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Vent
Le vent est un phénomène naturel du à une différence de température entre les zones chaudes et les zones froides de la planète. Elles sont à l'origine de la modification des pressions au sein de l'atmosphère, sur les zones chaudes l'air dilaté plus léger monte et la pression diminue et l'air des zones froides est alors attiré vers les basses pressions de ces zones chaudes en provoquant des déplacements de masses d'air appelés vent.
Le vent exerce une Forces sur les obstacles. Cette force est très complexe en physique de Mécanique des fluides, en particulier avec un Écoulement tourbillonnaire chaotique qui fait changer sans cesse la force à chaque tourbillon qui passe, engendre beaucoup de bruits et secoue fortement les obstacles ou les arbres. Aussi les mouvements d'air sont très complexes suivant la forme de l'obstacle, mais on peut obtenir une estimation utile très simple pour savoir la force maximum typique du vent qui peut être dangereuse.
Elle est typiquement la force nécessaire pour stopper l'air du vent qui arrive sur une surface ( comme si ce sont des balles à stopper ) et donc elle grandit comme la surface en m² qui bloque le vent.
Calculs simplifiés de la force du vent[modifier | modifier le wikicode]
Le principe du calcul utilise la définition d'une Force égale à décélération ou Accélération négative multipliée par la Masse d'air à stopper. On calcule chacune de ces grandeurs.
Le poids ou masse d'air qui arrive sur un m² par seconde est proportionnel à la vitesse V en m/s du vent donc pour 100km/h = 27,77m/s le volume d'air à arrêter est de V = 27,777m cube/s donc avec la densité de l'air de d = 1,2kg/m cube, la masse d'air à stopper est de V*d = 27,77x1,2 = 33,333kg par seconde.
Chaque seconde on doit stopper et faire passer ce poids de 33,333kgp de la vitesse V = 27,777m/s à la vitesse de 0m/s donc lui faire subir une accélération négative de γ = V = 27,777m/s² en une seconde ce qui donne la force égale à la masse d'air multipliée par la dés accélération γ*V*d = V²*d = 926 N = 94kgp, 4 avec l'accélération terrestre 9,81m/s² pour passer de Newtons au kg, en divisant par 9,81.
La force du vent en Newtons est donc en V²*d = d*V² produit de la densité d en kg/m3 par le carré de la vitesse V en m/s.
Cette force est utilisée par les Éoliennes et les Aile (aéronautique) d'avion, de planeur ou de sky-surf.
Ainsi pour de l'eau avec d = 1000kg/m3 = 1 tonne/m cube d'un tsunami à la même vitesse que le vent, la force est 1000/1,2 = 833 fois plus forte que pour l'air.
Pour cette raison de densité de l'eau 833 fois celle de l'air, un tsunami est très destructeur même pour des vitesses 28,8 fois moins rapides comme 1 m/s = 3,6km/h environ, la force 100kgp/m2 est celle du vent à 100km/s, car le carré de 28,8*28,8 = 833. et donc même l'eau arrivant à la vitesse de la marche à pied lente 3,6Km/h a une énorme force destructrice, comme un vent à 100km/h.
Le moindre courant faible dans une rivière emporte les gens qui ne se méfient pas assez, et se noient s'ils ne sont pas très bon nageurs.
C'est un ordre de grandeur simple à arrondir à 100kgp pour 100km/h, car la force est variable suivant la forme de l'obstacle, comme un oeuf aérodynamique qui stoppe bien moins l'air du vent (1/2 à 1/3 car il dévie le vent bien plus qu'il ne le stoppe) qu'un obstacle vertical comme un mur. Elle fluctue fortement suivant les tourbillons qui passent.
La force du vent devient importante, croissant bien plus vite comme le carré de la vitesse.
