflent. Il existe plusieurs échelles de classification des vents dont les plus connues sont l'échelle de Beaufort et l'échelle de Fujita. La première classe la force des vents selon treize niveaux qui vont du calme à celui des vents de force d'ouragan, en passant par la brise, le coup de vent et la tempête. La seconde classifie la force des vents dans une tornade.

Les pointes de vents au-dessus du vent moyen sont appelées rafales². Lorsque le vent moyen augmente durant une courte période, il s'agit de bourrasques de vents³. Des vents violents associés à un orage sont appelés rafales descendantes⁴, connues en mer comme des grains⁵. Des vents violents sont associés avec plusieurs autres phénomènes météorologiques tels les cyclones tropicaux, les tempêtes et les tornades.

Le premier instrument de mesure du vent est la girouette, invention de la Grèce antique destinée à indiquer la direction du vent. Nous devons la première description scientifique des phénomènes éoliens à Evangelista Torricelli qui mit en évidence la pression atmosphérique de l'air avec son baromètre et à Blaise Pascal qui fut le premier à décrire le vent comme un mouvement de l'air⁶, un courant d'air plus ou moins puissant ainsi que la diminution de pression avec l'altitude puis Robert Hooke construira le premier anémomètre. Benjamin Franklin se lancera lui dans les premières descriptions et analyses de vents dominants et de systèmes météorologiques⁷.

Vent réel, vitesse, apparent

Lorsqu’un véhicule ou une personne se déplace, le vent ressenti au cours du déplacement peut être très différent du vent généré par les conditions météorologiques avec des conséquences parfois importantes. On distingue :

vent réel⁸ : le vent qui est ressenti par un observateur immobile par rapport au sol : il est dû uniquement au déplacement de l’air autour de celui-ci. Sa direction et sa force peuvent être lues sur un instrument fixé sur le lieu où l’observateur se situe : ces valeurs sont théoriquement celles communiquées par les bulletins météorologiques (avec une fiabilité variable). Le qualificatif de « réel » est utilisé quand l’observateur se situe à bord d’un engin se déplaçant (avion, voilier…) pour le différencier d’autres composantes du vent engendré par le déplacement : vent apparent ou le vent dû à la vitesse. Ce vent a une composante moyenne à laquelle s'ajoutent souvent des rafales, soit des hausses soudaines et temporaires de sa vitesse ;
vent vitesse ou vent relatif⁸^,⁹ : le vent généré par le seul déplacement de l’observateur, égal en intensité, de même direction, et opposé en sens, à la vitesse relative de celui-ci. Il est d’autant plus fort que la vitesse de déplacement est élevée. C’est par exemple le vent que l’on ressent lorsque l’on se déplace à vélo, en l’absence de tout vent réel ;
vent apparent (pour la navigation maritime)⁸^,⁹ : le vent tel qu’il est ressenti par l’observateur en déplacement, somme vectorielle des deux précédents, c’est-à-dire du vent réel et du vent vitesse (ou relatif). La notion de vent apparent est surtout utilisée en voile ou en char à voile : en effet, le vent ressenti sur le bateau dépendra non seulement du vent réel, mais également de la vitesse du bateau, ce qui conduit à devoir ajuster le réglage des voiles. C’est le vent que reçoit effectivement la voile.

Tendances sur 30 ans

En météorologie, on ne considère une tendance comme crédible qu'après au moins 30 ans de mesures. En 2019, la revue Science a publié un travail réalisé par l'Université de Melbourne basé sur l’analyse d'environ 4 milliards de mesures (de vitesse de vent et de hauteur de vagues), issues de 33 ans de suivi météorologique (1985-2018) par 31 missions satellitaires ayant utilisé 3 instruments indépendants : altimètres, radiomètres et diffusomètres. C’est l’étude la plus complète jamais faite sur le sujet¹⁰.

Elle confirme qu'au-dessus des mers, depuis 33 ans, la vitesse moyenne des vents n’a que faiblement augmenté. Par contre la vitesse des vents forts (90^e centile) tend, elle, à fortement augmenter (ainsi par conséquent que la hauteur des vagues). Ces résultats ont un degré de confiance élevé car trois types d’instruments différents rapportent tous la même augmentation¹⁰.

Curieusement, alors qu'habituellement c'est l’hémisphère nord qui semble le plus touché par les changements rapides du climat, pour ce qui concerne le vent et la hauteur des vagues, c’est l’hémisphère sud qui se montre le plus fortement touché (la vitesse des vents de tempêtes a augmenté de 1,5 m/s, soit + 8 %, en 33 ans)¹⁰. Cette augmentation correspond à une énorme quantité d’énergie qui anime les masses d'air, en entraînant une hausse de 30 cm (+5 %) de la hauteur moyenne des vagues. Au nord la tendance est la même, mais avec une augmentation moins rapide et/ou moins forte, de même au centre du Pacifique¹⁰. L’Europe de l'Ouest est sur les cartes faites par cette étude située dans une zone « rouge », alors que l'Ouest américain semblent presque épargnés¹⁰.

Les effets indirects de ce phénomène sont encore mal compris, mais outre un risque accru d’accidents maritimes et une hausse de consommation d’énergie pour la marine (marchande et de guerre), et outre les dégâts érosifs croissants observés sur les îles, récifs, mangroves, certains estuaires et littoraux, le vent et les vagues modifient le trait de côte et les sédiments, la turbidité de l’eau (et donc la pénétration de la lumière nécessaire à la photosynthèse), les courants, l’oxygénation et l’absorption/désorption de CO₂ et de méthane, la fracturation de la banquise antarctique ou encore la répartition et la distance parcourue par les embruns salés (un sol trop salinisé devient improductif). Le vol des oiseaux (et plus encore des insectes) ou la circulation des pollens, des particules et de certains polluants, envols de microplastiques, etc. peuvent en être changés… L’augmentation combiné du vent de tempête (+ 8 % au sud) et des vagues aggrave fortement les phénomènes de surcote¹⁰.

Selon Ian Young de l'Université de Melbourne et co-auteur du rapport, le fait que le changement soit plus rapide et intense au sud de la planète est « particulièrement inquiétant car la houle de l'océan Austral détermine la stabilité de la majeure partie de l'hémisphère sud » (communiqué de l'université)¹¹. Pour le rapport du GIEC, en préparation en 2019, de nouveaux modèles climatiques sont en construction ou en test dans le monde. Ceux-ci devraient éclairer ce phénomène si ce n’est l’expliquer¹¹.

Échelles

Articles détaillés : Échelle de Beaufort, Échelle de Fujita améliorée et Échelle de Saffir-Simpson.

Plusieurs échelles de classification des vents existent, la plus commune est celle de Beaufort utilisée par les marins. Celle-ci est une échelle de mesure empirique, comportant 13 degrés (de 0 à 12), de la vitesse moyenne du vent sur une durée de dix minutes utilisée dans les milieux maritimes. Initialement, le degré Beaufort correspond à un état de la mer associé à une « fourchette » de la vitesse moyenne du vent. Même si, de nos jours, cette vitesse peut être mesurée avec une bonne précision à l'aide d'un anémomètre, il reste commode, en mer, d'estimer cette vitesse par la seule observation des effets du vent sur la surface de la mer.

L'échelle de Fujita est une échelle de classement de la force des tornades selon les dommages causés. Elle est utilisée aux États-Unis pour remplacer l'échelle originale de Fujita depuis la saison estivale 2007. Elle a été développée pour pallier les faiblesses notées dans l'échelle originale qui montraient des incertitudes quant à la force des vents nécessaires pour causer certains dommages et à l'évaluation de situations similaires mais ayant affecté des constructions de différentes solidités.

Finalement, l'échelle de Saffir-Simpson pour les cyclones tropicaux, nommés « ouragans », se formant dans l'hémisphère ouest, qui inclut les bassins cycloniques de l'océan Atlantique et l'océan Pacifique nord à l'est de la ligne de changement de date. Elle est graduée en cinq niveaux d'intensité, correspondant à des intervalles de vitesses de vents normalisés. Pour classer un cyclone sur cette échelle, la vitesse des vents soutenus est enregistrée pendant une minute à une hauteur de 10 mètres (33 pieds), la moyenne ainsi obtenue est comparée aux intervalles (voir les catégories d'intensité).

Circulation atmosphérique

Article détaillé : Circulation atmosphérique.

Schéma des circulations atmosphériques terrestres.

On distingue trois zones de circulation des vents entre l'équateur et les pôles. La première zone est celle de Hadley qui se situe entre l'équateur et 30 degrés Nord et Sud où l'on retrouve des vents réguliers soufflant du nord-est dans l'hémisphère nord et du sud-est dans celui du sud : les alizés. Les navigateurs à voile ont depuis longtemps utilisé cette zone de vents réguliers pour traverser les océans. La seconde se situe aux latitudes moyennes et est caractérisée par des systèmes dépressionnaires transitoires où les vents sont surtout d'ouest, c'est la cellule de Ferrel. Finalement, la cellule polaire se retrouve au nord et au sud du 60^e parallèle avec une circulation de surface généralement d'est¹². Entre ces trois zones, on retrouve les courants-jets, des corridors de vents circulant autour de la planète à une altitude variant entre 10 et 15 km et qui sont le lieu de frontogenèses.

Ces traits généraux de la circulation atmosphérique se subdivisent en sous-secteurs selon le relief, la proportion mer/terre et d'autres effets locaux. Certains donnent des vents ou des effets sur de grandes étendues alors que d'autres sont très locaux.

El Niño et La Niña

Articles détaillés : El Niño et La Niña (météorologie).

La cellule du Pacifique, entièrement océanique, est particulièrement importante. On lui a donné le nom de cellule de Walker en l'honneur de Sir Gilbert Walker, dont le travail a conduit à la découverte d'une variation périodique de pression entre les océans Indien et Pacifique, qu'il dénomma l’oscillation australe. Le courant de Humboldt, venant de l'Antarctique, refroidit la côte occidentale de l'Amérique du Sud, créant une grande différence de température entre l'ouest et l'est du continent, laquelle donne lieu à une circulation directe semblable à celle de Hadley mais limitée à la zone Pacifique¹³. El Niño est un courant d'eau chaude de surface qui envahit la partie orientale du Pacifique Sud à la suite d'un affaiblissement des alizés, vents équatoriaux, déplaçant la cellule de Walker et permettant à l'eau plus chaude du Pacifique Sud-Ouest de se déplacer vers l'est¹⁴. Les remontées d'eau froide qui se retrouvent habituellement le long de la côte de l'Amérique du Sud sont coupées ce qui modifie grandement le climat, non seulement dans le Pacifique Sud mais également la circulation atmosphérique générale à des degrés divers. Par exemple, El Niño empêche la formation de tempêtes tropicales et d'ouragans sur l'océan Atlantique, mais augmente le nombre de tempêtes tropicales qui touchent l'est et le centre de l'océan Pacifique¹⁴.

La Niña est l'inverse du phénomène El Niño alors que l'eau chaude de surface se déplace plus vers l'Asie¹⁵. Il ne s'agit pas d'un retour vers la situation normale mais un extrême de l'autre côté. Il n'y a pas de symétrie entre les deux phénomènes, on a relevé par le passé davantage d'épisodes El Niño que d'épisodes La Niña¹⁵.

Mousson

Rose des vents sur la mer Méditerranée¹⁶
Tramontane Grec Levant Sirocco Marin Libeccio Ponant Mistral

Article détaillé : mousson.

La mousson est le nom d'un système de vents périodiques des régions tropicales, actif particulièrement dans l'océan Indien et l'Asie du Sud. Il est appliqué aux inversions saisonnières de direction du vent le long des rivages de l'océan Indien, particulièrement dans la mer d'Arabie et le golfe du Bengale, qui souffle du sud-ouest pendant six mois et du nord-est pendant l'autre semestre. La mousson est un exemple extrême des brises de terre et brises de mer car elle ne s'inverse pas sur un mode nocturne/diurne ¹⁷.

Autres vents célèbres

Voir aussi : Liste des vents et Liste des vents de France.

Il existe également des systèmes météorologiques si anciens et si stables que ces vents ont reçu un nom, voire étaient parfois considérés comme des divinités comme au Japon pour les kami kaze¹⁸. De très nombreux vents célèbres existent autour du monde tels le couple Mistral/Tramontane, le sirocco, le Chinook, le Khamsin ou encore le Simoun.

Origine du vent

Les causes principales des grands flux de circulation atmosphérique sont : la différence de température entre l’équateur et les pôles, qui provoque une différence de pression, et la rotation de la Terre qui dévie le flot d'air qui s'établit entre ces régions. Des différences locales de pression et de températures vont quant à elle donner des circulations particulières comme les brises de mer ou les tornades sous les orages.

Cas général

Diagramme qui montre comment les vents sont déviés pour donner une circulation anti-horaire dans l’hémisphère Nord autour d’une dépression. La force de gradient de pression est en bleu, celle de Coriolis en rouge et le déplacement en noir.

La pression atmosphérique en un point est la résultante surfacique du poids de la colonne d’air au-dessus de ce point. Les différences de pression qu’on note sur le globe terrestre sont dues à un réchauffement différentiel entre ces points¹⁹. En effet, l’angle d’incidence du rayonnement solaire varie de l’équateur aux pôles. Dans le premier cas, il est normal à la surface de la Terre alors que dans le second, il est rasant. Cette variation conditionne le pourcentage d’énergie solaire reçue en chaque point de la surface terrestre. De plus, les nuages reflètent une partie de cette énergie vers l’espace et elle est absorbée différemment selon le type de surface (mer, forêt, neige, etc.).

La différence de pression ainsi créée induit un déplacement d’air des zones de haute pression vers les zones de basse pression. Si la Terre ne tournait pas sur son axe, la circulation serait rectiligne entre les régions de haute et les régions de basse pression. Cependant, la rotation de la Terre entraîne une déviation de la circulation sous l'effet de la force de Coriolis¹⁹^,²⁰, cette déviation étant vers la droite dans l'hémisphère nord et vers la gauche dans l'hémisphère sud. L'air subit ainsi une somme vectorielle des deux forces (force de Coriolis et résultante des forces de pression).

À mesure que les parcelles d'air changent de direction, la force de Coriolis change également de direction. Lorsque les deux sont presque égales et de directions opposées, la direction du déplacement de l’air se stabilise pour être presque perpendiculaire au gradient de pression (voir figure ci-contre). La petite différence qui subsiste laisse une accélération vers la plus basse pression, la direction du vent reste donc orientée un peu plus vers les basses pressions ce qui fait que le vent tourne autour des systèmes météorologiques. Aux forces de pression et de Coriolis, il faut ajouter le frottement près du sol, la force centrifuge de courbure du flux et la tendance isallobarique, pour correctement évaluer le vent dans le cas général.

À grande échelle dans l'hémisphère nord, les vents tournent donc dans le sens horaire autour d'un anticyclone, et anti-horaire autour des dépressions. L'inverse est vrai pour l'hémisphère sud où la force de Coriolis est inverse²⁰. On peut déterminer sa position entre ces deux types de systèmes selon la loi de Buys-Ballot : un observateur situé dans l'hémisphère nord qui se place dos au vent a la dépression à sa gauche et l'anticyclone à sa droite. La position des zones de pressions est inversée dans l'hémisphère sud.

Cas particuliers

Vents locaux à travers le monde. Ces vents sont généralement créés par des échauffements de terrain ou des effets montagneux.

La force de Coriolis s’exerce sur de longues distances ; elle est nulle à l’équateur et maximale aux pôles. Dans certaines situations, le déplacement d’air ne s’exerce pas sur une distance suffisante pour que cette force ait une influence notable. Le vent est alors causé seulement par le différentiel de pression, le frottement et la force centrifuge. Voici quelques cas qui se produisent lorsque la circulation générale des vents est nulle, très faible, ou quand on doit tenir compte d'effets locaux²¹:

Effets des montagnes

Effet d'ondulation avec amortissement sur un vent à cause d'une montagne. La dépression de la masse d'air au sommet de la montagne (contexte plus froid) peut déclencher la nucléation des gouttes d'eau et la création d'un nuage de sommet.

Les montagnes ont différents effets sur les vents. Le premier est l’onde orographique lorsque le vent soufflant perpendiculairement à une barrière montagneuse doit remonter la pente. Si l'environnement est stable, la masse d'air redescendra du côté aval de l'obstacle et entrera en oscillation autour d'une hauteur qui peut être largement supérieure au sommet de celui-ci. Par contre, si l'air est instable, l'air continuera de s'élever, avec ou sans oscillation. Dans ces conditions, le frottement et la poussée d'Archimède doivent être pris en compte lors de la modélisation du vent, comme c'est le cas pour le foehn. Les pluies en sont modifiées.

L’air froid plus dense en haut d’une montagne y crée une pression plus forte que dans la vallée et provoque un autre effet. Le gradient de pression fait alors dévaler la pente à l’air sur une distance insuffisante pour que la force de Coriolis le dévie. Cela engendre donc un vent catabatique²². On rencontre ce genre d’effet le plus souvent la nuit. Ils sont également très communs au front d’un glacier, par exemple, sur la côte du Groenland et de l’Antarctique à toute heure.

Le vent anabatique est un vent ascensionnel d'une masse d'air le long d'un relief géographique dû au réchauffement de celui-ci et donc l'opposé du vent précédent²³. Diverses conditions météorologiques peuvent créer un vent anabatique, mais il s'agit toujours de la formation d'une différence de température entre les masses d’air au-dessus des vallées et celles réchauffées sur leurs pentes qui cause une circulation d’air. Il est donc aussi appelé vent de pente et se produit le plus souvent le jour.

Effets de la végétation et de la rugosité du paysage

La rugosité du paysage et en particulier la rugosité « molle » (celle des forêts, bocages, savanes, par rapport aux roches et immeubles qui ne bougent pas) des arbres a un impact sur les vents et les turbulences, et indirectement sur les envols ou dépôts de poussières, la température, l'évaporation, le mélange de la partie basse de la colonne d'air (de la hauteur des pots d'échappement à la hauteur où sont émis les panaches de cheminées d'usines ou de chaudières urbaines par exemple), la régularité du vent (important pour les installations d'éoliennes ou de fermes éoliennes), etc. À cet effet, Kalnay et Cai dans la revue Nature, avaient en 2003 posé l'hypothèse que les arbres freinaient significativement le vent²⁴. En forêt tropicale dense, hormis lors des tempêtes, au sol on ne sent presque plus les effets du vent. La plupart des arbres n'y produisent leurs puissants contreforts que quand ils émergent au niveau de la canopée où ils sont alors exposés à un éventuel déracinement par le vent.

On a récemment réanalysé les données météorologiques de mesure des vents de surface (vent à 10 mètres de hauteur) qui confirment dans l’hémisphère nord une tendance au ralentissement. Il semble que les forêts puissent, dans une certaine mesure, freiner le vent et la désertification l'exacerber. Là où la forêt a regagné du terrain, la force du vent a diminué (de 5 à 15 %)²⁵, de manière d'autant plus visible que le vent est fort. Les vents géostrophiques (induits par les variations de pression atmosphérique) n'ont pas diminué, et les radiosondes ne montrent pas de tendance au ralentissement en altitude²⁶. Le bocage est une structure écopaysagère qui modifie également les effets du vent en créant des microclimats atténuant le vent, mais aussi les chocs thermo-hygrométriques et l'érosion des sols.

Brises de terre/brises de mer

Article détaillé : Régime de brise.

Brise de mer (haut) / Brise de terre (bas).

Durant le jour, près des côtes d’un lac ou de la mer, le soleil réchauffe plus rapidement le sol que l’eau. L’air prend donc plus d’expansion sur terre et s’élève, créant une pression plus basse que sur le plan d’eau. Une fois encore cette différence de pression se crée sur une distance très faible et ne peut être contrebalancée par les forces de Coriolis. Une brise de mer (lac) s’établit donc. La même chose se produit la nuit mais en direction inverse, la brise de terre²⁷^,²⁸.

On observe des différences de pressions jusqu'à deux millibars et proportionnelles aux masses de terre et d'eau en présence. Cette brise peut résister à un autre vent jusque de l'ordre de 15 km/h (8 nœuds) ; au-delà, elle est en général annulée, ce qui ne signifiera pas un calme plat mais plutôt un système météo instable. Ceci explique également pourquoi il y a très rarement un calme plat en bord de mer mais aussi des vents plus tourmentés qu'à l'intérieur des terres ou en mer.

Effets des vallées (goulets)

Dans certaines conditions de contraintes, par exemple dans des vallées très encaissées, l’air ne peut que suivre un chemin. Si le gradient de pression devient perpendiculaire à la vallée, le vent sera généré exclusivement par la différence de pression. C'est le vent antitriptique. On trouve aussi des accélérations dans les resserrements par effet Venturi qui donne un « vent de goulet » et un « courant-jet de sortie de vallée » alors que l'air descendant la vallée envahit la plaine.

Effets de méso-échelle

Dans d’autres cas, la pression et la force centrifuge sont en équilibre. C’est le cas des tornades et des tourbillons de poussières où le taux de rotation est trop grand et la surface de la trombe est trop petite pour que la force de Coriolis ait le temps d’agir.

Finalement, dans le cas de nuages convectifs comme les orages, ce n’est pas la différence de pression mais l’instabilité de l’air qui donne les vents. Les précipitations ainsi que l’injection d’air froid et sec dans les niveaux moyens amènent une poussée d'Archimède négative (vers le bas) dans le nuage. Cela donne des vents descendants qui forment des fronts de rafales localisés²⁹.

Modélisation du vent

Le vent géostrophique est parallèle aux isobares avec les plus basses pressions à gauche.

Analyse de surface du Grand Blizzard de 1888. Les zones ayant des variations isobariques plus élevées indiquent les plus forts vents.

Le vent dépend donc de plusieurs facteurs. Il est la résultante des forces qui s’exercent sur la parcelle d’air : la pression, la force de Coriolis, le frottement et la force centrifuge. Le calcul complet se fait avec les équations du mouvement horizontal des équations primitives atmosphériques. En général, la force centrifuge est négligée car la vitesse de rotation autour de la dépression est trop lente et sa valeur est donc très petite par rapport aux autres forces. Cependant, dans une circulation rapide comme celle d’une tornade, il faut en tenir compte.

Paramétrisation

Avec ces équations, les cartes météorologiques permettent d’estimer le vent en connaissant la pression, la latitude, le type de terrain et les effets locaux même si on n’a pas de mesure directe. Pour l’aviation au-dessus de la couche limite atmosphérique, où le frottement est nul, on utilise une approximation du vent réel que l'on peut obtenir par les équations du vent géostrophique³⁰. Il est le résultat de l'équilibre entre les forces de Coriolis et de la variation horizontale de pression seulement. Ce vent se déplace parallèlement aux isobares et sa vitesse est définie approximativement par le gradient de pression³¹.

Le vent du gradient est similaire au vent géostrophique mais en reprenant en plus la force centrifuge (ou accélération centripète) quand la courbure du flux est significative³². Il est, par exemple, une meilleure approximation du vent autour d'une dépression ou d'un anticyclone.

Près du sol, dans la couche limite, le frottement cause une diminution des vents par rapport à l’estimation précédente selon ce qu’on appelle la spirale d'Ekman. En général³⁰, le vent est de 50 à 70 % du vent géostrophique sur l’eau et entre 30 et 50 % de ce vent sur la terre ferme. Plus le vent est diminué par le frottement, plus il tourne vers la plus basse pression ce qui donne un changement vers la gauche dans l’hémisphère nord et vers la droite dans celui du sud. Cette différence entre les vents réels et géostrophiques se nomme le vent agéostrophique³³. Il est donc particulièrement important dans la couche limite mais existe également au-dessus de celle-ci car le vent géostrophique n'est qu'une approximation. Le vent agéostrophique est important dans l'alimentation en air humide des dépressions ce qui leur fournit de l'énergie³⁴.

Dans les endroits accidentés où le flux d’air est canalisé ou dans les situations où le vent n’est pas dû à un équilibre entre pression, force de Coriolis et frottement comme mentionné précédemment, le calcul est beaucoup plus difficile. Parmi ces cas figurent :

le vent antitriptique où on a un équilibre entre la pression et le frottement ;
le vent catabatique où l’air froid descend des hauteurs ;
le vent anabatique où de l’air est forcé vers le haut d’une pente.

Pour calculer la variation du vent avec l'altitude, le concept de vent thermique a été développé. Il s'agit de la différence du vent géostrophique entre deux niveaux de l'atmosphère³⁵. Il porte le nom de thermique parce que la variation du vent avec l'altitude dépend de la variation horizontale de température comme vu antérieurement. Ainsi dans une masse d'air isotherme, dite barotrope, le vent ne varie pas avec l'altitude alors qu'il variera dans une atmosphère barocline. C'est dans cette dernière situation, près des fronts météorologiques, que l'on retrouve des vents qui augmentent rapidement avec l'altitude pour donner un corridor de vent maximal juste sous la tropopause que l'on appelle un courant-jet.

Échelle de fluctuation du vent

Graphique de Van der Hoven montrant la force des vents en fonction de la période de retour.

Pour une altitude inférieure à 1 000 mètres environ, là où se trouvent les ouvrages bâtis, les forces de frottement dues à la rugosité du sol et les phénomènes thermiques régissent en grande partie les écoulements d’air. Ces phénomènes engendrent des fluctuations de la vitesse du vent, dans le temps et dans l’espace, susceptibles d’exciter les structures les plus souples. Cette zone est appelée couche limite de turbulence atmosphérique.

L’analyse spectrale de la vitesse du vent dans la couche limite turbulente permet de mettre en évidence plusieurs échelles temporelles de fluctuation. La figure ci-contre montre l’allure d’un spectre de densité de puissance représentatif de la vitesse horizontale du vent à 100 mètres au-dessus du sol d’après Van der Hoven. Il s'agit d'une représentation statistique de la répétitivité des fluctuations de puissance du vent en ce point : « La turbulence atmosphérique peut être illustrée par l'existence de tourbillons au sein d’un écoulement. La turbulence est ainsi constituée de mouvements parfaitement aléatoires balayant un large spectre d’échelles spatiales et temporelles » ³⁶.

La partie gauche du graphe concerne les systèmes à l'échelle planétaire qui ont une périodicité entre 1 jour et un an, ce qui correspond à une période de retour de différents types de systèmes météorologiques synoptiques. Ainsi, un an représente les vents annuels comme les alizés, quatre jours les vents associés avec la période moyenne entre deux dépressions météorologiques et 12 heures les vents diurnes et nocturnes en alternance. La partie droite du graphe concerne les conditions locales reliées à des conditions de relief ou autres effets de méso-échelle comme la distribution des nuages, le gradient thermique vertical, la vitesse moyenne du vent, la rugosité des sols, etc. Le « trou » entre une heure et dix minutes au milieu correspond à des périodes de grand calme quand les turbulences s'annulent elles-mêmes³⁶^,³⁷.

Les sollicitations répétées et aléatoires des turbulences peuvent solliciter les modes propres de certains ouvrages et conduire à leur ruine si cela n’a pas été pris en compte lors du dimensionnement (comme le pont du détroit de Tacoma en 1940).

Prévisions météorologiques de court et moyen terme

Carte météorologique de l'Europe, 9 et 10 décembre 1887.

Article détaillé : Prévision météorologique.

Le vent en tant que médium de transport des particules et aérosols et impliqué dans les transferts d'humidité et de chaleur est un élément majeur des systèmes météorologiques. La Terre étant très irrégulière dans la forme de ses continents et l'ensoleillement il est cependant difficile à modéliser et anticiper ; il dépend des saisons mais aussi de la couverture nuageuse qui est soumise au vent qui tire son énergie des différences de températures qui sont une des résultantes de l'ensoleillement.

Le modélisateur doit tenir compte de nombreux facteurs pour une prévisibilité encore relative : Le vent qui se nourrit de multiples sources : d'autres vents, les différences de températures entre deux zones géographiques ou entre deux couches d'atmosphère, la rotation de la Terre, l'attraction terrestre, les effets sur le relief, etc.³⁸. obéit ainsi aux lois de l' « effet domino ».

Par exemple, un ouragan né dans l'Atlantique peut très bien rentrer par le golfe du Mexique et venir mourir aux Grands Lacs, perturbant tous les vents locaux sur et autour de sa trajectoire. L'origine de la création de ce cyclone tropical peut très bien être un déséquilibre engendré par un creux barométrique en altitude venant du Sahara qui a été déporté jusque dans l'Atlantique par l'anticyclone des Açores. La prévision des vents jusqu'à plusieurs jours est possible de façon déterministe grâce à la résolution des équations primitives atmosphériques des forces en présence si on tient compte de tous ces facteurs³⁸.

