L’effet de lac

Publié par Jolan Barbançon le 12 octobre 2018 – Actualités

neige accumulée sur la plage Wasaga Beach aux États-Unis
Effet lac observé sur la plage Wasaga Beach (Ontario) aux États-Unis. © Wikimedia Commons.

Les grands lacs d’Amérique du Nord forment un groupe de 5 lacs qui représente la plus grande étendue d’eau douce au monde avec une superficie de pas moins de 244 000 km2. De par leurs vastes étendue et de leur position géographique, ils sont à l’origine d’un phénomène météorologique local appelé “lake effect snow” en Anglais, ou effet de lac en français.

Ce phénomène est la cause chaque année de fortes précipitations en eau et en neige de manière localisée autours des lacs, pouvant atteindre des quantités de précipitations records. Généralement de courte durée, allant de quelques heures à quelques jours, ce sont de véritables tempêtes de neige et de pluie qui s’abattent sur les populations vivant aux abords de ces étendues d’eau.

Parmi les événements les plus spectaculaires, en partie dûs à ce phénomène, on se souvient du blizzard survenu en 1966 dans le nord de l’amérique où des chutes de neige de 2,6 mètres en 5 jours ont étés mesurées à Oswego, et de la précipitation de 2 mètres de neige en 24 heures seulement entre le 11 et 12 janvier 1997 dans la ville de Montague. L’intensité et la quantité de telles précipitations de neige peuvent alors avoir de lourdes conséquences comme l’origine de blizzard réduisant fortement la visibilité et l’enneigement des réseaux routiers pouvant même aller jusqu’à ensevelir sous la neige les automobilistes surpris par la tempête.

effet de lac en fonction des mois de l'année
Saisonnalité de l’effet de lac.

Les premières études de ce phénomène remontent aux années 1950 et sont principalement mené par Robert Sykes, professeur à l’université de New York à Oswego. Grâce à la participation de plusieurs chercheurs et après plusieurs années de recherches, ils ont pu mettre en lumière les conditions nécessaires à l’apparition de ce phénomène ainsi que la dynamique des mécanismes qui y sont associés. De nos jours bien connue, c’est aux alentours des mois d’Août et de Septembre que la saison du “Lake Effect” commence. Les réserves d’eau des grands lacs finissent d’être réchauffées par les chaleurs de l’été et atteignent leur pics de température, alors que l’hiver approche et que les températures de l’air commencent à diminuer.

A mesure que l’hiver progresse, l’atmosphère se refroidit plus rapidement que l’eau des grand lacs causant des différences de température importante à l’interface air / eau, propice à une forte évaporation et une augmentation significative de l’humidité dans l’air directement au-dessus des lacs. Hors, c’est aussi à cette période que des vents polaires en provenance du Canada descendent sur les grands lacs, refroidissant davantage la température de l’air et amplifiant ainsi l’écart des températures avec l’eau.

De plus, ce phénomène d’évaporation est aussi sujet à la vitesse des déplacements des masses d’air à l’interface air / eau, qui vont contribuer à répartir verticalement l’humidité de l’air. La conjonction de tous ces paramètres, un fort écart de température entre l’air et l’eau ainsi que la présence d’un vent froid au-dessus des lacs, vont alors créer une évaporation suffisamment rapide pour saturer en humidité les couches basses de l’atmosphère. Les différentes études montrent que c’est aux alentours d’une différence de température de 13°C entre l’air et l’eau que ce phénomène s’enclenche, mettant ainsi en marche la plus incroyable machine à neige de la nature. Ce nuage saturé en humidité et réchauffé par le lac rentre en instabilité avec la masse d’air polaire présente à plus haute altitude et qui fait pression sur ce dernier. La géomorphologie du terrain ainsi que les vents prédominants à la formation du cumulus vont alors être les principaux acteurs de la direction et du lieu où la tempête de neige s’abattra.

