« Nous ne savons pas encore comment évolue le courant-jet »

Une bande de vents forts longe la frontière entre l’air polaire froid et l’air chaud subtropical – le courant-jet. Bien que ce phénomène se produise à une dizaine de kilomètres d’altitude, il influence la météo au sol. Entre autres choses, le courant-jet a été accusé par le passé de vagues de chaleur. Une question importante est donc de savoir comment le courant-jet va évoluer en raison du changement climatique provoqué par l’homme. Dans une interview avec World of Physics, Volkmar Wirth de l’Université Johannes Gutenberg de Mayence explique pourquoi cette question est extrêmement complexe et quels efforts les chercheurs déploient pour la clarifier.

Monde de la physique : Qu’entend-on par courant-jet ?

Volkmar Wirth : Le courant-jet du front polaire est une bande de vents forts sur les latitudes moyennes à une dizaine de kilomètres d’altitude. Les avions de passagers volent également à cette altitude. Le vent y souffle généralement d’ouest en est et peut atteindre des vitesses allant jusqu’à 400 kilomètres par heure. Par conséquent, un vol de Francfort à New York prend environ une heure de plus que l’inverse, c’est-à-dire de New York à Francfort. Parce que dans une direction, vous avez un vent contraire dû au courant-jet du front polaire et dans l’autre direction, vous avez un vent arrière. Il existe également un tel courant-jet dans l’hémisphère sud et un courant-jet subtropical dans les deux hémisphères qui est plus proche de l’équateur. D’ailleurs, les courants-jets existent non seulement sur Terre, mais aussi sur d’autres planètes comme Jupiter ou Saturne. Lorsque nous parlons du courant-jet dans les médias européens, nous parlons généralement du courant-jet du front polaire dans l’hémisphère nord.

Comment se produit le courant-jet du front polaire ?

Le fait que les vents d’ouest prédominent à une dizaine de kilomètres d’altitude aux latitudes moyennes est dû en fin de compte au fait que l’atmosphère sous les tropiques est plus chaude que dans les régions polaires. A cette altitude, cet écart de température est lié à un gradient de pression horizontal entre le pôle et l’équateur. Non seulement la force de pression associée agit sur les parcelles d’air, mais aussi la force de Coriolis due à la rotation de la Terre. À long terme, les conditions de vent s’adaptent de telle sorte que la force de pression et la force de Coriolis sur les différentes parcelles d’air se compensent approximativement. C’est le cas dans les deux hémisphères lorsqu’il y a un vent d’ouest. La raison pour laquelle ces vents d’ouest sont concentrés dans de fortes bandes de vent, c’est-à-dire des courants-jets, est une question beaucoup plus complexe. Outre cet écoulement à grande échelle, les vagues et les tourbillons jouent également un rôle important. Au final, le jet stream peut être interprété comme un phénomène émergent, c’est-à-dire comme une structure qui émerge de ces interactions complexes.

Quelles propriétés peuvent être utilisées pour caractériser le jet stream ?

D’une part, il y a la force, c’est-à-dire la vitesse du vent, du courant-jet. Vous regardez également sa forme d’onde. Il y a des fluctuations dans sa position vers l’équateur – ce qu’on appelle les creux – et vers le pôle – ce qu’on appelle les crêtes. Nous appelons ce phénomène « ondes de Rossby ». Ceux-ci peuvent être caractérisés par leur amplitude, par exemple l’ampleur de la déviation vers le nord ou le sud. De plus, la vitesse de phase des ondes de Rossby peut être déterminée. C’est la vitesse à laquelle les vagues se déplacent.

Comment le courant-jet à une altitude de dix kilomètres influence-t-il le temps aux latitudes moyennes ?

Les phénomènes météorologiques que nous observons près du sol sont souvent liés aux propriétés du jet stream. Si, par exemple, il y a une crête locale en été, le temps y est généralement agréable. Si votre dos reste longtemps au même endroit, une vague de chaleur peut survenir. En revanche, un creux dans le jet stream est plus susceptible d’être associé à une zone de basse pression au sol. Et ici aussi, les précipitations prolongées et les inondations qui en résultent sont généralement associées à un creux stationnaire du courant-jet. Il est intéressant de noter que les résultats de recherches récentes indiquent qu’il existe également une influence inverse des conditions météorologiques au sol sur le courant-jet.