Cependant, les valeurs de chaque variable de ces équations ne sont connues qu'en des points distincts de l'atmosphère selon les observations météorologiques. Une légère erreur de ces valeurs peut causer de grande variation et c'est pourquoi l'on peut dire que la théorie du chaos, les systèmes complexes et plus particulièrement l'effet papillon s'appliquent très bien à la prévision des vents. Edward Lorenz a démontré que les prévisions n'étaient possibles à long terme (un an) que de façon probabiliste car le nombre de facteurs d'environnement est immense mais aussi qu'ils interagissent entre eux ce qui donne une instabilité temporelle à la résolution des équations.

Représentation visuelle

Exemple de représentation graphique en rose des vents à Boulogne-sur-Mer, ville portuaire du pas de Calais.

Plusieurs sites internet offrent des visualisation de données prédictives ou en temps réel du vent et des déplacements des masses d'air³⁹. Plusieurs sont cités dans la section des liens externes et on y voit :

Une représentation graphique des variations de force moyenne des vents selon leur orientation et par là le repérage des vents dominants peut être fait sur les secteurs d'une rose des vents⁴⁰ ;
Comme pour les courants marins, on peut aussi utiliser des codes de couleur, des flèches, des lignes de courant, ou des hampes de vent qui sont des représentations vectorielles de la force (longueur de la flèche ou barbules) et de la direction (sens de la flèche ou de la hampe) du vent. Des animations peuvent représenter sur une carte, et éventuellement à différentes altitudes les évolutions du vent.

Les roses des vents sont aussi utiles aux architectes et urbanistes, notamment pour la construction bioclimatique. Par exemple, dans l'image de droite, la rose des vents montre les vents dominants et leur variation de force moyenne selon leur orientation et direction. Les vents les plus forts se superposent globalement aux courants et à la direction (résultante) du déplacement de la masse d'eau de la Manche vers la Mer du Nord. Ces vents quand ils vont dans le même sens que la marée peuvent causer des "surcotes" de marée haute, c'est-à-dire une mer plus haute qu'annoncée par le calcul du simple coefficient de marée, dont la hauteur est estimée par la partie du bas.

Mesure du vent

Voir aussi : Échelle de Beaufort, Échelle de Fujita et Manche à air.

Anémomètre et girouette.

Satellite QuikSCAT qui mesure les vents grâce à un diffusomètre.

Au sol, en mer et en altitude, le vent est mesuré en kilomètres par heure, en mètres par seconde ou en nœuds. Des stations météorologiques en font des mesures directes sur terre ou en mer grâce à un anémomètre, qui en donne la vitesse, et une girouette (ou une manche à air), qui en donne la direction. Les anémomètres mécaniques sont formés de coupelles qui tournent autour d'un axe quand le vent souffle. Il existe d'autres versions dont celles dites à fil chaud où le changement de température d'un thermistor causé par le flux d'air correspond à la vitesse de ce dernier.

La variation des vents selon l'altitude est suivie par radiosondage ou via le mouvement d’un ballon-sonde mesuré depuis le sol. La mesure du déplacement d'un ballon ascensionnel dépourvu de sonde à l'aide d'un théodolite constitue une alternative économique au radiosondage. Les radars météorologiques Doppler, les profileurs de vent, les lidars Doppler et les sodars sont aussi des instruments de télédétection au sol capables de mesurer la vitesse du vent en altitude.

Depuis l’espace, grâce à certains instruments radars embarqués de satellites météorologiques, on estime les vents partout sur Terre dont dans les lieux inhabités (déserts, haute montagne, océans). C'est également de cette façon que les vents sur les autres planètes sont estimés. En 2018, un nouvel instrument appelé Aladin, mesurant le vent au moyen d'un laser, est mis en orbite (satellite Aeolus) pour mieux cartographier (en temps réel) les vents dans la colonne atmosphérique, dans le cadre du programme « Living planet » de l'ESA. Ce programme vise à mieux observer la Terre et comporte également les missions CryoSat, SMOS ou GOCE⁴¹.

En aviation, la vitesse du vent est estimée en utilisant deux tubes de Pitot, le premier dans la direction opposée au déplacement et le second perpendiculairement à celui-ci.

Les marins estiment sa force en utilisant l’échelle de Beaufort (échelle fermée à 13 niveaux de force 0 à force 12) s’ils n’ont pas d’instruments pour la mesurer. Cette échelle relie l’effet du vent sur la mer (hauteur des vagues, production d’embruns, etc.) à sa vitesse. L'échelle de Fujita et l'échelle de Fujita améliorée utilisent les dommages causés par une tornade pour estimer la force qu'avaient ses vents.

Records terrestres

L’Organisation météorologique mondiale (OMM) a homologué début 2010 le record du vent le plus violent jamais observé scientifiquement sur Terre, hors ceux des tornades. Il s'agit de rafales de 408 km/h enregistrées le 10 avril 1996 à l’île de Barrow (Australie-Occidentale) lors du passage du cyclone Olivia⁴². Le précédent record de 372 km/h datait d'avril 1934 au sommet du mont Washington aux États-Unis⁴². Cependant, le cyclone Olivia n'est pas considéré lui-même comme le plus violent à avoir affecté la région australienne car ce record ne représente pas l'intensité générale du système.

La mesure record dans une tornade a été effectuée à Moore en Oklahoma lors de la série de tornades de l'Oklahoma du 3 mai 1999. À 18 h 54, un radar météorologique Doppler mobile a détecté des vents de 484 km/h ± 32 km/h⁴³ dans le tourbillon près de Bridge Creek à une hauteur de 32 mètres au-dessus du sol⁴⁴. Le record précédent était de 414 à 431 km/h mesuré dans une tornade près de Red Rock (Oklahoma)⁴⁵. Cependant, les vents au sol ont pu être plus faibles à cause du frottement.

Le record du monde de vent enregistré par une station au niveau de la mer dans des conditions non reliées aux tornades ou aux cyclones tropicaux est celui de la station météorologique de la base antarctique Dumont d'Urville en Terre Adélie. Celle-ci est en opération depuis 1948 et les vents catabatiques y soufflent presque constamment. Leur moyenne annuelle est d'environ 35 km/h et le nombre de jours avec des vents de plus de 60 km/h est d'environ 300. Le record à cette station date du 16 juin 1972 à 17 h 30 locale, lors d'un phénomène de Loewe de changement brusque de la force des vents catabatiques, alors que le vent atteignit 320 km/h pendant 5 minutes, avec une pointe de 326 km/h⁴⁶.

Enfin, lors de la tempête Martin, le 27 décembre 1999 à minuit, un radiosondage effectué par Météo-France a enregistré une vitesse du vent exceptionnelle de 529 km/h dans le courant-jet à 8 138 mètres d'altitude au-dessus de Brest⁴⁷.

Sur les autres planètes

Des vents de plus de 300 km/h soufflent sur Vénus et font que ses nuages font le tour de la planète en 4 à 5 jours terrestres⁴⁸.

Lorsque les pôles de la planète Mars sont exposés aux rayons du soleil à la fin de l'hiver, le CO₂ congelé est sublimé, créant ainsi des vents quittant les pôles à plus de 400 km/h ce qui va alors transporter des quantités importantes de poussière et de vapeur d'eau à travers tous les paysages martiens⁴⁹. Il existe également des vents subits et liés à l'activité solaire qui ont été surnommés cleaning event par la NASA parce qu'ils apparaissaient subitement et dépoussiéraient tout, y compris les panneaux solaires⁵⁰^,⁵¹.

Sur Jupiter, les vents soufflent jusqu'à 100 m/s (360 km/h) dans les zones de courant-jet⁵². Saturne fait partie des records du système solaire avec des pointes à plus de 375 m/s (1 350 km/h)⁵³. Sur Uranus, dans l'hémisphère nord jusqu'à 50° de latitude, la vitesse peut monter à 240 m/s (864 km/h) « seulement »⁵⁴^,⁵⁵^,⁵⁶. Finalement, par-dessus les nuages de Neptune, les vents dominants peuvent atteindre 400 m/s (1 440 km/h) le long de l'équateur et jusqu'à 250 m/s (900 km/h) à ses pôles. Il existe en outre un courant-jet extrêmement puissant à 70° de latitude Sud qui peut atteindre 300 m/s (1 080 km/h)⁵⁷^,⁵⁸.

Utilisations du vent

La plus grande éolienne à axe vertical du Monde, Cap-Chat, Gaspésie, Québec.

Les vents sont une source d’énergie renouvelable, et ont été utilisés par l'Homme à travers les siècles à divers usages, comme les moulins à vent, la navigation à voile ou plus simplement le séchage. Différents sports utilisent le vent dont le char à voile, le cerf-volant, le vol à voile, la planche à voile et le kitesurf. Il sert également à aérer, assainir, rafraîchir les milieux urbains et les bâtiments. Le vent est une de nos plus anciennes sources d'énergie et une grande partie de toutes nos productions tire parti du vent ou lui est adapté. Aujourd'hui encore, il est un intense sujet de recherche car son potentiel d'utilisation demeure encore largement inutilisé tant via des éoliennes que des systèmes de pompe à chaleur ou pour assainir l'air urbain par une urbanisation raisonnée des villes en tenant compte du vent.

Séchage et assainissement

Vue aérienne des marais salants près de Loix-en-Ré.

Articles détaillés : Fleur de sel et marais salants.

La première utilisation du vent par l'Homme fut simplement l'aération et le séchage. En effet, un lieu où l'air stagne va assez rapidement se charger en odeur mais aussi permettre le développement de différentes maladies et développement de moisissures (s'il y a un minimum d'humidité).

Très vite, l'Homme découvrit que des objets laissés au vent séchaient plus vite, cela est dû à deux phénomènes distincts : d'une part, l'air en mouvement vient frapper l'objet désiré et va donc communiquer une énergie qui permet d'arracher l'humidité à l'objet, poreux ou non, si l'objet est poreux et se laisse traverser par le vent, l'efficacité sera renforcée. D'autre part, l'air et les objets en contact avec celui-ci ont tendance à vouloir équilibrer leur taux d'humidité. Cependant, l'eau, même sous forme de vapeur, a une forte valeur de tension superficielle (comme une bulle d'air dans l'eau) et si elle va se dissiper dans les environs immédiats de l'objet qui sèche, les forces de tension vont globalement créer une bulle d'humidité, et ce d'autant que l'air chargé d'humidité est plus lourd et voit sa montée contrariée par l'air plus froid au-dessus de lui, ce qui crée une colonne de pression locale prenant la forme d'une demi-bulle en l'absence de vent. Le soleil ne va aider ici qu'à augmenter la quantité de vapeur soluble dans l'air. Sans vent, le séchage va s'arrêter même en plein air car la diffusion de l'humidité dans l'air se fera de manière très lente et même freinée par les forces intermoléculaires mais aussi par le fait que l'air ne se sature pas plus en humidité que son point de rosée ne le permet. Ce point de rosée dépend de la température de l'air. La température engendre un mouvement brownien permettant le transfert léger au sein de la masse d'air. Cet effet a été mis en évidence, étudié et très bien calculé dans le séchage du bois⁵⁹. Toute masse d'air est donc hydrophile jusqu'au maximum de son point de rosée. Dans une atmosphère non renouvelée, le séchage ne pourrait s'achever que si la quantité d'eau à extraire était inférieure au point d'équilibre du milieu.

De même, dans le cas des marais salants, le soleil va fournir l'énergie de réchauffement qui optimisera la présence de vapeur d'eau libre en surface de l'eau et augmentera la quantité d'eau captable dans l'air. C'est le vent qui va alors emporter cette eau via l'air déplacé et donc contribuer au séchage en renouvelant l'atmosphère, ce qui empêche le milieu d'atteindre son point de saturation.

L'aération est donc également une méthode pour éviter la prolifération d'humidité due aux activités diverses dans un bâtiment, or l'aération dépend de la présence de vent⁶⁰.

Exemples de relation sécheresse d'un bois/paramètres de séchage⁵⁹.

Degré hygrométrie du bois	Température	Hygrométrie atmosphère
Séchage jusqu'à 50 %	62°	80-85 %
Séchage jusqu'à 40 %	63°	85 %
Séchage jusqu'à 30 %	64°	80 %
Séchage jusqu'à 15 %	68°	50 %

Selon ce tableau, on voit bien que pour sécher un bois jusqu'au bout, il faut renouveler l'atmosphère, sans quoi il ne descendra jamais en dessous d'un certain seuil d'hygrométrie.

Transport aérien

Parapente au décollage.

Article détaillé : Transport aérien.

Les montgolfières utilisent le vent pour des petits voyages. Le vent de face augmente la portance lors du décollage d'un avion et augmente la vitesse de ce dernier s'il est dans la même direction que le vol, ce qui aide à l'économie de carburant. Cependant, en règle générale le vent gêne le mouvement des aéronefs lors de voyages aller-retour. En effet soit v la vitesse du vent et soit a la vitesse relative de l'aéronef par rapport à la masse d'air. En vent arrière, la vitesse de l'aéronef est v + a et en vent de face, la vitesse de l'aéronef est v - a. On note que cette quantité peut être négative si v > a. Dans ce cas, l'aéronef ne peut pas revenir à son point de départ.

La vitesse moyenne au cours de l'aller retour est $\textstyle {2/({1 \over a+v}+{1 \over a-v}})={a^{2}-v^{2} \over a}$ . La perte de performance est du second ordre, ce qui signifie que pour des vents faibles, cette perte de performance est négligeable. Toutefois, en cas de vitesses et/ou directions de vent variables en fonction de l'altitude, les avions à moteur peuvent effectuer des économies de carburant en exploitant ces différentiels. En outre, les planeurs peuvent aussi exploiter ces différentiels de vitesse de vent en effectuant un piqué dos au vent et une ressource face au vent à la manière de certains oiseaux à la surface de la mer. Comme la vitesse du vent augmente avec l'altitude, le planeur peut gagner de l'énergie de cette manière. Il a été prouvé qu'un gradient de 0,03 m/s par mètre est suffisant⁶¹.

Le système le plus efficace actuellement est celui du cerf-volant (ou du parachute ascensionnel). La force du vent tend à faire monter l'engin si celui-ci est face au vent. Les planeurs peuvent aussi directement utiliser l'énergie éolienne en effectuant un vol de pente. Lorsque le vent rencontre une chaîne de montagnes continue, la masse d'air doit s'élever. Ceci est aussi vrai pour les parapentes et les deltaplanes. En règle générale, le planeur ayant le taux de chute le plus faible sera le plus efficace pour exploiter le vol de pente et des pilotes ont ainsi pu parcourir des distances de plus de 1 000 km. Dans certains cas, le parapente peut être plus efficace car il pourra exploiter des ascendances de petite dimension grâce à sa vitesse réduite. Cependant, le fait que seuls certains lieux géographiques et saisons soient propices à leur utilisation les cantonnent essentiellement à un loisir et pas à un mode de transport.

Les zones de cisaillement des vents causées par des conditions météorologiques diverses peuvent devenir extrêmement dangereuses pour les avions et leurs passagers⁶².

Transport maritime

Article détaillé : Voile.

Vue de voiles d'un bateau actuel.

La marine à voile existe depuis les temps les plus anciens, au Néolithique, avant même la naissance de l'écriture, et s'est perfectionnée jusqu'à nos jours où malgré les simulations par ordinateur, les calculs de profils, les nouveaux matériaux et les essais en soufflerie, les découvertes continuent. Aujourd'hui, dans les pays développés, les bateaux à voile sont essentiellement devenus des bateaux de loisirs, mais il reste encore l'un des modes de locomotion le plus utilisé à travers le monde car simple, propre, nécessitant peu d'entretien et surtout qui se passe de carburant. La marine à voile est intimement liée à toute notre histoire que ce soit pour migrer, peupler, commercer, échanger, communiquer, se battre ou conquérir. L'Homme fit le tour de la Terre dans ces bateaux bien avant l'invention du bateau à vapeur ou autres engins modernes.

Transport terrestre

Article détaillé : Char à voile.

C'est l'utilisation la plus marginale du vent car assez peu adaptée. Il existe, pour le loisir, des chars à voile essentiellement utilisés dans des grandes plaines mais surtout en bord de mer. Des traîneaux à voile ont parfois été utilisés en zones enneigées et praticables comme les pôles. Les zones terrestres sont souvent très encombrées, pas très planes et avec des vents déformés, la liberté de mouvement réduite et les trajets tortueux rendent donc cet usage compliqué et dangereux. Le traîneau à voile apparaît dans Le Tour du monde en quatre-vingts jours⁶³.

Énergie mécanique ou électrique

Articles détaillés : éolienne et Moulin à vent.

Schéma d'une éolienne.

Moulins à vent à Fanø.

Depuis l'Antiquité, des moulins à vent convertissent le vent en énergie mécanique pour moudre du grain, presser des produits oléifères, battre le métal ou les fibres et pomper de l'eau. Ils seront introduits en Europe par l'Espagne, grâce aux Maures. Il faudra attendre Zénobe Gramme et sa dynamo en 1869 pour que le moulin puisse donner naissance à l'éolienne. En 1888, Charles F. Brush est le premier à avoir construit une petite éolienne pour alimenter sa maison en électricité, avec un stockage par batterie d'accumulateurs. La première éolienne « industrielle » génératrice d'électricité est développée par le Danois Poul La Cour en 1890, pour fabriquer de l'hydrogène par électrolyse⁶⁴. Les recherches les plus intenses actuellement sur l'utilisation du vent portent sur les éoliennes afin d'augmenter leur rendement en prise sur le vent, résistance aux fluctuations, rendement en production électrique et la meilleure détermination des corridors de vent.

Production d'eau potable

Eole Water est une entreprise française dans le domaine des systèmes de production d’eau par condensation de l’air. Elle a développé des capacités de production d'eau potable à partir de l'énergie éolienne ou solaire⁶⁵.

Vent et urbanisme

Article détaillé : Aérodynamique.

Le vent interagit avec toute chose, y compris les constructions humaines. Nos villes ont d'ailleurs parfois généré un urbanisme si particulier que certaines grandes places publiques deviennent infréquentables à pied si le vent se lève un peu. En effet, bloquer le vent par des structures urbaines ne fait que le canaliser tout en l'intensifiant. Par contre, un bon arrangement des lieux aère, nettoie, contrôle la température et purifie les lieux.

Les différents types d'effets des vents urbains :

effet de coin : effet d'écoulement au coin qui coince ou crée une résistance au vent ;
effet de sillage : effet de circulation tourbillonnaire en aval d'une construction ;
effet de porche : accélération locale du vent à cause d'une construction sur pilotis ou bien d'un porche dans une barre construite ;
rouleau tourbillonnant : phénomène tourbillonnaire en amont d'une construction ;
effet de barre : déviation en vrille d’un vent qui arrive entre 45 et l’axe d’une construction en forme de barre. On peut limiter l’effet en aménageant le toit et les arêtes de la construction⁶⁶ ;
effet Venturi : pincement du vent qui provoque des aspirations latérales s'il y a des ouvertures à cet endroit ;
suite d'immeubles interrompue : perturbation locale créée par l'absence brutale d'une construction dans une suite harmonieuse ;
effet du désaxement : quand des bâtiments sont implantés régulièrement mais désaxés les uns des autres, cela crée des pressions locales et aide à éviter l'amplification du vent ;
effet des différences de hauteur : toute modification brutale de la topographie engendre des perturbations telles les tours urbaines, certaines places publiques sont désertées au moindre vent à cause de la présence d'une tour qui produira des tourbillons disproportionnés pour le lieu ;
effet de canalisation : proche de l'effet venturi ;
effet de maille : complexification de l'urbanisation dont l'effet peut être positif ou négatif ;
effet de pyramide : que ce soit de manière régulière ou en gradin, la pyramide crée des perturbations mais, en raison de sa forme limite les effets au sol.

Vent et construction

Un badgir ou « tour à vent » sur les toits de Yazd.

Articles connexes : Ventilation et Thermique du bâtiment.

Un bâtiment, suivant son affectation et sa localisation, est conçu pour profiter ou éviter des propriétés particulières du vent. Le vent, par convection, dissipe ou accélère la dissipation de la chaleur par les parois. L'effet produit est un refroidissement des murs et de l'atmosphère, ce qui peut être bénéfique dans les climats chauds, mais préjudiciable dans les climats septentrionaux. Le vent contribue d'autre part à la ventilation du bâtiment et à l'évacuation de l'humidité ambiante, ou stockée dans les murs. Le tirage thermique des cheminées peut être affecté par le vent.

Dans les régions chaudes, pour refroidir les habitations, on ajoure les murs d'un bâtiment par des fenêtres ornées ou non de grilles ou de moucharabieh (fermeture d'une ouverture conçue pour laisser passer l'air et la lumière mais ne permettre de voir que depuis l'intérieur) mais également grâce à des conditionnements d'air mécaniques comme les tours à vent ou Badgir qui permettent de puiser un air d'altitude plus frais mais également moins chargé en sable⁶⁷. Ce système est à ce point efficace qu'il permet même de fournir en permanence un refroidissement des réservoirs d'eau. Un projet actuellement réalisé reprend ce même principe en Égypte, il s'agit du marché de New Baris. Il permet aussi de faire l'inverse, de réchauffer les habitations en hiver en capturant la chaleur de l'air pour le quartier de Bedzed à Beddington au Royaume-Uni⁶⁸.

Les moulins à vent comme les éoliennes quant à eux cherchent les points les plus exposés au vent pour profiter de l'énergie cinétique éolienne.

Loisirs

Compétition de cerfs-volants à Dieppe en 2006.

Article détaillé : Cerf-volant.

Le vent est parfois utilisé pour les distractions comme dans les cas des cerfs-volants, pour les sports nautiques (kitesurf, planche à voile), le vol à voile voire dans les vols de montgolfières. Les bulles de savon demandent également un léger vent pour pouvoir être utilisées, tout comme les moulins à vent de plage ou les maquettes de voilier. Le vent sert aussi indirectement en créant des vagues qui seront utilisées pour le surf.

Autres

Il existe certains équipements destinés à produire un son par le vent, tels les mobiles-carillons ou la tuile à loups auvergnate qui était orientée de manière à provoquer un ronflement caractéristique lorsque les vents venaient du nord. Les vents du nord provoquent un refroidissement de la région et diminuent le gibier disponible rendant les loups affamés et donc dangereux pour le bétail et même les hommes, c'était donc un signal d'alerte⁶⁹^,⁷⁰.

Influences sur la culture

Religions

Article détaillé : Divinités grecques des vents.

Fūjin, le dieu du vent dans la mythologie japonaise.

Le vent a inspiré dans les civilisations humaines de nombreuses mythologies ayant influencé le sens de l’Histoire. Beaucoup de traditions religieuses personnifient le vent :

Éole, dieu du vent dans la Rome et la Grèce antiques ;
Borée, Euros, Notos et Zéphyr étaient les dieux secondaires des vents chez les Grecs ;
Fūjin, dieu du vent de la mythologie japonaise ;
Chi Po, dieu des vents chinois ;
Le Saint-Esprit dans la théologie chrétienne s’est manifesté parfois par un vent mais n’est pas le dieu du vent ;
Amon, dieu du soleil et du vent chez les Égyptiens ;
Kirk, dieu du vent chez les Celtes ; Tarann y étant celui du tonnerre⁷¹ ;
Quetzalcóatl, ou serpent à plumes, ou encore Tezcatlipoca blanco, est le dieu de la créativité et de la fertilité mais aussi du vent chez les Toltèques. Les Mayas l'appellent : Kukulcan⁷² ;
Marouts, dieux de l'atmosphère et génies des vents (les Marouts, jeunes guerriers exubérants, au nombre de onze ou vingt, gardaient le soma, boisson préférée d'Indra, et l'accompagnaient dans ses déplacements⁷³) ;
djinns, esprits immatériels de la civilisation arabe, appelés aussi spécifiquement Maritins pour ceux qui peuplent l'air.

La tradition orale canadienne française raconte que « lorsqu'on aperçoit un pied-de-vent, c'est que le bon Dieu descend sur Terre ».

Expressions populaires

Le vent étant omniprésent, il a suscité beaucoup d'expressions populaires dont quelques-unes sont détaillées ici car ne décrivant pas de vents mais s'inspirant de son comportement. Ces expressions se réfèrent au vent pour sa vitesse, sa force, son homogénéité, son symbolisme ou au fait que c'est juste un mouvement d'air donc sans substance réelle ou à l'inverse soulignent la tendance aléatoire et anarchique du vent.

En voici quelques-unes des principales⁷⁴^,⁷⁵ :

« vent d'enthousiasme, de liberté, de panique, de folie » : émotion collective.
« contre vents et marées » : proposer quelque chose en dépit de tous les obstacles, même de l'avis général.
« du vent ! » : prier quelqu'un ou un animal de s'en aller, synonyme de Du balai !.
« quel bon vent vous amène ? » : formule de politesse pour accueillir quelqu'un en soulignant que l'on pense que seul du bon peut être amené par cette personne.
« qui sème le vent récolte la tempête » : à ne semer que des contrariétés, même petites, un grave incident va survenir à cause de tout cela.
« être ouvert aux quatre vents » : lieu à travers lequel le vent circule librement dans toutes les directions.
« (ne pas) être dans le vent » : synonyme (ne pas) être dans le coup, (ne pas) suivre la tendance esthétique ou de comportement d'un groupe social de référence.
« sentir (passer) le vent du boulet » : échapper de très peu à un danger.
« être vent dedans, vent dessus, ou avoir du vent dans les voiles » : être ivre.
« le vent tourne » : une situation est en train de changer complètement.
« avoir eu vent de » : avoir été informé de quelque chose essentiellement à la suite de rumeurs ou sans vouloir indiquer la source de l'information…
« mettre un vent à quelqu'un » : passer à côté d'une personne en l'ignorant totalement. Généralement cette dernière avait la main tendue pour dire bonjour et s'est sentie bien seule...
« lâcher un vent » : avoir des gaz.

Arts

Mobile design de style Alexander Calder.

Pièges à rêves ou Attrapeur de rêves.

Le vent est présent dans le dessin, la peinture, les infographies mais aussi les sculptures. Il existe des arts spécifiques sur le vent : les mobiles. Il existe essentiellement deux catégories de mobiles : les solides en équilibre et les mobiles suspendus. Dans les suspendus, certains sont faits d'agencements de solides mis en mouvement par le vent comme dans les cultures asiatiques ou bien d'autres sont des suspensions plus éthérées comme les attrapeurs de rêves de la culture amérindienne⁷⁶. Tous ont cependant la même philosophie : accueillir le vent et avoir des effets de mouvement sur les différentes parties de l'assemblage. Certains ont des fonctions symboliques comme les pièges à rêves censés protéger des mauvais esprits, d'autres produisent des sons comme les mobiles suspendus traditionnels chinois que l'on nomme d'ailleurs parfois carillons ou carillons-mobiles qui sont parfois aussi des porte-bonheurs.

Le vent est aussi d'une importance primordiale dans certains romans, notamment dans La Horde du Contrevent de Alain Damasio, où le vent, son étude, son utilisation, et la résistance contre lui deviennent l'objet principal de l'intrigue et les personnages nombreux évoluent tous par rapport au vent.

Victor Hugo, dans son poème Guitare, repris par Georges Brassens dans la chanson Gastibelza (L'Homme à la carabine), évoque à la fin de chaque quatrain, un vers devenu célèbre⁷⁷ :

— Le vent qui vient à travers la montagne
Me rendra fou ! ».

Musique

Article détaillé : Instrument à vent.

Un limonaire, instrument à vent.

Joueur d'aulos, instrument à vent.

En français un aérophone est aussi dénommé Instrument à vent. Ce qui est également vrai pour l'anglais (wind instrument) ou l'espagnol (instrumento de viento) ne l'est pas pour d'autres langues comme l'italien (strumento a fiato) ou l'allemand (Blasinstrument) qui basent le nom de l'instrument sur le souffle plutôt que sur le vent. Ce n'est que par une convention de langage que ces instruments sont, en français, associés au vent : le son de ces instruments n'est pas produit librement par le vent mais de manière volontaire par le souffle de l'instrumentiste ou par une soufflerie mécanique. L'émission de ce souffle crée une colonne d'air sous pression produisant des vibrations modulées par le jeu de l'instrument indiqué par la partition du compositeur ou l'invention du musicien improvisateur. Par métonymie, le pupitre qui regroupe les instrumentistes à vent à l'orchestre est appelé le pupitre des « vents », qui réunit les bois et les cuivres. La voix est le plus ancien des instruments à vent. L'éoliphone ou « machine à vent » porte plus exactement son nom puisque l'instrument est employé à l'opéra pour reproduire le son du vent.

