Les inversions de température
La température baisse avec l’altitude, d’environ 1°C tous les 100 mètres. Cependant, on constate fréquemment que la température est bien plus basse en plaine, sur les plateaux, en bas de pentes, dans les vallées que sur les crêtes et autres sommets.
Ce phénomène peut se réaliser en toutes saisons et est souvent remarquable en hiver. Il s’amorce dès que le crépuscule approche, lorsque le vent est nul ou faible et que le ciel est dégagé, c’est-à-dire lors de conditions anticycloniques.
La température chute jusqu’à une minimale atteinte au lever du jour, alors que la température sur les sommets varie peu et reste plus élevée.
Cette différence de température est parfois très importante. Il n’est pas rare d’avoir des températures largement positives sur les crêtes et de fortes gelées en contrebas. C’est ce qu’on appelle les inversions de température.
Comment expliquer ce phénomène ?
Une inversion de température c’est donc un phénomène qui implique une hausse de la température avec l’altitude alors que la théorie indique le contraire.
Il faut déjà avoir à l’esprit que ce phénomène n’est pas spécifique à la montagne. On y est plus sensible sur le relief, car en plaine on ne se rend pas compte des températures plus élevées quelques centaines ou dizaines de mètres au-dessus de nous.
Lorsque les nuits sont claires, sans vent ou avec un vent (très) faible, la chaleur emmagasinée par la surface terrestre est restituée en direction de l’espace, ce qui implique un refroidissement de la température près du sol. C’est ce qu’on appelle le rayonnement nocturne.
S’il y a du vent, il y a brassage de l’air et donc le sol se refroidi moins. De même s’il y a trop de nuages, ces derniers jouent le rôle d’un couvercle qui bloque ce rayonnement en le renvoyant vers le sol.
Mais alors pourquoi n’y a-t-il donc pas de refroidissement sur les crêtes et sommets dans le cas d’une nuit claire et avec un vent limité ?
Et bien, c’est là qu’il faut inclure un autre principe physique relativement simple : l’air froid est plus lourd que l’air chaud. Ainsi, en montagne, l’air refroidi glisse sur les pentes et vient s’accumuler dans les espaces en contrebas.
Tout comme l’eau, l’air est un fluide ! Donc un air froid, plus lourd que l’air plus chaud qui l’entoure, va s’écouler le long des pentes, s’accumuler dans les vallées, au niveau d’une pente qui s’adoucie, sur les plateaux etc. Cette analogie entre l’eau et l’air froid permet vraiment de comprendre quels sont les espaces qui seront soumis à un fort refroidissement.
Ce qui fait que, même si la masse d’air est positive (admettons 8°C vers 1500 m), l’air se refroidira près du sol et on peut facilement avoir -5 à -10 °C en fin de nuit dans les espaces où le froid peut s’accumuler.
Ce phénomène est surtout remarquable lorsque la température de la masse d’air vers 1500 m à l’échelle de notre pays ou du continent est positive et que l’on observe de fortes gelées plus bas. Mais il peut très bien se produire lorsque la température de la masse d’air est négative. Ainsi, alors qu’il est rare de descendre sous -20°C sur le puy de Sancy, la température peut chuter sous cette valeur dans les vallées à proximité. C’est donc dans le cas d’inversions nocturnes que l’on pourra observer les plus basses températures.
Prenons par exemple ce qu’il s’est passé le 2 décembre 2015. Les conditions sont anticycloniques avec une pression au sol supérieure à 1025 hpa. La température prévue vers 1500 m est de +11°C.
Voici ce que l’on a observé en tout début de journée sur nos massifs, après une nuit claire et sans vent :
+ 10,8°C au pied du Puy-de-Sancy (1660 m)
+ 10°C au sommet du Puy-de-Dôme (1465 m)
Jusqu’ici les valeurs sont cohérentes avec la prévision. Si l’on raisonne simplement en se disant que la température diminue en montant et augmente en descendant, on devrait s’attendre à +15°C à la Bourboule.
Et pourtant, La température observée au même moment dans cette ville située à 855 m dans la vallée de la Dordogne était de -3,9°C ! Attention de ne pas tenir la rivière pour responsable de cette température négative, ceci est une idée reçue. En Corrèze, on a même observé près de -7°C vers 660 m. Soit une différence de près de 17°C ! Et les conditions étaient bien homogènes sur des milliers de kilomètres.
Du côté de Clermont-Ferrand, dans la plaine de la Limagne, ce phénomène est fréquent. Lorsqu’il y a inversion de température, il peut y avoir du gel, parfois sous une couche de nuages bas responsables de brouillards givrants. Si ces nuages et brouillards persistent par manque de vent, il peut continuer de geler la journée, voir sur plusieurs jours. Depuis nos massifs, cela donne le spectaculaire phénomène de mer de nuages, qui témoigne d’une couche d’inversion.
Ainsi, alors que Clermont-Ferrand est pris dans une ambiance hivernale, soumis à de la pollution atmosphérique, car la couche d’inversion joue le rôle d’un couvercle qui empêche le brassage de l’air, le temps est doux et parfaitement ensoleillé sur nos massifs, avec une excellente visibilité.
