Inversion thermique

Niveau : initié

Les inversions de température sont des phénomènes très particuliers, allant de cas relativement simples à des situations complexes.

Cas simples

Par ciel serein et vent calme, la situation est facile à comprendre. Le sol se refroidit assez rapidement et l'air en contact avec le sol se refroidit à son tour.
Par exemple (*) , en journée, il y avait une température de 10°C au sol et de 7°C à 300 mètres d'altitude, puis en fin de nuit, le sol se refroidit à -4°C. L'air au contact du sol se refroidit jusqu'à 0°C. On aura alors 4°C à 100 mètres, 6°C à 200 mètres et 7°C à 300 mètres d'altitude, par exemple. Si l'air est assez humide, du brouillard se formera. En journée, le soleil réchauffant à nouveau le sol, l'inversion disparaîtra, ou s'atténuera si nous sommes en hiver, et le brouillard se dissipera aussi.

Photo : O. Meeckers (Herve – 12-02-2003)

S'il y a beaucoup de vent, la situation est simple aussi. Le brassage de l'air entre la basse et la haute altitude est trop important et l'inversion n'a aucune chance de se former. L'air sera juste un peu plus stable la nuit et un peu plus instable le jour en raison de la variation diurne de température qui interviendra malgré tout.

Coucher de soleil et fin de convection
Cumulus évoluant en strato.
Photo : R. Vilmos (Forest, Bruxelles – 31-07-2007)

Cas complexes

Là où la situation devient complexe, c'est lorsqu'il y a peu de vent. Qui dit peu de vent la nuit dit très peu de vent près du sol, en raison du frottement. On assiste alors à un écoulement dit "laminaire" dans les premières centaines de mètres de l'atmosphère, c'est-à-dire que la vitesse du vent augmente , légèrement, au fur et à mesure que l'on s'éloigne du sol. Et, à partir d'une certaine hauteur, cet air devient turbulent. Dans ce cas, l'inversion se formera aussi près du sol, au départ (air assez calme), mais les "tourbillons" de la turbulence au-dessus entraîneront une partie de cet air refroidi vers le haut. Or, en s'élevant, cet air se refroidit par détente puisque la pression baisse (refroidissement adiabatique) et on retrouve, à quelques centaines de mètres, un air encore plus froid qu'au sol, qui s'arrêtera à la couche limite: sommet de l'inversion.

Brouillard matinal
Le soleil arrive enfin à percer le brouillard matinal qui s accroche sur le Lac de la Plate Taille
Photo : A. Bernard (Froidchapelle, Lac de la Plate Taille, Belgique - fin septembre 2007)

En reprenant les données de l'exemple précédent (*), on aura toujours un sol à -4°C, un air au contact du sol de 0°C, puis à 100 mètres, on observera -1°C et à 200 mètres, on observera -2°C (détente adiabatique). A 300 mètres, toutefois, au-dessus de la couche limite, on aura toujours 7°C. En d'autres termes, l'inversion ne se trouve plus au sol, mais un peu au-dessus. En plus, comme cette inversion est plus nette à 300 mètres car on passe brusquement de -2°C à 7°C, le vent qui y souffle aura encore tendance à se renforcer :maximum de vent nocturne qu'on nomme aussi "low level jet", ce qui auto-entretient la turbulence. Si l'air est assez humide, du stratus se formera : "stratus de turbulence".
Ces inversions sont souvent coriaces et risquent de persister en journée. Dans le cas de l’exemple, il faut vraiment que la température dépasse 10°C pour que cette inversion et le stratus associé se dissipent.

Soleil au travers des nuages d'hiver
Photo : Notger (Stavelot, Belgique – 01-02-2003

L’Ardenne, souvent, se trouve au-dessus de cette couche d'inversion avec turbulence. Mais le sol ardennais se refroidit lui aussi, forme une mince couche froide qui n'est toutefois pas suffisamment épaisse pour générer de la turbulence à son sommet. Donc la nuit, il fait froid sur les plateaux ardennais, mais en journée, l'inversion se dissipe facilement et l’Ardenne connaît des maximas élevés. Les régions situées plus bas restent sous l'inversion (et éventuellement le stratus) et demeurent froides même en journée. Cette situation est typique de la fin de l'automne et de l'hiver. En octobre ou en mars, le soleil est en général suffisamment fort pour venir à bout même des inversions à sommet turbulent.

Lever de soleil sur la collégiale de Lobbes qui surgit du brouillard
Photo : G. Desgain (Lobbes, Belgique – 14-10-2007)