Le vent est souvent une source d'inspiration pour les artistes. Anne Sylvestre l'utilise dans ses chansons La Femme du vent, Monsieur le vent, son album Par les chemins du vent ou sa comédie musicale pour enfants Lala et le cirque du vent. Bob Dylan fut également inspiré par le vent avec la chanson Blowin' in the Wind (La réponse est soufflée dans le vent).

Rôles et effets dans la nature

Le vent est essentiel à tous les phénomènes météorologiques et donc au cycle de l'eau sans lequel nulle vie à base d'eau comme nous la connaissons sur Terre ne serait possible hors des océans. Le vent est également l'acteur principal de l'oxygénation des océans par agitation de sa surface. La circulation engendrée par les vents permet de disperser de nombreux agents minéraux et organiques. Ainsi, le vent a un rôle important pour aider les plantes et autres organismes immobiles à disperser leurs graines (anémochorie), spores, pollen, etc. Même si le vent n'est pas le vecteur principal de dispersion des graines chez les plantes, il fournit néanmoins ce service pour un très large pourcentage de la biomasse des plantes terrestres existantes. Il façonne également la forme des plantes par thigmomorphogenèse (ou anémomorphose). Le vent influence le déplacement des populations d’insectes volants et la migration des oiseaux.

Les vents sculptent également les terrains via une variété de phénomènes d’érosion éolienne qui permettent par exemple de créer des sols fertiles comme les lœss. Dans les climats arides, la principale source d'érosion est éolienne⁷⁸. Le vent entraîne de petites particules telles la poussière ou le sable fin parfois par-dessus des océans entiers, sur des milliers de kilomètres de leur point d'origine⁷⁹, qui est désigné comme le site de déflation. Par exemple, des vents du Sahara qui provoquent régulièrement des pluies sablonneuses en Europe centrale⁸⁰.

Le vent a aussi des effets sur l’ampleur des feux de forêt, tant par l’alimentation plus ou moins abondante en oxygène des flammes que par le transport d’éléments enflammés ou incandescents permettant ainsi à l’incendie de « sauter » les obstacles.

Quand le vent se combine avec des basses ou des hautes températures, il a une influence sur le bétail et les humains. Le refroidissement éolien peut radicalement modifier les rendements du cheptel ou même tuer par perte de chaleur corporelle. Le vent influe également sur les ressources alimentaires de la faune sauvage mais aussi sur les stratégies de chasse et de défense des animaux voire des chasseurs. Finalement, le vent est également un facteur important de la régulation thermique, hygrométrique ou de niveau de pollution des régions⁸¹.

Érosion

Une formation de roche dans l'Altiplano en Bolivie, sculptée par l'érosion du vent également : processus éoliens.

L'érosion peut être le résultat du mouvement de déplacement par le vent. Il y a deux effets principaux. D'abord, les petites particules sont soulevées à cause du vent et se retrouvent donc déplacées dans une autre région. Ceci s'appelle la déflation. En second lieu, ces particules suspendues peuvent se frotter sur des objets pleins causant l'érosion par l'abrasion (succession écologique). L'érosion par le vent se produit généralement dans les secteurs avec peu ou pas de végétation, souvent dans les secteurs où il y a des précipitations insuffisantes pour soutenir la végétation. Un exemple est la formation des dunes, sur une plage ou dans un désert⁸².

Le lœss est une roche homogène, en général non-stratifiée, poreuse, friable, sédimentaire (éolien) souvent calcaire, à grain fin, vaseuse, jaune pâle ou de couleur chamois, ébouriffée par le vent¹. Il se produit généralement comme un dépôt qui recouvre des superficies de centaines de kilomètres carrés et des dizaines de mètres en profondeur⁸³. Le lœss se retrouve souvent dans les paysages raides ou verticaux et tend à se développer en sols fertiles. Dans des conditions climatiques appropriées, les secteurs avec le lœss sont parmi les plus productifs au monde sur le plan agricole. Les gisements de lœss sont géologiquement instables et s'éroderont donc très aisément⁸⁴. Par conséquent, des coupe-vent (tels que de grands arbres et buissons) sont souvent plantés par des fermiers pour réduire l'érosion par le vent du lœss.

Oxygénation et acidification des océans

Articles détaillés : Acidification de l'océan et Puits de carbone océaniques.

Ressac sur les rivages de l'île d'Yeu.

Les océans sont des zones à surfaces relativement plates mais également majoritairement des zones d'eaux trop profondes pour permettre le développement d'algues à photosynthèse. Les mécanismes qui fonctionnent en eau douce (agitation, chute, algues, etc.) ne suffisent donc pas pour les océans. L'action du vent en créant des vagues mais aussi grâce au ressac sur les côtes crée donc l'oxygénation principale des océans.

La hausse du taux de CO₂ dans l'atmosphère modifie le phénomène en accentuant plus l'acidification que l'oxygénation⁸⁵. Ceci n'est pas irréversible car les milieux océaniques ont toujours joué leur rôle de tampon et transformé le CO₂ en acide carbonique qui acidifie l'eau avant de précipiter avec le temps en carbonate de calcium ou d'être absorbé par les organismes marins. Mais c'est un phénomène lent et, en attendant, le taux d'acide carbonique augmente l'acidité des océans mais diminue également la solubilité de l'oxygène dans cette même eau⁸⁶.

Le vent joue donc globalement le rôle d'un agent mécanique de solubilisation grâce à une agitation qui augmente la surface de contact entre l'air et l'eau, par les vagues, peu importe le gaz. C'est moins évident avec l'azote de l'air parce qu'il est beaucoup moins soluble : 0,017 g/l à 20 °C, contre 1,1 g/l à 20 °C pour l'oxygène et 2 g/l à 20 °C pour le dioxyde de carbone. La majorité de l'azote injecté dans les océans l'est via la pollution par les fleuves lorsqu'ils se jettent dans la mer et non par le vent.

Effets sur la flore

Un virevoltant (buisson tourbillonnant) se déplace par l'effet du vent..

La dispersion de graines par le vent ou anémochorie ainsi que la dispersion de pollen ou fécondation anémophile est un des moyens les plus primitifs de dispersion du vivant. Cette dispersion peut prendre deux formes principales : un entraînement direct des graines, sporanges, pollens dans un vent (comme le pissenlit) ou bien le transport d'une structure contenant les graines ou les pollens et qui va les disperser au fur et à mesure de leur déplacement par le vent (exemple des virevoltants). Le transport de pollen requiert à la fois des masses très importantes mais aussi des zones à vents complexes. En effet, la circulation d'air doit être très fluctuante afin que ces pollens rencontrent un arbre de la même espèce, surtout si ce ne sont pas des plantes auto-fertilisantes qui comportent des plants mâles et femelles distincts. De plus, il faut une synchronisation entre la production de pollen (mâle) sur des étamines mûres et la disponibilité de pistils (femelles) mûrs au même moment⁸⁷.

Représentation de la dispersion du pissenlit.

Certaines plantes ont développé un système aérien complémentaire permettant une autonomie de transport par le vent plus grande. Ce sont les aigrettes, comme le pissenlit ou le salsifis, et les ailettes greffées à l'akène. Ces dernières semblent une adaptation évolutive de ces plantes au vent afin de maximaliser leur aire de dispersion. Les ailettes se divisent en deux groupes : les samares (par exemple l'orme) et les disamares (par exemple l'érable).

La productivité par dispersion aérienne est une technique très aléatoire qui requiert un nombre énorme de graines car chacune ne peut germer que dans un endroit favorable et si les conditions de milieu le permettent. Par contre, sur certaines îles, des plantes semblent s'adapter et réduire leur aire de dispersion, en effet, les graines qui tombent à l'eau sont perdues⁸⁸.

Le vent a également une influence sur le type de végétation, comme dans les régions à fort vent, où les sols sont soumis à une forte érosion éolienne qui les amincit voire les dénude. Les végétaux développent alors des formes résistantes aux vents. Celles-ci sont mieux enracinées et plus trapues car elles combinent des efforts sur la structure aérienne de la plante et des sols minces donc moins riches⁸⁹. Le vent est également un important agent sélecteur des arbres en éliminant les plus affaiblis ou ceux malades en les brisant ou en les déracinant. On observe de plus que certaines plantes côtières sont comme taillées en arrière, vers les terres, à cause du flux de sel apporté par le vent depuis la mer⁹⁰^,⁹¹. Les effets d'un vent salé, en zones montagneuses ou en zones d'érosion forte sur la flore locale est également un facteur. Tous ces effets du vent sur la forme et la croissance des plantes se nomment anémomorphose et sont en grande partie dus à la thigmomorphogenèse.

Effets sur la faune

Un albatros en vol.

Le vent est autant utilisé que subi par les espèces animales mais on observe une adaptation au vent chez beaucoup d'espèces. Les protections de poils ou de laine des bovidés sont par exemple inefficaces si une combinaison de basses températures et d'un vent de plus de 40 km/h survient⁹².

Les manchots, qui sont pourtant bien équipés contre le froid par leurs plumes et leur graisse, sont plus sensibles au niveau de leurs ailes et de leurs pieds. Dans ces deux cas de figure, ils adoptent un comportement de rassemblement en un groupe compact qui alterne sans cesse les positions de ses membres entre une position intérieure ou extérieure permettant ainsi de réduire la perte de chaleur jusqu'à 50 %⁹³.

Les insectes volants, un sous-ensemble d'arthropodes, sont balayés par les vents dominants ; cela influe énormément sur leur dispersion et leur migration⁹⁴.

Les oiseaux migrateurs tirent beaucoup plus parti du vent au lieu de le subir. Ils s'en servent afin de planer au maximum après avoir utilisé des courants thermiques ascendants pour prendre le plus d'altitude possible. La sterne arctique est un des plus grands champions de la discipline en réussissant des vols transatlantiques, voire plus, de cette manière. Le champion de l'océan Pacifique est le puffin fuligineux et l'un des vols les plus impressionnants sur des vents d'altitude est le grand albatros. Les records d'altitudes sont tenus par les oies à 9 000 mètres et les vautours jusqu'à 11 000 mètres. On remarque également que les axes de migration utilisent les vents dominants saisonniers⁹⁵^,⁹⁶.

Certains animaux se sont adaptés au vent tel le pika qui crée un mur de cailloux pour stocker des plantes et herbes sèches à l'abri⁹⁷. Les cancrelats savent tirer parti des vents légers pour échapper à leurs prédateurs. Les animaux herbivores se positionnent en fonction du vent et de la topographie afin de bénéficier du transport des odeurs, comme des bruits, par le vent et ainsi percevoir l'approche d'un prédateur qui s'est lui-même adapté en approchant autant que possible sous le vent donc avec un vent soufflant de sa proie vers lui⁹⁸.

Des rapaces et autres oiseaux prédateurs utilisent les vents pour planer sans effort jusqu'à repérer une proie tels les goélands bourgmestre qui attendent que les vents dépassent les 15 km/h pour accentuer leurs attaques sur les colonies de guillemots⁹⁹.

Sifflement du vent

Le bruit du vent est appelé sifflement. Le sifflement du vent est réputé aigu, lugubre, oppressant, etc.¹⁰⁰. Le vent est un mouvement de l'air et ne produit pas de sons au sein d'un système homogène à même vitesse mais par frottement sur des systèmes d'air de vitesses différentes ou à la suite du frottement sur des solides ou des liquides¹⁰¹

Parfois aussi le son du vent est modulé par la forme des solides qu'il traverse et selon sa direction comme dans les gorges ou les grottes. Même au sein des habitations, le vent peut générer des bruits. Les instruments à vent sont exactement basés sur ce même principe naturel mais en modulant la pression, l'ampleur et la vitesse, le tout combiné parfois à des volumes de résonance. Cet effet sonore du vent est d'ailleurs une grande source de nuisance lorsque l'on fait des enregistrements en extérieur et les micros doivent être enveloppés d'une couche protectrice poreuse afin que le vent ne rende pas tous les sons alentour inaudibles en traversant la structure interne du récepteur du microphone.

Lorsque le vent est sauvage, on parle souvent des hurlements ou des rugissements du vent pendant les tempêtes, tornades, à travers des arbres dénudés de leur feuillage ou avec des violentes rafales. Les sons sont plus apaisants à l'oreille humaine lorsque des brises roulent du sable sur une grève, font bruisser les feuilles des arbres ou frisent la surface de l'eau de vaguelettes. Lorsque le vent est très aigu, on dit qu'il fait des miaulements.

Le vent porte également les bruits en déformant l'onde circulaire naturelle de tout bruit. En plus de son bruit propre, il change également la répartition de tous les bruits environnementaux. On étudie désormais sérieusement les effets des vents dominants sur le transport du bruit des avions, des autoroutes ou des industries car le vent peut autant augmenter la distance de perception de bruits qu'aider à les étouffer plus vite, selon sa direction¹⁰².

Dégâts

Le vent n'est pas que pacifique, il est essentiel à l'écosystème mais parfois le système s'emballe et le vent devient alors une force destructrice que l'on ne peut maîtriser.

Vitesse et ampleur

Dégâts de la tempête Kyrill à Delft, aux Pays-Bas.

Articles détaillés : Tempête et Échelle de Saffir-Simpson.

Le vent peut se déchaîner dans une tempête, comme un cyclone tropical, et détruire des régions entières. Les vents de force d'ouragan peuvent endommager ou détruire des véhicules, des bâtiments, des ponts, etc. Les vents forts peuvent aussi transformer des débris en projectiles, ce qui rend l'environnement extérieur encore plus dangereux. Les vents peuvent également venir s'ajouter à d'autres phénomènes comme des vagues, se combiner aux éruptions volcaniques, aux feux de forêts… comme détaillé ci-dessous.

Coup de mer et onde de tempête

Diagramme illustrant la formation d'une onde de tempête par un cyclone tropical.

Article détaillé : Onde de tempête.

Le vent peut accentuer des grandes marées comme lors de la tempête Xynthia en France en 2010 où sa direction est venue s'additionner au sens de montée de la mer. En se déplaçant, l'air agit par friction sur la surface de la mer. Cet effet crée une accumulation d'eau dans les régions sous le vent, similaire à celui qui crée un effet de seiche, qui est inversement proportionnel à la profondeur et proportionnel à la distance sur laquelle le vent s'exerce¹⁰³^,¹⁰⁴. Ceci s'ajoute à l'augmentation du niveau de la mer créée par la pression plus faible au centre du système météorologique et à d'autres facteurs¹⁰⁴. On appelle ce phénomène une onde de tempête.

Le coup de mer est une perturbation de la mer, souvent brève, localisée, due aux vents et pouvant être très violente alors qu'il n'y a pas de tempête au lieu où l'effet est noté. Il s'agit de la combinaison d'une dépression et de vents violents directionnels près d'une dépression qui se situe loin au large et provoque un effet de succion sur la surface de la mer. Cette colline liquide va donc augmenter jusqu'à l'équilibre puis s'effondrer lors du déplacement de la dépression. Si le mouvement du système est rapide, la chute est brutale ; elle va créer des fronts de vagues plus ou moins importants qui seront entretenus en partie par des vents de surfaces s'ils existent. Si ceux-ci sont violents, ils peuvent même l'alimenter¹⁰⁵. Si ces vagues ont une ampleur telle qu'elles commettent des dégâts sur les côtes ou causent des naufrages, on les appellera « vagues-submersion »¹⁰⁶. Comme ce phénomène a lieu au large, si la dépression ne se dissipe pas d'elle-même l'ampleur des vagues explosera en se rapprochant de la côte parce que le volume d'eau déplacé par la dépression restera le même alors que la profondeur diminue jusqu'à devenir nulle.

Les différences entre un coup de mer et un tsunami sont l'origine éolienne au lieu de géologique, l'aspect limité de son action géographique et temporelle, mais aussi que les vagues sont formées dès le large et non par la collision des fronts d'onde sur le plateau continental qui ici ne fera qu'amplifier des vagues déjà existantes. Ce phénomène est par exemple observable deux à quatre fois par an sur la Côte d'Azur¹⁰⁷ ou en Corse comme à Cannes en 2010¹⁰⁸ où ce phénomène habituellement limité à des vagues de 4 à 5 mètres culmina avec des lames de 6 à 10 mètres emportant tout sur leur passage.

Transfert d'énergie

Article détaillé : Aéroélasticité.

2:30

Film de la destruction du pont de Tacoma en 1940.

Sur les structures des ponts suspendus, il a déjà provoqué des phénomènes de mise en résonance allant jusqu'à la destruction de l'ouvrage comme pour le pont du détroit de Tacoma en 1940, le pont de la Basse-Chaîne (Angers) en 1850 ou le pont de La Roche-Bernard en 1852. Dans ces cas, il y a un échange d’énergie mécanique qui se produit entre le vent et le pont qui oscille. En condition normale, l’énergie mécanique engendrée par une petite oscillation initiale extérieure est transférée du pont vers le vent qui la dissipe. Mais si la vitesse moyenne du vent est suffisamment élevée, au-dessus de ce que l’on appelle la « vitesse critique », le pont est instable et l’oscillation initiale s’amplifie. L'énergie se transfère alors du vent vers le pont et les oscillations s’amplifient à cause du couplage aéroélastique jusqu'à entraîner parfois la rupture des structures du pont.

Érosion éolienne

Articles détaillés : Érosion éolienne et Tectonique.

Lorsqu'il érode des sols, il peut aller jusqu'à la roche et/ou désertifier complètement une région comme pour la mer de sable du Hoge Veluwe aux Pays-Bas, phénomène qui se nomme également déflation. Le vent peut également provoquer des tempêtes de sable comme par le chammal ou de poudrerie (chasse-neige) comme le blizzard. En outre, si l'érosion éolienne, pluviale, maritime et fluviale n'était pas contrebalancée par les mouvements magmatiques divers, la Terre serait recouverte d'eau depuis longtemps car cette érosion aurait effrité tous les solides dépassant une couche de boue sous-marine. Le vent érode et transporte les roches qui finiront par s'accumuler dans la mer jusqu'à une modification de relief terrestre à la suite de mouvements tectoniques qui pousseront ces sédiments comprimés par la pression de l'eau vers le haut. C'est donc un des mécanismes de création des roches sédimentaires qui seront alors à nouveau érodées par le vent dès qu'elles seront découvertes à l'air libre.

Orages

Article détaillé : Orage.

Les orages sont souvent accompagnés de rafales violentes ou de tornades qui produisent des dégâts importants le long d'un corridor au sol. Ils sont également accompagnés de turbulence, par cisaillement des vents dans le nuage, qui peut endommager des avions ou même les faire écraser si elle se produit relativement près du sol¹⁰⁹.

La production de foudre est causée par la différence de charges électriques entre la base et le sommet du nuage orageux, entre le nuage et le sol ou entre deux nuages. Ces charges sont produites par collisions des gouttelettes et cristaux de glaces dans le courant ascendant, ou vent vertical, dans le nuage.

Dispersion de particules

Article détaillé : Pollution de l'air.

Dans des cas de pollution, il permet d'épurer les régions touchées mais va répandre celle-ci sur d'autres régions jusqu'à dilution des polluants ou précipitation par la pluie comme dans le cas du nuage de Tchernobyl ou dans les cas de pluie acide. Plus récemment, l'éruption de l'Eyjafjöll a paralysé les trois quarts du trafic aérien européen.

Dispersion de maladies

Article détaillé : Épidémiologie.

Bien des maladies sont transportées par les vents, peu importe qu'elles soient virales, bactériennes ou fongiques. Souvent, le vent ne va permettre que des petits sauts de quelques centimètres à plusieurs mètres. Mais, les grands vents ou des cyclones peuvent transporter des infections sur des centaines de kilomètres¹¹⁰. Quelques infections courantes utilisant le vent : la rouille noire, la rouille du maïs, le mildiou, les fusarium… Il importe d'ailleurs peu que le vent charrie directement l'infection (certains organismes peuvent aussi s'encapsuler durant le transport pour mieux résister) ou transporte des matériaux contaminés.

Migration et déplacement d'insectes ravageurs

Article détaillé : Migration des insectes.

Les insectes volants bénéficient souvent ou se sont adaptés à des régimes de vent particuliers. Ce qui permet à ces bêtes assez petites de franchir des très longues distances que leurs seules forces ne leur permettraient pas. Les ravageurs les plus courants sont actuellement les cicadelles, sauterelles, fourmis, les abeilles tueuses ou le criquet pèlerin¹¹¹^,¹¹².

Effet sur les incendies

Article détaillé : Lutte contre l'incendie.

Le vent agit également dans les cadres des incendies de forêt auxquels il fournit une force de déplacement d'une part mais également une alimentation en oxygène qui entretient voire attise les flammes comme l'Homme s'en est inspiré pour créer les soufflets. Le vent permet également ce que l'on appelle les sauts de feu, que ce soit sous forme de touffes enflammées ou simplement de braises qui permettent de franchir des obstacles tels les rivières, failles ou les coupe-feu.

Dans l'espace

Article détaillé : Météorologie de l'espace.

Le vent solaire est assez différent du vent terrestre car il se compose de particules polarisées qui sont éjectées de l'atmosphère du Soleil. Par contre, le vent planétaire est lui semblable au vent solaire et est composé de gaz légers qui s'échappent de l'atmosphère de leur planète. Sur de longues périodes de temps, ce vent planétaire peut radicalement changer la composition de l'atmosphère d'une planète.

Vent planétaire

Des vents hydrodynamiques dans les couches supérieures de l'atmosphère permettent à des éléments chimiques légers comme l'hydrogène de se déplacer vers l’exobase, partie inférieure de l'exosphère où ces gaz peuvent acquérir la vitesse de libération et donc s'échapper dans l'espace interplanétaire sans que d'autres particules ne contrarient leur mouvement ; c'est un peu une forme d'érosion gazeuse¹¹³. Ce type de processus sur des temps extrêmement longs, de l'ordre de milliards d'années, peut faire que des planètes riches comme la Terre évoluent en des planètes comme Vénus¹¹⁴. Des planètes avec une atmosphère basse très chaude peuvent générer une atmosphère haute très humide et donc accélérer le processus de perte de l'hydrogène¹¹⁵. L'énergie nécessaire à l'arrachage de ces éléments légers étant fournie par le vent solaire.

Vent solaire

Article détaillé : Vent solaire.

Rencontre du plasma du vent solaire et de l'héliopause.

À la différence de l'air, le vent solaire est à l'origine un flux de particules polarisées comparable à un courant électrique ou à un plasma éjecté par la couronne solaire dont la chaleur permet des vitesses de fuite de plus de 400 km/s (1 440 000 km/h). Il est majoritairement constitué d'électrons et de protons avec une énergie de l'ordre de 1 keV. Ce flux de particules varie en température et en vitesse au fur et à mesure du temps¹¹⁶. Il existerait également des mécanismes internes au Soleil permettant de transmettre à ces particules une haute énergie cinétique mais leur fonctionnement reste encore actuellement un mystère. Le vent solaire crée l'héliosphère, vaste bulle qui contient tout le système solaire et s'étend jusque dans l'espace interstellaire¹¹⁷.

C'est aussi ce qui explique que seules des planètes disposant d'un très puissant champ magnétique peuvent supporter sans dommage ce vent solaire continuel, réduisant ainsi l'ionisation de la haute atmosphère. Divers phénomènes observables sont dérivés du vent solaire telles les tempêtes électromagnétiques qui peuvent affecter les équipements électriques¹¹⁸, les aurores boréales¹¹⁹ ou encore le fait que les comètes qui traversent le système solaire ont toujours leur queue dirigée à l'opposé du Soleil¹²⁰.

Cependant, au fur et à mesure que ce vent solaire croise des planètes, il est alimenté par le vent planétaire et prend alors des caractéristiques plus proches des vents terrestres dans certains de ses effets, des systèmes solaires très denses pourraient ainsi en arriver à avoir une atmosphère ténue.

Transport spatial

Article détaillé : Voile solaire.

Vue d'artiste d'une voile solaire.

Certains tests sont actuellement effectués sur les voiles solaires et il avait même été imaginé une course de voiles solaires¹²¹. Le principe est semblable à celui des voiliers, à ceci près qu'il s'appuie sur la lumière (les photons) émis par le Soleil. Compte tenu de la faible propulsion générée, le procédé ne permet pas de quitter la surface d'une planète (même dénuée d'atmosphère, et donc de friction). Il est en revanche utilisable sur un appareil ayant déjà atteint la vitesse de satellisation minimale, voire la vitesse de libération. La difficulté de mise en œuvre réside dans la faiblesse de la poussée : une voile de 220 000 m² est nécessaire pour obtenir une poussée de 1 kg m s⁻¹.

Cependant, cet effet est déjà utilisé sur les sondes spatiales afin de rectifier une trajectoire ou de fournir une poussée supplémentaire comme pour la sonde Mariner 10.

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Annexes

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Liens externes

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Visualisation de données animée

Plusieurs sites internet offrent des visualisation de données prédictives ou en temps réel du vent et des déplacements des masses d'air, dont :

« Earth Null School » [archive] (consulté le 12 avril 2020) : exploite les données du Global Forecast System (système américain dédié aux prévisions météorologiques, dont le contenu est gratuitement accessible et réutilisable). Données jour par jour depuis 2013, prévisionnelles à 5 jours, toutes altitudes: vents, humidité, températures et pollutions. Réactualisation toutes les 3 heures.
« Earth : Global wind, weather and temperature » [archive] (consulté le 12 avril 2020) : propose une fonction calendrier rétrospectif ;
« Ventusky » [archive], sur www.ventusky (consulté le 5 mai 2019) : mis au point par une société tchèque, pour faire de la prédiction (avec possibilité de remonter quelques heures, en arrière) ; les données météo pour la Tchèquie y sont en outre actualisées chaque demi-heure ;
« Windy » [archive], sur www.Windy (consulté le 5 mai 2019) : site commercial créé en 2014 pour les surfers, avec accès à quelques webcams.

[afficher] v · m Données et variables météorologiques

[afficher] v · m Temps (météorologie)

Cyclone tropical

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Pour les articles homonymes, voir Cyclone (homonymie).

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Cyclone tropical

L'ouragan Ivan près de la Grenade, le 7 septembre 2004.

Présentation
Type	Phénomène météorologique

Usage	Cyclone des régions tropicales à centre chaud

Un cyclone tropical est un type de cyclone (dépression) qui prend forme dans les océans de la zone intertropicale à partir d'une perturbation qui s'organise en dépression tropicale puis en tempête. Son stade final est connu sous divers noms à travers le monde : ouragan dans l'Atlantique nord et le Pacifique Nord-Est, typhon en Asie de l'Est et cyclone dans les autres bassins océaniques.Structurellement, un cyclone tropical est une large zone de nuages d'orage en rotation accompagnée de vents forts. On peut les classer dans la catégorie des systèmes convectifs de méso-échelle puisqu'ils ont un diamètre inférieur à une dépression classique, dite « synoptique », et que leur source d'énergie principale est le dégagement de chaleur latente causé par la condensation de la vapeur d'eau en altitude dans leurs orages. Le cyclone tropical est semblable à une machine thermique, au sens de la thermodynamique. Le dégagement de chaleur latente dans les niveaux supérieurs de la tempête élève la température à l'intérieur du cyclone de 15 à 20 °C au-dessus de la température ambiante dans la troposphère à l'extérieur du cyclone. Pour cette raison, les cyclones tropicaux sont des tempêtes à « noyau chaud ».Les cyclones tropicaux sont redoutés pour le caractère destructeur de leurs pluies torrentielles et de leurs vents. Ils sont classés parmi les risques naturels les plus courants et font chaque année des centaines, voire des milliers de victimes. Les régions les plus menacées ont mis en place des mesures de surveillance météorologique, coordonnée par l'Organisation météorologique mondiale, ainsi que des programmes de recherche et de prévision de la trajectoire et la vitesse de déplacement des cyclones.Classification et terminologieOrigine du terme

L'Observatoire de Zi-Ka-Wei près de Shanghaï : le bâtiment météorologique vers 1925¹.

