Les mécanismes en général

Les phénomènes climatiques liés à l’eau dépendent de la vapeur d’eau contenue dans l’air, qui résulte elle-même de l’évaporation. Celle-ci se produit su le continent à la suite de pluies ainsi que sur les nappes d’eau libres, comme les lacs, les fleuves et les mers.

Ainsi le phénomène de l’eau revêt la forme d’un cycle. L’évaporation d’eau nécessite que la température de l’eau soit supérieure à celle de l’air dans lequel elle s’évapore. Tous les phénomènes de précipitations sont conditionnés par la saturation de l’air en vapeur d’eau qui est une fonction de la température de l’air : plus l’air est chaud, plus forte est sa capacité en vapeur d’eau.

La formation des nuages n’est pas due à un contact de températures contrastées mais à un mouvement de l’air : leur origine est dynamique ; en s’élevant, l’air se refroidit dans toute son épaisseur et la vapeur d’eau se condense lorsqu’il y a saturation. La diminution de température provient ici d’un mouvement ascendant. Dans le cas de brouillards comme dans le cas de nuages (mouvement ascendant) la cause première de saturation est le refroidissement de l’air.

Le phénomène des précipitations (pluie, grêle, neige) est conditionné par les ascendances de l’air : lorsque le poids (et la taille) des gouttelettes en suspension qui composent le nuage est supérieur à la force ascendante de l’air, il y a précipitation.

L’accroissement en taille et en poids dépend lui-même de la rapidité de l’ascendance, donc de l’intensité des turbulences qui entraînent la coalescence des gouttelettes : les nuages à forte et longue ascendance, caractéristiques d’un air instable produisent des précipitations de forte intensité, des averses violentes, alors que les nuages d’ascendance faible en vitesse et en longueur produisent des bruines. Les températures de l’air ambiant voisines de 0°C sont favorables à la neige.

Les fronts sont une cause d’ascendance liée à la circulation des masses d’air. L’association de deux fronts compose le système des perturbations caractérisées par des cellules de basse pression. L’air le plus chaud est en contact avec l’air le plus froid au niveau du front chaud ; l’ascendance forcée de l’air chaud entraîne des précipitations ; le front froid, après le passage de la cellule de basse pression, contraint l’air chaud à l’ascendance ; il pleut à nouveau. Le front froid est quasi vertical, ce qui occasionne des ascendances plus rapides car plus verticales ; les pluies du front froid sont donc des averses plus violentes que les pluies régulières et peu intenses du front chaud.

Les orages

Vous savez qu’un orage est un phénomène météorologique caractérisé par une instabilité atmosphérique (se manifestant par de fortes pluies, des vents violents et occasionnellement de la grêle ou de la neige) et appréhendez la production d’éclairs qui produisent du tonnerre lorsque l’atmosphère s’effondre.

Quand on habite en Aquitaine, on se rend compte que les orages avec les éclairs et l’atmosphère lourde qui se dégagent, sont fréquents, car cette zone se situe au milieu du plus fort conflit de masses d’air, un contraste de températures nécessaires pour les déclencher. La majorité des précipitations pluvieuses, accompagnées d’air frais, proviennent de l’océan, soit de l’Ouest.

Et dans l’atmosphère, quand le temps s’y prête,  les orages ont un rôle fondamental dans le transport d’énergie et de vapeur d’eau à l’intérieur. Ils réchauffent l’air en altitude par libération de chaleur latente, et le refroidissent dans les basses couches par évaporation partielle de la pluie. Nous en arrivons tout simplement à la foudre. Avec ce temps si chaud que nous avons connu à Bordeaux.

La foudre

Essentielle à connaître, lors d’un orage, en atmosphère, la foudre est la décharge électrique intense visible sous la forme d’un éclair. Le tonnerre, quant à lui, est le bruit que nous entendons dans nos maisons ou ailleurs, après l’éclair. Il le suit car la lumière voyage plus vite que le son.

La décharge électrique secoue l’air en altitude, où des gaz toxiques produits par les orages ou gaz réactifs participent à la formation d’ozone dans les couches hautes de la troposphère (couche de l’atmosphère comprise entre 8 et 15 km) avant qu’il retombe jusqu’au sol.

L’impact de la foudre sur l’atmosphère a été minimisé jusqu’à présent. En effet, une équipe de chercheurs a récemment montré que la foudre avait une influence localisée mais néanmoins notable sur la couche d’ozone. Les résultats sont présentés dans le Journal of Geophysical Research: Atmospheres.

On sait que la foudre affecte la chimie atmosphérique, et tout particulièrement en ce qui concerne les oxydes d’azote (NOx) quand elle se déclenche. En effet, l’air porté à de très hautes températures dans le canal de l’éclair (environ 30 000 °C) est réaction chimique d’oxydation.

