Un peu de physique...

La force de Coriolis

La force de Coriolis est une force qui agit perpendiculairement à la direction du mouvement d'un corps qui se déplace dans un milieu en rotation uniforme pour autant que ce milieu soit pris comme référentiel pour faire l’analyse de ce mouvement. La force de Coriolis porte le nom de l’ingénieur Gaspard-Gustave Coriolis.

La force de Coriolis est en fait une force fictive. Dans un référentiel galiléen, le mouvement n’est affecté par aucune force. Mais un observateur tournant avec le référentiel interprète le mouvement de ce corps comme l’effet d’une force qui courbe la trajectoire. La figure qui suit explique ce phénomène.

Le plateau bleu est en rotation dans le sens trigonométrique. Un observateur au centre lance une balle vers le point bleu (1er cercle). La balle continue sur sa lancée mais le plateau a tourné (2ème cercle). Pour l’observateur qui continue de fixer le point bleu, la balle semble déviée par une force perpendiculaire à sa trajectoire (3ème cercle).

L’expression de la force de Coriolis dans le référentiel en rotation est la suivante :

m étant la masse du corps, Omega la vitesse angulaire du plateau, v la vitesse du corps et e un vecteur normal au plateau tournant.

Effets de la force de Coriolis

Les effets de la force de Coriolis se font sentir dès lors qu’on cherche à faire pivoter l’axe de rotation d’un corps en rotation rapide (on parle aussi d’effet gyroscopique). Il est faux par contre de prétendre que la force de Coriolis ferait tourner l’eau toujours dans le même sens lorsqu’on vide un lavabo. La force de Coriolis dans ce cas est très faible et bien incapable de modifier le sens de l’écoulement de l’eau.

Elle agit par contre sur le sens des vents autour d’une dépression ou d’un anticyclone à la surface de la Terre. Prenons le cas d’une dépression dans l’hémisphère nord. La faible pression au centre de la dépression entraîne un déplacement de l’air environnant qui va converger vers la zone de dépression. La force de Coriolis due à la rotation de la Terre crée une circulation d’air autour de la dépression (voir figure ci-dessous). Le sens est le sens trigonométrique pour une dépression dans l’hémisphère nord et le sens horaire pour un anticyclone. C’est l’inverse dans l’hémisphère sud.

Circulation de l’air autour d’une dépression dans l’hémisphère nord

Elle est également responsable du sens des alizés dans les zones intertropicales. A l’équateur, lorsque l’ensoleillement est maximal, les masses d’air s’élèvent (elles s’élèvent d’autant plus qu’elles sont humides et que la densité de la vapeur d’eau est plus faible que celle de l’air sec). Il s’en suit un appel d’air en provenance des zones intertropicales.

La force de Coriolis dévie le cours de cette masse d’air. En arrivant sur la zone équatoriale, l’air sec s’humidifie et s’élève à son tour, chassant l’air présent en altitude vers les tropiques où il s’assèche et redescend. La boucle est bouclée… On appelle cette circulation d’air une cellule de Hadley, du nom du météorologue amateur George Hadley qui a été le premier à la mettre en évidence.

 

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