Météo · Théorie

Masses d’air et fronts

Masses d’air, front chaud, front froid et occlusion : ce qu’on voit passer dans le ciel, et reconnaître les schémas de l’examen.

Masses d’air

Une masse d’air est une très vaste étendue d’atmosphère, à l’échelle d’un continent, dont les caractéristiques, surtout la température et l’humidité, sont homogènes. On parle par exemple de masse d’air polaire maritime (froide et humide) ou tropicale continentale (chaude et sèche).

« Chaude » et « froide » sont des mots relatifs : une masse d’air est dite chaude quand elle est plus chaude que la masse d’air voisine. On la compare à sa voisine, pas à une valeur fixe.

Deux masses d’air différentes se mélangent difficilement. Entre elles reste donc une surface de séparation assez nette : le front.

Fronts et dépressions

La surface de séparation entre deux masses d’air différentes s’appelle la surface frontale, ou simplement le front. C’est une surface qui s’élève en altitude, pas une simple ligne au sol, même si les cartes météo la dessinent comme une ligne.

À altitude égale, l’air chaud est moins dense, donc plus léger, que l’air froid. D’où les deux types de fronts :

Front chaud : l’air chaud, plus léger, glisse sur l’air froid.
Front froid : l’air froid, plus dense, glisse sous l’air chaud.

Les fronts se trouvent surtout dans les régions tempérées comme l’Europe, à mi-chemin entre les régions polaires froides et les régions tropicales chaudes. En principe, il n’y en a ni dans les régions polaires, ni dans les régions équatoriales et tropicales. Les fronts et les dépressions se développent ensemble.

Naissance d’un système frontal, vu du dessus (en haut, le nord en haut) puis en coupe le long de la droite x (en bas). La couleur de l’air dit sa température : bleu pour l’air froid (F), ocre pour l’air chaud (C). D : dépression, entourée d’une isobare fermée ; l’air y tourne dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. FF : front froid, qui part vers le sud-est ; FC : front chaud, qui part vers le nord (flèches grises). En coupe, les deux fronts sont inclinés du côté de l’air froid : entre eux, le secteur chaud (C) ; derrière le front froid, le secteur de traîne (T). Un cumulonimbus (Cb) sur le front froid ; des cirrus (Ci), très hauts, devant le front chaud. O : observateur au sol ; à sa verticale (pointillé), le front chaud est déjà là, en altitude.

Au début, le centre de la dépression se trouve sur la surface frontale.
Les vents tournent autour de la dépression dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. Un front froid se forme au sud-ouest de la dépression et part vers le sud-est ; un front chaud se forme à l’est et part vers le nord.
Chez nous, ces systèmes se déplacent en général d’ouest en est.
Le front froid avance un peu plus vite que le front chaud. Il peut le rattraper : c’est l’occlusion (fiche « L’occlusion »).
Devant le front chaud, on voit d’abord arriver les nuages très hauts. Derrière lui, entre les deux fronts, on est dans le secteur chaud. Derrière le front froid, on est dans le secteur de traîne.

Ce que voit un observateur

En coupe, les deux surfaces frontales sont inclinées du côté de l’air froid :

le front chaud s’étire loin devant lui, en altitude, au-dessus de l’air froid qu’il va remplacer ;
le front froid se relève derrière lui, au-dessus de l’air froid qui le suit.

Pour un observateur au sol, le front chaud s’annonce d’abord en altitude, puis arrive au sol. Le front froid se manifeste d’abord au sol, puis en altitude.

Moyen mnémotechnique : un front se couche toujours sur son air froid. L’air froid du front chaud est devant : on voit la pente arriver par le haut. L’air froid du front froid est derrière : c’est le pied du front qui arrive en premier.

Piège. Sur la coupe, le pied du front chaud est encore loin de O, mais sa surface passe déjà au-dessus de lui : c’est pourquoi l’observateur voit le front chaud d’abord en altitude. Le front froid, incliné vers l’arrière, arrive d’abord par son pied, au sol.

