Effet de foehn

Effet de fœhn à Reno.

En aval de l'obstacle, l'air se réchauffe adiabatiquement et s'assèche en descendant et devient moins dense. À titre d'illustration, le sondage atmosphérique ci-contre montre l'état de la couche atmosphérique par un fort vent d'ouest à Reno, cette ville étant située à l'est de la Sierra Nevada. Il apparaît clairement que le gradient de température est égal au gradient de l'adiabatique sèche (9,75 K/km) jusqu'au niveau 630 hPa soit une altitude de 3 700 m. De plus l'air est beaucoup plus sec au sol qu'en altitude ce qui se traduit dans le sondage par un écart plus élevé entre la température de l'air et le point de rosée au niveau du sol. Ce sondage, qui a été effectué au milieu de l'hiver, montre ainsi l'accroissement adiabatique de la température de l'air et son assèchement lorsque celui-ci redescend en aval de la chaîne de montagnes. L'air devient donc plus chaud que la masse d'air environnante et va donc rebondir en altitude à cause de la poussée d'Archimède.

Une variante de ce processus est lorsque l'air provient d'une région source plus en altitude que la région en aval. C'est le cas du vent de Santa Ana qui transporte de l'air sec de l'intérieur des montagnes et descend vers l'océan Pacifique. C'est un vent de couloir qui a des composantes de foehn et de vent catabatique. Dans ce cas, l'air soulevé n'a pas besoin d'atteindre la saturation et d'obtenir un apport de chaleur latente. La masse d'air soulevée suivra l'adiabatique sèche à la montée comme à la descente de la montagne. Le niveau final étant plus bas que celui de départ, la température finale sera plus élevée[4]. Naturellement, on peut avoir une combinaison des effets, soit une différence de niveau entre le départ et l'arrivée ainsi qu'un dégagement de chaleur latente par condensation de la vapeur d'eau.

Une situation similaire peut se produire dans le Bas Languedoc lorsque de l'air sec et tiède dévale des hauts plateaux du Massif central en début d'été, cet air étant aspiré par une dépression thermique en Basse Provence attisée par des phénomènes de brises[5]. Il souffle alors un mistral diurne qui est chaud et très sec, propice aux feux de forêt[6]. Ce vent est parfois appelé mistralet[7]. Un tel phénomène se produisit probablement lors du très fort pic de chaleur à Nîmes le 28 juin 2019 où il fit 45,9 °C dans la région[8]. Ainsi, ce jour-là, un vent du nord assez soutenu soufflait (13 nœuds avec des rafales à 23 nœuds)[9].

Une autre variante de ce processus est le heat burst. Une parcelle d'air subsidente sous une virga d'orage s'assèche en descendant. Elle se réchauffe alors suivant l'adiabatique sèche. Si elle est suffisamment puissante, elle va devenir par inertie plus chaude que l'air environnant[10].

Structure d'un rotor associé des ondes orographiques. Le variomètre indique le taux de vitesse verticale en fonction de la position.

L'effet de foehn est la première partie de ce qui se passe une fois que l'air est passé de l'autre côté de l'obstacle. En aval, l'air se réchauffe adiabatiquement en descendant. Lorsque sa température dépasse celle de l'environnement, si cela se produit avant de toucher le sol, la poussée d'Archimède le fait rebondir vers le haut car l'air environnemental est alors plus dense que la particule d'air plus chaude. Le mouvement ascendant se poursuit jusqu'à ce que son refroidissement adiabatique la rende plus froide que l'environnement ce qui la fait à nouveau redescendre. Ceci peut produire une alternance de mouvements ascendants et descendants sur de grandes distances en aval des montagnes. C'est quand la particule d'air provenant du foehn est prise dans une couche d'inversion en altitude que cela survient[11].

Sous ces ondes orographiques, souvent stationnaires, apparaissent des rotors. Ces mouvements peuvent donc être associés avec des nuages (cumulus fractus) dans la partie ascendante et de la forte turbulence. Une modélisation correcte du phénomène fait intervenir les équations de la mécanique des fluides en utilisant le gradient de pression, la stabilité de l'air, la friction, la force de Coriolis et la gravité[11].

Les effets de l'onde de gravité engendrée par le foehn sont appréciés des pilotes de planeur qui peuvent s'élever à de très grandes altitudes. En outre, les mouvements ascendants et descendants dans ces ondes peuvent être très intenses. Il est possible d'avoir des vitesses verticales de 10 m/s. Grâce à ces ascendances, de très longues distances peuvent être parcourues en planeur.