Le terme cyclone, appliqué aux cyclones tropicaux, a été forgé par le capitaine de marine anglais Henry Piddington (1797 – 1858) à la suite de ses études sur la terrible tempête tropicale de 1789 qui avait tué plus de 20 000 personnes dans la ville côtière indienne de Coringa. En 1844, il publia ses travaux sous le titre The Horn-book for the Law of Storms for the Indian and China Seas (Mémoires sur les tempêtes de l'Inde²). Les marins du monde reconnurent la grande qualité de ses travaux et le nommèrent président de la Marine Court of Inquiry (Cour de marine) de Calcutta. En 1848, dans une nouvelle version agrandie et complétée de son livre, The Sailor's Horn-book for the Law of Storms (Guide du marin sur la loi des tempêtes³), ce pionnier de la météorologie compara le phénomène météorologique à un serpent s'enroulant en cercle, kyklos en grec, d'où cyclone²^,⁴.

Louis Froc (1859-1932) a été surnommé le « père ou le prêtre des typhons » pour avoir organisé le premier réseau d'observation permettant de prévoir et suivre les typhons en mer de Chine à la fin du XIX^e siècle et au début du XX^e siècle⁵^,⁶.

Nomenclature

Article détaillé : Nomenclature des cyclones tropicaux.

Noms donnés aux cyclones tropicaux par bassin: 1) Ouragan 2) Typhon 3) Cyclone.

Les cyclones tropicaux sont divisés en trois stades de vie : les dépressions tropicales, les tempêtes tropicales, et un troisième groupe dont le nom varie selon les régions. Ces stades sont en fait trois niveaux d'intensité et d'organisation qu'un cyclone tropical peut ou non atteindre. On retrouve donc dans l'ordre croissant d'intensité :

la dépression tropicale. C'est un système organisé de nuages, d'eau et d'orages avec une circulation cyclonique fermée en surface et des vents dont la vitesse maximale est inférieure à 17 m/s (soit 63 km/h) ;
la tempête tropicale. C'est un système cyclonique dont les vents ont une vitesse maximum comprise entre 17 et 33 m/s (soit entre 63 et 117 km/h) ;
l'ouragan/typhon/cyclone. C'est un système cyclonique dont les vents ont une vitesse qui excède 33 m/s (environ 118 km/h) et qui a un œil dégagé en son centre.

Le terme utilisé pour désigner les cyclones tropicaux supérieurs varie selon les régions, comme suit⁷ :

ouragan dans l'Atlantique Nord et l'océan Pacifique à l'est de la ligne de changement de date. L'origine du mot est contestée : d'huricán, du caraïbe pour « dieux du mal »⁸^,⁹ ou « dieu des tempêtes »¹⁰, ou encore de l'arawak huracana signifiant « vent d'été »^{[réf. nécessaire]} ;
typhon dans le Pacifique Nord à l'ouest de la ligne de changement de date. Le mot viendrait du grec ancien Τυφών / tuphōn, un monstre de la mythologie grecque responsable des vents chauds, et qui aurait voyagé vers l'Asie par l'arabe (tûfân) puis récupéré par les navigateurs portugais (tufão). D'autre part, les Chinois utilisent 颱風 (grand vent) prononcé tai fung en cantonais (voir Wiktionnaire), et le Japonais donne sur le même étymon taifû ;
cyclone tropical dans le Pacifique Sud et dans l'océan Indien. Cependant, on utilise localement le terme de forte tempête tropicale dans l'océan Indien Nord ;
dans l'Atlantique Sud, le terme à utiliser n'est pas déterminé. Jusqu'à présent, on n'a répertorié qu'un seul système de ce type en raison des conditions défavorables dans cette région.

Cette terminologie est définie par l'Organisation météorologique mondiale (OMM). En d'autres endroits dans le monde, les cyclones tropicaux ont reçu les noms de baguio aux Philippines, de chubasco au Mexique et taino en Haïti. Le terme willy-willy retrouvé souvent dans la littérature comme un terme local en Australie est erroné car il désigne en fait un tourbillon de poussière¹¹^,¹².

Catégories

Destructions à la Grenade par l'ouragan Ivan en septembre 2004.

Les ingrédients d'un cyclone tropical incluent une perturbation météorologique préexistante, des mers tropicales chaudes, de l'humidité, et des vents relativement faibles en altitude. Si les conditions requises persistent suffisamment longtemps, elles peuvent se combiner pour produire les vents violents, les vagues élevées, les pluies torrentielles, et les inondations qui sont associées à ce phénomène.

Comme mentionné antérieurement, le système devient d'abord une dépression tropicale, puis une tempête et on utilise ensuite des catégories d'intensité qui varient selon le bassin. La définition de vents soutenus, recommandée par l'OMM, pour cette classification est une moyenne sur dix minutes. Cette définition est adoptée par la plupart des pays mais quelques pays utilisent une période de temps différente. Les États-Unis, par exemple, définissent les vents soutenus en vertu d'une moyenne d'une minute, mesurée à 10 mètres au-dessus de la surface¹³.

Une échelle de 1 à 5 est utilisée pour catégoriser les ouragans de l'Atlantique nord selon la force de leurs vents : l'échelle de Saffir-Simpson. Un ouragan de catégorie 1 a les vents les plus faibles, alors qu'un ouragan de catégorie 5 est le plus intense¹⁴^,¹⁵. Dans d'autres bassins, on utilise une nomenclature différente que l'on retrouve dans le tableau ci-dessous.

Classification des systèmes tropicaux sur le bassin (vent moyen sur 10 minutes, sauf sur 1 minute pour les centres américains)¹⁴^,¹⁶
Échelle de Beaufort	Vents soutenus sur 10 minutes (nœuds)	Océan Indien nord Service météorologique indien	Océan Indien sud-ouest Météo-France	Australie Bureau of Meteorology	Pacifique sud-ouest Fiji Meteorological Service	Pacifique nord-ouest Agence météorologique du Japon	Pacifique nord-ouest Joint Typhoon Warning Center	Pacific nord-est et Atlantique nord National Hurricane Center et Central Pacific Hurricane Center
0–6	<28	Dépression	Perturbation tropicale	Dépression tropicale	Dépression tropicale	Dépression tropicale	Dépression tropicale	Dépression tropicale
7	28–29	Dépression profonde	Dépression tropicale				Dépression tropicale	Dépression tropicale
7	30–33	Dépression profonde	Dépression tropicale				Tempête tropicale	Tempête tropicale
8–9	34–47	Tempête cyclonique	Tempête tropicale modérée	Cyclone tropical (1)	Cyclone tropical	Tempête tropicale
10	48–55	Tempête tropicale sévère	Forte tempête tropicale	Cyclone tropical (2)		Tempête tropicale sévère
11	56–63	Tempête tropicale sévère	Forte tempête tropicale	Cyclone tropical (2)		Tempête tropicale sévère	Typhon	Ouragan (1)
12	64–72	Tempête tropicale très sévère	Cyclone tropical	Cyclone tropical sévère (3)		Typhon		Ouragan (1)
	73–85			Cyclone tropical sévère (3)				Ouragan (2)
	86–89			Cyclone tropical sévère (4)				Ouragan majeur (3)
	90–99		Cyclone tropical intense					Ouragan majeur (3)
	100–106							Ouragan majeur (4)
	107–114			Cyclone tropical sévère (5)
	115–119		Cyclone tropical très intense				Super typhon
	>120	Super tempête cyclonique	Cyclone tropical très intense				Super typhon	Ouragan majeur (5)

Le National Hurricane Center (le centre de prévision des cyclones tropicaux aux États-Unis) classifie les ouragans de catégorie 3 (178 km/h) et plus comme étant des ouragans majeurs. Le Joint Typhoon Warning Center classifie les typhons dont les vents atteignent au moins (241 km/h) comme étant des « super typhons »¹⁷. Cependant, toute classification est relative, car des cyclones de catégories inférieures peuvent tout de même causer des dommages plus importants que ceux des catégories supérieures, selon l'endroit frappé et les dangers qu'ils provoquent. Les tempêtes tropicales peuvent elles aussi causer de graves dommages et des pertes en vies humaines, surtout en raison des inondations.

Dénomination des cyclones

Article détaillé : Nomenclature des cyclones tropicaux.

Le nom de baptême d'un cyclone se compose en italiques. Le fait de donner un nom aux cyclones tropicaux remonte à plus de deux siècles (XVIII^e siècle). Cela répond au besoin de différencier chaque événement des précédents. Ainsi les Espagnols donnaient au cyclone le nom du saint patron du jour. Par exemple, les ouragans ayant frappé Porto Rico le 13 septembre 1876, puis à la même date en 1928, s'appellent tous les deux San Felipe¹⁸ (Saint-Philippe). Cependant, celui de 1928 avait frappé la veille la Guadeloupe et reste appelé sur cette île le « Grand Cyclone ».

La première utilisation de noms de personnes donnés à ces systèmes fut amorcée par Clement Lindley Wragge, un météorologiste australien du début du XX^e siècle. Il prenait des prénoms de femmes, des noms de politiciens qu'il n'aimait pas, des noms historiques et mythologiques¹⁹^,²⁰.

L'armée américaine, du début du XX^e siècle jusqu'à la Seconde Guerre mondiale, avait l'habitude d'utiliser l'alphabet phonétique des transmissions militaires avec l'année. De leur côté, les météorologistes de l'American Air Force (précurseur de la US Air Force) et de la US Navy du théâtre Pacifique, pendant la Seconde Guerre mondiale, donnaient des prénoms féminins aux cyclones tropicaux¹⁹. En 1950, le système d'alphabet phonétique (Able, Baker, Charlie, etc.) fut officialisé dans l'Atlantique nord par le service météorologique américain (National Weather Service). En 1953, la liste répétitive fut remplacée par une autre liste utilisant exclusivement des prénoms féminins et en 1954, la liste précédente fut reprise mais il fut décidé de changer de liste chaque année¹⁹.

Depuis 1979, à la suite des critiques des mouvements féministes, les ouragans reçoivent des prénoms alternativement masculins et féminins (en anglais, espagnol et français) dans le bassin atlantique¹⁹. Un principe de cycles fut aussi établi : basé sur six ans et six listes, les années paires débutent par un prénom masculin, les années impaires par un prénom féminin. Ainsi la liste de 2000 est la même que celle de 1994 ; la liste de 2001 reprend celles de 1989 et 1995. Les six listes prévoient 21 prénoms courants de A à W mais sans Q ni U, plutôt pauvres en prénoms. Ensuite, il est prévu d'utiliser les lettres de l'alphabet grec. En 2005, année de record avec 27 cyclones, la liste fut totalement utilisée jusqu'à Wilma, puis jusqu'à la lettre grecque Zêta.

Comme les cyclones tropicaux ne se limitent pas au bassin Atlantique, des listes similaires sont élaborées pour les différents secteurs des océans Atlantique, Pacifique et Indien. Dans le bassin de l'océan Atlantique, le National Hurricane Center (NHC) de Miami est officiellement chargé de nommer les cyclones. Le bassin de l'océan Pacifique est divisé en plusieurs secteurs vu son étendue. Le NHC de Miami nomme ceux de la portion Est, le Central Pacific Hurricane Center de Honolulu baptise ceux du centre-nord, le centre japonais ceux du nord-ouest et le sud-ouest revient au Bureau of Meteorology (BOM) australien et aux centres météorologiques des Fidji et de Papouasie-Nouvelle-Guinée.

La dénomination dans l'océan Indien revient au BOM, au service météorologique indien et au centre météorologique de l'Île Maurice, selon le secteur. Dans les secteurs nord, sous-continent indien et Arabie, les cyclones n'étaient pas nommés avant 2006 alors que ceux du secteur sud-ouest ont des noms depuis la saison 1960 - 1961¹⁹.

Les noms restent des prénoms dans l'Atlantique nord et le Pacifique nord-est, mais ailleurs les différents pays soumettent à l'OMM des noms de fleurs, d'oiseaux, etc., pas nécessairement dans un ordre alphabétique¹⁹. Lors de graves cyclones, les noms de ces derniers sont supprimés des listes et remplacés afin de ne pas choquer la population en lui rappelant de trop mauvais souvenirs. Ainsi, dans la liste 2004, Matthew a remplacé le nom de Mitch car l'Ouragan Mitch tua environ 18 000 personnes en Amérique centrale en 1998.

Lieux de formation

Carte montrant la trace de tous les cyclones tropicaux entre 1985 et 2005. La couleur correspond à l'échelle de Saffir-Simpson selon la légende indiquée. Un seul cyclone dans l'Atlantique Sud : c'est Catarina.

Presque tous les cyclones tropicaux se forment à moins de 30° de l'équateur et 87 % à moins de 20° de celui-ci. Comme la force de Coriolis donne aux cyclones leur rotation initiale, ceux-ci se développent cependant rarement à moins de 10° de l'équateur (la composante horizontale de la force de Coriolis est nulle à l'équateur). L'apparition d'un cyclone tropical à l'intérieur de cette limite est toutefois possible si une autre source de rotation initiale se manifeste. Ces conditions sont extrêmement rares et de telles tempêtes se produisent, croit-on, moins d'une fois par siècle.

La plupart des cyclones tropicaux apparaissent dans une bande d'orages tropicaux qui encercle le globe terrestre, et qu'on appelle la zone de convergence intertropicale (ZCIT). Leur parcours affecte le plus souvent des zones au climat tropical et au climat subtropical humide. De par le monde, on rapporte en moyenne 80 cyclones tropicaux par année.

Bassins principaux

Bassins et Centres de l'OMM responsables²¹
Bassin océanique	Centre responsable
Atlantique nord	National Hurricane Center (Miami)
Pacifique Nord-est	National Hurricane Center (Miami)
Pacifique Centre-nord	Central Pacific Hurricane Center (Honolulu)
Pacifique Nord-ouest	Agence météorologique du Japon (Tokyo)
Pacifique Sud et Sud-ouest	Fiji Meteorological Service (Nadi)^† Meteorological Service of New Zealand Limited (Wellington) Papua New Guinea National Weather Service (Port Moresby)^† Bureau of Meteorology (Darwin et Brisbane)^†
Indien Nord	India Meteorological Department (New Delhi)
Indien Sud-ouest	Météo-France (La Réunion)
Indien Sud-est	Bureau of Meteorology^† (Perth) Meteorology and Geophysical Agency of Indonesia (Jakarta)^†
^†: Indique un centre d'avertissements des cyclones tropicaux

Il existe sept principaux bassins de formation des cyclones tropicaux²¹ :

l'ouest du Pacifique Nord : les cyclones tropicaux dans cette région affectent souvent la Chine et Taïwan, le Japon et les Philippines. Ils y sont appelés typhons (du chinois :　台风(taifeng)). C'est de loin le bassin le plus actif, comptant pour le tiers de tous les cyclones tropicaux dans le monde. Les agences météorologiques nationales, ainsi que le Joint Typhoon Warning Center (JTWC) sont responsables de l'émission des prévisions et des avertissements dans ce bassin ;
l'est du Pacifique Nord : il s'agit de la deuxième zone la plus active au monde, et aussi la plus dense (le plus grand nombre de tempêtes dans une zone relativement réduite d'océan). Les tempêtes qui se développent dans ce bassin peuvent atteindre l'ouest du Mexique, Hawaï et très rarement la Californie. Le Central Pacific Hurricane Center est responsable des prévisions pour la partie ouest de cette zone, et le National Hurricane Center est chargé de la partie est ;
l'ouest du Pacifique Sud : les cyclones dans cette région affectent généralement l'Australie et l'Océanie. Ils sont suivis et prévus par l'Australie et la Nouvelle-Guinée. Ils atteignent parfois la Nouvelle-Calédonie ;
le nord de l'océan Indien : on divise ce bassin en deux régions, le golfe du Bengale et la mer d'Arabie. Le golfe du Bengale domine le décompte, avec 5 à 6 fois plus de cyclones que la mer d'Arabie. Les cyclones qui se forment dans ce bassin sont historiquement les plus meurtriers. Notons particulièrement le cyclone de Bhola de 1970, qui fit 200 000 victimes. Les pays affectés par ce bassin incluent l'Inde, le Bangladesh, le Sri Lanka, la Thaïlande, la Birmanie et le Pakistan. Chacun de ces pays émet des prévisions et des avertissements. En de rares occasions, un cyclone provenant de ce bassin peut affecter la Péninsule Arabique : en 1981 lorsqu'une tempête tropicale a touché le détroit d'Ormuz et le sultanat d'Oman et déversé des quantités d'eau totalement inhabituelles dans cette région (65 millimètres à Mascate) ;
le sud-est de l'océan Indien : les cyclones apparaissant dans cette région affectent l'Australie et l'Indonésie. Ils sont suivis et prévus par ces pays. Ils touchent également les Îles Cocos et l'ile Christmas ;
le sud-ouest de l'océan Indien : il s'agit du bassin le moins bien compris, en raison d'un manque de données historiques. Ces cyclones affectent Madagascar, le Mozambique, l'île de La Réunion, l'ile Rodrigues, l'île Maurice, les Comores (dont Mayotte), la Tanzanie et le Kenya. Les prévisions pour ces cyclones sont émises par le Centre météorologique régional spécialisé cyclones de La Réunion, service de Météo-France. Les baptêmes sont par contre réalisés par le centre météorologique de l'île Maurice et par celui de Madagascar ;
l'Atlantique nord : c'est le bassin tropical le plus étudié. Il inclut l'océan Atlantique, la mer des Caraïbes et le Golfe du Mexique. Le nombre de cyclones tropicaux formés dans ce bassin varie grandement d'une année à l'autre, entre un seul et une vingtaine. Ils y sont appelés ouragans (de l'espagnol huracán). Les États-Unis, le Mexique, l'Amérique centrale, les Caraïbes et le Canada peuvent être affectés par ces cyclones. Les prévisions pour ces cyclones sont émises pour tous les pays de la région par le National Hurricane Center, basé à Miami (Floride) ; le Centre canadien de prévision d'ouragan, basé à Halifax (Nouvelle-Écosse) émet des prévisions et des avertissements concernant les cyclones tropicaux qui menacent le territoire et les eaux canadiennes.

Zones de formation inhabituelles

Trajectoire des rares cyclones tropicaux et sub-tropicaux près côte sud-atlantique de l'Amérique du Sud de 2004 à 2021.

Les zones suivantes produisent très rarement des cyclones tropicaux :

l'Atlantique Sud : des eaux moins chaudes (courant de Benguela), l'absence d'une zone de convergence inter-tropicale, et la présence de cisaillement vertical du vent contribuent à rendre très difficile le développement de cyclones tropicaux dans cette région. On y a toutefois observé deux cyclones tropicaux : en 1991, une faible tempête tropicale au large de l'Afrique (qui a touché l'île Sainte-Hélène), et le cyclone Catarina (parfois aussi appelé Aldonça), qui frappa la côte brésilienne en 2004 ;
le centre du Pacifique Nord : le cisaillement dans cette zone limite grandement les chances de développement de cyclones tropicaux. Toutefois, cette région est souvent fréquentée par des cyclones nés dans le bassin beaucoup plus favorable de l'est du Pacifique Nord ;
la Méditerranée : des tempêtes qui semblent apparentées par leur structure à des cyclones tropicaux se produisent parfois dans le bassin méditerranéen. De telles tempêtes, appelées Medicanes, ont été signalées en septembre 1947, septembre 1969, janvier 1982, septembre 1983, janvier 1995 et novembre 2011. La nature tropicale de ces tempêtes reste matière à débats ;
Grands Lacs (Amérique du Nord) : bien que très au nord, la grande superficie de ces lacs peut devenir un terrain propice au développement convectif intense quand leur température est à son maximum et que de l'air très froid d'altitude y passe en automne. Une tempête en 1996 (voir Cyclone de 1996 sur le Lac Huron) sur le Lac Huron avait des caractéristiques similaires à celles d'un cyclone tropical ou subtropical, dont un œil au centre durant un temps bref²² ;
le Pacifique Sud : sans être une région à fort risque, le Pacifique Sud à l'est du méridien 180 n'est pas épargné par les perturbations de ce type. Entre 1831 et 1998 au moins 30 cyclones (vent moyen égal ou supérieur à 118 km/h) et environ 22 tempêtes tropicales (90 km/h < vent moyen < 118 km/h) ont affecté les Îles Cook et la Polynésie française dont 16 cyclones et 4 tempêtes entre 1981 et 1991. Ces nombres sont probablement sous-estimés en raison de données inexistantes ou incomplètes jusqu'en 1940. Le cyclone de 1906 qui frappa Anaa dans l'archipel des Tuamotu emporta, par submersion de l'atoll par la houle, environ une centaine (de 95 à 130 selon les rapports) de ses habitants en mer²³. Cet inventaire ne prend pas en compte des phénomènes ayant pris naissance à l'est du 180^e qui ont évolué vers l'ouest, épargnant la Polynésie française.

Saisonnalité

Graphique montrant la distribution temporelle des systèmes dans l'Atlantique nord.

Sur l'ensemble du globe, la fréquence des cyclones tropicaux atteint son maximum vers la fin de l'été, lorsque l'eau est la plus chaude. Chaque bassin a toutefois ses propres caractéristiques saisonnières :

dans l'Atlantique nord, une saison des ouragans bien démarquée commence au début juin et se termine fin novembre, avec une forte poussée au début de septembre²⁴ ;
le nord-est du Pacifique a une période d'activité plus large mais similaire à celle de l'Atlantique ;
le nord-ouest du Pacifique produit des cyclones tropicaux toute l'année, avec un minimum en février et une pointe au début de septembre ;
dans le bassin du nord de l'océan Indien, les cyclones sont plus fréquents d'avril à décembre, avec des pointes en mai et en novembre ;
dans l'hémisphère sud, la formation de cyclones tropicaux commence à la fin octobre et se termine en mai. Les pointes surviennent en mi-février et début mars.

Voici un tableau récapitulatif qui donne les moyennes d'événements annuels par zone, classées par ordre de fréquence décroissante :

**Moyennes saisonnières**²⁵^,²⁶
Bassin	Début	Fin	Tempêtes tropicales (> 34 nœuds)	Cyclones tropicaux (> 63 nœuds)	Catégorie 3+ (> 95 nœuds)
Nord-ouest du Pacifique	Avril	Janvier	26,7	16,9	8,5
Sud de l'océan Indien	Octobre	Mai	20,6	10,3	4,3
Nord-est du Pacifique	Mai	Novembre	16,3	9,0	4,1
Nord-Atlantique	Juin	Novembre	10,6	5,9	2,0
Australie et sud-ouest du Pacifique	Octobre	Mai	10,6	4,8	1,9
Nord de l'océan Indien	Avril	Décembre	5,4	2,2	0,4

Formation et développement

Article détaillé : Cyclogénèse tropicale.

L'importance de la condensation comme source principale d'énergie différencie les cyclones tropicaux des autres phénomènes météorologiques, comme les dépressions des latitudes moyennes qui puisent leur énergie plutôt dans les gradients de température préexistants dans l'atmosphère. Pour conserver la source d'énergie de sa machine thermodynamique, un cyclone tropical doit demeurer au-dessus de l'eau chaude qui lui apporte l'humidité atmosphérique nécessaire. Les forts vents et la pression atmosphérique réduite au sein du cyclone stimulent l'évaporation, ce qui entretient le phénomène.

La formation des cyclones tropicaux est toujours un sujet de recherche scientifique intense, et n'est pas encore complètement comprise. En général, la formation d'un cyclone tropical requiert cinq facteurs²⁷^,²⁸ :

la température de la mer doit dépasser 26,5 °C jusqu'à une profondeur d'au moins 60 m, avec une température des eaux de surface atteignant ou dépassant 28 à 29 °C. L'eau chaude est la source d'énergie des cyclones tropicaux. Lorsque ces tempêtes se déplacent sur l'intérieur des terres ou sur des eaux plus froides, elles faiblissent rapidement ;
les conditions doivent être favorables à la formation d'orages. La température atmosphérique doit diminuer rapidement avec l'altitude, et la troposphère moyenne doit être relativement humide ;
une perturbation atmosphérique préexistante. Le mouvement vertical ascendant au sein de la perturbation aide à l'amorçage du cyclone tropical. Un type de perturbation atmosphérique relativement faible, sans rotation, appelé onde tropicale sert généralement de point de départ à la formation des cyclones tropicaux ;
une distance de plus de 10 ° de l'équateur. La force de Coriolis amorce la rotation du cyclone et contribue à son maintien. Dans les environs de l'équateur, la composante horizontale de la force de Coriolis est quasi nulle (nulle à l'équateur), ce qui interdit le développement de cyclones ;
absence de cisaillement vertical du vent (un changement de force ou de direction du vent avec l'altitude). Trop de cisaillement endommage ou détruit la structure verticale d'un cyclone tropical, ce qui empêche ou nuit à son développement.

À l'occasion, un cyclone tropical peut se former en dehors de ces conditions. En 2001, le typhon Vamei s'est formé à seulement 1,5 ° au nord de l'équateur, à partir d'une perturbation préexistante et des conditions atmosphériques relativement fraîches reliées à la mousson. On estime que les facteurs qui ont mené à la formation de ce typhon ne se répètent que tous les 400 ans. Il est également arrivé que des cyclones se soient développés avec des températures de surface de la mer à 25 ° ou moins (comme l'ouragan Vince en 2005).

Quand un cyclone tropical de l'Atlantique atteint les latitudes moyennes et prend sa course vers l'est, il peut se ré-intensifier sous la forme d'une dépression de type barocline (aussi appelée frontale). De telles dépressions des latitudes moyennes sont parfois violentes et peuvent à l'occasion conserver des vents de force d'ouragan lorsqu'elles atteignent l'Europe.

Structure

« Anatomie » d'un cyclone tropical : bandes de pluie concentriques, l'œil et son mur. Les flèches montrent le mouvement de l'air et des nuages.

Un cyclone tropical intense comprend les éléments suivants²⁹ :

une dépression : tous les cyclones tropicaux sont en rotation autour d'une zone de basse pression atmosphérique à la surface de la Terre. Les pressions mesurées au centre des cyclones tropicaux sont parmi les plus basses que l'on puisse mesurer au niveau de la mer ;
une couverture nuageuse centrale dense : une zone concentrée d'orages et de bandes de pluie entourant la dépression centrale. Les cyclones tropicaux avec une couverture centrale symétrique ont tendance à être intenses et à bien se développer ;
un œil : le système développe en son centre une zone de subsidence (mouvement descendant). Les conditions dans l'œil sont normalement calmes et sans nuages, bien que la mer puisse être extrêmement agitée. L'œil est l'endroit le plus froid du cyclone à la surface, mais le plus chaud en altitude. Il est habituellement de forme circulaire et son diamètre varie de 8 à 200 km. Dans les cyclones de moindre intensité, la couverture nuageuse centrale dense occupe le centre du cyclone et il n'y a pas d'œil ;
un mur de l'œil : il s'agit d'une bande circulaire de convection atmosphérique et de vents intenses sur la bordure immédiate de l'œil. On y retrouve les conditions les plus violentes dans un cyclone tropical. Dans les cyclones les plus intenses, on observe un cycle de remplacement du mur de l'œil, en vertu duquel des murs concentriques se forment et remplacent le mur de l'œil. Le mécanisme à l'origine de ce phénomène est encore mal compris ;
écoulement divergent : dans les niveaux supérieurs d'un cyclone tropical, les vents s'éloignent du centre de rotation et manifestent une rotation anticyclonique. Les vents de surface sont fortement cycloniques, mais faiblissent avec l'altitude et changent de direction de rotation près du sommet de la tempête. C'est une caractéristique unique des cyclones tropicaux.

Le dégagement de chaleur latente dans les niveaux supérieurs de la tempête élève la température à l'intérieur du cyclone de 15 à 20 °C au-dessus de la température ambiante dans la troposphère à l'extérieur du cyclone. Pour cette raison, les cyclones tropicaux sont des tempêtes à « noyau chaud ». Toutefois, ce noyau chaud n'est présent qu'en altitude — la zone touchée par le cyclone à la surface est habituellement plus froide de quelques degrés par rapport à la normale, en raison des nuages et des précipitations.

Énergie

Indice de l'énergie cumulative annuelle depuis 1851 dans l'Atlantique nord.