Le front chaud

Front chaud : l’air chaud (ocre), plus léger, glisse lentement sur l’air froid (bleu), le long d’une longue pente douce. En montant, il se refroidit et forme des nuages de plus en plus bas et épais : cirrus (Ci) et cirrostratus (Cs) entre 6000 et 10 000 m, altostratus et altocumulus (As Ac, base vers 4000 m), puis nimbostratus (Ns, base vers 1000 m), qui donne la pluie. St : stratus, dans la pluie. Les numéros 1 à 4 donnent l’ordre dans lequel un observateur au sol voit arriver ces nuages. La couleur de l’air dit sa température : ocre plus chaud, bleu plus froid.

L’air chaud glisse et monte lentement au-dessus de l’air froid.
En montant, il se refroidit par détente, jusqu’à se saturer de vapeur d’eau (formation des nuages : fiche « Formation des nuages »).
Il en résulte beaucoup de nuages et des pluies abondantes. C’est pourquoi on appelle aussi les fronts des perturbations.

Le front chaud est progressif et lent. Un observateur voit arriver dans l’ordre :

cirrus → cirrostratus → altocumulus et altostratus → nimbostratus (pluies fines).

Les nuages sont de plus en plus bas et épais : cirrus et cirrostratus entre 6000 et 10 000 m, base de l’altostratus vers 4000 m, base du nimbostratus vers 1000 m.

Juste avant l’arrivée du front chaud au sol, on est sous les nimbostratus : nuages bas, pluie, mauvaise visibilité, et le vent se renforce. Au passage du front, il faut s’attendre à des nimbostratus et des précipitations.

À confirmer. Pour le temps une heure avant le front chaud, la réponse officielle de N°110 (signalée) parle d’un vent « constant », alors que Leneuf (Météo, p. 24) dit que le vent se renforce ; aucun document ne dit qu’il reste constant ou régulier. Le reste de cette réponse (mauvaise visibilité, base basse, pluie) suit bien ce document.

Moyen mnémotechnique : le front chaud se lit de haut en bas, du voile très haut (cirrus) à la pluie fine sous une couche basse (nimbostratus).

Piège. Sur le dessin, le front chaud avance vers la droite : l’observateur, devant lui, voit donc les nuages dans l’ordre inverse de la lecture. D’abord les cirrus, tout en haut à droite ; les nimbostratus en dernier, juste avant le pied du front.

Le front froid

Front froid : l’air froid (bleu, à gauche), plus dense, glisse sous l’air chaud (ocre) et le soulève brutalement, le long d’une surface raide et bombée. Sur le front, une barrière de cumulonimbus (Cb) ; leur sommet s’étale vers l’arrière (Ac As : altocumulus et altostratus) et vers l’est, devant le front. La pluie tombe juste derrière le front ; plus loin, le ciel de traîne : stratocumulus (Sc), puis cumulus (Cu) bas. La couleur de l’air dit sa température : ocre plus chaud, bleu plus froid.

L’air froid, plus dense, glisse sous l’air chaud et le soulève plus brutalement et plus vite qu’au front chaud : son arrivée est plus brusque.
Il s’annonce par une barrière de cumulonimbus qui arrive de l’ouest.
Une à deux heures avant, le temps peut être calme et assez ensoleillé, mais pas toujours : des rafales d’orage peuvent apparaître, ou le ciel se couvrir quand le sommet des cumulonimbus s’étale vers l’est.
Devant le front, toute la masse d’air chaud est soulevée : les ascendances se renforcent et l’atmosphère devient plus instable.
Derrière le front froid : le ciel de traîne. L’air est plus frais et la visibilité bonne ; on voit des stratocumulus, puis des cumulus bas, peu développés en hauteur.

Piège. Le sommet des cumulonimbus s’étale aussi vers l’est, devant le front : le ciel peut se couvrir en altitude avant son passage. L’ordre de passage ne change pas : le front froid arrive d’abord au sol, par son pied, puis en altitude (N°107).