Par exemple à 100km/h grossièrement c'est 100Kgp/m2 en ordre de grandeur à retenir,
à 140km/h 'est 200Kgp/m2,
à 180km/h c'est 300Kgp/m2
à 200Km/h c'est 400Kgp/m2
à 300Km/h c'est 900Kgp/m2, proche de 1 Tonne/m2, typique de certaines tornades US qui démolissent tout, même les maisons en béton solide. Alors pas grand chose ne résiste vers 140 à 180km/h, arbres, toitures, maisons démolis dans les tempêtes, tornades et cyclones.
Un arbre de 20m de haut a souvent une surface de prise au vent de plus de 10m 2 (3,3m par 3,3m) et même 25m 2 (5m par 5m) en haut de ces 20m de haut, qui subit ainsi la force de 400Kgpx10=4 tonnes, voire même 400Kgpx25=10 tonnes, le poids d'un camion qui déracine ou casse l'arbre inévitablement.
Cette force en haut de 20m de haut a un bras de levier énorme sur les racines et le tronc de l'arbre, par exemple pour un arbre avec un tronc de 50cm de diamètre la force sur le tronc à la base est multipliée par le rapport hauteur sur diamètre soit 20m/0,5m=40 et donc les 10 tonnes deviennent en réalité sur la base du tronc 400 tonnes. Un vent de 140 km/h donne la moitié 200 tonnes et donc le tronc casse ou les racines cassent.
Origine du vent[modifier | modifier le wikicode]
Les rayons du soleil chauffent la surface de la Terre de façon inégale. Dans la zone de l'équateur, à midi, les rayons frappent au-dessus de la tête, perpendiculaires au sol : ils chauffent donc très fort. Au contraire, à midi dans les régions polaires, le soleil n'a pas quitté l'horizon. En raison de la courbure de la terre, les rayons rasent le sol et sont donc dispersés sur une surface beaucoup plus grande : ils apportent comparativement bien moins de calories à chaque mètre carré.
Là où le sol est le mieux chauffé, l'air est plus chaud. En chauffant, les atomes d'air vibrent, s'entrechoquent, et les molécules d'air s'écartent les unes des autres : l'air prend plus de place, il se dilate. Pour un même volume, l'air chaud contient donc moins de molécules, il est devenu plus léger que l'air froid.
- La masse d’air chaud se met alors à monter, comme le fait une montgolfière1 : un mouvement de convection est en train de naître.
Sous l'air chaud, la pression de l'atmosphère diminue (basse pression).
- Tout autour, l'air froid, plus dense, et alimenté par l'air qui s'est refroidi en gagnant de l'altitude, se met, lui, à descendre, provoquant au contraire une augmentation de la pression (haute pression).
- Les masses d'air froid remplissent alors "le vide" et donnent naissance au vent : elles se déplacent sous les masses d'air chaud, et ramènent ainsi l'équilibre. On revient à une pression stable, égale partout… jusqu'à ce que l'air se réchauffe !
Les différences thermiques provoquent donc des différences de pression qui donnent naissance au vent.
Le vent est donc une machine thermique solaire naturelle, comme les cyclones et tornades.
Anticyclones et dépressions[modifier | modifier le wikicode]
En météorologie, les endroits "pleins d'air", de haute pression, s'appellent des anticyclones. Les endroits où il y a "moins d'air" , à basse pression sont les cyclones ou dépressions. Les mouvements d'air "vident" un peu les anticyclones pour "remplir" les dépressions : ce déplacement des molécules d'air d'un endroit à l'autre, c'est le vent !
Quand la différence des pressions est faible, alors le vent est faible. Au contraire, quand elle est importante, alors le vent peut être rapide. La vitesse maximale du vent mesurée pendant une tempête en France fut de 360 km/h. Des vents si violents peuvent provoquer la chute d'arbres et l'arrachage de toitures. Dans les cas extrêmes comme les cyclones ou les tornades, le vent est suffisamment violent pour détruire des maisons. Un vent de 509 km/h, donc avec une force de 5x5=25x100Kgp/m2=2,5Tonnes/m2, épouvantable, a été enregistré au cœur d'une tornade en Oklahoma, soit plus rapide qu'un avion à hélice. Cependant, les vents terrestres n'atteignent jamais la vitesse des vents de Neptune ou Saturne, qui dépassent les 1800 km/h.