Il existe plusieurs façons de mesurer l'intensité d'un système tropical, parmi lesquelles la technique de Dvorak, qui est une façon d'estimer la pression centrale et les vents d'un cyclone à partir de son organisation sur les photos satellitaires et de la température des sommets des nuages. Les météorologues utilisent aussi la mesure directe par reconnaissance aérienne, ou évaluent, a posteriori, les effets dévastateurs sur les zones traversées. Le National Weather Service américain estime que la puissance réelle d'un système tropical se situe entre 2,2 x 10¹² et 1,6 x 10¹⁸ watts, mais ce calcul utilise plusieurs approximations sur les paramètres météorologiques. Le NWS a donc développé une méthode rapide pour estimer l'énergie totale dégagée dans un tel système en tenant compte de la vitesse des vents, estimée ou notée, ainsi que la durée de vie du cyclone : l'indice d’Énergie cumulative des cyclones tropicaux (Accumulated cyclone energy ou ACE en anglais).

Cet indice utilise le vent maximum soutenu — $v_{{\mathrm {max}}}$ —, sans la rafale, comme approximation de l'énergie cinétique. On calcule l'indice en utilisant le carré de $v_{{\mathrm {max}}}$ dans le cyclone, noté ou estimé, pour chaque période de six heures durant la durée de vie du système. On divise le tout par 10⁴ pour réduire le chiffre à une valeur raisonnable³⁰^,³¹.

L'équation est donc :

IECCT\left(ou\ ACE\right)=\sum _{i=1}^{n}{\frac {v_{\mathrm {max_{i}} }^{2}}{10^{4}}}\qquad {\begin{cases}v_{max_{i}}\mathrm {\ en\ {\text{nœuds}}\ durant\ la\ p{\acute {e}}riode} \ i\mathrm {\ de\ six\ heures} \\n\mathrm {\ est\ le\ nombre\ de\ p{\acute {e}}riodes\ de\ six\ heures\ que\ dure\ le\ cyclone} \end{cases}}

Comme l'énergie cinétique est ${(\mathrm {Masse} \times v_{\mathrm {max} }^{2})}/2$ , cet indice est proportionnel à l'énergie développée par le système en prenant comme hypothèse que la masse par unité de volume des systèmes est identique mais il ne tient pas compte de la masse totale de ceux-ci. Ainsi l'indice peut comparer des systèmes de dimensions semblables mais pourra sous-estimer un système ayant des vents moins violents tout en ayant un plus large diamètre. Un sous-indice est celui du Potentiel de destruction d'ouragan, qui est le calcul de l'indice cumulatif mais seulement durant la période durant laquelle le système tropical est de niveau cyclone tropical/ouragan/typhon³⁰. Dans le graphique à droite, on peut voir la variation de l'indice d'énergie cumulative pour les systèmes dans l'Atlantique nord en noir et la moyenne annuelle de cette énergie par système en brun. On remarque la très grande variabilité de ces valeurs annuellement mais que la moyenne par système suit la même tendance que le total annuel. Ce dernier était particulièrement élevé au début des années 1950, puis est passé par un creux de 1970 à 1990, et semble en train de remonter depuis ce temps. En revanche, une étude du Center for Ocean-Atmospheric Prediction Studies de l'Université d'État de Floride montre que l'ACE pour l'ensemble des phénomènes cycloniques tropicaux du globe a connu un pic en été 1992 et régresse pour atteindre un minimum historique en été 2009 jamais observé depuis 1979³²^,³³.

Observations et prévisions

Observations

Avions WP-3D Orion de la National Oceanic and Atmospheric Administration des États-Unis : les chasseurs de cyclones.

Les cyclones tropicaux intenses posent un problème particulier quant à leur observation. Comme il s'agit d'un phénomène océanique dangereux, on dispose rarement d'instruments sur le site même du cyclone, sauf lorsque celui-ci passe sur une île ou une zone côtière, ou si un navire infortuné se trouve pris dans la tempête. Même dans ces cas, la prise de mesures en temps réel n'est possible qu'en périphérie du cyclone, où les conditions sont moins catastrophiques. La prise de mesures au sein même du cyclone est toutefois possible par avion. Des avions spécialement équipés, généralement de gros quadrimoteurs turbopropulsés, peuvent voler dans le cyclone, prendre des mesures directement ou à distance, et y lâcher des catasondes.

On peut aussi repérer la pluie associée avec la tempête par radar météorologique lorsqu'elle s'approche relativement près des côtes. Ceci donne des informations sur la structure et l'intensité des précipitations. Les satellites géostationnaires et circumpolaires peuvent obtenir des informations en lumière visible et en infrarouge partout au-dessus du globe. On en tire l'épaisseur des nuages, leur température, leur organisation et la position du système ainsi que la température de surface de la mer. Certains nouveaux satellites à orbite basse sont même équipés de radars.

Prévisions

Article détaillé : Prévision des cyclones tropicaux.

Diminution évidente de l'erreur de position de la trajectoire depuis les années 1970.

Les systèmes tropicaux se situent à la limite inférieure de l'échelle synoptique. Comme les systèmes des latitudes moyennes, ils dépendent donc de la position des crêtes barométriques, anticyclones et des creux environnants mais la structure verticale des vents et le potentiel de convection y est également critique, comme pour les systèmes de méso-échelle. Les prévisionnistes tropicaux considèrent encore que le meilleur indicateur instantané du déplacement de ces systèmes est encore le vent moyen dans la troposphère où se trouve le cyclone et la trajectoire lissée notée antérieurement. Dans le cas d'un environnement avec beaucoup de cisaillement, l'utilisation du vent moyen de basse altitude, comme celui de 700 hPa à environ 3 000 mètres, est cependant meilleure³⁴.

Pour une prévision à plus long terme, des modèles de prévision numérique du temps ont été développés spécialement pour les systèmes tropicaux. En effet, la combinaison d'une circulation en général assez faible dans les Tropiques et une grande dépendance de la convection sur les cyclones tropicaux nécessite une analyse et un traitement à très fine résolution qui ne sont pas présents dans les modèles normaux. De plus, ceux-ci incorporent des paramètres des équations primitives atmosphériques qui sont souvent négligés à plus large échelle. Les données d'observations obtenues par le biais des satellites météorologiques et des chasseurs d'ouragans sont injectées dans ces modèles pour accroître la précision. On voit à droite un graphique de l'évolution de l'erreur sur la position de la trajectoire depuis les années 1970, en milles marins, dans le bassin de l'Atlantique nord sur les prévisions du National Hurricane Center³⁵. On remarque qu'à toutes les périodes de prévision, l'amélioration est très importante. Pour ce qui est de l'intensité des systèmes, l'amélioration a été moindre³⁶ à cause de la complexité de la micro-physique des systèmes tropicaux et des interactions entre les échelles méso et synoptiques.

Tendances et réchauffement climatique

Article détaillé : Réchauffement climatique.

Le développement de cyclones est un phénomène irrégulier et le début des mesures fiables de la vitesse des vents ne remonte qu'au milieu du XX^e siècle²⁸. Une étude publiée en 2005 montre une augmentation globale de l'intensité des cyclones entre 1970 et 2004, leur nombre total étant en diminution pendant la même période³⁷^,³⁸^,³⁹. Selon cette étude, il est possible que cette augmentation d'intensité soit liée au réchauffement climatique, mais la période d'observation est trop courte et le rôle des cyclones dans les flux atmosphériques et océaniques n'est pas suffisamment connu pour que cette relation puisse être établie avec certitude. Une seconde étude, publiée un an plus tard, ne montre pas d'augmentation significative de l'intensité des cyclones depuis 1986⁴⁰^,⁴¹. La quantité d’observations à notre disposition n’est en fait statistiquement pas suffisante.

Ryan Maue, de l'université de Floride, dans un article intitulé « Northern Hemisphere tropical cyclone activity », observe pour sa part une baisse marquée de l'activité cyclonique depuis 2006 dans l'hémisphère nord par rapport aux trente dernières années⁴². Il ajoute que la baisse est probablement plus marquée, les mesures datant de trente ans ne détectant pas les activités les plus faibles, ce que permettent les mesures d'aujourd'hui. Pour Maue, c'est possiblement un plus bas depuis cinquante ans que l'on observe en termes d'activité cyclonique. Christopher Landsea, de la NOAA et un des anciens coauteurs du rapport du GIEC, estime lui aussi que les mesures passées sous-estiment la force des cyclones passés et sur-valorisent la force des cyclones actuels⁴³^,⁴⁴.

On ne peut donc pas déduire que l'augmentation de spectaculaires ouragans depuis 2005 soit une conséquence directe du réchauffement climatique. Cette augmentation pourrait être due à l’oscillation entre périodes froides et chaudes de la température de surface des bassins océaniques comme l’oscillation atlantique multidécennale. Le cycle chaud de cette variation à lui seul permet de prédire des ouragans plus fréquents pour les années 1995 à 2020 dans l'Atlantique nord²⁸. Les simulations informatiques ne permettent également pas dans l'état actuel des connaissances de prévoir d'évolution significative du nombre de cyclones lié à un réchauffement climatique à cause des autres effets mentionnés qui brouillent la signature⁴⁵. Dans la seconde moitié du XXI^e siècle, lors de la prochaine période froide de l’Atlantique nord, le réchauffement climatique pourrait donner un signal plus clair²⁸.

Effets

Photographe japonais filmant les dégâts laissés par le typhon Vera en banlieue de Nagoya, Japon, en septembre 1959. Le bilan humain s'éleva à 5 098 morts.

L'après-coup de l'ouragan Andrew (1992), le second cyclone tropical le plus coûteux de l'histoire des États-Unis, après Katrina (2005).

Le relâchement de chaleur latente dans un cyclone tropical mature peut excéder 2 × 10¹⁹ joules par jour⁴⁶^,⁴⁷. Cela équivaut à faire détoner une bombe thermonucléaire de 10 mégatonnes toutes les 20 minutes⁴⁸ ou 200 fois la capacité instantanée de production électrique mondiale⁴⁷. Les cyclones tropicaux au grand large causent de grosses vagues, de la pluie forte, et des vents violents, ce qui compromet la sécurité des navires en mer. Toutefois, les effets les plus dévastateurs des cyclones tropicaux se produisent quand ils frappent la côte et entrent dans les terres. Dans ce cas, un cyclone tropical peut causer des dommages de quatre façons :

vents violents : des vents de force d'ouragan peuvent endommager ou détruire des véhicules, des bâtiments, des ponts, etc. Les vents forts peuvent aussi transformer des débris en projectiles, ce qui rend l'environnement extérieur encore plus dangereux ;
onde de tempête : les tempêtes de vent, y compris les cyclones tropicaux, peuvent causer une montée du niveau de la mer et des inondations dans les zones côtières ;
houle cyclonique : les cyclones tropicaux génèrent de fortes houles avant leur arrivée. Ce phénomène est source de dégâts, surtout dans les baies ou les plaines littorales, les vagues pouvant atteindre une vingtaine de mètres de haut⁴⁹. Le cyclone peut avoir une trajectoire parallèle à la côte, sans jamais l'affecter directement, mais comme la houle se propage latéralement, elle va donner une grosse mer à une grande distance. Ainsi, il arrive souvent que des noyades soient rapportées sur les côtes lors du passage d'un cyclone au large à cause des vagues et de la création d'un courant d'arrachement.
pluie forte : les orages et les fortes pluies provoquent la formation de torrents, emportant les routes et provoquant des glissements de terrain ;
tornades : les orages imbriqués dans le cyclone donnent souvent naissance à des tornades. Bien que ces tornades soient normalement moins intenses que celles d'origine non-tropicale, elles peuvent encore provoquer d'importants dommages. Elles se produisent surtout à la bordure externe du système après son entrée sur les terres, là où le cisaillement des vents est important à cause de la friction⁵⁰^,⁵¹^,⁵²^,⁵³. Parmi ces tornades, les cyclones tropicaux sont particulièrement susceptibles de donner le phénomène rare des tornades anticycloniques puisque la rotation est induite à très bas niveau par le relief.

Les effets secondaires d'un cyclone tropical sont souvent aussi destructeurs, notamment les épidémies. Le milieu humide et chaud dans les jours qui suivent le passage du cyclone, conjugué à la destruction des infrastructures sanitaires, augmente le risque de propagation d'épidémies, qui peuvent tuer longtemps après le passage du cyclone. À ce problème peut s'ajouter celui des pannes de courant : les cyclones tropicaux causent souvent de lourds dommages aux installations électriques, privant de courant la population, coupant les communications et nuisant aux moyens de secours et d'intervention. Ceci rejoint le problème des transports, puisque les cyclones tropicaux détruisent souvent des ponts, viaducs, et routes, ralentissant considérablement le transport de vivres, de médicaments et de matériel de secours vers les zones sinistrées. Paradoxalement, le passage meurtrier et destructeur d’un cyclone tropical peut avoir des effets positifs ponctuels sur l’économie des régions touchées, et du pays en général, ou plutôt sur son PIB dans certains secteurs comme la construction⁵⁴. Par exemple, en octobre 2004, après une saison cyclonique particulièrement intense dans l'Atlantique, 71 000 emplois ont été créés dans le bâtiment pour réparer les dégâts subis, notamment en Floride.

Un cyclone peut aussi avoir des effets durables sur la population ; un exemple rendu célèbre par Oliver Sacks⁵⁵ est le cyclone Lengkieki, qui a dévasté l'atoll de Pingelap, en Micronésie, vers 1775. Le typhon et la famine qui a suivi n'ont fait qu'une vingtaine de survivants, dont l'un était porteur d'un gène de l'achromatopsie, maladie génétique dont les principaux symptômes sont une absence totale de vision des couleurs, une acuité visuelle très réduite et une forte photophobie. Quelques générations plus tard, entre 8 et 10 % de la population est atteinte d'achromatopsie, et environ 30 % des habitants de l'atoll sont porteurs sains du gène.

Protection et prévention

Maison conçue pour résister aux cyclones (ici après l'ouragan Dennis de 2005).

On ne peut totalement se protéger des effets des cyclones tropicaux. Cependant, en zone à risque, un aménagement adapté et prudent du territoire peut permettre de limiter les dégâts humains et matériels dus aux vents, aux précipitations et aux inondations. Une architecture offrant moins de prise au vent, l'absence de construction en zones humides, des réseaux électriques enterrés et isolés de l'eau, le maintien ou la restauration de zones humides tampons, et de mangroves et forêts littorales, la préparation des populations, des antennes et éoliennes qu'on peut « coucher » le temps de la tempête, etc. peuvent y contribuer. En 2008, la FAO a par exemple estimé que si la mangrove du delta de l'Irrawaddy (Birmanie), existant avant 1975 (plus de 100 000 hectares), avait été conservée, les conséquences du cyclone Nargis auraient été au moins deux fois moindres⁵⁶.

Dissipation artificielle

En raison du coût économique considérable provoqué par les cyclones tropicaux, l’homme cherche par tous les moyens à en prévenir l’apparition. Dans les années 1960 et 1970, sous l’égide du gouvernement américain, dans le cadre du projet « Stormfury », on a tenté de procéder à l’ensemencement des tempêtes tropicales avec de l’iodure d'argent⁵⁷^,⁵⁸. Grâce à une structure cristalline proche de celle de la glace, l'iodure joue le rôle d'agent de nucléation des gouttelettes d'eau qui transformeront la vapeur d'eau en pluie. Le refroidissement créé, pensait-on, pourrait provoquer l’effondrement de l’œil du cyclone et réduire les vents violents. Le projet a été abandonné après qu’on se fut rendu compte que l’œil se reforme naturellement dans les cyclones de forte intensité et que l’ensemencement a des effets trop réduits pour être réellement efficace. De plus, des études subséquentes ont montré que l'ensemencement avait peu de chances d'augmenter la quantité de pluie car la quantité de gouttelettes en surfusion dans un système tropical est trop bas comparativement à des orages violents des latitudes moyennes⁵⁹.

D’autres approches ont été envisagées comme le remorquage d’icebergs dans les zones tropicales pour refroidir l’eau en deçà du point critique, le déversement dans les eaux océaniques de substances qui empêchent l’évaporation ou même le pompage des eaux plus froides venant du fond⁵⁹. Le « projet Cirrus » envisageait de jeter de la glace sèche sur le cyclone et certains ont même suggéré de faire exploser des bombes atomiques dans les cyclones⁵⁹. Toutes ces approches souffrent d’un défaut majeur : un cyclone tropical est un phénomène thermique trop massif pour être contenu par les trop faibles techniques physico-chimiques disponibles. En effet, il s'étend sur plusieurs centaines de kilomètres de diamètre et la chaleur libérée toutes les vingt minutes correspond à l'explosion d'une bombe nucléaire de 10 mégatonnes pour un ouragan moyen⁵⁹. Même la surface parcourue par un œil moyen de 30 km de diamètre couvre des dizaines de milliers de kilomètres carrés en 24 heures, et modifier la température de la mer le long de cette surface serait déjà un projet colossal qui nécessiterait en plus une connaissance parfaite de sa trajectoire⁵⁹.

Cyclones notables

Article détaillé : Liste des cyclones tropicaux au nom retiré par bassin.

Il n'y a guère de données écrites antérieures au XIX^e siècle sur le continent américain concernant spécifiquement des données météorologiques. En Extrême-Orient, les données sont beaucoup plus anciennes et complètes. Il existe par exemple, un registre des typhons qui se sont produits sur les Philippines entre 1348 et 1934. Il existe cependant des méthodes scientifiques permettant d'identifier et de dater des événements anciens⁶⁰, constituant une paléotempestologie, terme créé en 1996 par Kerry Emanuel. Ce sont en particulier l'étude des sédiments des lacs côtiers montrant la présence de sable marin, la relative pauvreté en oxygène 18, un isotope lourd, qu'on peut retrouver dans les cernes des arbres ou dans les concrétions des grottes.

Cyclones historiques

Avant le XX^e siècle, comme mentionné antérieurement, il n'y avait pas de façon systématique de nommer les cyclones, ouragans et typhons, mais certains sont quand même passés à l'Histoire. La plupart des pays dans les zones affectées ont suivi la tradition lancée par les Américains et les Australiens depuis ce temps. L’Organisation météorologique mondiale, lors de la rencontre annuelle du comité de surveillance des cyclones tropicaux en mars ou avril, décide des listes de noms potentiels pour les cyclones tropicaux. Les pays affectés par des cyclones particulièrement intenses et ayant causé de forts dommages peuvent proposer de retirer le nom de ceux-ci des listes futures, ce qui les fait aussi passer à l'Histoire.

Océan Atlantique

Parmi les ouragans célèbres, dont le nom a été retiré ou non, de l'Atlantique nord, on note :

Ouragans les plus coûteux du bassin Atlantique de 1900 à 2010
Dommages totaux ajustés au coût de la vie⁶¹^,⁶²
Rang	Ouragan	Saison	Coût (2010) (milliards de $US)
1	Ouragan de Miami de 1926	1926	164,8
2	Katrina	2005	113,4
3	Galveston	1900	104,3
4	Second ouragan de Galveston	1915	71,3
5	Andrew	1992	58,5
6	Nouvelle-Angleterre	1938	41,1
7	Cuba–Floride	1944	40,6
8	Okeechobee	1928	35,2
9	Ike	2008	29,5
10	Donna	1960	28,1

Ouragans les plus meurtriers
Rang	Ouragan	Saison	Morts
1	Grand ouragan	1780	22 000 – 27 500
2	Mitch	1998	11 000 – 18 000
3	Ouragan de Galveston	1900	8 000 – 12 000
4	Fifi-Orlene	1974	8 000 – 10 000
5	République dominicaine	1930	2 000 – 8 000
6	Flora	1963	7 186 – 8 000
7	Pointe-à-Pitre	1776	6 000+
8	Ouragan de Terre-Neuve	1775	4 000 – 4 163
9	Ouragan Okeechobee	1928	4 075+
10	Ouragan San Ciriaco	1899	3 433+

Ouragans les plus intenses⁶³
Mesurés par la pression centrale
Rang	Ouragan	Saison	Pression (hPa)
1	Wilma	2005	882
2	Gilbert	1988	888
3	Ouragan de la Fête du travail 1935	1935	892
4	Rita	2005	895
5	Allen	1980	899
6	Katrina	2005	902
7	Camille	1969	905
	Mitch	1998	905
	Dean	2007	905
10	Maria	2017	908

Deux vaisseaux anglais en perdition dans le canal de la Mona lors du grand ouragan de 1780.

D'autres ouragans célèbres :

Liste des noms retirés d'ouragans dont :
- David, en 1979 sur l'île de la Martinique et sur la Dominique ;
- Hugo, en 1989, un des plus puissants ouragans à frapper les Antilles et la Caroline du Sud ;
- Luis, en 1995 qui a frappé les îles françaises de Saint-Martin et de Saint-Barthélemy ;
- Floyd, en 1999, le long des côtes américaines, avec un fort impact en Caroline du Nord ;
- Gustav, en 2008 qui a frappé Cuba et La Nouvelle-Orléans ;
- Sandy, en 2012 qui a frappé New York.

Océan Pacifique

Ouragans et cyclones
importants
Nom	Catégorie	Pression hPa (mbar)	Année
Ouragan Patricia^{N 1}	5	879	2015
Ouragan Ioke	5	920	2006
Cyclone Ingrid	4	924	2005
Cyclone Larry	5	915	2006
Cyclone Erica	4	915	2003
Cyclone Heta	5	915	2003

Typhons les plus intenses
du Pacifique Ouest
Rang	Nom	Pression hPa (mbar)	Année
1	Typhon Tip	870	1979
2	Typhon Gay	872	1992*
2	Typhon Ivan	872	1997*
2	Typhon Joan	872	1997*
2	Typhoon Keith	872	1997*
2	Typhon Zeb	872	1998*
*Pression centrale estimée avec les données des satellites météorologiques seulement.

Océan Indien

Pré-1950

Cyclone de 1948 sur l'île de La Réunion

Années 1950-1990

cyclone Denise, en janvier 1966 sur l'île de La Réunion, détient le record de pluie en 12 heures⁶⁴
cyclone de Bhola, en 1970, ayant fait entre 300 000 et 500 000 morts
cyclone Hyacinthe, en 1980 sur l'île de La Réunion, détient le record de pluie sur 10 et 15 jours⁶⁴
cyclone Firinga en 1989 sur l'île de La Réunion
cyclone Gorky de 1991 qui fit 138 000 victimes au Bangladesh
cyclone Geralda en 1994 qui cause la mort de 231 personnes à Madagascar
cyclone d'Orissa de 1999 qui fit 10 000 morts en Inde

Années 2000

Cyclone Leon–Eline (en), en 2000 sur Madagascar et le Mozambique
Cyclone Dina, en 2002 sur l'île de La Réunion et sur l'Île Maurice
Cyclone Gafilo, en 2004 sur Madagascar causant la mort d'environ 500 personnes
Cyclone Gonu, en 2007 sur Oman devenant le plus intense ouragan observé dans la région
cyclone Sidr de 2007 qui tua plus de 3 000 personnes au Bangladesh
cyclone Gamède, en 2007 sur l'île de La Réunion
cyclone Nargis qui frappa la Birmanie en 2008 et tua, selon estimation, au moins 100 000 personnes

Années 2010

Cyclone Chapala (en), en 2015 au Yémen, battant le record du plus intense impact direct pour le pays
Cyclone Enawo, en 2017 sur Madagascar
Cyclone Fakir, en 2018 sur l'île de La Réunion, le plus destructeur depuis Dina en 2002
Cyclone Idai, en mars 2019 au Mozambique causant la mort de plusieurs milliers de personnes
Cyclone Kenneth, en avril 2019 au Mozambique, Comores, et Tanzanie

Années 2020

Cyclone Batsirai, en 2022, sur l'île Maurice, l'île de La Réunion et Madagascar

Extrêmes mondiaux

Intensité

[afficher] v · m Plus intense cyclone tropical par bassin

L’Organisation météorologique mondiale (OMM) a homologué début 2010 le record du vent le plus violent jamais observé scientifiquement, hors ceux des tornades, de 408 km/h le 10 avril 1996 à l'île de Barrow (Australie-Occidentale) lors du passage du cyclone Olivia⁶⁵. Le précédent record de 372 km/h observé scientifiquement datait d'avril 1934 au sommet du mont Washington (New Hampshire) aux États-Unis⁶⁵. Cependant, le cyclone Olivia n'est pas considéré lui-même comme le plus violent à avoir affecté la région australienne car ce record ne représente pas l'intensité générale du système.

Dimensions

Dimensions relatives entre le typhon Tip et le cyclone Tracy sur une carte des États-Unis.

Typhon Tip, en octobre 1979, est le cyclone tropical de plus grand diamètre, 2 170 km⁶⁶^,²⁹. A contrario, le cyclone Tracy, en décembre 1974, est le plus petit avec seulement 96 km²⁹^,⁶⁷. Ces diamètres représentent la distance intérieure au système où les vents atteignent au moins la force de coups de vent (62 km/h).

Ondes de tempête

Les cyclones tropicaux causent des ondes de tempête qui déferlent sur les côtes. Celles-ci dépendent de la force du vent, du gradient de pression vers l'œil du cyclone et du diamètre de la tempête. Plus les vents sont forts, plus la poussée sur l’océan est grande mais des vents plus faibles peuvent être compensés par un plus grand diamètre autour du système où on les retrouve. De plus, le contour du fond marin le long de la côte, en particulier une rapide remontée du fond, va les amplifier.

Parmi les trois ondes les plus hautes jamais rapportées, celle de l’ouragan Katrina de 2005 : le plus large ouragan de catégorie 5 a eu la plus haute onde de tempête des ouragans de l’Atlantique nord avec 8,5 mètres⁶⁸. Vient ensuite l’ouragan Camille de 1969, avec des vents de force identique à ceux de Katrina mais de diamètre plus petit, les météorologues ayant relevé une onde de 7,2 mètres.

Il est possible que de plus importantes ondes aient déferlé avant les prises de mesure modernes mais c'est le cyclone Mahina de 1899 qui est en général reconnu comme celui ayant produit la plus haute onde de tempête mondialement consignée : 14,6 mètres⁶⁹^,⁷⁰^,⁷¹. Une étude en 2000 a remis en question ce record en regardant les dépôts marins dans la région concernée et en utilisant un modèle de simulation mathématique pour calculer l'onde de tempête avec les données météorologiques et océanographiques disponibles⁷².

Dans la culture

La nouvelle "Typhon" de Joseph Conrad a pour sujet l'héroïsme de l'équipage d'un vapeur pris dans un cyclone tropical. À son sujet, le Morning Post du 22 avril 1903 écrit : "'Typhon' contient la plus étonnante description que nous ayons jamais lue de la fureur déchaînée de la mer lorsqu'elle est tourmentée par une force presque aussi puissante qu'elle-même."⁷³

Notes et références

Notes

C'est le plus puissant du Pacifique centre et Est combinés. C'est le plus puissant à porter le nom d'« ouragan » également mais il n'a jamais été dans l'Atlantique nord où c'est Wilma qui détient le record.

Références

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Voir aussi

Sur les autres projets Wikimedia :

Cyclone tropical, sur Wikimedia Commons
Cyclone tropical, sur Wikinews

Bibliographie

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Les cyclones sèment la tempête chez les scientifiques, article du Courrier international (pages 48–49, édition du 12 au 18 janvier 2006) : débat sur le réchauffement climatique et ses conséquences sur une possible augmentation du nombre de cyclones.
Le résultat de recherches publié dans le magazine scientifique Nature du 4 août 2005, par Kerry Emanuel (« Aggravation de l'effet destructeur des cyclones tropicaux sur les 30 dernières années [archive] »), suggère que l'augmentation des températures des eaux de surface des océans, consécutive au réchauffement global, entraînera des cyclones plus violents. D'après les analyses menées par le Professeur Kerry Emanuel, climatologue, du Massachusetts Institute of Technology, les grandes tempêtes dans l'Atlantique et le Pacifique ont augmenté en intensité d'environ 50 % depuis les années 1970. Cette tendance est étroitement liée à l'élévation de la température moyenne de la surface des océans.
Henry Piddington, The Horn-book for the Law of Storms for the Indian and China Seas, 1844
Henry Piddington, The Sailor's Horn-book for the Law of Storms, London, Smith, Elder and Co., 1848, 360 p.
Emmanuel Dormy et Ludivine Oruba, « Des cyclones plus destructeurs ? », Pour la science, hors-série n^o 110,‎ février-mars 2021, p. 68-77

Liens externes

Notices d'autorité

Gouvernementaux ou universitaires

« Tout sur les ouragans » [archive], Centre canadien de prévision d'ouragan, 16 septembre 2003 (consulté le 28 juillet 2021).
Atmospheric Composition Change, « Conditions de formation de cyclones tropicaux » (version du 28 avril 2014 sur l'Internet Archive), Institut Max Planck
« Foire aux questions » [archive], Météo-France (Nouvelle-Calédonie) (consulté le 28 juillet 2021) « (traduction du site de NOAA) ».
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(en) « Prévision expérimentale de la saison des ouragans » [archive], Université d'État du Colorado.
(en) « Tropical Cyclone Programme » [archive], Organisation météorologique mondiale (avec quelques documents en français dans la section des publications).
(en) « Tropical Cyclones...A Satellite Perspective » [archive], Cooperative Institute for Meteorological Satellite Studies (CIMSS).