Orages frontaux

Les cumulonimbus d’un front froid sont plus probables en été qu’en hiver, parce que la basse atmosphère est chaude.
Un front chaud, lent et progressif, donne des nimbostratus et des pluies fines, pas une barrière de cumulonimbus.
Chaleur étouffante et humide, puis air polaire annoncé en été : c’est l’annonce d’un front froid avec orages, souvent accompagnés de grêle et de rafales.
L’heure n’a pas d’influence sur les orages frontaux : ils peuvent éclater, en principe, à n’importe quelle heure du jour ou de la nuit, quand le front traverse la Suisse. Les orages de chaleur (orages locaux, thermiques), eux, éclatent en général en fin d’après-midi, au plus chaud.

Piège. Deux questions sur l’heure des orages se ressemblent. « En fin d’après-midi » vaut pour les orages thermiques (N°124). Pour les orages frontaux, l’heure n’a pas d’influence (N°125).

Dans un cumulonimbus, les courants sont beaucoup plus rapides que la vitesse d’un parapente : voir fiche « Nuages et vol ».

L’occlusion

Le front froid, un peu plus rapide, peut rejoindre au sol le front chaud qui avançait devant lui. Les deux fronts n’en forment alors plus qu’un : c’est une occlusion, ou front occlus.

Il y a alors trois masses d’air : l’air froid qui arrive derrière le front froid, l’air froid devant le front chaud, et l’air chaud, soulevé au-dessus. Tout dépend de laquelle des deux masses d’air froid est la plus froide : la plus froide, la plus dense, passe dessous et garde le contact avec le sol.

Occlusion à caractère de front chaud : l’air froid qui arrive derrière le front froid est le moins froid des deux. Il passe par-dessus : le front froid monte sur la surface du front chaud, dont le pied reste au sol.
Occlusion à caractère de front froid : l’air froid qui arrive est le plus froid des deux. Il passe dessous : le front froid s’enfonce sous le front chaud, et c’est lui qui garde le pied au sol.

Occlusion à caractère de front chaud. Le front froid (trait bleu) a rattrapé le front chaud (trait ocre) et s’arrête sur lui, en altitude : le pied du front chaud reste au sol. Le nuage est un nimbostratus (Ns), le nuage du front chaud ; il donne la pluie. L’air froid qui arrive, le moins froid des deux (bleu), passe par-dessus ; l’air devant, le plus froid (bleu foncé), garde le sol. L’air chaud (ocre) est soulevé. La couleur de l’air dit sa température.

Occlusion à caractère de front froid. Le front froid (trait bleu) a glissé sous le front chaud (trait ocre) et garde son pied au sol ; la pente du front chaud s’arrête sur lui, en altitude. Le nuage est un cumulonimbus (Cb), le nuage du front froid ; il donne la pluie. L’air froid qui arrive, le plus froid des deux (bleu foncé), passe dessous ; l’air devant est le moins froid (bleu). L’air chaud (ocre) est soulevé au-dessus. La couleur de l’air dit sa température.

Moyen mnémotechnique : le front qui garde le pied au sol donne son caractère à l’occlusion.

Piège. Les deux occlusions ne diffèrent que par le front qui touche le sol. Ne regarde ni les nuages ni le côté d’où vient l’air : cherche le pied au sol. La pente droite touche le sol : caractère de front chaud. La courbe bombée touche le sol : caractère de front froid.

L’occlusion ne neutralise pas les fronts : elle présente les caractéristiques d’un front chaud ou celles d’un front froid.

Reconnaître les quatre schémas

L’examen montre des coupes en noir et blanc : les mêmes situations que les figures des sections ci-dessus, avec chaque fois le croquis de l’examen en dessous. Sur ces dessins, le front chaud est une longue pente droite et douce, le front froid une courbe raide et bombée.

Ce que montre la coupe	C’est…
Une seule surface, en longue pente douce ; nuages en couche de plus en plus bas (Ci, Cs, As, Ns)	un front chaud (N°120)
Une seule surface, raide et bombée ; l’air froid pousse dessous ; grands cumulonimbus (Cb)	un front froid (N°118)
Deux surfaces : la pente douce touche le sol, la courbe bombée s’arrête dessus	une occlusion à caractère de front chaud (N°119)
Deux surfaces : la courbe bombée touche le sol, la pente douce s’arrête dessus	une occlusion à caractère de front froid (N°121)