Voir la source de Couche d'inversion

{{Infobox}}
Une '''couche d'inversion''' est une couche d'air dont le [[gradient]] de température est positif, c'est-à-dire que celle-ci croît avec l'altitude<ref name="OMM">{{Lien archive |horodatage archive=20160303183215 |url=http://www.eumetcal.org/euromet/glossary/inversi2.htm |titre=Couche d'inversion |série=Glossaire météorologique |éditeur institutionnel=[[Organisation météorologique mondiale]] |éditeur=[[Eumetcal]] |consulté le= 2013-09-24}}.</ref>.

Une telle couche peut se trouver à n'importe quelle altitude et son épaisseur peut aller de quelques centaines à plusieurs milliers de mètres. Si elle se forme juste au-dessus du sol, elle emprisonne l'humidité et les polluants entrainant la formation de [[brouillard]] et de [[smog]]. Elle peut également se retrouver en altitude, en avant d'un [[front chaud]] par exemple, et limiter la formation et l'extension des [[Convection atmosphérique#Nuages convectifs|nuages convectifs]].

== Origine ==
{{Article détaillé|Atmosphère normalisée|Gradient thermique adiabatique}}

En général, une couche d'inversion se produit dans un [[anticyclone]] ou à l'avant d'un [[front chaud]]. Elle peut survenir de quatre façons<ref name="MF">{{Lien archive |horodatage archive=20201126120629 |url=http://www.meteofrance.fr/publications/glossaire?articleId=152429 |titre=Inversion de température |série=Glossaire météorologique |éditeur=[[Météo-France]] |consulté le=2014-07-30}}.</ref> :
# l’''inversion de [[Subsidence (météorologie)|subsidence]]'' est une couche d'inversion causée par la descente et le réchauffement de l'air dans la colonne d'air au-dessus d'un anticyclone et qui peut se situer à n'importe quelle altitude
# l{{'}}''inversion nocturne'' est une couche d'inversion due au refroidissement de l'air près du sol durant la nuit, lorsque le ciel est dégagé, par rayonnement [[infrarouge]]. On retrouve souvent ce type de couche d'inversion pendant les nuits d'hiver dans un anticyclone
# l{{'}}''inversion d'advection'' se produit quand la [[masse d'air]] passe sur un sol plus froid comme sur une surface enneigée ou un cours d'eau froid qui refroidit la couche inférieure de l'air. Elle est plus marquée la nuit quand elle se combine à l'effet nocturne
# l{{'}}''inversion frontale'' se forme quand l'air chaud remonte un front chaud, n'arrivant pas à déloger l'air froid près du sol à l'approche d'une [[Dépression (météorologie)|dépression]].

== Effets ==
La couche d'inversion se comporte comme un véritable « couvercle ». La couche d'inversion comme les [[couche isotherme|couches isothermes]] donne une grande [[Gradient thermique adiabatique#Atmosphère stable|stabilité]] à l'air qui s'y trouve ce qui limite donc l'[[Extension verticale d'un nuage|extension verticale des nuages]], emprisonne les polluants de l'air ambiant issu des cheminées et des pots d'échappement et canalise les ondes sonores et électromagnétiques<ref name="MF"/>.

=== Accumulation des polluants ===
Lorsque l'inversion débute au sol, les nuages de type [[stratus]] ou la [[brume sèche]] (accumulation de poussières) qui s'y forment ressemblent à un tapis vu du dessus<ref name="MF"/>. La fumée de cheminée va s'étaler à la base de la couche d'inversion, ou bien la [[brume]] s'élevant d'un sol humide va stagner. En l'absence de vent suffisant pour rapidement disperser les polluants et si cette couche polluée est exposée aux [[Ultraviolet|UV]] solaires, de nombreux [[polluant]]s photochimiques, dont l'[[ozone troposphérique]] peuvent y être produits et stagner. La couche d'inversion aggrave et fait durer les problèmes de [[pollution atmosphérique]].
<gallery mode="packed" heights="200px">
Fichier:1FairbanksIceFogDetail.jpg|Couche d'air pollué bloqué par une couche d'inversion ([[Fairbanks (Alaska)|Fairbanks]], [[Alaska]], 2005).
Fichier:Air pollution au bord du Canal de l'Esplanade, fumée noire, inversion atmosphérique Lille Bois Citadelle 25 février 2019 vidéoLamiot.ogv|Nappe de fumée grise stagnant au-dessus du sol, due à des conditions d'inversion atmosphérique<br>([[Hauts-de-France]], 25 février 2019).
</gallery>

=== Inhibition de la convection ===
[[Fichier:Ombre du puy de dome panorama.jpg|vignette|upright=1.5|Nuages piégés sous une couche d'inversion, dans le [[Puy-de-Dôme]]. ]]
Si la couche est en altitude mais que l'air est humide et instable sous celle-ci, elle deviendra le [[Sommet d'un nuage|sommet des nuages]] qui s'y formeront<ref>{{Lien web |langue=en-us |url=http://glossary.ametsoc.org/wiki/Capping_inversion |titre=Capping inversion |éditeur=[[American Meteorological Society]] |série=Meteorological Glossary |consulté le=2022-10-04}}.</ref>. Ainsi, un anticyclone dont la subsidence n'atteint pas le sol présente souvent des [[stratocumulus]] sous son inversion par [[Subsidence (météorologie)|subsidence]]<ref name="MF"/>. Les [[Ascendance thermique|bulles thermiques]] urbaines montent également jusqu'à la couche d'inversion, mais ne peuvent la franchir.

