Pourquoi il fait plus froid en altitude ? La science nous explique ce phénomène !

La Terre se situe à environ 150 millions de kilomètres du Soleil. Même en gravissant une montagne de plusieurs kilomètres d'altitude, nous restons extrêmement éloignés. Par conséquent, le Soleil n'a pas d'influence significative sur la température de l'air lors de l'ascension d'une montagne, et la baisse de température n'est pas due à l'éloignement du Soleil.

Lorsque les rayons du soleil atteignent le sol, la surface absorbe cette énergie puis la réémet sous forme de chaleur, notamment par rayonnement infrarouge, réchauffant ainsi l'air en contact direct avec elle. C'est pourquoi l'air le plus chaud se trouve près du sol et non dans les hautes couches de l'atmosphère.

Comment la pression atmosphérique influence-t-elle la température ?

L'atmosphère est composée d'un mélange de gaz, chacun ayant une masse différente et donc un poids différent. Au niveau de la mer, l'air doit supporter le poids de toute la colonne d'air située au-dessus de lui, ce qui engendre une pression atmosphérique élevée.

Cependant, à mesure que l'altitude augmente, la quantité d'air au-dessus de nous diminue, provoquant une baisse de la pression atmosphérique. L'air devient alors moins dense et les molécules sont plus espacées.

De plus, les molécules de gaz entrent en collision plus fréquemment lorsqu'elles sont plus proches les unes des autres et transfèrent l'énergie thermique plus efficacement. Inversement, les molécules plus éloignées les unes des autres emmagasinent moins d'énergie thermique. Par conséquent, la densité de l'air est cruciale pour sa température : plus la densité est élevée, plus la température est basse ; l'air froid est plus dense que l'air chaud.

Qu'est-ce que le refroidissement adiabatique ?

Lorsqu'une masse d'air est plus chaude, elle est moins dense et s'élève. En s'élevant, la pression atmosphérique extérieure diminue. Par conséquent, l'air se dilate, repoussant l'air environnant et utilisant une partie de son énergie interne pour produire un travail.

Ce processus est appelé refroidissement adiabatique ; la température baisse alors même qu'aucune chaleur n'est libérée dans l'environnement. C'est l'un des mécanismes les plus importants en météorologie.

Dans l'atmosphère réelle, une partie de la vapeur d'eau se condense normalement lorsque l'air s'élève, et la baisse de température moyenne est d'environ 6,5°C par 1000 m, ce qui correspond au gradient de température vertical.

L'air agit également comme un isolant thermique. Plus l'air est dense, mieux il retient la chaleur. Ainsi, à basse altitude, l'atmosphère se comporte comme une couverture, empêchant la chaleur de s'échapper dans l'espace. En montagne, l'air étant moins dense, cet effet de couverture est moins marqué et la chaleur peut s'échapper plus facilement, surtout la nuit, ce qui explique les températures très basses en haute altitude.

Autres facteurs d'influence

Le type de surface, la couverture neigeuse et le vent influent également sur les températures. Les surfaces montagneuses sont souvent constituées de roche nue, de sol aride ou de neige.

La neige réfléchit la majeure partie de l'énergie solaire incidente et en absorbe moins ; le sol ne se réchauffe donc que légèrement et rayonne moins de chaleur vers l'atmosphère.

Le vent en altitude, dû aux différences de pression et à l'absence d'obstacles, joue également un rôle. S'il ne fait pas baisser la température de l'air, il accroît la perte de chaleur du corps humain en éliminant la couche d'air chaud autour de la peau, ce qui crée une sensation de froid.

Il existe des exceptions, comme les inversions de température, où l'air froid est piégé dans les vallées sous une couche d'air chaud, formant parfois une mer de nuages bas. Même s'il peut faire plus froid dans la vallée qu'en altitude dans ces situations, il s'agit de phénomènes temporaires qui ne remettent pas en cause la règle générale selon laquelle il fait plus froid avec l'altitude.