Vortex polaire

Formation

Les vortex polaires sont le produit de deux phénomènes planétaires : l’écart de température entre l’équateur et les pôles, et la rotation de la Terre.

Les régions proches de l’équateur étant plus exposées au soleil que les pôles, l’air y est plus chaud. C’est ce qu’on appelle le chauffage différentiel. Il en résulte un déséquilibre de température atmosphérique entre les latitudes. Pour compenser ce déséquilibre, l’air chaud tend à se déplacer vers les pôles, tandis que l’air polaire plus froid se déplace vers l’équateur.

Lorsque ces masses d’air se déplacent vers le nord et le sud, leur trajectoire est influencée par la force centrifuge et la force de Coriolis, toutes deux générées par la rotation de la Terre. Sous l’effet de ces forces, tout objet se déplaçant dans l’hémisphère Nord voit sa trajectoire incurvée vers la droite. Inversement, si un objet se déplace dans l’hémisphère Sud, sa trajectoire est incurvée vers la gauche.

Ces forces sont à l’origine des vents est-ouest, aussi appelés vents zonaux. Dans l’hémisphère Nord, l’air chaud qui se déplace vers le nord dévie vers la droite et par conséquent vers l’est. Simultanément, l’air polaire froid qui se déplace vers le sud dévie aussi vers la droite, ce qui le l’entraîne vers l’ouest. À l’inverse, dans l’hémisphère Sud, l’air chaud qui se déplace vers le sud dévie vers la gauche et prend la direction de l’est, tandis que l’air froid se déplaçant vers le nord dévie vers l’ouest. À haute altitude, le résultat combiné de ces mouvements atmosphériques est un vent dominant vers l’est, en sens anti-horaire autour du pôle Nord et en sens horaire autour du pôle Sud. Ce sont ces rotations qui constituent les vortex polaires.

Le saviez-vous ?
Dans chaque hémisphère, des courants-jets polaires se forment. Ils sont situés à la limite sud du vortex du pôle Nord et à la limite nord du vortex du pôle Sud. Il s’agit de tunnels de vents très rapides qui soufflent de l’ouest vers l’est. Leur formation repose sur le même mécanisme de base que les vortex polaires : une masse d’air chaud qui se déplace vers les pôles est déviée vers l’est par la rotation de la Terre. Ils atteignent une vitesse maximale en raisondu fait qu’ils sont situés à la limite entre les masses d’air subtropical chaud et les masses d’air polaire froid. Cette limite est aussi appelée un front polaire. L’emplacement et la forme de ce front varient considérablement dans le temps, sous l’effet de différents facteurs.

Variabilité

À l’intérieur d’un vortex polaire, on peut trouver plusieurs systèmes de vents de plus petite échelle. La plupart sont engendrés par les masses terrestres et la glace de mer, qui opposent plus de friction au déplacement de l’air que les océans. Le comportement des vortex polaires varie aussi selon les saisons. Puisque leur formation dépend du réchauffement différentiel (voir « Formation »), les vortex polaires sont plus puissants durant l’hiver, quand l’écart de température entre l’équateur et les pôles est le plus grand. Pendant l’été, ils s’affaiblissent, et changent même parfois de direction. Dans l’ensemble, le vortex du pôle Nord présente plus de variations saisonnières et régionales que le vortex du pôle Sud. Cela vient du fait que le continent antarctique est plus symétrique que les masses terrestres situées autour du pôle Nord.

Effets

Quand le vortex polaire est vigoureux, les vents sont forts. Des vents forts tendent à déplacer l’air de la surface de l’océan vers les terres et inversement. En hiver, l’air au-dessus de l’océan est plus chaud que l’air au-dessus des terres. C’est pourquoi un vortex polaire puissant favorise des hivers doux dans les zones de latitude moyenne, comme la plus grande partie de l’Amérique du Nord. Un vortex polaire fort contribue aussi à faire en sorte que l’air polaire tourne autour du pôle au lieu de se diriger vers l’équateur. Toutefois, puisqu’il reste près du pôle, cet air devient de plus en plus froid.

À l’inverse, quand le vortex polaire s’affaiblit, cela peut entraîner des températures plus froides loin des pôles. Non seulement il y a moins d’air qui se déplace de l’océan vers les terres, mais l’air polaire peut aussi dévier de sa trajectoire et s’éloigner du pôle. Ceci découle du fait qu’il y a moins de rotation pour contraindre l’air polaire à demeurer dans la région polaire. Au Canada, ce phénomène se produit parfois pendant la dernière partie de l’hiver. À l’approche du printemps, le vortex polaire et le courant-jet polaire commencent à s’affaiblir, et l’air polaire se déplace davantage vers le Sud. Cet air est encore très froid, et plusieurs parties du pays peuvent subir des vagues de froid exceptionnel allant de plusieurs jours à plusieurs semaines. Lorsque le vortex polaire s’affaiblit, le courant-jet et le front polaire peuvent aussi adopter une forme inégale et sinueuse. Quand cela se produit, une masse d’air polaire peut se détacher complètement du vortex polaire et se déplacer vers le Sud. Ceci peut entraîner des vagues de froid intense dans des régions aussi éloignées du pôle Nord que le sud des États-Unis et le Mexique.

Exemples historiques

Le vortex du pôle Nord étant moins stable que le vortex du pôle Sud, les effets qu’il produit tendent à être plus remarquables. Ces effets sont présents durant tous les hivers, mais des records de froid et de chutes de neige ont été enregistrés partout en Amérique du Nord en février 1899, quand le vortex polaire a descendu jusque dans le sud des États-Unis. Plusieurs de ces records demeurent inégalés aujourd’hui, bien que certains ont été battus aussi récemment qu’en février 2021, où la température de plusieurs villes a plongé à près de –50 °C.

Les vortex polaires et le changement climatique

Les scientifiques recueillent méthodiquement des données sur l’atmosphère depuis les années 1950, ce qui représente une période très courte à l’échelle historique. Les données des dernières décennies ne sont pas assez claires pour établir que le vortex polaire se transforme dans son ensemble. Il est difficile de dégager une tendance générale, car les vortex polaires font preuve d’une grande variabilité naturelle en relation avec un système planétaire extrêmement complexe. Par exemple, ils peuvent se montrer exceptionnellement vigoureux pendant une décennie, s’affaiblir pendant cinq ans, puis varier ensuite d’année en année. Par conséquent, il se pourrait que les scientifiques aient besoin de beaucoup de temps pour mettre en évidence l’impact du changement climatique sur les vortex polaires.