Si l'inversion vient à être rompue, par un phénomène météorologique comme le réchauffement diurne de surface ou mécanique comme le passage d'un [[creux barométrique]], l'énergie accumulée est soudainement relâchée. Des nuages à forte extension verticale peuvent être engendrés qui donneront des [[averse]]s ou des [[orage]]s. De plus, l'[[écoulement laminaire]] de l'air peut devenir [[Turbulence atmosphérique|turbulent]].

=== Inversion marine ===
Une inversion marine se développe à la surface d'une grande étendue d'eau telle que l'océan, une mer ou un lac. Elle est généralement initiée par l'effet de refroidissement de la couche inférieure d'une masse d'air, par ailleurs chaude, passant sur l'eau. La couche peut s'épaissir par la radiation dans la couche marine en développement ou par l'approche d'une [[Dépression (météorologie)|zone dépressionnaire]]. L'évaporation de la surface de l'étendue d'eau et le refroidissement dans la couche peuvent mener à la formation de [[brouillard]] par condensation ainsi que de [[stratus]] et [[stratocumulus maritime]]s au sommet.

Dans les zones côtières, l'inversion marine au large peut envahir l'intérieur des terres grâce au gradient de pression qui se développe à la suite du réchauffement diurne sur le continent, créant une [[Régime de brise|brise de mer]]. Le brouillard et les nuages recouvrent alors les communautés côtières et persistent jusqu'à ce que la chaleur du soleil les évapore. Un système frontal ou un creux qui approche peut également entraîner la couche marine sur terre.

Une inversion marine se disperse et se brise en présence d'instabilité, comme à cause du passage d'un [[front froid]], d'un [[creux barométrique]] ou de toute turbulence en altitude.

=== Ondes acoustiques ===
{{Article détaillé|Acoustique}}
[[Fichier:Riviere acoustique.svg|vignette|La voix porte loin dans une zone d'inversion thermique.]]

L'atténuation des bruits est due à la compression élastique dans un gaz à pression constante. En situation normale, l'onde sonore se propage tout en s'élargissant, perdant graduellement de son intensité (atténuation géométrique) et par absorption du milieu traversé<ref>{{Lien web |url=https://aufutur.fr/revisions/physique-chimie/la-physique-des-ondes-sonores/#attenuation-sonore |titre=La Physique des ondes sonores (Atténuation sonore) |auteur=Sébastien Perrin |date=2020-07-27 |site=aufutur.fr |consulté le=2023-06-16}}.</ref>. Lorsqu'une inversion est présente près du sol, inversion matinale ou marine, le son s'élevant vers le haut passe graduellement d'une couche d'air caractérisé par une certaine densité à une autre de moindre densité, ce qui cause une [[réfraction]]<ref>{{Lien web |url=https://www.softdb.com/fr/blogue/effet-du-vent-et-du-gradient-de-temperature-sur-les-ondes-sonores/ |titre=Effet du vent et du gradient de température sur les ondes sonores |série=Acoustique générale |date=2019-05-14 |éditeur=Soft dB |consulté le=2023-06-16}}.</ref>{{,}}<ref>{{Article |langue=en |titre=Wind and Temperature Effects on Sound Propagation |auteur1=Hannah Lindsay |url=https://www.acoustics.org.nz/sites/www.acoustics.org.nz/files/journal/pdfs/Hannah,_L_NZA2007_(a).pdf |format=pdf |périodique=New Zealand Acoustics |volume=20 |numéro=2 |année=2007 |consulté le=2023-06-16}}.</ref>. Si l'inversion est très marquée, il peut y avoir réflexion totale vers le sol du son ce qui, en le concentrant, fait qu'il sera entendu beaucoup plus loin que la normale par effet de [[guide d'ondes]]<ref>{{Lien web |url=https://www.bruitparif.fr/propagation/#:~:text=Lors%20d'inversion%20de%20temp%C3%A9rature,le%20vent%20malgr%C3%A9%20les%20obstacles. |titre=Propagation (Effets atmosphériques) |année=2023 |éditeur=Bruiparif |consulté le=2023-06-16}}.</ref>. Dans ces conditions, un avion décollant en [[postcombustion]], une [[explosion]] ou même la voix humaine pourront être entendus à plus grande distance.

