Pression atmosphérique, température & rayonnement UV en altitude

Tous les alpinistes le savent, l'air change avec l'altitude. Il se « raréfie ». Mais qu'est-ce que cela signifie exactement ? Et comment expliquer ce phénomène ?

Comment évolue la pression atmosphérique avec l'altitude ?

Pour comprendre pourquoi la pression atmosphérique chute avec l'altitude, imaginez un cylindre en verre de 10m de haut et de 10cm de diamètre. Imaginez que vous remplissez le cylindre de balles de coton. Les cotons situés tout en haut du cylindre ne subissent aucune pression et restent aussi doux qu'au départ. Les cotons au milieu sont écrasés par ceux situés au-dessus. Ils subissent une pression qui réduisent leur volume. Ils perdent de leur pouvoir gonflant. Les balles de coton situées tout en bas subissent la pression du cylindre entier et se retrouvent totalement écrasées. Ce sont celles qui subissent le plus de pression et qui témoignent donc du plus faible volume.

Bien qu'il s'agisse des mêmes balles de coton, les propriétés de chacune des balles diffèrent selon où elles sont situées dans le cylindre. Si l'on découpait le cylindre en tranches de 10cm et qu'on comptait le nombre de balles, on constaterait que leur nombre diminue en montant. Cela vient du fait que les cotons qui possèdent le moins de volume sont les plus denses. La densité se réduit en montant et va de pair avec la diminution de la pression exercée sur chaque couche.

C'est le même principe pour l'air qui nous entoure. Nous ne nous trouvons pas dans un cylindre de 10 m de haut mais au sein d'une atmosphère de 100 km de haut environ. Au sein de cette atmosphère, chaque molécule d'air appuie sur celle d'en-dessous. Si bien que la densité, comme la pression atmosphérique, grandit quand on se rapproche du sol. Et inversement.

La conséquence se fait rapidement ressentir. Parce que le volume des poumons reste constant, on inspire plus de molécules d'air et donc plus d'oxygène au niveau de la mer qu'à 5000 mètres de haut. L'air se raréfie en montagne et il faut donc respirer plus rapidement pour absorber la même quantité d'oxygène.

Une autre conséquence de ce phénomène est la diminution de la température d'ébullition. L'eau n'a pas besoin d'atteindre 100 °C pour se mettre à bouillir. Mais certaines choses ne changent pas, voire sont moins pratiques : La cuisson des aliments restent la même qu'à plus faible altitude et les réchauds outdoor consomment beaucoup plus de gaz.

Comment évolue le rayonnement UV avec l'altitude ?

La pression atmosphérique n'est pas la seule à changer. L'intensité du rayonnement UV varie également avec l'altitude. Le rayonnement UV est absorbé par l'atmosphère. Plus on est haut dans l'atmosphère, plus fort est le rayonnement subi. Le rayonnement UV augmente de 2% environ tous les 100 mètres de dénivelé.

C'est pour ça qu'il est essentiel d'adopter une protection anti-UV suffisante en choisissant une bonne crème solaire et des vêtements comprenant une protection anti-UV intégrée. Le rayonnement UV reste présent même par ciel couvert, et parce que son intensité est supérieure en montagne que dans la vallée, on sous-estime bien trop souvent ses effets négatifs pour la peau.

Comment évolue la température avec l'altitude ?

Nous arrivons au dernier point, la température. Tous les alpinistes le savent, la température chute en montant. De 0,65 °C tous les 100 mètres de dénivelé en l'occurrence, quand les conditions climatiques sont stables. Mais pourquoi ?

La planète Terre ne produit presque pas de chaleur. L'énergie thermique de la surface de la Terre vient avant tout du soleil. Cette énergie atteint la Terre sous forme de rayons qui sont absorbés par le sol et conservés sous forme de chaleur. Le sol chauffe alors son environnement (l'air). L'atmosphère se réchauffe.