Le flux de la masse d'air pourrait être comparé à la circulation d'un liquide. On utilise le nombre de Froude F qui est équivalent au nombre de Mach. Il exprime la relation entre l'énergie cinétique (le carré de la vitesse) et l'énergie potentielle (stabilité et hauteur de la chaîne de montagnes)[12]. La valeur critique du nombre de Froude est 1. Dans ce cas, la probabilité d'avoir des ondes orographiques est grande. Si ${\displaystyle \scriptstyle F<1}$, le flot est bloqué car l'air est trop stable en amont et la parcelle qui remonte la pente ne peut atteindre le sommet. Si ${\displaystyle \scriptstyle F>1}$, alors l'air s'écoule sans oscillations majeures car il n'est pas assez stable et l'onde produite se disperse en altitude[13].

Le cas ${\displaystyle \scriptstyle F\simeq 1}$ correspond à ce que la FAA enseigne quand elle dit que les ondes de gravité ne peuvent se former que si l'air est stable en amont et au sommet de la montagne. En aval, dû au phénomène de mélange induit par les rotors, l'air dans la couche sous-ondulatoire est neutralement stable et ces rotors peuvent être migratoires se déplaçant avec le vent[14].

Les phénomènes deviennent ainsi beaucoup plus complexes. Ainsi, il peut arriver que la condition de ${\displaystyle \scriptstyle F\simeq 1}$ puisse être satisfaite pour induire des ondes de gravité en aval des montagnes mais que des cumulonimbus se forment dans la région en amont.

En France métropolitaine, les Cévennes subissent un effet de foehn par circulation d'ouest. À l'ouest de la chaîne, les hauts-plateaux sont très humides, alors que les basses vallées de l'Ardèche et du Gard, ainsi que la basse vallée du Rhône sont beaucoup plus arides et ont un climat méditerranéen. On observe aussi un phénomène similaire au nord du Massif central : la chaîne des Puys provoque également un effet de foehn qui a pour conséquence de réduire considérablement les précipitations dans la plaine de la Limagne (qui a un climat semi-continental d'abri). Ainsi, la moyenne annuelle de précipitations n'est que de 57 cm à Clermont-Ferrand[17] ce qui en fait l'une des villes avec la pluviométrie la plus faible de France. Idem pour les monts du Forez qui font de la plaine du Forez une zone avec une faible pluviométrie.

Un phénomène analogue se produit dans les vallées intra-alpines, notamment autour de Grenoble et sur la Savoie et en Haute-Provence. La région de Sierre, en Valais central, est connue pour être particulièrement sèche, certains auteurs affirmant même que Sierre possède un climat méditerranéen. L'effet de foehn fait aussi que la partie de la plaine d'Alsace allant du bassin potassique à Sélestat, est une région assez sèche avec 610 mm de précipitations par an[18] dans la zone centrale située autour de Rouffach. C'est sur les pentes vosgiennes situées dans cette zone que s'est développé le vignoble alsacien[2] depuis l'époque romaine.

Les versants français et espagnol des Pyrénées sont aussi affectés. Par vent de sud, il règne une forte chaleur sèche sur l'Aquitaine tandis que par vent du nord un régime similaire au mistral s'établit en Aragon.

Dans les Alpes du Sud, la présence de mistral est souvent associée à des ondes orographiques. La présence d'ondes orographiques utilisées par les pilotes de planeur est avérée à Saint-Auban, Vinon-sur-Verdon et même à Fayence qui se situe près de limite est d'influence du mistral. Pendant le même temps des cumulonimbus se développent sur le Mercantour et provoquent des orages violents[Note 1]. C'est ce qui s'est passé le 10 août 2016 avec un mistral violent à Marseille provoquant des incendies de forêt[19] et de gros orages sur le Mercantour[20] - [Note 2].

L'effet de foehn est enfin un élément majeur du climat de la Corse, responsable de la fréquente dissymétrie des conditions météorologiques sur l'île, de part et d'autre des massifs montagneux qui coupent l'île en deux. En hiver par exemple, le libeccio (vent de sud-ouest) apporte fréquemment précipitations et orages sur les versants occidentaux de l'île tout en faisant grimper les températures et baisser l'hygrométrie sur la côte orientale.

• Gradient thermique adiabatique
• Vent catabatique
• Coup de chaleur (météorologie)
• Ombre pluviométrique

• Site amateur spécialisé dans la détection des effets de foehn sur la région de Grenoble