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[afficher] v · m Risques naturels et technologiques

Neige

Pour les articles homonymes, voir Neige (homonymie).

Neige

Chute de neige

Type	Précipitations

Caractéristiques
Matériaux	Cristal de glace, air

Couleur	Blanc
Composé de	Flocon de neige

La neige (^Écouter) est une forme de précipitations¹^,² atmosphériques constituée de particules de glace ramifiées, de structure et d'aspect très variables qui sont la plupart du temps cristallisées³^,⁴ et agglomérées en flocons⁴ contenant de l'air. Mais cette glace peut aussi être sous forme de grains (neige en grains, neige roulée) ou mouillée. Lorsqu'il y a suffisamment de froid et d'humidité dans l'atmosphère, la neige se forme naturellement par condensation solide de la vapeur d'eau à saturation autour des noyaux de congélation. Selon sa structure et le vent, la neige tombe plus ou moins vite vers le sol. Sa formation dans l'atmosphère en réseau ramifié de particules solides distingue la neige d'autres précipitations relativement voisines comme la grêle ou le grésil.

La neige est aussi le dépôt des précipitations sur le sol ou sur un obstacle avant le sol (un toit, un arbre...) : c'est le manteau neigeux⁵. Elle est donc toujours constituée d'un mélange de glace et d'air⁶^,⁷, avec parfois (si sa température est proche de 0 °C) de l'eau liquide. Le dépôt de ce matériau évolue, soit en mouvement (en poudrerie, transportée par le vent, ou en avalanche), soit sur place, naturellement (dans une plaque, un névé, une corniche, une congère) ou artificiellement (par damage ou trituration lors d'évacuations mécaniques (ex : chasse-neige, souffleuse à neige) ou manuelles (ex : pelle à neige, boule de neige), ou lors de préparations pour une piste de ski ou d'écrasements par circulation).

La neige disparaît soit :

par fonte : lorsque ses cristaux ou ses grains de glace fondent (par l'effet du rayonnement solaire ou de la température de l'air ou du flux géothermique), vers de l'eau liquide ;
par tassement lorsque l'air contenu est quasi complètement évacué : naturel vers un glacier, artificiel, par damage et fonte, vers du verglas ;
par sublimation : vers de la vapeur d'eau contenue dans l'atmosphère.

Les enneigeurs (plus connus comme canon à neige) produisent de la neige artificielle, en réalité de minuscules grains de glace proches de la neige fondue. Cette technique est utilisée sur les pistes de ski intérieures, mais aussi dans les stations de sports d'hiver pour améliorer et prolonger l'enneigement des pistes.

La nivologie est la science de la neige.

Étymologie

Le substantif féminin neige est le déverbal de neiger⁸^,⁹^,¹⁰^,¹¹^,¹². Il est attesté au XIV^e siècle : d'après le Trésor de la langue française informatisé, sa plus ancienne occurrence connue (‹ naige ›) se trouve dans l'éloge funèbre écrite par Watriquet de Couvin pour la mort en 1329 de Gaucher de Châtillon, le jour de l'Ascension⁸^,⁹^,¹³. Sa graphie actuelle (pluriel ‹ neiges ›) est attestée en 1461 avec Le Testament de François Villon⁹^,¹².

Aspects physiques

La neige peut être un matériau composite naturel : c'est un agrégat de particules d'eau sous forme solide (cristaux ou grains) et parfois partiellement liquide, et d'air¹⁴. La neige est hétérogène, polyphasique, déformable, de couleur blanche, isolante thermiquement, thermo-sensible, glissante, éphémère. C'est un matériau en constante évolution¹⁵.

La neige est essentiellement blanche, mais légèrement bleutée en raison de la réflexion diffuse. Les cristaux de neige sont en effet transparents mais la lumière est réfléchie de façon quasiment identique (le bleu étant légèrement moins absorbé) sur leurs interfaces, c'est-à-dire sur les joints de grain, dont l'orientation est distribuée aléatoirement. Cette nuance bleutée est particulièrement visible sur de grandes épaisseurs de glace, par exemple sur les glaciers. Avec le temps, les cristaux de glace s'arrondissent et perdent leur pouvoir réfléchissant, si bien que la neige d'hiver réfléchit seulement 50 % de la lumière tandis que la neige de printemps a le teint plus mat que celle tombée quelques mois auparavant¹⁶.

Le code METAR d'observation de la neige est « SN »¹⁷.

Historique

Johannes Kepler fut l’un des premiers scientifiques à s’intéresser à la formation des flocons. Il rédige en 1611 un traité, L’Étrenne ou la neige sexangulaire. Vers 1930, le Japonais Ukichiro Nakaya forme ses propres flocons dans des conditions expérimentales, fixant la température et la saturation en eau. Il s’aperçoit alors que la forme des cristaux dépend de ces deux paramètres. En 1935, Tor Bergeron développe la théorie de croissance des flocons à partir de la cannibalisation des gouttes d’eau surfondues appelée l’effet Bergeron.

Diversité

Article détaillé : Cristal de glace.

Cristaux de neige, photographiés par Wilson Bentley (1865-1931)

Dans un nuage très froid, la vapeur d’eau se condense directement en cristaux de glace sur des particules en suspension (poussières, fumée…). S'ils ne rencontrent que des couches d’air de température inférieure à 0 °C pendant leur chute, les cristaux s’agglutinent et se combinent pour former des flocons de plus en plus larges. L’assemblage de ces cristaux dépend essentiellement des températures. La seule caractéristique commune à tous les cristaux est leur structure hexagonale, qui correspond à une minimisation de l’énergie potentielle chimique du cristal.

La forme des cristaux de neige varie en fonction des conditions atmosphériques de l'air dans le nuage lors de leur formation d'abord avec la température, mais aussi avec le degré d’humidité¹⁸ :

température de 0 à −4 °C : minces plaques hexagonales¹⁹ ;
température de −4 à −6 °C : aiguilles ;
température de −6 à −10 °C : colonnes creuses ;
température de −10 à −12 °C : cristaux à six pointes longues ;
température de −12 à −16 °C : dendrites filiformes.

Lorsque la température est inférieure à −16 °C, les flocons de neige rétrécissent et ont la taille d'un grain de sable^{[réf. nécessaire]}.

La densité de la neige fraîchement tombée est très variable. Cette variation dépend du type de cristaux favorisés par la température dans la couche où la neige se forme, et du vent qui est un facteur limitatif à leur croissance. De plus, la température de l'atmosphère variant avec l'altitude, on a généralement une variété de types de flocons. Finalement, la friction près du sol par le déplacement dû au vent va briser certains cristaux et ainsi modifier le rapport entre la masse des flocons et l'air contenu dans la congère.

Les statistiques donnent une moyenne de 110 kg/m3, avec un écart type de 40 kg qui confirme le caractère dispersé de ce critère. Le rapport entre la hauteur d'eau dans un nivomètre provenant de la masse de neige et la hauteur mesurée au sol de cette neige est ainsi souvent donné comme 1 mm pour 1 cm (rapport ¹⁄₁₀). Cependant, des études canadiennes et américaines montrent que ce rapport varie entre ¹⁄₃ (température très élevée) et ¹⁄₃₀ (temps très froid)²⁰.

Des études récentes ont montré que certaines bactéries (dites glaçogènes) jouent un rôle important dans la formation des cristaux de glace ou de neige. Ces bactéries sont normalement épiphytes (pseudomonas sp. par exemple) mais peuvent parfois être pathogènes. Elles sont identifiées dans de nombreux échantillons de neige en France, en Amérique du Nord et en Antarctique²¹.

Plaquette hexagonale.
Colonne
Cristal à six pointes longues
Cristal hexagonal présentant des extensions dendritiques.
Cristal hexagonal de neige avec de larges branches.
Cristal hexagonal type P1 observé à la loupe binoculaire.
Empreinte de cristal de type P1b.

Les diverses générations d'un cristal d'eau dans la neige

La formation et l'évolution des cristaux intègrent²² :

les multiples degrés de liberté d'association chimique des molécules d'eau ; l'expression de ces possibilités est favorisée par la relative lenteur de cristallisation : une dizaine de minutes à quelques heures. Ceci est à la base de l'extrême diversité des formes créées ;
les diverses conditions météorologiques rencontrées entre la formation et la disparition :
- conditions du niveau de formation, avant les précipitations,
- conditions des couches atmosphériques traversées,
- conditions au niveau du sol, s'il est atteint.

La faiblesse des liens entre molécules d'eau rend ces cristaux très sensibles à toute modification de leur environnement. On peut considérer le cristal de neige comme instable et qu'il doit être en phase de cristallisation pour conserver sa forme, si bien que des recombinaisons se produisent dès que celle-ci s'interrompt. Cette vive sensibilité rend difficile l'observation microscopique des cristaux sans précautions particulières.

Conditions du niveau de formation

La neige commence en altitude dans un nuage où la température est sous le point de congélation (0 °C) autour d'un noyau glacigène. Les paramètres des mouvements d'air ascendants conditionnent particulièrement la durée de cristallisation et les possibilités de pénétration dans des couches différentes par leur hygrométrie, température, pression, ... À ce niveau, des cristaux peuvent fondre, se sublimer, se combiner, mais aussi se trouver recouverts d'eau en surfusion ; les cristaux se couvrent de nodules d'abord invisibles mais qui peuvent dans certains cas leur donner un aspect de « fleur de mimosa »²².

Même si l'air n'est pas ascendant, la résistance qu'il oppose parfois demande l'agglomération de plusieurs cristaux avant que les précipitations ne se déclenchent.

Conditions des précipitations

Articles détaillés : flocon de neige et Bourrasque de neige.

La turbulence et l'hygrométrie vont en particulier régir la disparition (fonte ou sublimation) des cristaux et des flocons ou au contraire leur agglomération progressive. Des flocons partiellement liquéfiés peuvent également subir une cristallisation brutale à la rencontre d'une atmosphère plus froide ; si le phénomène est massif, on parle de grésil.

La variation des paramètres météorologiques avec l'altitude se caractérise tout spécialement par la détermination de la fameuse limite pluie/neige.

Conditions de cristallisation au sol

Sous les latitudes tempérées (sol « chaud »), le fort pouvoir isolant de la neige associé encore à l'albédo rend possible la création rapide d'un gradient thermique entre le sol chaud et isolé et la surface réfléchissante froide ; il peut atteindre 20 °C. Or on constate que les cristaux d'une couche de neige, dans un gradient de température, rentrent dans un processus de recristallisation se traduisant par un accroissement de la taille moyenne des cristaux. De ce point de vue, on considère qu'une épaisseur de quinze centimètres suffit à l'établissement d'un gradient.

Les conditions de cristallisations étant bien différentes de celles de la haute atmosphère, la cristallisation au sol produit des formes nouvelles mais moins élaborées.

Jour de neige

Un jour de neige est une période de 24 heures représentant un jour climatologique et au cours duquel on observe une chute de neige. Le nombre de jours et la quantité de neige annuels font partie du type de climat.

Odeur de la neige

Même si en hiver, l'air froid et sec crée un environnement pauvre en odeurs car elles sont moins volatiles, la neige présente un léger parfum. Les sensations olfactives liées à l'humidité combinées à la sensation physique de respirer de l'air froid permettent de lui donner une identité propre. Au fil du temps, la neige absorbe des composés provenant de l'air et marginalement du sol, ce qui complexifie son arôme et augmente sa puissance. Elle prend alors les caractéristiques de son environnement. Lorsque la neige est sur le point de tomber, l'air est un peu plus chaud et plus humide, ce qui favorise la diffusion des odeurs et procure une sensation particulière. De plus, en réchauffant le sol et l'air, le changement climatique favorise la circulation et l'intensité des molécules odorantes, ce qui modifie l'odeur de la neige²³^,²⁴.

Le parfumeur Christopher Brosius de Demeter Fragrance Library (en) a créé un parfum appelé « Snow » où il tente de recréer la senteur de la première chute de neige de l'année. Il la qualifie de terreuse, humide, légèrement verte et poussiéreuse²³.

Évolution du manteau neigeux

Article détaillé : Manteau neigeux.

L'accumulation de la neige au niveau du sol, par chutes de neige ou transportée par le vent, produit le manteau neigeux. Celui-ci est constitué de strates d'épaisseurs et de qualité de neige très variables, selon les conditions météorologiques de chaque hiver, selon l'altitude et l'exposition au soleil. Dans chaque strate les cristaux évoluent, se transforment plus ou moins rapidement : ce sont les métamorphoses de la neige.

Le manteau neigeux se réduit et disparaît avec la fonte printanière.

Une neige subite
Corniche de neige
Neige dans le Luberon (France).
Neige fraîche sur une branche mince Cracovie (Pologne).
Montagne des Alpes enneigée.
Chute de neige.
Église dans la neige.
Neige dans l'art : les fontaines de la Place du Théâtre-Français par Maurice De Meyer (1911-1999).

Aspects écologiques

Bilan énergétique

L'énergie solaire contribue au réchauffement des sols de manière inégale. Un facteur important est l'albédo qui mesure la part réfléchie du rayonnement. L'albédo moyen sur Terre est de 0,28. Comme la neige fraîche est d'un blanc particulièrement pur, elle fait grimper l'albédo à 0,85. Cela implique une réflexion importante des rayons lumineux du Soleil, donc un moindre apport d'énergie. La neige ancienne gardant un albédo de 0,60, on comprend que les sols enneigés tendent à rester froids en surface, donc à garder leur manteau.

A contrario, les forêts de résineux profitent de leur albédo faible (0,12) et de la lumière réfléchie pour libérer leurs branches.

L'eau de neige

La fonte de la neige.

La neige se transforme très lentement en eau liquide. L'eau de neige pénètre donc beaucoup mieux dans le sol et profite davantage aux nappes phréatiques que l'eau de pluie.

Ce bénéfice est parfois contrarié par un radoucissement rapide accompagné de pluies, situation qui conduit souvent à des inondations parfois catastrophiques.

Rôle protecteur

La neige est un excellent isolant thermique, car elle renferme une grande quantité d'air. Par sa présence, les écarts de température sont diminués et le sol gèle moins en profondeur. Souris et campagnols vivent dans l'espace subnival sombre et tranquille, se déplaçant sans cesse dans un réseau de tunnels et grignotant les tiges des plantes.

De même, la végétation couverte de neige est protégée des fortes gelées. Certaines plantes d'altitude continuent leur activité pendant l'hiver. Galanthus nivalis (un perce-neige) est capable de traverser une certaine épaisseur de neige pour fleurir. Quand l'épaisseur est trop forte, l'allongement des tiges se fait à l'horizontale et dans tous les sens et c'est seulement quand ils sont libérés que les pédoncules se redressent.

Les Inuits ont tiré profit de cette propriété pour leur maison de neige, l'igloo. De structure hémisphérique, l'habitation est construite en disposant des blocs de neige durcie. Le sommet est réservé à un bloc de glace translucide et le tout est consolidé avec de l'eau glacée. Même par -40 °C, la température intérieure au sol est de -5 °C. Toutefois, l'igloo n'est qu'un abri temporaire de chasse et non la maison réelle de l'Inuit.

Pareillement, la neige abrite de petits animaux comme les vers de neige. Ceux-ci profitent des réserves d'air pour creuser de petits tunnels souterrains et se mettre à l'abri du gel.

Aspects géographiques

Sur la Terre, des zones sont enneigées, recouvertes de neige, essentiellement en fonction de leur latitude, de leur altitude, de leur exposition au soleil, de la saison.

Zones de neige

Pays recevant de la neige :

Sur tout le territoire.
En dessous de 500 mètres, mais pas sur tout le territoire (notamment certaines régions côtières ou désertiques).
Rarement en dessous de 500 mètres.
Uniquement au-dessus de 500 mètres.
Uniquement au-dessus de 2 000 mètres.
Sans neige.

Il neige relativement très peu dans les régions équatoriales et tropicales. On a coutume de considérer que les 35^e parallèles délimitent cette région où seules les montagnes reçoivent de la neige. Le Cayambe, sommet équatorien de 5 790 m, est régulièrement enneigé bien qu'il soit exactement à la latitude 0.

Plus on se rapproche des pôles, plus la nivosité augmente en général mais elle diminue dans les régions polaires car l'humidité y devient trop faible, emprisonnée dans les glaces. Par ailleurs, les zones côtières sont relativement épargnées par la neige, car les températures y sont tempérées par celle de la mer, mais l'humidité contenue dans le flux marin peut être transportée sur le continent et y donner de fortes chutes. C'est donc dans les régions tempérées et montagneuses mais en flux de la mer qu'on relève des chutes record :

plus forte chute en 24 heures : 2,56 mètres à Capracotta, en Italie, le 5 mars 2015²⁵ ;
plus importante en un mois civil : en janvier 1911, Tamarack (Californie) a reçu 9,91 mètres de neige, ce qui a entraîné un manteau neigeux de 11,46 mètres d'épaisseur en mars (la plus grande épaisseur mesurée en Amérique du Nord)²⁶^,²⁷ ;
enneigement maximum du 1^er juillet au 30 juin : 28,96 m, mont Baker, Washington (États-Unis) durant l'hiver 1998-1999²⁸ ;
enneigement maximum sur une période d'un an (quel que soit le début) : 31,5 mètres mont Rainier, Washington (États-Unis), du 19 février 1971 au 18 février 1972²⁹.
plus épais manteaux neigeux enregistré : 11,82 mètres sur le mont Ibuki, Japon, le 14 février 1927³⁰.

Neiges éternelles

Quand la couverture neigeuse ne parvient pas à fondre totalement à la saison chaude, on parle classiquement de neiges éternelles ou plus exactement de neiges permanentes. Cette neige s'installe à des altitudes très variables en fonction de la situation géographique sur la Terre, de zéro à plus de 5 000 m, en fonction notamment de la latitude, de l'exposition au soleil du site et de l'accumulation hivernale de la neige. Cette situation existe sur la plupart des hauts sommets et près des pôles. Tassées et fondant partiellement, ces neiges se transforment en névés puis en glaciers. La glace continentale des pôles s'appelle inlandsis, les icebergs qui s'en détachent sont donc constitués d'eau douce, au contraire de la banquise qui se forme sur l'eau de mer. L'eau de mer se dessale en gelant (« expulsion » du sel vers les eaux plus profondes).

Le cas de la couverture de neige du Kilimandjaro, point culminant de l'Afrique, est souvent montré comme un révélateur du réchauffement de la planète³¹. Au cours du XX^e siècle, elle a perdu 82 % de sa superficie³². Elle a perdu en moyenne 17 mètres d'épaisseur entre 1962 et 2000³³. Elle est de plus en plus ténue et devrait disparaître totalement d'ici à 2020 selon les experts de la NASA³⁴ et le paléoclimatologue Lonnie Thompson, professeur à l'université de l'État de l'Ohio³⁵^,³⁶^,³⁷ ou d'ici 2040 selon une équipe scientifique autrichienne de l'université d'Innsbruck³⁸, voire 2050 pour la California Academy of Sciences.

Aspects économiques

Avantages

L'arrivée de la neige est source d'excitation chez les plus jeunes, pour qui la construction de bonshommes de neige ou la bataille de boules de neige sont des activités ludiques immédiates.

La neige offre de larges domaines glissants. Elle permet ainsi de nombreux loisirs plus ou moins sportifs : ski (alpin, de fond, extrême), luge, snowboard, raquette à neige. Dans les stations, les pistes sont damées et des moyens de transport sont prévus pour amener les skieurs (remontées mécaniques : téléskis, télésièges, téléphériques). L'engouement pour ces loisirs a motivé l'invention du canon à neige pour allonger la période du ski.

Les propriétés de glisse sont aussi utilisées dans les régions arctiques pour le déplacement et le transport par traîneau ou motoneige.

Elle permet lors des fontes, de bien recharger les nappes phréatiques et de manière plus efficace que la pluie car cette dernière a souvent tendance à ruisseler ou à être absorbée par les plantes.

Inconvénients

Articles détaillés : Déneigement et Avalanche.

La neige perturbe la circulation des véhicules, surtout quand elle tombe dans des régions inhabituelles. En France, les routes sont classées en quatre niveaux de priorité, les routes de niveau 1 étant traitées 24 h sur 24 si nécessaire. Un traitement préventif est possible par épandage de saumure. Le traitement curatif est basé sur le raclage suivi d'un salage. La quantité de sel est limitée en raison de la pollution engendrée. Cette saumure a aussi tendance à favoriser la corrosion des véhicules. On utilise un chasse-neige pour déblayer les routes.

En hiver, de nombreux cols sont fermés à la circulation de façon plus ou moins durable ou restreints aux véhicules équipés de chaînes à neige. Les cols les plus élevés ont une fermeture annuelle programmée.

Dans certains lieux, chacun est requis de déblayer le trottoir devant son habitation, soit parce que les chutes de neige y sont peu fréquentes et qu'il y a donc un manque d'équipement de la ville, comme à Vancouver, soit pour responsabiliser les propriétaires voisins en cas de glissade et chute d'un piéton.

En cas de nivosité inhabituelle, le poids de la neige peut entraîner des surcharges de certaines constructions. Les câbles et pylônes électriques peuvent être endommagés par l'accumulation de neige collante, entraînant des coupures de courant. Dans ce cas le poids peut dépasser les 20 kg/m de conducteur électrique, alors que la masse habituelle oscille entre 100 g à 5 kg/m de conducteur électrique³⁹.

Au Québec et dans plusieurs régions du Canada, l'hiver 2007-2008 passera à l'histoire comme étant celui des records de neige. L'exemple le plus spectaculaire est celui de la ville de Québec qui aura reçu 558 cm de neige, alors que la quantité moyenne reçue durant un hiver est de 316 cm. Cependant, la ville de Sept-Îles, située plus au nord, a reçu un record de 762 cm durant l'hiver 1968-1969⁴⁰.

Chasse-neige dans la ville de Québec.
La neige abondante au Québec durant l'hiver 2007-2008 cause des problèmes de déneigement et crée des accumulations importantes devant les maisons.
Neige sur un parking illuminée par des lampes à vapeur de sodium, à Lysekil, en Suède.

Neige et environnement

La neige joue un rôle climatique important de par son albédo et sa place dans le cycle de l'eau. Quand la couche est épaisse et durable, elle limite les capacités d'alimentation d'un certain nombre d'espèces. De plus leurs traces visibles rendent leur chasse plus facile. En France en temps de neige la chasse du petit gibier sédentaire est en théorie interdite. En pratique, il est parfois difficile de différencier chez les oiseaux les petits migrateurs des sédentaires.

Une espèce d'éphémère émerge de l'eau en hiver, et peut être aperçue sur la neige. C'est peut-être une stratégie payante retenue par l'évolution et la sélection naturelle, permettant à l'insecte d'émerger puis pondre à un moment où ses prédateurs habituels (surtout des oiseaux et chauve-souris insectivores) sont absents ou endormis.

Le sel de déneigement a des impacts environnementaux encore mal cernés, mais a priori devenus non négligeables.

Neige rouge

Article détaillé : Sang des glaciers.

Sur certaines étendues de vieille neige comme les glaciers, la neige peut prendre une coloration rouge ochracé nommée sang des glaciers. Il s'agit d'une efflorescence algale causée par des algues vertes composées de chlorophylle et de pigments rouges ou orange. Plusieurs espèces sont à l'origine de ce phénomène, la principale étant Chlamydomonas nivalis⁴¹.

Neige noire

Article détaillé : Neige noire.

La neige noire est le noircissement des calottes glaciaires, couches neigeuses, glaciers, et banquise dû aux particules de suie. Les particules de suie sont émises par les combustions incomplètes de combustibles fossiles et de la biomasse⁴².

En février 2019, la région du Kouzbass a été recouverte de neige noire. Les habitants des villes de Kisseliovsk, Leninsk-Kouznetski et Prokopievsk, dont l'espérance de vie est inférieure de 3 à 4 ans à celle de la moyenne nationale russe, accusent la poussière de charbon de ce phénomène⁴³^,⁴⁴^,⁴⁵.

Microplastiques

En 2019, une étude de prélèvements réalisés dans le détroit de Fram au Groenland, dans les Alpes suisses et à Brême de 2015 à 2017 a mis en évidence la présence de microplastique dans les échantillons de neige/glace⁴⁶. Les concentrations étaient significativement moindres dans l’Arctique mais quand même importantes. Il semble que ces particules furent transportées par voie aérienne par le vent ou les précipitations.

Unicode

En Unicode, il existe plusieurs symboles relatifs à la neige dans la table « casseau »⁴⁷ :

U+2744 : ❄, flocon de neige
U+2745 : ❅, flocon de neige à trois folioles transpercé
U+2746 : ❆, gros flocon de neige à chevrons

Calendrier républicain

Dans le calendrier républicain, la Neige était le nom attribué au 1^er jour du mois de nivôse⁴⁸.

Notes et références

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Villeneuve 1980, p. 297.
Villeneuve 1980, p. 352.
Magdeleine Moureau et Gerald Brace, Dictionnaire des sciences de la terre : Comprehensive dictionary of earth science, Paris, TECHNIP, 2000, 1035 p. (ISBN 2-7108-0749-1), p. 467
Collectif, Règles NV 65 modifiées 99 et N 84 modifiées 95 : Règles définissant les effets de la neige et du vent sur les constructions, Paris, Eyrolles, 2011, 13^e éd., 387 p. (ISBN 978-2-212-14580-9 et 2-212-14580-2, lire en ligne [archive])
Jean Charles Thilorier, Système universel : De l'univers et de ses phénomènes, t. III, Paris, 1815, 442 p., p. 159
Benoît Ildefonse, Catherine Allain et Philippe Coussot, Des grands écoulements naturels à la dynamique du tas de sable : Introduction aux suspensions en géologie et en physique, Antony, CEMAGREF, 1997, 255 p. (ISBN 2-85362-485-4, lire en ligne [archive]), p. 90
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Définitions lexicographiques [archive] et étymologiques [archive] de « neige » (sens I, A) dans le Trésor de la langue française informatisé, sur le site du Centre national de ressources textuelles et lexicales [consulté le 16 janvier 2018].
Entrée « neige » [archive] (sens 1) dans le Dictionnaire de français, en ligne sur le site des éditions Larousse [consulté le 16 janvier 2018].
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Table des caractères Unicode - casseau (Intervalle : 2700–27BF) [archive], sur le site d’Unicode.

Ph. Fr. Na. Fabre d'Églantine, Rapport fait à la Convention nationale dans la séance du 3 du second mois de la seconde année de la République Française [archive], p. 22.

Voir aussi

Galerie : Galerie de cristaux de neige

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Bibliographie

Kenneth Libbrecht, « La formation des cristaux de neige », Pour la Science, n^o 352, février 2007, pp. 32-39.
Kenneth Libbrecht, Ken Libbrecht's Field Guide to Snowflakes, Saint-Paul (Minnesota), MBI Pub., 2006, 112 p. (ISBN 9780760326459)
G. Oscar Villeneuve, Glossaire de météorologie et de climatologie, Québec, Presses de l'Université Laval, 1980, 653 p. (ISBN 978-2-7637-6896-0, lire en ligne [archive]).

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Volcan

Ne doit pas être confondu avec Volcan de boue.

Le cratère fumant du Bromo (second plan) et le Semeru en éruption (dernier plan) à Java en Indonésie, en juillet 2004.

Le volcan Sarytchev, sur l'île Matoua, en éruption, le 12 juin 2009.

Un volcan est une structure géologique qui résulte de la montée d'un magma puis de l'éruption de matériaux (gaz et lave) issus de ce magma, à la surface de la croûte terrestre ou d'un autre astre. Il peut être aérien ou sous-marin.

La Smithsonian Institution recense 1 432 volcans actifs dans le monde¹, dont une soixantaine en éruption chaque année². Mais cela ne tient pas compte de la plupart des volcans sous-marins qui ne sont pas accessibles à l'observation, qui sont plus nombreux. Un grand nombre a été mis en évidence ailleurs dans le système solaire.

