Glossaire

advection

  Curieux  

La division imaginaire d'un fluide tel que l'air ou l'eau en parcelles contiguës et non morcelées permet de décrire à un instant donné les propriétés de ce fluide sous la forme de grandeurs physiques ou chimiques attachées à chacune de ces parcelles, comme par exemple la masse de la parcelle, sa température, la proportion volumique de l'ozone qui s'y trouve contenu, etc. Or, lorsque le temps s'écoule, le fluide est généralement engagé dans un mouvement : les parcelles, en se déplaçant, effectuent alors un transport des propriétés du fluide, et c'est ce transport qui est appelé l'advection.

Celle-ci s'accompagne habituellement de modifications dans les valeurs caractérisant les propriétés examinées ; quand tel n'est pas le cas, c'est-à-dire quand une grandeur physique ou chimique garde la même valeur au sein de la parcelle qui la transporte, on dit qu'il s'agit d'une grandeur conservatice : il en va ainsi, par exemple, pour les températures potentielles de parcelles d'air évoluant au sein d'une masse d'air qui ne subit pas de condensation. En un point fixe de l'atmosphère ou de la surface terrestres, toutefois, les valeurs prises par une grandeur conservative varient généralement avec le temps, puisque ce sont des parcelles différentes qui passent successivement par un tel point lorsque l'air se déplace.

En météorologie, où il est essentiel de distinguer le mouvement horizontal du mouvement vertical, le terme d'advection s'applique usuellement, sauf mention contraire, à l'advection horizontale, c'est-à-dire au transport horizontal par le vent des propriétés de l'air ; quant au transport par la vitesse verticale de l'air ou advection verticale, son expression physique prend des formes différentes suivant l'échelle spatio-temporelle à laquelle on se place : ainsi, aux échelles moyennes et aux petites échelles, l'hypothèse hydrostatique n'est plus observée et l'on préfère alors parler des mouvements verticaux en termes de convection. Notons aussi que l'idée de transport horizontal ne se limite pas à un mouvement dans un plan strictement perpendiculaire à la verticale, mais s'applique aux mouvements selon des surfaces localement voisines de plans horizontaux, par exemple des surfaces isobares. D'autre part, bien que le vent soit le moteur de l'advection horizontale, il existe une advection horizontale du vent ou, autrement dit, un transport horizontal du vent par lui-même, dont les effets sont concrétisés par ses variations dans le temps en un point fixe où défilent des parcelles d'air "porteuses" de vents de direction et de vitesse sensiblement différentes.

L'advection la plus fréquemment étudiée — notamment à des fins de prévision — s'applique au transport horizontal de masses d'air associé à l'évolution du temps à l'échelle synoptique (on parle couramment, par exemple, d'"entrée d'air" maritime chaud et humide par le sud-est, ou "d'invasion d'air" continental froid et sec par le nord-est) ; à de moindres échelles, les advections de chaleur et d'humidité ont des répercussions sensibles sur les situations locales, comme le montre l'exemple des pluies, brumes ou brouillards "d'advection" déclenchés sur les régions côtières par un vent humide venu de la mer et soufflant sur une terre plus froide que la surface des eaux.


  Initié  

L'advection d'une propriété d'une parcelle d'air est le transport de cette propriété par la parcelle lorsque cette dernière est entraînée au sein de l'atmosphère sous l'effet du champ U de la vitesse de l'air ; par "propriété", il faut entendre toute grandeur ou tout champ de grandeur attachés à la parcelle observée, et en particulier — si le courant ne rencontre ni "source" ni "puits" de la propriété que l'on étudie — toute grandeur conservative, qui peut être présente dans cette parcelle à travers une valeur unique (c'est alors une grandeur extensive) ou à travers un champ de valeurs en chaque point (c'est alors une grandeur intensive). En un point fixe A de l'atmosphère ou de la surface terrestres, l'advection se manifeste généralement par des variations des propriétés ainsi étudiées, y compris en ce qui concerne les grandeurs conservatives, puisque ce sont des parcelles différentes qui passent successivement par A quand s'écoule le temps t ; alors, si la quantité G , supposée intensive, décrit une grandeur conservative, on peut mettre en évidence qu'entre les instants t et t + δt , avec δt extrêmement bref, la variation δG subie par G en A du fait de l'advection est telle que δG / δt = - U (A) .grad G (A), où grad G représente à l'instant t le gradient de G.

En météorologie, on doit généralement distinguer, dans la description de la vitesse U de l'air, le champ de vent V d'une part — qui est vectoriel et horizontal — et le champ scalaire de la valeur numérique w du vent vertical d'autre part, de façon que U = V + wk , où k est le vecteur unitaire de la verticale orientée vers le zénith. On observe alors qu'en un point fixe A de l'atmosphère ou de la surface terrestres, l'"advection horizontale" fait subir à une grandeur conservative G (supposée intensive), entre l'instant t et l'instant t + δt qui le suit presque aussitôt, une variation horizontale δ h G telle que δ h G / dt = - V (A) .grad h G (A), où grad h G représente à l'instant t  la composante horizontale du gradient de G ; de même, l'"advection verticale" fait subir à G , dans ce même intervalle de temps, une variation verticale δ v G telle que δ v G / δt = - w (A) [ δ v G / δz (A)], où ( δ v G / δz ) k représente à l'instant t la composante verticale du gradient de G : la variation totale de G au point A entre les instants t et t + δt est alors la somme de δ h G et δ v G . Ces quantifications horizontale et verticale des variations de propriété conservative dues à l'advection s'appliquent tout autant aux propriétés vectorielles — à commencer par la quantité de mouvement m U , où m est la masse de la parcelle —  en prenant les 3 grandeurs scalaires que sont les valeurs numériques de leurs composantes suivant un référentiel lié à la Terre et constitué d'un axe vertical et de deux axes horizontaux.