 Le savais-tu ?
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| Pas de brise de lune ? | ||
 Sur la lune, bien qu’il y ait de très grandes différences de température entre les zones exposées au soleil et les zones sombres, il ne peut y avoir de vent… parce qu'il n'y a pas d'air ! Si le drapeau américain planté par les astronautes semble flotter dans la brise, c’est parce qu’il est maintenu par une baguette horizontale sur toute sa longueur. L'effet est d'autant plus réussi que la baguette a été partiellement cassée lors du montage ! | ||
Autres origines du vent[modifier | modifier le wikicode]
- Les grands flux d’air qui s'établissent entre les régions chaudes et les régions froides, sont déviés par la rotation de la Terre. C'est en particulier le phénomène des alizés et de la mousson.
- Les reliefs modifient aussi les vents. Les montagnes et vallées, peuvent provoquer des vents particuliers, régionaux, comme le mistral, dus à l'effet Venturi.
- Les vents sont aussi compliqués par les différences locales de températures, qui vont donner des circulations d'air particulières, comme les brises de mer ou les tornades sous les orages. Ainsi l'alternance entre le jour et la nuit, mais aussi la nature de la surface de la planète influent sur la circulation des masses d'air : les terres absorbent et perdent de la chaleur plus vite que les océans ; les roches plus vite que les plantes ; les zones urbanisées plus vite que les zones cultivées...
Outils de météorologie[modifier | modifier le wikicode]
Une manche à air permet d'évaluer approximativement la vitesse du vent, et sa direction.
Les météorologues utilisent des anénomètres pour mesurer la vitesse du vent : il s'agit d'un instrument qui contient une ou plusieurs hélices dont on relève les vitesses de rotation.
Pour calculer l'intensité du vent, on utilise l'échelle de Beaufort qui va de 0 à 12. Le 0 correspond à l'absence de vent (moins de 1 km/h), le 12 à un ouragan (plus de 118 km/h). Entre deux, on trouve les différents types de vent (brise, vent frais, coup de vent, tempête...).
La girouette donne la direction du vent.
Utilisations du vent[modifier | modifier le wikicode]
Moulins à vent actionnant des pompes à eau dans les polders néerlandais.
Une éolienne pour produire de l'électricité.
Chars à voile sur une grande plage de la Somme, Picardie
Le parapentiste peut gagner de l'altitude en utilisant le vent qui monte le long du relief ou en tournoyant dans une colonne d'air chaud ascendante, à l'image des rapaces.
Une tour du vent créant une ventilation naturelle réfrigéré dans le bâtiment.
Le vent dans les loisirs[modifier | modifier le wikicode]
Le vent est présent dans les loisirs avec des objets tels que le cerf-volant, la planche à voile ou le parapente.
Différents vents[modifier | modifier le wikicode]
Selon les régions, leur direction, leur force et les effets ressentis par les êtres vivants, les vents portent différents noms :
- Alizés
- Autan
- Bora
- Chinook
- Farou
- Fœhn
- Harmattan
- Jet stream
- Khamsin
- Marin (vent)
- Mistral
- Mousson
- Simoun
- Sirocco
- Tramontane
- Typhon
Il existe aussi des vents existant seulement dans certaines régions, par exemple car ils portent le nom de la région d'où ils viennent.
Notes et références[modifier | modifier le wikicode]
- ↑ Un autre exemple plus trivial est le pet (ou vent…). Le gaz est expulsé à la température du corps, 37°, dans l'air plus froid qui nous entoure. Aidé par la densité moindre du méthane, il nous monte alors aux narines.
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Article mis en lumière la semaine du 30 janvier 2017. |
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