Glossaire

instabilité

Un système physique, chimique ou biologique décrit par un certain nombre de paramètres est à l'état instable si, après qu'on lui a imprimé une petite variation de l'un au moins des paramètres, il ne revient pas de lui-même à son état initial (pour qu'il y retourne, il faut qu'on lui impulse une énergie supplémentaire) ; dans le cas contraire, le système est à l'état stable. Un exemple élémentaire de système illustrant les états de stabilité, d'instabilité et d'instabilité conditionnelle est celui d'une bille qui, posée sur une surface solide arrondie, se trouve alors soumise à l'action de son propre poids ainsi qu'à la réaction de la surface : si la bille repose au fond d'une surface concave et approfondie, son état est stable, si elle est placée au sommet d'une surface convexe il est instable, mais si ce sommet est creusé en cratère la bille est à l'état d'instabilité conditionnelle, car elle reviendra vers le fond du cratère ou au contraire dévalera la pente de la surface suivant que l'impulsion qui lui aura été donnée sera inférieure ou supérieure à une certaine valeur critique explicitant la "condition d'instabilité (ou de stabilité)" du système formé par la bille et la surface.

En météorologie, les mêmes notions sont parfaitement applicables aux parcelles d'air constituant, à une échelle spatio-temporelle donnée, les éléments d'une couche atmosphérique (chaque parcelle joue le rôle d'une bille sur laquelle s'exerceraient des forces externes, à l'image du poids et de la réaction de la surface dans l'exemple ci-dessus) ; afin d'assurer une meilleure étude de l'instabilité, on est alors amené à définir plus précisément une couche atmosphérique comme une région approximativement horizontale de l'atmosphère, à l'intérieur de laquelle la température potentielle θ et la température pseudoadiabatique potentielle du thermomètre mouillé θ' w gardent, indépendamment l'une de l'autre, un profil vertical variant dans le même sens — croissant ou décroissant — avec l'altitude. Dans ces conditions, les petites variations impulsées aux parcelles peuvent porter sur différents paramètres atmosphériques, et principalement sur la température et la pression : les deux grands types d'instabilité sont donc l'instabilité d'origine thermique, qui représente l'instabilité convective, et l'instabilité d'origine dynamique, liée aux variations de pression atmosphérique par l'intermédiaire du vent, de l'orographie, etc. ; les perturbations des zones tempérées combinent ces deux types d'instabilité à travers le processus de l'instabilité barocline, qui met en jeu les écarts aux équilibres thermique et dynamique de l'atmosphère.

Une atmosphère instable est le siège de mouvements verticaux qui provoquent des rafales, améliorent la visibilité et favorisent la formation de nuages à développement vertical — cumulus et cumulonimbus — , générateurs de précipitations sous forme d'averses. À l'inverse, dans un air stable, les nuages se présentent sous la forme de couches de grande étendue horizontale. Notons encore que les phénomènes dus aux ascendances générées par l'instabilité, et en tout premier lieu les passages par la saturation suivie de condensation, peuvent se manifester à des échelles différentes : ainsi, dans certains cas, ils se cantonneront à l'échelle aérologique et n'affecteront que des régions isolées et de dimension relativement réduite au sein d'une couche atmosphérique, tandis que dans d'autres ils s'étendront à l'ensemble de la couche, qui subit alors ce que l'on nomme un soulèvement en bloc ; dans ces derniers cas, les phénomènes dus à l'instabilité affectent l'ensemble des masses d'air d'échelle aérologique constituant cette couche, de sorte que les données pointées sur une carte ou un émagramme, par exemple, peuvent être considérées comme déjà représentatives de l'état de l'atmosphère au-dessus de toute une région à l'échelle synoptique.