Mots clés : inversion thermique, panache thermique, brouillard, convection atmosphérique

Convection thermique au-dessus d'une centrale nucléaire

Pierre Thomas

ENS Lyon - Laboratoire des Sciences de la Terre

Florence Kalfoun

ENS Lyon / DGESCO

03/01/2005

Résumé

Panaches d'air chaud émanant d'une tour de refroidissement d'une centrale électrique et traversant une couche d'air froid et brumeux.



L'atmosphère de la Terre est transparente au rayonnement solaire, qui la traverse donc sans la réchauffer. Par contre l'atmosphère est opaque aux Infra-rouges rayonnés par le sol, lui -même chauffé par le rayonnement solaire. L'atmosphère de la Terre est donc réchauffée par le bas (par les IR émis par le sol). Chauffées par le bas, et donc moins dense en bas qu'en altitude, les couches inférieures de l'atmosphère s ‘élèvent ; l'atmosphère de la Terre convecte "localement".

En fin de nuit, le sol, qui n'est plus éclairé par le soleil, n'émet plus d'IR. Les basses couches de l'atmosphère ne sont plus réchauffées ; elles ne s'élèvent plus, et stagnent dans les zones basses. On a alors ce qu'on appelle une inversion (temporaire) de température : il fait plus froid en bas qu'en altitude.

Ces couches basses et froides contiennent alors souvent des nappes de brume ou brouillard. Quelques heures après le lever du soleil, le sol, réchauffé, émet des IR qui réchauffent les couches inférieures de l'atmosphère. Celles-ci se remettent à convecter, s'élèvent, et le brouillard disparaît.

La photographie 1 montre une vue aérienne du Val de Loire un matin d'automne. Une couche d'air froid et brumeuse stagne dans le fond de la vallée de la Loire. Aucun mouvement convectif ne tend à la dissiper. Au bord de la Loire, au milieu de la nappe de brume, il y a la centrale nucléaire de St Laurent des eaux. On devine d'ailleurs la moitié supérieure d'une des tours de refroidissement, qui dépasse de la brume d'une cinquantaine de mètres (voir le détail sur la photographie 2).

Ces tours de refroidissement rejettent de l'air chaud et humide. Cet air, chaud, est moins dense que l'air ambiant, et une convection ponctuelle limitée s'établit à la verticale de la centrale. Ce panache thermique s'élève à plus de 600 m d‘altitude, et "s'affranchit" donc du régime d'inversion de température qui régnait ce matin là sur le Val de Loire.

Ce régime d'inversion de température peut durer plus longtemps que le simple matin, surtout si le régime météorologique est anticlyclonique (pas de vent), et si un couvert de brume réfléchit le rayonnement solaire. Cette réflexion empêche le réchauffement du sol, donc empêche le retour à un régime convectif normal. Une telle inversion de température peut alors durer plusieurs jours. Cette situation météorologique est assez fréquente en montagne, l'hiver.

En témoigne cette vue hivernale de la Chaîne des Puys (photographie 3) où règne un superbe soleil. À gauche, la Limagne est complètement sous le brouillard. Dans la chaîne des Puys, à 1200 m d'altitude, la température était voisine de 0°C. Plus bas, à Clermont Ferrand, à 400 m d'altitude, la température était voisine de –5°C.

Figure 2. Vue de détail du panache d'air chaud de la centrale de Saint Laurent traversant la nappe de brume du Val de Loire

La moitié supérieure d'une des tours de refroidissement de la centrale se Saint Laurent dépasse de la brume d'une cinquantaine de mètres.


Figure 3. Vue aérienne hivernale de la Chaîne des Puys

À gauche, la Limagne est complètement sous le brouillard. Dans la chaîne des Puys, à 1200 m d'altitude, la température était voisine de 0°C. Plus bas, à Clermont-Ferrand, à 400 m d'altitude, la température était voisine de –5°C.


Mots clés : inversion thermique, panache thermique, brouillard, convection atmosphérique