Entre 500 et 600 millions de personnes vivent sous la menace d'une éruption. Environ dix pour cent des humains sont menacés par les activités volcaniques³. Pour prévenir ce risque naturel, il faut comprendre la formation des volcans et le mécanisme des éruptions. C'est le sujet de la volcanologie. On peut dire vulcanologie.

Le magma provient de la fusion partielle du manteau et exceptionnellement de la croûte terrestre. L'éruption peut se manifester, de manière plus ou moins combinée, par des émissions de lave, par des émanations ou des explosions de gaz, par des projections de téphras, par des phénomènes hydromagmatiques, etc. Les laves refroidies et les retombées de téphras constituent des roches éruptives qui peuvent s'accumuler et atteindre des milliers de mètres d'épaisseur formant ainsi des montagnes ou des îles. Selon la nature des matériaux, le type d'éruption, la fréquence d'éruption et l'orogenèse, les volcans prennent des formes variées, la plus typique étant celle d'une montagne conique couronnée par un cratère ou une caldeira. La définition de ce qu'est un volcan a évolué au cours des derniers siècles en fonction de la connaissance que les géologues en avaient et de la représentation qu'ils pouvaient en donner⁴.

Les volcans sont souvent des édifices complexes qui ont été construits par une succession d'éruptions et qui, dans la même période, ont été partiellement démolis par des phénomènes d'explosion, d'érosion ou d'effondrement. Il est ainsi fréquent d'observer diverses structures superposées ou emboîtées.

Au cours de l'histoire d'un volcan, les types d'éruptions peuvent varier, entre deux types opposés :

les éruptions effusives, avec des coulées de laves fluides, qui sont en général les moins dangereuses ;
les éruptions explosives, plus meurtrières.

Les bases de données scientifiques classifient le plus souvent les volcans par leur morphologie et/ou leur structure. La classification par type d'éruption reste difficile même si elle peut apparaître chez quelques auteurs français.

Étymologie

Le substantif masculin « volcan » est un emprunt à l'espagnol volcán, substantif masculin de même sens⁵, issu, par l'intermédiaire de l'arabe burkān, du latin Vulcanus, nom de Vulcain, le dieu romain du feu, et de Vulcano, une des îles Éoliennes, archipel volcanique au large de la Sicile⁶.

Caractéristiques

Structures et reliefs

Schéma structural d'un volcan type.

Un volcan est formé de différentes structures que l'on retrouve en général chez chacun d'eux :

une chambre magmatique alimentée par du magma venant du manteau et jouant le rôle de réservoir et de lieu de différenciation du magma. Lorsque celle-ci se vide à la suite d'une éruption, le volcan peut s'affaisser et donner naissance à une caldeira. Les chambres magmatiques se trouvent entre dix et cinquante kilomètres de profondeur dans la lithosphère⁷^{[source insuffisante]} ;
une cheminée volcanique qui est le lieu de transit privilégié du magma de la chambre magmatique vers la surface ;
un cratère ou une caldeira sommitale où débouche la cheminée volcanique ;
une ou plusieurs cheminées volcaniques secondaires partant de la chambre magmatique ou de la cheminée volcanique principale et débouchant en général sur les flancs du volcan, parfois à sa base ; elles peuvent donner naissance à de petits cônes secondaires ;
des fissures latérales qui sont des fractures longitudinales dans le flanc du volcan provoquées par son gonflement ou son dégonflement^{[réf. nécessaire]} ; elles peuvent permettre l'émission de lave sous la forme d'une éruption fissurale.

Matériaux émis

Tous les volcans en activité émettent des gaz, mais pas toujours des matériaux solides (laves, tephra). C'est le cas du Dallol qui n'émet que des gaz chauds.

Gaz volcaniques

Article détaillé : Gaz volcaniques.

Des fumerolles dont le nuage trahit la présence d'eau et les cristaux la présence de soufre dans les gaz volcaniques.

Les gaz volcaniques sont principalement composés de⁸ :

vapeur d'eau à teneur de 50 à 90 % ;
dioxyde de carbone à teneur de 5 à 25 % ;
dioxyde de soufre à teneur de 3 à 25 %.

Puis viennent d'autres éléments volatils comme le monoxyde de carbone, le chlorure d'hydrogène, le dihydrogène, le sulfure d'hydrogène, etc. Le dégazage du magma en profondeur peut se traduire à la surface par la présence de fumerolles autour desquelles des cristaux, le plus souvent de soufre, peuvent se former.

Ces émissions proviennent d'un magma qui contient ces gaz dissous. Le dégazage des magmas qui progresse sous la surface du sol est un phénomène déterminant dans le déclenchement d'une éruption et dans le type éruptif. Le dégazage fait monter le magma le long de la cheminée volcanique ce qui peut donner le caractère explosif et violent d'une éruption en présence d'un magma visqueux.

Tephras et laves

Articles détaillés : Tephra, Lave et Roche volcanique.

Lave ʻaʻā émise par le Kīlauea à Hawaï aux États-Unis.

Selon que le magma provient de la fusion du manteau ou d'une partie de la lithosphère, il n'aura ni la même composition minérale, ni la même teneur en eau ou en gaz volcaniques, ni la même température. De plus, selon le type de terrain qu'il traverse pour remonter à la surface et la durée de son séjour dans la chambre magmatique, il va soit se charger soit se décharger en minéraux, en eau et/ou en gaz et va plus ou moins se refroidir. Pour toutes ces raisons, les tephras et les laves ne sont jamais exactement les mêmes d'un volcan à un autre, ni même parfois d'une éruption à une autre sur le même volcan, ni au cours d'une éruption, qui voit généralement la lave la plus transformée et donc la plus légère émise au début.

Les matériaux émis par les volcans sont généralement des roches composées de microlites noyés dans un verre volcanique. Dans le basalte, les minéraux les plus abondants sont la silice, les pyroxènes et les feldspaths alors que l'andésite est plus riche en silice et en feldspaths. La structure de la roche varie également : si les cristaux sont fréquemment petits et peu nombreux dans les basaltes, ils sont en revanche généralement plus grands et plus nombreux dans les andésites, signe que le magma est resté plus longtemps dans la chambre magmatique⁹. 95 % des matériaux émis par les volcans sont des basaltes ou des andésites.

Le matériau le plus connu émis par les volcans est la lave sous forme de coulées. De type basaltique provenant de la fusion du manteau dans le cas d'un volcanisme de point chaud, de dorsale ou de rift¹⁰ ou andésitique provenant de la fusion de la lithosphère dans le cas d'un volcanisme de subduction¹¹, plus rarement de type carbonatique¹², elles sont formées de laves fluides qui s'écoulent le long des flancs du volcan. La température de la lave est comprise entre 700 et 1 200 °C¹³ et les coulées peuvent atteindre des dizaines de kilomètres de longueur, une vitesse de cinquante kilomètres par heure et progresser dans des tunnels de lave. Elles peuvent avoir un aspect lisse et satiné, appelée alors « lave pāhoehoe » ou « lave cordée », ou un aspect rugueux et coupant, appelée alors « lave ʻaʻā ». Les coulées de ces laves, faisant parfois plusieurs mètres d'épaisseur, peuvent mettre des dizaines d'années à se refroidir totalement¹⁴. Dans certains cas exceptionnels, de la lave en fusion peut remplir le cratère principal ou un cratère secondaire et former un lac de lave. La survie des lacs de lave résulte d'un équilibre entre apport de lave venant de la chambre magmatique et débordement à l'extérieur du cratère associé à un brassage permanent par des remontées de gaz volcaniques afin de limiter le durcissement de la lave. Ces lacs de lave ne naissent que lors d'éruptions hawaïennes, la grande fluidité de la lave permettant la formation et le maintien de ces phénomènes. Le Kīlauea à Hawaï et le Piton de la Fournaise à La Réunion sont deux volcans qui possèdent des lacs de lave lors de certaines de leurs éruptions. L'Erta Ale en Éthiopie et le mont Erebus en Antarctique sont parmi les seuls volcans au monde à posséder un lac de lave de manière quasi permanente. Lors de certaines éruptions de l'Erta Ale, son lac de lave se vide ou au contraire son niveau remonte jusqu'à déborder et former des coulées sur les pentes du volcan¹⁵.

Bombe volcanique sur un lit de tephras (cendres et scories) sur les pentes du Capelinhos aux Açores, Portugal

Le plus souvent, les matériaux volcaniques sont composés de tephras ; ce sont les cendres volcaniques, les lapilli, les scories, les pierres ponces, les bombes volcaniques, les blocs rocheux ou basaltiques, les obsidiennes, etc. Il s'agit de magma et de morceaux de roche arrachés du volcan qui sont pulvérisés et projetés parfois jusqu'à des dizaines de kilomètres de hauteur dans l'atmosphère. Les plus petits étant les cendres, il leur arrive de faire le tour de la Terre, portées par les vents dominants. Les bombes volcaniques, les éjectas les plus gros, peuvent avoir la taille d'une maison et retombent en général à proximité du volcan. Lorsque les bombes volcaniques sont éjectées alors qu'elles sont encore en fusion, elles peuvent prendre une forme en fuseau lors de leur trajet dans l'atmosphère, en bouse de vache lors de leur impact au sol ou en croûte de pain en présence d'eau¹⁶. Les lapilli, qui ressemblent à de petits cailloux, peuvent s'accumuler en épaisses couches et former ainsi la pouzzolane. Les pierres ponces, véritable mousse de lave, sont si légères et contiennent tellement d'air qu'elles peuvent flotter sur l'eau. Enfin quand de fines gouttes de laves sont éjectées et portées par les vents, elles peuvent s'étirer en de longs filaments appelés « cheveux de Pélé ».

Origine des matériaux émis

Article détaillé : Magma.

Les matériaux émis proviennent d'un magma. Le magma est de la roche fondue située dans le sous-sol et contenant des gaz dissous qui seront libérés lors de la progression du liquide et à cause de la baisse de pression qui en découle. Lorsque le magma arrive en surface et perd ses gaz, on parle de lave.

Le magma a une consistance fluide à visqueuse. Il s'est formé à partir de la fusion partielle du manteau ou plus rarement de la croûte. L'origine peut être :

une décompression comme dans une dorsale
un apport d'eau comme dans une zone de subduction.
une augmentation de température dans le cas d'un enfouissement de roches conséquente à des mouvements tectoniques.

Généralement, ce magma remonte vers la surface en raison de sa densité plus faible et se stocke dans la lithosphère en formant une chambre magmatique. Dans cette chambre, il peut subir une cristallisation totale ou partielle et/ou un dégazage qui commence à le transformer en lave. Si la pression et la cohésion des terrains qui le recouvrent deviennent insuffisantes pour le contenir, il remonte le long d'une cheminée volcanique (où la baisse de pression due à la remontée produit un dégazage qui diminue encore la densité de l'émulsion résultante) pour être émis sous forme de lave, c'est-à-dire totalement ou partiellement dégazé¹⁷.

La présence d'eau dans le magma modifie significativement, voire complètement, le dynamisme volcanique et les propriétés rhéologiques des magmas. Elle abaisse notamment le seuil de mélange de près de 200 °C entre des magmas saturés en eau et son exsolution (formation de bulles lorsqu'il remonte vers la surface) entraîne une réduction significative des viscosités. Les magmas terrestres peuvent contenir jusqu'à 10 % de leur poids en eau (principalement dans leurs minéraux sous forme hydroxylée supercritique, du type amphibole) et il y a, selon les modèles, l'équivalent d'un à sept océans terrestres dans le manteau, si bien que les volcanologues parlent de plus en plus d'hydrovolcanisme et d'hydrovolcanologie¹⁸.

Classifications des volcans

Il existe plusieurs manières de classer les volcans mais leur diversité est tellement grande qu'il y a toujours des exceptions ou des intermédiaires entre plusieurs catégories¹⁹. Les classifications les plus courantes distinguent des types de volcans suivant la morphologie²⁰, la structure⁸ et parfois le type d'éruption :

Selon la morphologie et la structure

volcan bouclier lorsque son diamètre est très supérieur à sa hauteur en raison de la fluidité des laves qui peuvent parcourir des kilomètres avant de s'arrêter ; le Mauna Kea, l'Erta Ale ou le Piton de la Fournaise en sont des exemples²¹ ;
stratovolcan lorsque son diamètre est plus équilibré par rapport à sa hauteur en raison de la plus grande viscosité des laves ; il s'agit des volcans aux éruptions explosives comme le Vésuve, le mont Fuji, le Merapi ou le mont Saint Helens²² ;
volcan fissural formé par une ouverture linéaire dans la croûte terrestre ou océanique par laquelle s'échappe de la lave fluide ; les volcans des dorsales se présentent sous forme de fissure comme les Lakagígar ou le Krafla²³ ;
dôme volcanique (Puy de Dôme)⁸, grand dôme volcanique formé par l'accumulation et le refroidissement d'une lave visqueuse ;
caldeira²⁰, vaste dépression due à l'effondrement des roches au-dessus d'une chambre magmatique : Champs Phlégréens, le Santorin⁸, caldeira de Yellowstone ;
cône de scories²⁴, accumulation de matière éjectée autour d'un cratère : Puy de Pariou ;
cratère d'explosion, dépression due à une ou plusieurs explosions. Il n'y a pas de cône : Dallol²⁵. Lorsque la dépression est remplie par un lac, on appelle cela un maar : Gour de Tazenat.

Comme toute classification de phénomènes naturels, beaucoup de cas sont intermédiaires entre les types purs : l'Etna ressemble à un stratovolcan posé sur un volcan bouclier, Hekla est à la fois un stratovolcan et un volcan fissural. Dans Volcanoes of the World, Tom Simkin and Lee Siebert listent 26 types morphologiques¹⁹.

Si on considère des zones plus larges comportant souvent plusieurs volcans, on peut distinguer :

les complexes de caldeira rhyolitiques, comme la caldeira de Yellowstone, qui n'ont pas d'édifice volcanique ;
les champs monogéniques volcaniques, qui présentent de multiples édifices comme des cônes de scories édifiés chacun en une seule fois ;
les trapps, grands plateaux formés par l'accumulation de lave sur une très grandes surfaces ;
les dorsales médio-océaniques.

Selon le type d'éruption

Cette classification simpliste, absente de la littérature scientifique, est notamment utilisée en vulgarisation, dans les médias grand public, et pour une première approche pédagogique scolaire. Selon l'université de l'Oregon, il faudrait au moins six catégories pour englober plus de 90 % des volcans²⁶. Dans ce type de classement, on retient en général pour un volcan le type d'éruption le plus récent ou le plus fréquent, faisant abstraction de la longue et complexe histoire éruptive du volcan.

Article détaillé : Éruption volcanique#Types d'éruptions volcaniques.

Ce mode de classification, largement contesté²⁷^,²⁸^,²⁹, répartit le plus souvent les volcans en deux catégories :

les volcans effusifs, ou « volcans rouges », aux éruptions relativement calmes qui émettent des laves fluides sous la forme de coulées. Ce sont les volcans de « point chaud », et les volcans d'« accrétion » principalement représentés par les volcans sous-marins des dorsales océaniques. Les volcans boucliers sont rangés dans cette catégorie ;
les volcans explosifs, ou « volcans gris », aux éruptions explosives qui émettent des laves pâteuses et des cendres sous la forme de nuées ardentes ou coulées pyroclastiques et de panaches volcaniques. Ils sont principalement associés au phénomène de subduction comme les volcans de la ceinture de feu du Pacifique. Les stratovolcans sont rangés, en simplifiant beaucoup, dans cette catégorie.

Fréquence des éruptions

Article détaillé : Activité d'un volcan.

La « naissance » d'un volcan correspond à sa première éruption volcanique qui le fait sortir de la lithosphère. La naissance d'un nouveau volcan est un phénomène qui se produit plusieurs fois par siècle. Il a pu être observé en 1943 avec le Paricutín : une fracture laissant s'échapper des gaz volcaniques et de la lave dans un champ a donné naissance à un volcan de 460 mètres de haut en neuf mois. En 1963, le volcan sous-marin de Surtsey émergea au sud de l'Islande formant ainsi une nouvelle île et un nouveau volcan terrestre.

Il n'y a pas de consensus chez les volcanologues quant à la définition de l'activité d'un volcan³⁰.

Un volcan est qualifié d'éteint lorsque sa dernière éruption remonte à plus de 10 000 ans, d'endormi lorsqu'il a connu sa dernière éruption entre 10 000 ans et il y a quelques centaines d’années et d'actif lorsque sa dernière éruption remonte à quelques décennies au maximum³¹.

De manière générale, les volcans connaissent plusieurs éruptions au cours de leur vie. Leur fréquence est très variable selon le volcan : certains ne connaissent qu'une éruption en plusieurs centaines de milliers d'années comme le supervolcan de Yellowstone, tandis que d'autres sont en éruption permanente comme le Stromboli en Italie ou le Merapi en Indonésie.

Il arrive que des volcans ne connaissent qu'une seule éruption. On parle alors de volcans monogéniques. La majorité des volcans de la Chaîne des Puys dans le Massif central sont de ce type, s'étant formés entre 11500 av. J.-C. et 5000 av. J.-C. au cours d'une seule éruption pour chaque édifice volcanique.

La fréquence des éruptions permet d'évaluer l'aléa, c'est-à-dire la probabilité qu'une zone puisse subir une des manifestations d'une éruption. Cet aléa, combiné avec le type de manifestation volcanique et la présence de populations et sa vulnérabilité, permet d'évaluer le risque volcanique.

Origine du volcanisme

Répartition mondiale du volcanisme correspondant aux frontières des plaques tectoniques

D'après le modèle de la tectonique des plaques, le volcanisme est intimement lié aux mouvements des plaques tectoniques. En effet, c'est en général à la frontière entre deux plaques que les conditions sont réunies pour la formation de volcans.

Volcanisme de divergence

Schéma général des différents types de volcanisme associés aux mouvements des plaques tectoniques.

Dans le rift des dorsales, l'écartement de deux plaques tectoniques amincit la lithosphère, entraînant une remontée de roches du manteau. Celles-ci, déjà très chaudes à environ 1 200 °C, se mettent à fondre partiellement en raison de la décompression. Cela donne du magma qui s'infiltre par des failles normales. Entre les deux bords du rift, des traces d'activités volcaniques telle que des pillow lava ou « laves en coussin » se forment par une émission de lave fluide dans une eau froide. Ces roches volcaniques constituent ainsi une partie de la croûte océanique.

Dans les rifts continentaux, il se produit le même processus, à ceci près que la lave ne s'écoule pas sous l'eau et ne donne pas de laves en coussins. C'est le cas du volcanisme de la dépression de l'Afar.

Volcanisme de subduction

Schéma du volcanisme au niveau d'une convergence océan-continent.

Schéma du volcanisme au niveau d'une convergence océan-océan.

Lorsque deux plaques tectoniques se chevauchent, la lithosphère océanique, glissant sous l'autre lithosphère océanique ou continentale, plonge dans le manteau et subit des transformations minéralogiques. L'eau contenue dans la lithosphère plongeante s'en échappe alors et vient hydrater le manteau, provoquant sa fusion partielle en abaissant son point de fusion. Ce magma remonte et traverse la lithosphère chevauchante, créant des volcans. Si la lithosphère chevauchante est océanique, un arc volcanique insulaire se formera, les volcans donnant naissance à des îles. C'est le cas des Aléoutiennes, du Japon ou des Antilles. Si la lithosphère chevauchante est continentale, les volcans se situeront sur le continent, en général dans une cordillère. C'est le cas des volcans des Andes ou de la chaîne des Cascades. Ces volcans sont en général des volcans gris, explosifs et dangereux. Cela est dû à leur lave visqueuse car riche en silice, qui a du mal à s'écouler ; de plus les magmas qui remontent sont riches en gaz dissous (eau et dioxyde de carbone), dont la libération soudaine peuvent former des nuées ardentes. La « ceinture de feu du Pacifique » est formée en quasi majorité de ce type de volcan.

Volcanisme intra-plaque et de point chaud

Il arrive parfois que des volcans naissent loin de toute limite de plaque lithosphérique (il pourrait y avoir plus de 100 000 montagnes sous-marines de plus de 1 000 mètres³²). Ils sont en général interprétés comme des volcans de point chaud. Les points chauds sont des panaches de magma venant des profondeurs du manteau et perçant les plaques lithosphériques. Les points chauds étant fixes, alors que la plaque lithosphérique se déplace sur le manteau, des volcans se créent successivement et s'alignent alors, le plus récent étant le plus actif car à l'aplomb du point chaud. Lorsque le point chaud débouche sous un océan, il va donner naissance à un chapelet d'îles alignées comme c'est le cas pour l'archipel d'Hawaï ou des Mascareignes. Si le point chaud débouche sous un continent, il va alors donner naissance à une série de volcans alignés. C'est le cas du mont Cameroun et de ses voisins. Cas exceptionnel, il arrive qu'un point chaud débouche sous une limite de plaque lithosphérique. Dans le cas de l'Islande, l'effet d'un point chaud se combine à celui de la dorsale médio-atlantique, donnant ainsi naissance à un immense empilement de lave permettant l'émersion de la dorsale. Les Açores ou les Galápagos sont d'autres exemples de points chauds débouchant sous une limite de plaque lithosphérique, en l'occurrence des dorsales³³.

Néanmoins de nombreux volcans intra-plaque ne se présentent pas sur des alignements permettant d'identifier des points chauds profonds et permanents³⁴.

Déroulement classique d'une éruption

Article détaillé : Éruption volcanique.

Une éruption volcanique survient lorsque la chambre magmatique sous le volcan est mise sous pression avec l'arrivée de magma venant du manteau. Elle peut alors éjecter plus ou moins de gaz volcaniques qu'elle contenait selon son remplissage en magma. La mise sous pression est accompagnée d'un gonflement du volcan et de séismes très superficiels localisés sous le volcan, signes que la chambre magmatique se déforme. Le magma remonte généralement par la cheminée principale et subit en même temps un dégazage ce qui provoque un trémor, c'est-à-dire une vibration constante et très légère du sol. Ceci est dû à des petits séismes dont les foyers sont concentrés le long de la cheminée.

Au moment où la lave atteint l'air libre, selon le type de magma, elle s'écoule sur les flancs du volcan ou s'accumule au lieu d'émission, formant un bouchon de lave qui peut donner des nuées ardentes et/ou des panaches volcaniques lorsque celui-ci explose. Selon la puissance de l'éruption, la morphologie du terrain, la proximité de la mer, etc. il peut survenir d'autres phénomènes accompagnant l'éruption : séismes importants, glissements de terrain, tsunamis, etc.

La présence éventuelle d'eau sous forme solide comme une calotte glaciaire, un glacier, de la neige ou liquide comme un lac de cratère, une nappe phréatique, un cours d'eau, une mer ou un océan va provoquer au contact des matériaux ignés tels que le magma, la lave ou les tephras leur explosion ou augmenter leur pouvoir explosif. En fragmentant les matériaux et en augmentant brutalement de volume en se transformant en vapeur, l'eau agit comme un multiplicateur du pouvoir explosif d'une éruption volcanique qui sera alors qualifiée de phréatique ou de phréato-magmatique. La fonte de glace ou de neige par la chaleur du magma peut également provoquer des lahars lorsque l'eau entraîne des tephras³⁵ ou des jökulhlaups comme ce fut le cas pour le Grímsvötn en 1996.

L'éruption se termine lorsque la lave n'est plus émise. Les coulées de lave, cessant d'être alimentées, s'immobilisent et commencent à se refroidir et les cendres, refroidies dans l'atmosphère, retombent à la surface du sol. Mais les changements dans la nature des terrains par le recouvrement des sols par la lave et les tephras parfois sur des dizaines de mètres d'épaisseur peuvent créer des phénomènes destructeurs et meurtriers. Ainsi les cendres tombées sur des cultures les détruisent et stérilisent la terre pour quelques mois à quelques années, une coulée de lave bloquant une vallée peut créer un lac qui noiera des régions habitées ou cultivées, des pluies tombant sur les cendres peuvent les emporter dans les rivières et créer des lahars, etc.

Une éruption volcanique peut durer de quelques heures à plusieurs années et éjecter des volumes de magma de plusieurs centaines de kilomètres cubes. La durée moyenne d'une éruption est d'un mois et demi mais de nombreuses ne durent qu'une journée. Le record absolu est celui du Stromboli qui est quasiment en éruption depuis environ 2 400 ans³⁶.

Classification des éruptions

Article détaillé : Éruption volcanique#Types d'éruptions volcaniques.

Lors des débuts de la volcanologie, l'observation de quelques volcans a été à l'origine de la création de catégories basées sur l'aspect des éruptions et le type de lave émise. Chaque type est nommé selon le volcan référent. Le grand défaut de cette classification est d'être assez subjectif et de mal tenir compte des changements de type d'éruption d'un volcan.

Le terme de « cataclysmique » peut être ajouté lorsque la puissance de l'éruption entraîne de lourds dégâts environnementaux et/ou humains comme ce fut le cas pour le Santorin vers 1600 av. J.-C. qui aurait contribué à la chute de la civilisation minoenne, le Vésuve en 79 qui détruisit Pompéi, le Krakatoa en 1883 qui engendra un tsunami de quarante mètres de hauteur, le mont Saint Helens en 1980 qui rasa des hectares de forêt, etc.

Afin d'introduire une notion de comparaison entre les différentes éruptions volcaniques, l'indice d'explosivité volcanique, aussi appelée échelle VEI, fut mis au point par deux volcanologues de l'Université d'Hawaï en 1982³⁷. L'échelle, ouverte et partant de zéro, est définie selon le volume des matériaux éjectés, la hauteur du panache volcanique et des observations qualitatives³⁸.

Il existe deux grands types d'éruptions volcaniques dépendant du type de magma émis : effusives associées aux « volcans rouges » et explosives associées aux « volcans gris »³⁹. Les éruptions effusives sont les éruptions hawaïenne et strombolienne tandis que les explosives sont les vulcanienne, péléenne et plinienne. Ces éruptions peuvent se dérouler en présence d'eau et prennent alors les caractéristiques d'éruptions phréatique, phréato-magmatique, surtseyenne, sous-glaciaire, sous-marine et limnique.

Géomorphologie volcanique

Neck au Puy-en-Velay en France.

Outre le volcan en lui-même, différentes formations géologiques sont directement ou indirectement liées à l'activité volcanique.

Certains reliefs ou paysages résultent du produit direct des éruptions. Il s'agit des cônes volcaniques en eux-mêmes formant des montagnes ou des îles, des dômes et des coulées de lave solidifiée, des tunnels de lave, des « pillow lavas » et les guyots des volcans sous-marins, des trapps formant des plateaux, des accumulations de tephras en tufs, des cratères et des maars laissés par la sortie de la lave, etc.

D'autres reliefs résultent d'une érosion ou d'une évolution des produits des éruptions. C'est le cas des dykes, necks, sills, roches intrusives, mesas et planèzes dégagés par l'érosion, des caldeiras et cirques résultant de l'effondrement d'une partie du volcan, des lacs de cratère ou formés en amont d'un barrage constitué des produits de l'éruption, des atolls coralliens entourant les vestiges d'un volcan sous-marin effondré, etc.

Phénomènes paravolcaniques

Article détaillé : Phénomène paravolcanique.

Le geyser Old Faithful à Yellowstone aux États-Unis en 2004.

Certaines activités géothermiques peuvent précéder, accompagner ou suivre une éruption volcanique. Ces activités sont en général présentes lorsqu'une chaleur résiduelle provenant d'une chambre magmatique réchauffe de l'eau phréatique parfois jusqu'à l'ébullition. En surface se produisent alors geysers, fumerolles, mares de boues, mofettes, solfatares ou encore dépôts de minéraux⁴⁰. Ces phénomènes peuvent être regroupés dans des « champs volcaniques ». Ces champs volcaniques se forment lorsque l'eau des nappes phréatiques est réchauffée par des réservoirs de magma situés à faible profondeur. C'est le cas des supervolcans comme Yellowstone aux États-Unis et des Champs Phlégréens en Italie ou des champs géothermiques comme à Haukadalur en Islande.

Au niveau des dorsales océaniques, l'eau de mer s'infiltre dans les anfractuosités du plancher océanique, se réchauffe, se charge en minéraux et ressort au fond des océans sous la forme de fumeurs noirs ou de fumeurs blancs.

