Glossaire

thermodynamique

Lorsque nous observons l'évolution d'un fluide gazeux tel que l' air à des dimensions qui nous restent familières — celles de l' échelle macroscopique — , il nous semble que celui-ci s'écoule en formant une masse continue qui emplit entièrement le volume accessible ; mais aux dimensions où nous pourrions observer les atomes et les molécules — celles de l' échelle microscopique — , ce même fluide nous apparaîtrait comme constitué de corpuscules qui se meuvent et s'entrechoquent dans le vide à grande vitesse. Certaines notions couramment employées en météorologie jettent un pont entre ces deux échelles : ainsi, la température de l'air exprime globalement la plus ou moins grande agitation des très nombreuses molécules qui le composent, et la pression atmosphérique , la force plus ou moins intense avec laquelle elles heurtent en très grand nombre des parois.

À l'échelle macroscopique, l'air peut être représenté comme une réunion de parcelles de fluide qui évoluent côte à côte. Chaque parcelle d'air entretient donc une activité interne de ses molécules, et cette activité permanente, ou "énergie", peut globalement rester constante, mais aussi diminuer ou augmenter au contact d'un milieu externe contigu à la parcelle, tel que la surface terrestre ou bien une parcelle d'air voisine : autrement dit, il arrive que la parcelle considérée voie son énergie augmenter ou diminuer parce que les mouvements moléculaires y auront été intensifiés (elle aura alors reçu de l'énergie du milieu contigu, qui la lui aura transmise en subissant une atténuation de ses mouvements ou rayonnements propres) ou au contraire atténués (elle aura transmis de l'énergie au milieu contigu, dont les mouvements ou les rayonnements se seront intensifiés). Les mouvements moléculaires générant ces transferts d'énergie peuvent s'effectuer tantôt de façon désordonnée à l'échelle microscopique — l'énergie est alors transmise sous forme de chaleur — , tantôt de façon globalement ordonnée : dans ce dernier cas, le mouvement s'identifie à un parcours orienté (à l'échelle microscopique ou macroscopique), et le transfert d'énergie générant la force qui a conduit pareil déplacement prend le nom de travail . Il n'est pas de "système" physique, chimique ou biologique dont l'état et les évolutions ne puissent être traduits en termes de conservation et de transformation d'énergie d'une part, de transferts d'énergie sous forme de travail ou de chaleur d'autre part : la science physique qui étudie les lois régissant les formes prises par l'énergie d'un système et les échanges d'énergie réalisables entre différents systèmes est la thermodynamique.

Une parcelle d'air peut être considérée comme un système dont l'état est défini à chaque instant par la connaissance de sa température et de sa pression : en appliquant à ce système le premier principe de la thermodynamique tout en remarquant que l'air est un mauvais conducteur de la chaleur — ses évolutions sont dites adiabatiques — , on peut alors bâtir l'ensemble des méthodes nécessaires à l'analyse des couches successives de la troposphère . Les lois de la thermodynamique quantifient en particulier les processus d' évaporation et de condensation , si importants dans l'interprétation des comportements de l' atmosphère et des climats (soulignons à ce propos que chaleur et température sont deux notions distinctes : la glace qui se forme cède de la chaleur à l'eau liquide, dont la température reste constante). Enfin, la thermodynamique participe à l'explication des mouvements de l'atmosphère et de ses masses d'air en décrivant comment le rayonnement solaire fournit l'énergie nécessaire à ces mouvements, qui passent ensuite par des échelles spatio-temporelles toujours plus petites avant de se dissiper, pour finir, en chaleur.