La chaleur se répand dans l'atmosphère du bas vers le haut. Plus on se trouve près du sol, plus l'énergie thermique, en l'occurrence la chaleur, est présente et donc plus il fait chaud. À l'inverse de la pression qui chute progressivement avec l'altitude, les variations de température dans l'atmosphère ne sont pas régulières. Les couches les plus élevées, à 100 km de haut environ, sont directement chauffées par le soleil et sont ainsi très chaudes. C'est pour ça que la variation de température n'est pas linéaire.

Les sports de montagne se pratiquent généralement entre le niveau de la mer et 9000 mètres environ. La courbe de température y est à peu près linéaire. Notre calculateur est donc capable de délivrer des données fiables.

Il faut toutefois prendre en compte certains effets qui n'ont pas directement à voir avec les propriétés physiques de l'atmosphère. L'air est en toujours en mouvement. Il existe des anticyclones et des dépressions.

La rencontre entre un anticyclone (haute densité atmosphérique, haute pression atmosphérique) et une dépression (faible densité atmosphérique, faible pression atmosphérique) engendre automatiquement une compensation de pression. Cela signifie que l'air passe de l'anticyclone à la dépression. Si cela se passe près de la surface de la terre, le vent se lève.

L'apparition de ces zones à haute et basse pression dépend de beaucoup de choses dont des facteurs très localisés. Lorsque d'importantes masses d'air se déplacent et se heurtent à une haute montagne sans pouvoir la surmonter, l'air s'accumule contre la montagne. La pression atmosphérique augmente.

La température évolue en fonction de la densité de l'atmosphère. On peut dire que : Une température élevée va de pair avec une haute pression atmosphérique. Une basse température va de pair avec une faible pression atmosphérique.

Qu'est-ce que cela signifie pour les alpinistes et les sportifs outdoor ?

En principe, nous aimerions tous connaître un ciel bleu et sans nuage. Ceci est garantit par des anticyclones stables qui soufflent l'air froid vers le sol et le réchauffe. Les nuages se dissipent et le ciel s'éclaircit.

Dans les dépressions les masses d'air partent du sol et se dirigent en altitude formant des nuages qui conduisent à des chutes de pluie.

Les anticyclones et les dépressions font parfois plus que se côtoyer. Ils peuvent se superposer. Des masses d'air à différentes pression se retrouvent ainsi l'une au dessus de l'autre. Nous avons expliqué plus haut comment la pression atmosphérique diminue avec l'altitude. Certains phénomènes météorologiques vont à l'encontre de cette tendance.

Le cas particulier des inversions thermiques

Quand un anticyclone se retrouve au-dessus d'une dépression par exemple. Ce phénomène très localisé est connu sous le nom d'inversion thermique. L'air chaud empêche l'air froid de s'élever.

Ce phénomène s'accompagne de la formation de gros nuages ou de brouillard au niveau du sol. On observe souvent une frontière bien visible où les nuages semblent soudain s'arrêter. C'est le début de l'anticyclone. Au-dessus de cette couverture nuageuse on respire un air pur et l'on est capable de voir loin tandis que sous la couverture nuageuse la visibilité est réduite et la température peu élevée. Dans ces cas là, les courbes de température et de pression atmosphérique sont localement inversées par rapport à la normale. La pression atmosphérique et la température diminuent lorsqu'on descend.

Des prévisions qui ont des limites

En principe il est assez facile de prévoir les changements de température, de densité et de pression au fur et à mesure que l'on monte en altitude. Mais cela ne vaut que pour des conditions météorologiques stables, avec un taux d'humidité constant. Parce que l'atmosphère est sans cesse en mouvement, l'humidité de l'air est également amenée à changer très vite. La température et la pression atmosphérique ne se comportent alors plus comme expliqué précédemment. Mais restons-en là pour le moment.

Ce qu'il faut retenir : Si vous êtes amené à passer du temps en montagne, et en altitude particulièrement, renseignez-vous toujours sur les conditions météorologiques actuelles et à venir avant de partir.