Pouvons-nous dire comment le jet stream va changer en raison du changement climatique provoqué par l’homme ?

Certaines études établissent un lien entre les changements de température globale et la force du vent du jet stream. Les régions polaires se réchauffent plus rapidement que le reste de la planète, ce qui signifie que la différence de température entre les régions subtropicales et polaires diminue. Les premiers travaux ont conclu que le jet stream devient plus faible et plus ondulé. Mais à mon avis, ces auteurs se sont rendus les choses trop faciles et n’ont pas clairement séparé la cause et l’effet. Ces arguments ignorent le fait que le gradient de température ne diminue que dans les kilomètres inférieurs de l’atmosphère, mais augmente dans les couches supérieures. Ils négligent également le rôle des vortex, qui jouent un rôle clé dans la formation du courant-jet. De plus, on ne sait toujours pas si un éventuel affaiblissement du jet stream augmentera ou affaiblira l’amplitude des ondes de Rossby.

Quelles données avez-vous utilisées jusqu’à présent pour examiner les changements dans le courant-jet ?

Mon collègue Georgios Fragkoulidis a évalué les données dites de réanalyse pour la période de 1979 à 2019. Il ne s’agit pas de pures données de mesure, car elles ne sont collectées que localement. Les données de réanalyse sont collectées via un processus qui combine des données de mesure locales avec des modèles de prévisions météorologiques mondiales. Il s’agit d’une question très complexe qui crée un ensemble de données global sur de longues périodes. Ce n’est pas parfait, mais cela peut très bien être utilisé pour étudier des phénomènes à grande échelle tels que les ondes de Rossby. Georgios Fragkoulidis s’est maintenant penché sur la vitesse du vent, la vitesse de phase et l’amplitude des vagues.

Vitesse du vent et rationalisation

Qu’en est-il ressorti ?

Il est difficilement possible de faire une déclaration générale sur l’évolution du courant-jet, car les résultats varient complètement selon les régions et les saisons. Dans de nombreuses régions de l’hémisphère Nord, l’amplitude des vagues a augmenté en hiver ces dernières années et diminué en été. La vitesse de phase n’a pas changé de manière significative au cours des 40 dernières années, notamment en Europe. La question est donc très complexe.

Quelles conséquences cela a-t-il sur la question des changements futurs du courant-jet ?

La variabilité naturelle du jet stream est très grande. C’est pourquoi nous ne pouvons jusqu’à présent rien dire, à partir des données disponibles, sur l’évolution de la situation en raison du changement climatique provoqué par l’homme. Mais cela ne veut pas dire qu’il ne peut pas y avoir de changement systématique ou qu’il n’y aura pas de changement systématique. C’est tout à fait possible et donc une question importante car une modification du jet stream pourrait, par exemple, également influencer la durée d’événements météorologiques extrêmes tels que de fortes pluies ou des canicules. Nous devons simplement admettre que nous n’en savons pas suffisamment sur le jet stream. Mais cela ne doit pas faire oublier que nous sommes confrontés à un changement climatique provoqué par l’homme et qu’il convient de prendre des mesures drastiques pour le combattre le plus rapidement possible.

Comment prédire avec plus de précision l’avenir du jet stream ?

Actuellement, les différents modèles climatiques comparés les uns aux autres pour faire des déclarations sur l’avenir ne fournissent pas encore de résultats cohérents pour le courant-jet. Afin d’améliorer les modèles, nous avons besoin d’une part d’une résolution plus élevée, mais aussi d’une meilleure compréhension théorique de la dynamique atmosphérique – cette dernière est bien sûr une préoccupation particulière pour moi en tant que météorologue théoricien.

Que souhaites-tu explorer ensuite ?

Personnellement, moi et un collègue de Tel Aviv travaillons sur le thème de la résonance : les ondes de Rossby du courant-jet peuvent parcourir la terre entière, puis le chat se mord la queue, pour ainsi dire. Les vagues peuvent alors se chevaucher et devenir plus fortes. J’aimerais découvrir quel rôle cette résonance joue dans la dynamique atmosphérique et plus particulièrement dans l’apparition de conditions météorologiques extrêmes.