Il est bon de savoir que les éclairs quand il se libèrent créent des polluants nocifs pour l’air que nous respirons et des molécules capables de dégrader certains gaz à effet de serre. Evitons de mettre le nez dehors.

Comment la foudre influence-t-elle la couche d’ozone ?

Or, selon de récents travaux dirigés par l’Université du Colorado à Boulder (États-Unis), les décharges électriques des nuages d’orage modulent également la couche d’ozone, bouclier qui nous protège des rayons ultraviolets nocifs émis par le soleil. Le mécanisme ne dépend toutefois pas de l’élévation thermique brutale du canal de foudre mais de la précipitation d’électrons qu’elle induit

Plus précisément, chaque fois qu’un éclair frappe dans un ciel, une onde électromagnétique se propage depuis le canal de plasma jusqu’aux plus hautes couches de l’atmosphère. Arrivée à ces lointains horizons, aux frontières avec l’espace, elle provoque la précipitation des électrons jusqu’alors piégés dans les ceintures de radiations de la Terre. Dans leur étude, les auteurs ont étudié les retombées associées à trois tempêtes différentes survenues au cours de la dernière décennie, dont l’exceptionnel ouragan Patricia en octobre 2015.

Lorsque les éclairs chauffent l’air loin à des dizaines de milliers de degrés, les molécules d’oxygène et d’azote qui composent l’atmosphère terrestre se brisent. Conséquence de quoi, ces gaz favorisent ensuite la formation d’ozone (O3 ou trioxygène) dans l’air que nous respirons, une substance particulièrement nocive pour les voies respiratoires.

Des gaz toxiques environnants sont produits quand s’abattent les orages. Ils dégradent l’air inspiré. Le phénomène est plus prégnant en été, car l’atmosphère est plus instable dans les pays au climat continental. « Les effets de la foudre sur le climat durant la saison estivale sont comparables à ceux des oxydes d’azote créés par l’activité humaine, ce qui explique pourquoi nous avons choisi d’étudier les orages en juin », précise Dale Allen, chercheur en sciences atmosphériques.

Un effet cumulatif qui reste à élucider

Si, pris isolément, un éclair a de toute évidence un impact mineur, l’influence des innombrables décharges qui surviennent chaque jour sur Terre reste une question ouverte. « Il y a environ 1 800 orages actifs dans le monde à chaque instant, générant environ 50 éclairs par seconde », note Robert Marshall, coauteur du papier. « L’augmentation des oxydes d’azote peut durer 24 heures ou plus, et ces gaz descendront lentement en altitude où ils peuvent détruire l’ozone stratosphérique ».

Pour autant, si l’individu vit avec la foudre depuis très longtemps il va de soi que personne ne s’attend à des menaces précises induites par le changement climatique. Ces découvertes nous éclairent néanmoins sur le rôle des éclairs dans la chimie de notre atmosphère et son couplage étroit avec les plus hautes couches de la fine enveloppe gazeuse qui entoure notre planète. Des propriétés qui ont de quoi vous fasciner si vous êtes assidu du site Keraunos.

Le Chercheur Pickering écrit « Les orages évoluent vite : ils naissent, s’intensifient et disparaissent souvent en moins d’une heure. Ces observations à court intervalle nous donnent donc une vision beaucoup plus fidèle de ce qui se passe à l’intérieur »

Mais attention, retenez ceci : Si les orages contribuent à la pollution dite « naturelle » de notre atmosphère, aussi surprenant que cela puisse paraître ils déclenchent simultanément des processus inverses.

Les orages sont « purificateurs d’atmosphère

Les fortes décharges électriques qui surviennent lors des orages produisent aussi des molécules appelées radicaux hydroxyles (OH). Ces particules sont extrêmement réactives à la composition de notre atmosphère et agissent presque comme des détergents. Elles contribuent, par exemple, à dégrader le méthane, puissant gaz à effet de serre, mais également l’ozone en excès qui circule dans l’air lorsque les éclairs stimulent sa production ».

Une situation paradoxale, mais les réactions chimiques engendrées par un orage sont à la fois polluantes et nettoyantes. Sans elles, le méthane resterait beaucoup plus longtemps piégé dans l’atmosphère et l’ozone tendrait aussi à s’accumuler. Il s’agit de l’exemple parfait d’un phénomène atmosphérique autorégulateur. Un véritable soulagement à lire…

Santé et bien être humain

Les orages sont des phénomènes météorologiques qui peuvent nous affecter dans le temps. Pourquoi ?

Les conditions venteuses déchaînées lors d’un orage favorisent les migraines. L’une des raisons principales est l’effet sur l’hypothalamus, la région du cerveau qui contrôle les fonctions corporelles ; il peut provoquer une constriction ou une inflammation des vaisseaux sanguins dans la tête, avec le déclenchement de la migraine qui s’ensuit.