=== Ondes électromagnétiques ===
[[Fichier:Superrefraction_fr.jpg|thumb|Suréfraction du faisceau radar qui peut noter des précipitations sous l'horizon]]
{{Article détaillé|Propagation anormale}}

Comme pour les ondes sonores, les ondes électromagnétiques vont subir une réfraction quand la densité de l'air change. L'[[indice de réfraction]] (n) dans le vide est de 1 mais il varie dans l'air avec la température (T), la pression (p) et la [[pression de vapeur]] d'eau (e) selon la formule<ref name="FF">{{Article |langue=en-us |auteur1= F Fabry |auteur2=C Frush |auteur3=I Zawadzki |auteur4=A Kilambi |année=1997 |titre=Extracting near-surface Index of refraction using radar phase measurements from ground targets |périodique=[[Journal of Atmospheric and Oceanic Technology]] |numéro=14 |pages=978-987 |doi=10.1175/1520-0426(1997)014<0978:OTEONS>2.0.CO;2 |url=https://journals.ametsoc.org/view/journals/atot/14/4/1520-0426_1997_014_0978_oteons_2_0_co_2.xml?tab_body=pdf |éditeur=[[American Meteorological Society]]
|consulté le=2022-10-04}}.</ref> : 

::<math>n= 1 + (77,6 \frac {p}{T} +3,73 \times 10^5 \frac {e}{T^2})\times 10^{-6}  </math>

Une [[onde électromagnétique]] se déplaçant dans une atmosphère standard où la température, l'humidité et la pression diminuent selon une courbe normale avec l'altitude, le calcul de sa position avec altitude devient une courbe et non une ligne droite. Dans les inversions de températures ou d'humidité, l'indice de réfraction diminue plus rapidement que la normale dans la couche ce qui fait recourber le faisceau radar vers le bas dans une [[propagation anormale]]<ref name="Willis">{{Lien web |langue=en |url=http://www.mike-willis.com/Tutorial/refraction.htm |titre=Propagation |auteur=Mike Willis |consulté le=2022-10-04}}.</ref>{{,}}<ref name="Hall">{{Ouvrage |langue=en-gb |prénom1=Les |nom1=Barclay |directeur1=oui |titre=Propagation of radio waves |éditeur=The Institution of Engineering and Technology |collection=Electromagnetic Waves |lieu=Londres |numéro dans collection=502 |année=2003 |numéro d'édition=2 |année première édition=1996 |pages totales=352 |passage=103-120 |isbn=0-85296-102-2 |isbn2=978-0-85296-102-5 |présentation en ligne=http://www.theiet.org/publishing/books/electro/21804.cfm |lire en ligne=https://books.google.ca/books?id=fBoTO48FBD8C&pg=PA127&dq=Propagation+of+Radio+Waves%2C+M.+P.+M.+Hall |consulté le=2010-10-10 |numéro chapitre=7 |titre chapitre=Clear-Air Characteristics Of The Troposphere (auteur K.H. Craig)}}.</ref>. Si l'inversion est près du sol, le faisceau frappe celui-ci à une certaine distance de l'émetteur puis retourne en partie vers ce dernier. Si l'inversion est en altitude, le faisceau se propage à très grande distance, l'inversion agissant comme un [[guide d'ondes]]<ref name="Willis"/>.

Cet effet est utilisé par les télécommunications hertziennes pour étendre la portée du signal et noté sur les données [[radar]]s comme un [[artefact (erreur)|artefact]]. Il est même visible par tous dans le [[rayon vert]], un [[phénomène optique]] de réfraction très rare qui peut être observé au lever ou au coucher du [[Soleil]], et qui prend la forme d'un point vert visible un bref instant (quelques secondes) à son sommet, lorsqu'il frôle l'horizon<ref>{{Lien web |url=http://www.astrosurf.com/luxorion/cielbleu-rayonvert4.htm |titre=Ciel bleu et rayon vert |auteur=Thierry Lombry |site=astrosurf.com |consulté le=2022-10-04}}.</ref>. Un tel phénomène peut également être observé avec la Lune<ref>{{Lien web |langue=en |url=http://www.eso.org/public/images/potw1117a/ |titre=Rare Moon Green Flash Captured |auteur=[[Observatoire européen austral|ESO]] |consulté le=2022-10-04}}.</ref>.

=== Vol à voile ===

Une couche d'inversion est très défavorable à la pratique du vol à voile. Lors d'une inversion nocturne, la température peut s'élever lorsqu'on monte en altitude ce qui annihile toute [[vol à voile#Vol thermique|convection thermique]]. En cours de journée, une inversion de subsidence limite fortement la production de boucles de convection thermique. En effet, de courtes ascendances peuvent se former à proximité du sol surchauffé ; elles perdront rapidement leur énergie à cause de l'air subsidant.

== Notes et références ==

{{Références|colonnes=2}}

== Voir aussi ==
{{colonnes|taille=15|
* [[Lac d'air froid]]
* [[Micro-particule]] 
* [[Nanoparticule]]
* [[Ozone au niveau du sol]]
* [[Polluant]]
* [[Photochimie]]
* [[Surveillance de la qualité de l'air]], 
* [[Normes de qualité de l'air]]
* [[Réchauffement climatique]]
* [[Santé-environnement]]
|}}
{{Portail|météorologie}}

[[Catégorie:Thermodynamique atmosphérique]]
[[Catégorie:Atmosphère terrestre]]
[[Catégorie:Météorologie aéronautique]]
[[Catégorie:Propagation des ondes radioélectriques]]