Dans un cratère possédant une activité de dégazage et de fumerolles, un lac acide peut se former par recueil des eaux de pluies. L'eau du lac est très acide avec un pH de 4 à 1, parfois très chaude avec une température de 20 à 85 °C et seules des cyanobactéries sont capables de vivre dans ces eaux alors teintées en bleu-vert. Ce type de lac est courant au niveau des grandes chaînes de volcans comme la ceinture de feu du Pacifique et dans la vallée du Grand Rift.

Conséquence du volcanisme sur l'histoire de la Terre

Article détaillé : Histoire de la Terre.

Le volcanisme est né en même temps que la Terre, lors de la phase d'accrétion de sa formation il y a 4,6 milliards d'années. À partir d'une certaine masse, les matériaux au centre de la Terre subissent d'importantes pressions, créant ainsi de la chaleur. Cette chaleur, accentuée par la dégradation des éléments radioactifs, provoque la fusion de la Terre qui dissipe vingt fois plus de chaleur qu'aujourd'hui. Après quelques millions d'années, une pellicule solide se forme à la surface de la Terre. Elle est déchirée en de nombreux endroits par des flots de lave et par de grandes masses granitoïdes qui donneront les futurs continents. Par la suite, les plaques lithosphériques nouvellement créées se déchireront préférentiellement à des endroits précis où se formeront les volcans. Pendant cent millions d'années, les volcans rejetteront dans la maigre atmosphère de l'époque de grandes quantités de gaz : diazote, dioxyde de carbone, vapeur d'eau, oxyde de soufre, acide chlorhydrique, acide fluorhydrique, etc. Il y a 4,2 milliards d'années, malgré les 375 °C et la pression 260 fois supérieure à celle d'aujourd'hui, la vapeur d'eau se condense et donne naissance aux océans.

Le rôle de la formation des premières molécules organiques et de l'apparition de la vie sur Terre peut être imputé aux volcans. En effet, les sources chaudes sous-marines ou les solfatares et autres geysers offrent des conditions propices à l'apparition de la vie : de l'eau qui a lessivé des molécules carbonées, des minéraux, de la chaleur et de l'énergie. Une fois la vie répandue et diversifiée à la surface de la Terre, les volcans auraient pu provoquer à l'inverse de grandes extinctions : l'âge des grandes extinctions du vivant coïncide avec l'âge des trapps. Ces trapps auraient pu être provoqués par la chute de météorites ou l'éruption exceptionnelle de points chauds. Les effets combinés des gaz volcaniques et particules dispersés dans l'atmosphère auraient provoqué la disparition de nombreuses espèces par un hiver volcanique suivi d'une hausse de l'effet de serre par les changements dans la composition gazeuse de l'atmosphère.

Une des théories les plus acceptées pour l'apparition de l'homme serait l'ouverture du rift africain : uniformément humide au niveau de l'équateur, le climat africain se serait asséché à l'est du rift qui arrête les nuages venant de l'Ouest. Les hominidés, s'adaptant à leur nouveau milieu formé d'une savane, auraient développé la bipédie pour échapper à leurs prédateurs.

Encore de nos jours, les volcans participent à l'évacuation de la chaleur interne de la Terre et au cycle biogéochimique mondial en libérant les gaz, la vapeur d'eau et les minéraux engloutis dans le manteau au niveau des fosses de subduction.

Incidence du volcanisme sur les activités humaines

Croyances et mythes liés aux volcans

Chaque année a lieu, au bord du Bromo, une cérémonie populaire, le Yadnya Kasada (en), festival hindou au cours duquel les pèlerins font sept fois le tour du sommet du volcan qui a fécondé le sol de leur île et est considéré comme un lieu sacré. Les familles y effectuent leurs rites funéraires et propitiatoires en jetant dans le cratère des offrandes (récoltes bénies, produits fermiers, animaux, gâteaux, fleurs)⁴¹. Satisfaites, les âmes des défunts s'envolent vers le soleil⁴².

Depuis l'apparition de l'agriculture et la sédentarisation des sociétés, les hommes ont toujours côtoyé les volcans. Les louant pour les terres fertiles qu'ils offrent, ils les craignent aussi pour leurs éruptions et les morts qu'ils provoquent. Rapidement, par méconnaissance d'un phénomène naturel, les volcans sont craints, déifiés, considérés comme l'entrée du royaume des morts, des enfers et des mondes souterrains peuplés d'esprits malfaisants et sont l'objet de légendes et de mythes suivant les différentes cultures.

Dans les tribus d'Asie, d'Océanie et d'Amérique vivant à proximité de la ceinture de feu du Pacifique, les éruptions volcaniques sont considérées comme étant les manifestations de forces surnaturelles ou divines. Dans la mythologie māori, les volcans Taranaki et Ruapehu tombèrent tous deux amoureux du volcan Tongariro et une violente dispute éclata entre les deux. C'est la raison pour laquelle aucun Māori ne vit entre les deux volcans colériques, de peur de se retrouver pris au milieu de la dispute.

Parmi d'autres mythes et légendes, on peut signaler celui du Devils Tower qui se serait dressé pour sauver sept jeunes filles amérindiennes d'ours qui auraient griffé les parois rocheuses ou encore l'histoire de la déesse Pélé qui, chassée de Tahiti par sa sœur Namakaokahai, trouva refuge dans le Kīlauea et depuis, de rage, déverse des flots de lave d'un simple coup de talon.

Sommet du mont Mawenzi en Tanzanie, 1996.

Chez les Incas, les caprices du Misti lui ont valu d'avoir son cratère obstrué par un bouchon de glace, punition infligée par le Soleil. Les Chagas de Tanzanie raconte que le Kilimandjaro, excédé par son voisin le volcan Mawensi, le frappa à grand coup de pilon, ce qui lui valut son sommet découpé. Chez les amérindiens de l'Oregon, le mont Mazama était la demeure du dieu maléfique du feu et le mont Shasta celle du dieu bénéfique de la neige. Un jour les deux divinités sont entrées en conflit et le dieu du feu fut vaincu et décapité, créant ainsi le Crater Lake en signe de défaite.

Les volcans furent même le lieu de sacrifices humains : enfants jetés dans le cratère du Bromo en Indonésie, chrétiens sacrifiés pour le mont Unzen au Japon, vierges précipitées dans le lac de lave du Masaya au Nicaragua, enfants jetés dans un lac de cratère pour calmer le volcan sous-lacustre d'Ilopango au Salvador, etc.

Chez les Grecs et les Romains, les volcans sont le lieu de vie d'Héphaïstos ou Vulcain. Les éruptions sont expliquées comme étant une manifestation divine : colère des dieux, présages, activité des forges d'Héphaïstos — que les Grecs situaient sous l'Etna — ou de celles de Vulcain — que les Romains plaçaient sous Vulcano — , etc.. Les cyclopes grecs pourraient être une allégorie des volcans avec leur cratère sommital tandis que le nom d'Héraclès dérive de hiera ou etna, le mot grec servant à désigner les volcans. Aucune explication scientifique ou ne faisant pas intervenir les dieux n'était retenue.

Parmi les mythes grecs mettant en scène des volcans, le plus célèbre est celui narré par Platon dans le Timée et le Critias. Ces récits relatent la disparition de l'Atlantide, engloutie par les flots dans un gigantesque tremblement de terre suivi d'un tsunami. Ne mettant pas directement en jeu un volcan, ce mythe semble avoir trouvé son origine dans l'éruption du Santorin vers 1600 av. J.-C. qui détruisit presque entièrement l'île et qui pourrait avoir provoqué ou participé à la chute de la civilisation minoenne. Cependant aucune observation de l'éruption du Santorin ne fut consignée et ce n'est qu'au début du XX^e siècle que l'on se rendit compte de l'importance de l'éruption⁴³.

Le poète romain Virgile, s'inspirant des mythes grecs, rapporta que lors de la gigantomachie, Encelade, en fuite, fut enseveli sous l'Etna par Athéna en guise de punition pour sa désobéissance aux dieux. Les grondements de l'Etna constituant ainsi les pleurs d'Encelade, les flammes sa respiration et le trémor ses tentatives de se libérer. Mimas, un autre géant, fut quant à lui englouti sous le Vésuve par Héphaïstos et le sang des autres géants vaincus jaillit des Champs Phlégréens à proximité.

Randonneurs au sommet du mont Fuji en août 2005.

Dans le Christianisme populaire, malgré quelques tentatives d'explications pré-scientifiques, les volcans étaient souvent considérés comme l'œuvre de Satan et les éruptions comme des signes de la colère de Dieu. Un certain nombre de miracles attribués à certains saints sont associés dans la tradition catholique à des éruptions : ainsi en 253, la ville de Catane fut épargnée lorsque les flots de lave de l'Etna se scindèrent en deux devant la procession transportant les reliques de sainte Agathe. Mais en 1669, la procession avec les mêmes reliques ne put éviter la destruction de la grande majorité de la ville.

En 1660, l'éruption du Vésuve fit pleuvoir aux alentours des cristaux de pyroxène noirs. La population les prit pour des crucifix et attribua ce signe à saint Janvier qui devint saint patron et protecteur de Naples. Depuis à chaque éruption, une procession défile dans Naples pour implorer la protection du Saint. De plus, trois fois par an a lieu le phénomène de la liquéfaction du sang de saint Janvier qui, selon la tradition, s'il se produit, protège la ville de toute éruption du Vésuve.

Encore aujourd'hui des processions religieuses sont associées aux volcans et à leur activité. À chaque éruption du Vésuve, des processions catholiques prient saint Janvier, à Hawaï les habitants vénèrent encore Pélé et le mont Fuji est la montagne sacrée du Shintoïsme de même que le Bromo pour les hindouistes indonésiens.

Prévision éruptive

Article détaillé : Prévision volcanologique.

Un des objectifs de la volcanologie est de comprendre l'origine et le fonctionnement des volcans et des phénomènes assimilés afin d'établir un diagnostic sur les risques et les dangers encourus par les populations et les activités humaines. Les prévisions volcanologiques nécessitent la mise en œuvre d'instruments (la naissance de la volcanologie instrumentale date de 1980 lors de l'éruption du mont Saint Helens ; le volcan fut entièrement instrumenté à cette époque⁴⁴) et le savoir de plusieurs disciplines scientifiques. Les connaissances actuelles ne permettent aujourd'hui que de prédire le type des éruptions, sans savoir en revanche, à plus de que quelques heures à l'avance, quand elles auront lieu, combien de temps elles dureront et surtout leurs importances (volume de lave, intensité des dégagements, etc).

De plus en plus, la tendance est à la surveillance en continu les volcans actifs réputés dangereux à l'aide d'appareils télécommandés alimentés par piles solaires. À cet égard, l'équipement du Piton de la Fournaise, à La Réunion, pourtant réputé non dangereux, est exemplaire. Les mesures sont transmises par télémétrie à l'observatoire et toutes les dilatations, les tremblements et les variations de température sont enregistrés.

Les sécurités civiles des pays touchés tentent alors de trouver les justes compromis entre les risques et les précautions inutiles. Dans bon nombre de cas, les autorités se sont montrées peu attentives⁴⁵. Il y eut cependant certains succès comme en 1991 pour l'éruption du Pinatubo où les experts ont convaincu le gouvernement philippin d'organiser l'évacuation de 300 000 personnes. Malgré 500 victimes, 15 000 vies ont ainsi pu être épargnées.

Les manifestations volcaniques dangereuses

Paysage noyé sous la lave crachée par le Puʻu ʻŌʻō à Hawaï aux États-Unis en 1987.

Depuis 1600, les volcans ont fait 300 000 morts dans le monde, ce qui représente en 2011⁴⁴ :

35,5 % des victimes dues aux nuées ardentes ;
23 % aux famines et épidémies (chiffre essentiellement dû aux conséquences de l'éruption du Tambora en 1815 qui a fait plus de 60 000 victimes) ;
22,5 % au lahars et glissements de terrains ;
14,9 % aux tsunamis ;
3 % aux chutes de téphras ;
1,3 % aux gaz ;
0,3 % aux coulées de lave.

Coulées de lave

Contrairement à la croyance populaire, les coulées de lave font en général plus de dégâts matériels que de victimes (cf. les 0,3 % ci-dessus) car même si elles peuvent être très rapides avec plusieurs dizaines de kilomètres par heure, leur comportement est généralement prévisible, laissant le temps aux populations d'évacuer. En 2002, le lac de lave du cratère du Nyiragongo se vide à la faveur de failles qui se sont ouvertes dans le volcan : deux coulées atteignent la ville de Goma au Congo démocratique, font 147 morts et détruisent 18 % de la ville. Ces fleuves de matière en fusion laissent peu de chance à la végétation et aux constructions se trouvant sur leur passage, les consumant et les ensevelissant dans une gangue de roche.

Nuées ardentes

Sur le volcan Sakurajima (en arrière-plan), une trentaine d'abris de béton et une vingtaine de bâtiments d'évacuation permettent de se protéger contre les retombées de téphras. Les habitants de la presqu'île volcanique gardent un casque en réserve et les écoliers le portent sur leur trajet scolaire⁴⁶.

Appelées aussi coulées pyroclastiques, les nuées ardentes sont des nuages gris qui dévalent les pentes des volcans à plusieurs centaines de kilomètres par heure, atteignent les 600 °C et parcourent des kilomètres avant de s'arrêter.

Nés de l'effondrement d'un dôme ou d'une aiguille de lave, ces nuages composés de gaz volcaniques et de tephras glissent sur le sol, franchissent des crêtes et consument tout sur leur passage. Les empilements des matériaux transportés par les nuées ardentes peuvent s'accumuler sur des dizaines de mètres d'épaisseur et sont à l'origine des étendues d'ignimbrites.

Les plus meurtrières sont celles du Krakatoa en 1883 qui ont fait 36 000 morts. En 1902, une coulée pyroclastique née de la montagne Pelée en Martinique a rasé la ville de Saint-Pierre et tué ses 29 000 habitants. Plus récemment, le réveil de la Soufrière de Montserrat a provoqué la destruction de Plymouth, la capitale de l'île, et rendu inhabitable la grande majorité de l'île à cause des passages répétés de nuées ardentes.

Cendres volcaniques

Champ recouvert de cendres volcaniques rejetées par le mont Saint Helens aux États-Unis en 1980.

Expulsées par des panaches volcaniques, les cendres volcaniques peuvent retomber et recouvrir des régions entières sous une épaisseur de plusieurs mètres, provoquant la destruction des cultures et l'apparition de famines comme ce fut le cas après l'éruption du Laki de 1783 en Islande, l'effondrement des toits des habitations sur leurs occupants, la formation de lahars en cas de pluies, etc.

Séismes

Les séismes peuvent être provoqués à la suite de la vidange de la chambre magmatique lorsque le volcan s'effondre sur lui-même et forme une caldeira. Les multiples glissements des parois du volcan génèrent alors des séismes qui provoquent l'effondrement des bâtiments parfois fragilisés par des chutes de cendre volcanique.

Tsunamis

Les tsunamis peuvent être générés de multiples manières lors d'une éruption volcanique comme avec l'explosion d'un volcan sous-marin ou à fleur d'eau, la chute de parois ou de nuées ardentes dans la mer, l'effondrement du volcan sur lui-même mettant en contact direct l'eau avec le magma de la chambre magmatique, des mouvements de terrains liés à la vidange de la chambre magmatique, etc. En 1883, l'explosion du Krakatoa généra un tsunami qui, associé aux nuées ardentes, fit 36 000 victimes, en 1792 celle du mont Unzen en fit 15 000.

Glissements de terrain

À la manière des nuées ardentes, les glissements de terrain peuvent provoquer des avalanches meurtrières. Dans de rares cas, c'est une grande partie ou la majorité du volcan qui se désagrège sous la pression de la lave. En 1980, le mont Saint Helens a surpris les volcanologues du monde entier lorsque la moitié du volcan s'est disloquée. Certains scientifiques, se croyant à l'abri sur des collines environnantes, se sont fait piéger et ont péri dans la gigantesque nuée ardente qui a suivi.

Gaz volcaniques

Les gaz volcaniques sont le danger le plus sournois des volcans. Ils sont parfois émis sans aucun autre signe d'activité volcanique lors d'une éruption limnique. En 1986, au Cameroun, une nappe de dioxyde de carbone est sortie du lac Nyos. Étant plus lourd que l'air, ce gaz a dévalé les pentes du volcan et a tué 1 800 villageois et plusieurs milliers de têtes de bétail dans leur sommeil par asphyxie.

Lahars

Dépôts résultants du passage de lahars sur les pentes du mont Saint Helens aux États-Unis en 1982.

Les lahars sont des coulées boueuses formées d'eau, de tephras en majorité de cendres volcaniques froides ou brûlantes, très denses et lourdes et charriant quantité de débris tels des blocs rocheux, des troncs d'arbres, des restes de bâtiments, etc. Les lahars se forment lorsque des pluies importantes survenant lors de cyclones tropicaux ou des pluies synoptiques prolongées s'abattent sur des cendres volcaniques. Ils peuvent survenir des années après une éruption volcanique tant que des cendres peuvent être entraînées. En 1985, 24 000 habitants de la ville colombienne d'Armero furent engloutis sous un lahar né sur les pentes du Nevado del Ruiz.

Jökulhlaup

Le jökulhlaup est un type de crue particulièrement puissant et brutal. Il se forme lorsqu'une éruption volcanique survient sous un glacier ou une calotte glaciaire et que la chaleur du magma ou de la lave parvient à faire fondre de grandes quantités de glace. Si l'eau de fonte ne peut s'évacuer, elle forme un lac qui peut se vider lorsque la barrière qui le retient formée par une paroi rocheuse ou un glacier se rompt. Un flot mêlant lave, tephras, boue, glace et blocs rocheux s'échappe alors du glacier, emportant tout sur son passage. Les jökulhlaup les plus fréquents se déroulent en Islande, autour du Vatnajökull.

Acidification des lacs

L'acidification des lacs est une autre conséquence possible de la présence d'un volcan. L'acidification a pour effet d'éliminer toute forme de vie des eaux et de leurs abords et peut même constituer un danger pour les populations riveraines. Ce phénomène survient lorsque des émanations de gaz volcaniques débouchent au fond d'un lac, celui-ci va alors les piéger par dissolution ce qui acidifie les eaux.

Hivers volcaniques

Les cendres, gaz volcaniques et gouttelettes d'acide sulfurique et d'acide fluorhydrique expulsées dans l'atmosphère par des panaches volcaniques peuvent provoquer des pluies acides et des « Hivers volcaniques » qui abaissent les températures et peuvent provoquer des famines, des hivers rigoureux ou des étés froids à l'échelle mondiale comme ce fut le cas pour les éruptions du Samalas en 1257, du Tambora en 1815 et du Krakatoa en 1883.

Des recherches récentes montrent que les éruptions volcaniques ont un impact significatif sur le climat mondial et doivent être considérées comme des phénomènes catalytiques essentiels pour expliquer les changements écologiques et les bouleversements historiques⁴⁷.

Atouts liés aux volcans

Récolte de minerai de soufre dans le cratère du Kawah Ijen en Indonésie, 2005.

Par certains aspects, l'homme peut tirer profit de la présence des volcans avec :

l'exploitation de l'énergie géothermique pour production d'électricité, le chauffage des bâtiments ou des serres pour les cultures ;
la fourniture de matériaux de construction, ou à usage industriel tels que :
- le basalte qui sert de pierres de construction, de ballast ou de gravas concassé ;
- la ponce et la pouzzolane qui servent, entre autres, d'isolant dans les bétons ;
- l'extraction des minerais de soufre, de cuivre, de fer, de platine, de diamants, etc.
la fertilisation des sols tels les versants de l'Etna qui constituent une région à très forte densité agricole en raison de la fertilité des sols volcaniques et où d'immenses vergers d'agrumes sont implantés. Ces sols volcaniques fertiles font vivre 350 millions de personnes dans le monde⁴⁸.

Un volcan contribue aussi au tourisme en proposant un panorama, des destinations de randonnée, du thermalisme ou même un lieu de pèlerinage aux visiteurs.

Même dans le domaine artistique, leur influence se fait sentir : certaines éruptions fortement émettrices de cendres volcaniques comme celle du Tambora en 1815 ont généré des couchers de soleil spectaculaires durant plusieurs années. Certains peintres comme Turner ont su capter cette lumière à travers des œuvres originales qui annoncent l'Impressionnisme.

Volcanologie

Articles détaillés : Volcanologie et Histoire de la volcanologie.

La volcanologie ou (beaucoup plus rarement) vulcanologie est la science qui étudie les phénomènes volcaniques, leurs produits et leurs mises en place : volcans, geysers, fumerolles, éruptions volcaniques, magmas, laves, tephras, etc. Un volcanologue ou vulcanologue est le scientifique spécialiste de cette discipline liée à la géophysique, à la sismologie et à la géologie dont elle est une spécialité.

Les objectifs de cette science sont de comprendre l'origine et le fonctionnement des volcans et des phénomènes assimilés afin d'établir un diagnostic, pour une période déterminée, des risques et des dangers encourus par les populations et les activités humaines. Les études et les recherches se déroulent dans un premier temps sur le terrain afin de procéder à des collectes d'informations sous la forme d'observations, de mesures et d'échantillonnages et dans un second temps en laboratoire afin d'analyser et d'interpréter les données et les échantillons. En effet, la gestion des effets même d'une éruption une fois qu'elle se produit est impossible. Seules quelques opérations de détournement de coulée de lave ont réussi sur l'Etna en Italie et à Heimaey en Islande.

Seule la prévention permet de limiter ou d'éviter les effets d'une éruption volcanique. Cette prévention passe par une observation du volcan et des signes avant-coureurs d'une éruption : émissions de gaz volcaniques, gonflement et dégonflement du volcan, séismes mineurs, anomalies thermiques, etc. L'évacuation de manière temporaire et dans l'urgence des zones en danger est le moyen de prévention le plus employé. Néanmoins, il existe des moyens de prévention à long terme comme l'évacuation totale des zones les plus exposées aux risques volcaniques, l'élaboration de plans de prévention, d'évacuation, de secours et de sensibilisation des populations, etc.

Volcans sous-marins

Article détaillé : Volcan sous-marin.

Fumeurs noirs au niveau de la dorsale médio-Atlantique.

Les volcans sous-marins sont les plus nombreux sur Terre. On estime que 75 % des volcans et des matériaux ignés émis par les volcans le sont au niveau des dorsales océaniques⁴⁹. Les volcans faille se trouvent en grande majorité le long des dorsales océaniques où ils émettent des laves fluides. Ces laves, soumises aux eaux froides comprises entre un et deux degré Celsius et à la forte pression, prennent la forme de boules : ce sont les « pillow lavas ».

Les autres volcans situés le long des fosses de subduction et ceux formés par un point chaud donnent naissance à une montagne sous-marine à sommet plat et à pente très raide : un guyot. Lorsqu'un volcan sous-marin parvient à atteindre la surface, il émerge dans une éruption de type surtseyenne. Deux volcans sous-marins sont célèbres et surveillés : le Lōʻihi qui sera le prochain volcan d'Hawaï à émerger de l'océan Pacifique et le Kick-'em-Jenny au nord de l'île de la Grenade dans les Antilles et qui est très proche de la surface et a une activité explosive.

Le massif Tamu est un volcan bouclier sous-marin considéré comme le plus vaste volcan de la Terre et l'un des plus grands du système solaire⁵⁰.

Volcans extra-terrestres

Image satellite de l'Olympus Mons sur Mars prise par la sonde Viking 1 en 1978.

La Terre n'est pas la seule planète du Système solaire à connaître une activité volcanique.

Vénus connaît un intense volcanisme avec 500 000 édifices volcaniques, Mars comporte l'Olympus Mons, un volcan considéré comme éteint et haut de 22,5 kilomètres faisant de lui le plus haut sommet du Système solaire, la Lune est couverte par les « maria lunaires », d'immenses champs de basalte.

Des volcans existent aussi sur des satellites de Jupiter et de Neptune, notamment Io et Triton. La sonde Voyager 1 a permis de photographier en mars 1979 une éruption sur Io, tandis que Voyager 2 a fait découvrir sur Triton en août 1989 des traces de cryovolcanisme et des geysers. Encelade, satellite de Saturne, est le siège de cryovolcans (voir l'article Encelade, section Cryovolcanisme). La composition chimique variant considérablement entre les planètes et les satellites, le type d'éjecta est très différent de ceux émis sur Terre tel du soufre, de la glace d'azote, etc.

Volcans dans les médias

L'éruption d'un volcan à proximité d'une zone peuplée est très souvent vécue comme un événement majeur dans la vie d'un pays car, outre le caractère spectaculaire et inattendu d'une éruption, celle-ci nécessite une surveillance et, parfois, l'évacuation et la prise en charge des personnes en danger.

Les volcans sont parfois les acteurs principaux de certains films catastrophes comme Le Pic de Dante et Volcano ou le docu-fiction Supervolcan de la BBC et de Discovery Channel qui met en scène le réveil du supervolcan de Yellowstone dans une éruption d'indice d'explosivité volcanique de 8. Le film Stromboli raconte l'histoire d'une femme étrangère qui ne parvient pas à s'intégrer sur l'île volcanique Stromboli, en raison de différences de mentalité avec ses habitants, y compris son mari qu'elle a épousé dans la précipitation dans un camp de prisonnier.

Plus couramment, les volcans font l'objet de nombreux documentaires télévisés scientifiques, informatifs ou de vulgarisation.

Records

Plus hauts volcans :
- hauteur totale : Mauna Kea, à Hawaï, avec 10 230 mètres au-dessus du plancher océanique, pour une altitude de 4 207,5 mètres⁵¹ ;
- altitude : Nevados Ojos del Salado, au Chili, avec 6 887 mètres d'altitude⁵².
Plus grand volcan d'Europe : le Cantal avec 2 700 km² et 70 km de diamètre⁵³.
Plus grande éruption (en volume de matériaux éjectés) : Toba il y a 73 000 ans avec 2 800 km³
Plus petite éruption (en volume de matériaux éjectés) : forage géothermique à Hverarönd en Islande en 1977 avec 1,2 m³ de basalte⁵⁴^,⁵⁵.
Volcan le plus actif : le Kīlauea et le Piton de la Fournaise se disputent le record avec une éruption tous les un an à un an et demi.
Plus jeune volcan : Ardoukoba avec une première éruption en novembre 1978 tandis que le Paricutín a connu sa première éruption en 1943.
Plus grande caldeira ou plus grand cratère volcanique terrestre : Toba formé il y a 73 000 ans avec cent kilomètres de longueur sur trente kilomètres de largeur.
Plus grand nombre de victimes : Tambora sur l'île de Sumbawa en Indonésie en 1816 avec 88 000 morts liés directement à l'éruption et 200 000 morts supplémentaires par famine.
Éruption volcanique la plus bruyante : Krakatoa en Indonésie le 27 août 1883 où l'explosion fut entendue jusqu'à l'île Rodrigues à 500 kilomètres à l'est de l'île Maurice, soit à 4 811 kilomètres de distance de l'éruption⁵⁵.
Plus grand panache volcanique : Taupo en Nouvelle-Zélande avec une hauteur estimée à cinquante kilomètres⁵⁵.
Plus longue coulée de lave : à Undara en Australie avec 160 kilomètres de longueur⁵⁵.

Notes et références

Volcans ayant eu au moins une éruption durant les derniers 10 000 ans. La Smithsonian Institution recense 72 volcans qui sont entrés en éruption en 2018, et 43 toujours en éruption, cf. (en) How many active volcanoes are there ? [archive]
[1] [archive]
Pour la Science [archive]
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(fr) Petit Bazar, État de Genève - Records chez les volcans [archive]

Annexes

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volcan, sur le Wiktionnaire

Il existe une catégorie consacrée à ce sujet : Volcan.

Bibliographie

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Patrick de Wever, Le volcanisme : Cause de mort et source de vie, Vuibert, 2003 (ISBN 978-2-7117-5293-5)
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Critères descriptifs	Altitude Collision continentale Croûte terrestre Dénivelé Érosion Exposition Interfluve Orogenèse Pente Relief inversé, appalachien, jurassien, de plissement Relief ruiniforme Seuil Subduction Surrection
Sciences	Géodésie Géographie Géomorphologie Géomorphométrie Gravimétrie Hydromorphologie Karstologie Tectonique des plaques Topographie

Abréviation METAR	FG
Symbole
Classification	Nuage bas (Famille C)
Altitude	Surface