Les traumatismes

La pression externe qui chute dilate et contracte les tissus. En particulier, si vous avez un tissu cicatriciel non-extensible, il ne pourra pas s’adapter aux changements de pression, il « va tirailler » pouvant vous sentir douloureux.

Articulations

Les barorécepteurs situés à l’intérieur, détectent une baisse de la pression atmosphérique lors d’un temps sec qui passe à pluvieux. Vos articulations risquent devenir douloureuses.

Asthmatiques

Si vous souffrez de la pathologie de l’asthme, vous subirez également les désagréments de ces situations. Quand des orages se déclenchent dans votre région, votre corps est susceptible de réagir sous la présence élevée de pollens. Les rafales de vent responsables des tempêtes l’absorbent et le renvoient ; pendant que la charge électrique générée par la tempête allonge la présence de pollen dans les poumons, possible vecteur de convulsions.

Appauvrissement de la couche d’ozone : effets sur la santé et l’environnement

Enfin il faut savoir que le rayonnement ultraviolet affecte non seulement les humains, mais aussi la faune et la flore. Un excès d’UV-B peut inhiber la croissance de la plupart des plantes vertes. On peut craindre que l’appauvrissement de l’ozone n’entraîne la perte d’espèces végétales et la réduction de l’approvisionnement alimentaire. Toute perturbation de l’équilibre des espèces végétale peut avoir de graves conséquences, car tous les organismes vivants sont interconnectés. Les végétaux forment la base de la pyramide alimentaire, préviennent l’érosion du sol et réduisent les pertes hydriques ; ce sont les principaux producteurs d’oxygène sur la planète et un puits primaire pour le dioxyde de carbone.

Nos amis les animaux souffrent aussi

Chez les animaux domestiques, les UV-B causent l’apparition de cancers semblables à ceux observés chez les humains. La plupart des animaux bénéficient d’une protection accrue contre les UV-B grâce à leur fourrure épaisse ou à la pigmentation de leur peau, mais ils ne peuvent pas être protégés artificiellement contre les UV-B à grande échelle. Ce sont les yeux et les parties exposées du corps qui courent les risques les plus élevés.

Les UltraViolets-B

La couche d’Ozone agit comme un filtre naturel qui absorbe la plus grande partie du rayonnement ultraviolet en provenance du Soleil. L’appauvrissement de l’ozone stratosphérique entraîne une augmentation des UV-B qui atteignent la surface de la Terre, où ce type de rayonnement peut perturber les processus biologiques et endommager des matériaux.

Vous avez des « coups de soleil » ? Ils font suite à une surexposition au soleil. Mais ne la prenez pas à la légère ; l’impact d’une surexposition aux UV-B sur la santé va au-delà des simples brûlures.

Des études montrent que la santé humaine est en jeu, notamment dans le cas du cancer de la peau. Les scientifiques indiquent également qu’une exposition accrue aux UV-B affecte le système immunitaire humain et provoque un vieillissement prématuré de la peau.

Il est important de noter, toutefois, que les UV-B ont toujours provoqué de tels effets chez nous. Ces effets sont devenus prévalents au cours des dernières années, dans notre environnement, parce que le soleil est plus fort, demandant plage avec son eau de mer, endroits où se rafraîchir et invariablement une exposition plus grande d’une partie de sa peau.

Et que d’autre-part, l’augmentation des UV-B à la surface de la Terre quand l’ozone s’appauvrit, pourrait amplifier les effets de ces habitudes d’expositions excessives.

Cancers de la peau

Beaucoup d’étude mettent en évidence que les cancers de la peau autres que les mélanomes sont dus aux UV-B et qu’une réduction constante de la couche d’ozone de 10 % devrait s’accompagner d’une augmentation de 26 % des cancers de la peau autres que les mélanomes. Cela se traduirait par 300 000 cas supplémentaires par an pour l’ensemble de la planète.

Effets sur les yeux

Les UV-B peuvent endommager plusieurs parties de l’œil, notamment le cristallin, la cornée et la membrane qui recouvre l’œil (la conjonctive). Aussi à la montagne où l« ophtalmie des neiges », avec une surexposition aux UV-B, résultante des régions du monde qui reçoivent un niveau relativement élevé d’UV, notamment dans les zones neigeuses de haute altitude.

La cataracte dans notre système santé est une opacification du cristallin de l’œil due à d’une surexposition aux UV. Un amincissement de 10 % de la couche d’ozone en atmosphère , annuellement, devrait entraîner l’apparition de près de deux millions de nouveaux cas de cataracte à l’échelle de la planète.

Effets sur le système immunitaire

Evitez autant que possible les UV, ils affectent notre capacité à combattre les maladies dans notre corps. Quand notre système immunitaire est affaibli, il ne peut plus remplir son rôle dans la première ligne de défense du corps contre les germes qui se sont introduits dans l’organisme. Des études ont montré que certains virus peuvent être activés par une exposition accrue aux UV.

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Image par Vanja Milicevic de Pixabay