Au début du 19e siècle, le physicien Pierre-Simon Laplace émet l’hypothèse que l’atmosphère est parcourue d’ondes de pression à l’origine d’un phénomène global de résonance atmosphérique. Pendant de nombreuses années, des géophysiciens vont approfondir et préciser cette idée, notamment en identifiant les fréquences attendues pour ces ondes. Cependant, ce n’est que récemment qu’une équipe de chercheurs a enfin pu identifier et confirmer la présence de ces ondes, faisant vibrer l’atmosphère à la manière d’une cloche. 

Une cloche qui sonne vibre simultanément à une tonalité fondamentale grave et en de nombreuses harmoniques aiguës, produisant un son musical caractéristique. Une étude récente, publiée dans la revue Journal of the Atmospheric Sciences par des géophysiciens de l’Université de Kyoto et de l’Université de Hawaï à Mānoa, montre que toute l’atmosphère de la Terre vibre d’une manière analogue, confirmant des théories développées par les physiciens les deux derniers siècles.

Dans le cas de l’atmosphère, la « musique » émerge sous la forme d’ondes de pression atmosphérique à grande échelle couvrant le globe et voyageant autour de l’équateur, certaines se déplaçant d’est en ouest et d’autres d’ouest en est. Chacune de ces ondes est une vibration résonnante de l’atmosphère globale.

La compréhension de base de ces résonances atmosphériques a commencé avec des idées émises au début du 19e siècle par l’un des plus grands scientifiques de l’histoire, le physicien et mathématicien français Pierre-Simon Laplace. Les recherches effectuées par les physiciens au cours des deux siècles suivants ont affiné la théorie et conduit à des prévisions détaillées des fréquences des ondes qui devraient être présentes dans l’atmosphère. Cependant, la détection réelle de telles ondes était en retard sur la théorie.

Les ondes de pression à l’origine d’une véritable résonance atmosphérique

La nouvelle étude de Takatoshi Sakazaki, professeur à la Graduate School of Science de l’Université de Kyoto, et Kevin Hamilton, professeur au Département des sciences de l’atmosphère et au Centre international de recherche du Pacifique à l’Université de Hawaï, présente une analyse détaillée de la pression atmosphérique observée sur le globe toutes les heures pendant 38 ans. Les résultats ont clairement révélé la présence de dizaines de modes d’onde précédemment prédits.

animation ondes

Animation montrant le schéma de pression pour 4 des modes ondulatoires au cours de leur propagation autour du globe. Crédits : Takatoshi Sakazaki and Kevin Hamilton

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L’étude s’est concentrée en particulier sur les ondes avec des périodes comprises entre 2 heures et 33 heures qui se déplacent horizontalement à travers l’atmosphère, se déplaçant autour du globe à grande vitesse (dépassant 310 km/h). Cela établit un modèle caractéristique de « damier » de haute et basse pression, associé à ces ondes au fur et à mesure qu’elles se propagent.

« Notre identification de tant de modes dans des données réelles montre que l’atmosphère sonne bien comme une cloche. Cela résout enfin un problème ancien et classique de la science atmosphérique, mais cela ouvre également une nouvelle voie de recherche pour comprendre à la fois les processus qui excitent les ondes et les processus qui agissent pour amortir les vagues », conclut Hamilton.

Sources : JAS

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