Il y a aussi un facteur extrêmement important pour prévoir l’intensité d’une inversion de température : c’est la couverture neigeuse. En effet, le rayonnement nocturne est décuplé lorsque les sols sont enneigés. Pourquoi ? Parce que le blanc de la neige renvoie la "chaleur", contrairement aux surfaces sombres qui accumulent davantage la chaleur comme sur les routes où la neige peut fondre rapidement au soleil. C’est pourquoi, lorsque nos massifs sont enneigés, avec une nuit claire, sans vent et une masse d’air déjà froide en altitude (-5/-10°C à 1500 m), la température peut facilement descendre sous les -20°C à plus basse altitude dans les vallées et sur les plateaux, comme évoqué précédemment.
Pourquoi est-il important d’avoir à l’esprit ce phénomène ?
Premièrement, les inversions de température sont donc des illusions. Le gel observé par exemple au réveil à la Bourboule peut-être inexistant sur les pistes de ski. Ce « faux-froid » a donc une influence sur l’état du manteau neigeux et sur les conditions météorologiques de manière générale. Pour autant, comme évoqué précédemment, cet air froid glissant sur les pentes, sous la forme d’une couche près du sol, il est tout à fait possible d’observer un regel nocturne du manteau neigeux (+ rayonnement). C’est pourquoi ces conditions sont un moindre mal pour la continuité de la couche de neige. Une masse d’air douce lors d’une nuit claire et sans vent est ainsi plus favorable qu’une nuit claire, douce et ventée, car même si le vent donne une sensation de froid, dans ce genre de situation, il favorise la fonte de la neige.
Il est aussi important d’être conscient de ce phénomène pour d’autres raisons :
Lorsque la neige manque ou se fait attendre, il peut-être frustrant d’observer de fortes gelées à basse altitude et de voir les canons à neige qui ne tournent pas sur les pistes, ces derniers ayant besoin d’une température négative pour produire une neige artificielle et la température est bien positive sur les pistes.
De plus, lors d’un temps extrêmement calme, ces inversions peuvent se poursuivre encore plus localement en journée dans les espaces très encaissés, ou même dans les fossés ou encore en forêt, car la couche d’air froid se maintien très près du sol là où il peut s’accumuler, un peu comme lorsque c’est la marée basse sur la côte, on observe de petites mares, pour reprendre la comparaison entre l’air froid et l’eau.
En revanche, là où l’air est davantage brassé, on observera des températures largement positives. C’est pour cela que les inversions, notamment au printemps ou à l’automne, sont responsables de formidables amplitudes thermiques, c’est-à-dire d’écart entre les températures minimales et maximales qui peut facilement dépasser les 20°C entre le lever du jour et l’après-midi. Dans ce genre de situation, vous avez sans doute remarqué la rapide baisse de la température à l’approche du crépuscule, avec des sensations d’air bien froid qui descend des pentes.
La prévision de la température dans ce genre de situation est très délicate. C’est le casse-tête du prévisionniste. Par exemple : il est prévu une masse d’air à 8°C à 1200 m et aussi de fortes inversions de température. L’altitude, 1200 m, n’aura plus de grande valeur : il fera effectivement une température proche de 8°C sur un sommet à 1200 m mais que prévoir alors pour une vallée, un point bas, un plateau situé à la même altitude ? La température pourra être 10 à 20°C plus basse ! La température est donc très fluctuante d’un espace à l’autre et est dépendante de ce qu’on appelle les « trous à froid ». Pour résoudre en partie le problème, vous retrouverez sur le bulletin Météovergne, la température prévue pour un sommet à 1200 m. Les inversions de température sont indiquées à part. Il est impossible de prévoir la température pour chaque espace, mais avec un peu d’expérience, et en regardant le thermomètre de votre voiture en parcourant nos massifs, vous observerez ces variations et vous pourrez anticiper la température attendue au niveau d’un espace défini.
Ici, la fumée d’un feu qui s’étale témoigne de la couche d’inversion. Laqueuille - décembre 2015
Donc au gré de la topographie, c’est-à-dire la forme de la surface terrestre, on observe une grande variabilité spatiale de la température, indépendamment de l’altitude. Cette variabilité se manifeste même à quelques dizaines de mètres près. Cette problématique peut devenir encore plus complexe lorsque de nouvelles inversions nocturnes se produisent en début de nuit et qu’une masse d’air plus douce et des nuages envahissent le relief en cours de nuit, à l’avant d’un front chaud.
Enfin, il faut bien comprendre que les fortes gelées créées par les inversions de température correspondent donc en quelque sorte à du « faux froid », puisque ces températures ne reflètent pas une masse d’air globale qui peut être très douce. Il ne faut pas donc pas faire de raccourci rapide en affirmant que le réchauffement climatique serait bien loin lorsque que l’on observe du -10°C. Il y fait peut-être 20°C de plus sur les crêtes….
A RETENIR à propos des inversions :
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T°C augmente avec l’altitude mais grande variabilité selon la topographie
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Elles peuvent se produire en toutes saisons
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3 conditions pour la mise en place : la nuit/vent nul ou (très) faible/ciel clair
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Phénomène très amplifié sur sols enneigés
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Responsables des plus froides températures observables (ex : Mouthe dans le Jura)