Pendant ce trajet long de plusieurs centaines de kilomètres, l’air saturé en humidité se refroidit au contact de la masse d’air froide, et en fonction de la température de cette dernière, l’humidité se condense sous forme de pluie, de neige, voir même de glace. Ce qui cause finalement d’importantes précipitations sur des zones pouvant aller jusqu’à 160 kilomètres de long pour 30 de large. On parle alors d’une bande unique de cellule de cumulus, dont la forme de “bande” provient principalement de la géométrie des lacs et de leur axe en longueur.

On observe au début de la saison du “Lake Effect” d’importantes précipitations de pluie qui laisseront la place à des tempêtes de neige voir de glace au fur et à mesure que la période hivernale progresse. Au coeur de l’hiver, alors que les températures atteignent leurs minimum, les grands lacs ont épuisés leurs réserves de chaleurs accumulées pendant le reste de l’année et commencent à geler. La différence de température entre l’eau et l’air diminue ainsi que la surface de contact entre ces derniers, ralentissant ainsi le phénomène d’évaporation, jusqu’à que ce dernier cesse complètement aux alentours de fin janvier et début février. Ainsi, avec le printemps et l’été qui arrive, l’air se réchauffe plus rapidement que les lacs qui eux accumulent lentement de la chaleur en prévision de la prochaine saison, et le cycle peut recommencer.

effet de lac sur la ville de Buffalo
Photographie issue d’un timelapse réalisé sur l’effet de lac dans la ville de Buffalo aux États-Unis.

Ce phénomène de “Lake Effect”, bien qu’ayant lieu de manière spectaculaire dans la zone des grands lacs des Etats-unis, peut aussi se produire dans d’autres régions du monde ou les conditions y sont propices. Des phénomènes similaire ont été reportés au Japon, dû à des masses d’air froid provenant de l’Arctique qui traversent la mer du Japon, ainsi que sur les lacs Baïkal en Russie et Balkach au Kazakhstan, et bien que plus rare, il peut aussi se produire en France sur les côtes de la manche. De récentes études se sont penchées sur l’évolution de la fréquence d’apparition de ces phénomènes et de leurs intensités. En comparant l’évolution des chutes de neige depuis 1930 sur 15 sites ou les “Lake Effect” sont présents et sur 10 ou ce phénomène n’a pas lieu, on observe une claire tendance à l’augmentation des chutes de neige dans les sites à “Lake Effect” contrairement aux autres sites qui ne montrent pas de tendance d’évolution.

Afin de pouvoir appuyer l’hypothèse d’une évolution croissante des phénomènes de “Lake Effect”, une autre méthode est utilisée afin de caractériser les précipitations dont il est la cause. Il a été constaté que la vapeur d’eau provenant des grands lacs contient un plus faible ratio d’un certain type d’isotope de l’oxygène contrairement à la vapeur d’eau en provenance des océans. En étudiant alors la composition isotopique des couches de sédiments des grands lacs, il est possible de savoir en quelle proportion le “Lake Effect” est responsable des précipitations annuelles. L’analyse des couches sédimentaires des lacs Cayuga, Owasco et Otisco montrent en effet une évolution croissante d’un l’isotope de l’oxygène en faveur d’une augmentation de la part des précipitations dues au “Lake Effect”.

La question se pose alors de la cause de l’augmentation de la fréquence et de l’intensité de ces phénomènes. Parmis les principaux paramètres influant sur le “Lake Effect” ont trouvent la température de l’air, celle de la surface du lac et la vitesse des vents. L’évolution des températures de l’air ne montre pas de tendance d’évolution sur des mesures s’étalant de 1936 à 2001. Quand à des mesures plus récentes sur l’évolution de la température de surface des lacs (1995-2000), elles montrent une claire tendance croissante, et les observations récentes rapportent une diminution de la couverture en glace des lacs au milieu de l’hiver.

Les différentes conclusions tendent à pointer le réchauffement climatique comme étant la cause de l’augmentation de la température de surface de ces lacs. Ceci pourra se traduire pour le futur en une augmentation de la fréquence et de l’intensité de ces phénomènes, du moins pour un temps. Lorsque le réchauffement climatique réchauffera aussi les masses d’air froide polaire, la différence de température air / eau va diminuer réduisant ainsi peu à peu l’apparition du “Lake Effect”.


The Future of Snow

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