Pour savoir pourquoi il fait plus froid en haut d’une montagne, il faut d’abord comprendre ce qui fait le chaud ou le froid à une toute petite échelle et comprendre de quoi l’air est composé.
L’air est constitué de nombreuses petites briques de gaz, appelées molécules, comme le dioxygène, le diazote, le dioxyde de carbone et la vapeur d’eau. Il faut imaginer que toutes ces molécules sont toujours en train de bouger, et plus elles s’agitent, plus l’air sera ressenti comme chaud. Pour nous, la sensation de chaud vient du fait qu’en touchant notre peau, ces molécules d’air vont progressivement transmettre leur agitation et donc leur chaleur à notre corps.
Lorsqu’on s’élève, par exemple en gravissant une montagne, l’air devient de moins en moins dense : un litre d’air va contenir de moins en moins de molécules à mesure que l’on grimpe en altitude. Ainsi, un litre d’air sec pèse 1,2 g au niveau de la mer, mais il ne pèse plus que 1,0 g au sommet du Mont Ventoux (1 909 m), 0,75 g au sommet du Mont Blanc (4 808 m), et 0,47 g au sommet du Mont Everest (8 848 m).
Cela signifie qu’il y a de moins en moins d’oxygène par litre d’air entrant dans nos poumons au fur et à mesure qu’on s’élève, et c’est pour ça qu’il est très difficile de faire un effort physique en haute altitude. Mais cela signifie aussi qu’il y a moins de molécules capables de s’agiter entre elles, mais aussi de transmettre leur agitation à notre corps, d’où la sensation de froid.
Et le Soleil dans tout ça ? Le Soleil envoie son rayonnement sous forme de photons : des particules de lumière très rapides. Ces photons peuvent impacter les molécules constituant l’air ou les cellules de notre peau et ainsi augmenter leur agitation, c’est-à-dire la température de l’air ou de notre peau. Le Soleil est situé à 150 millions de kilomètres de la Terre. Si on s’élève de quelques kilomètres en gravissant une montagne, on ne change pas beaucoup notre distance par rapport au Soleil, et donc, la quantité de rayonnement que reçoit notre peau est peu sensible à cet infime rapprochement du Soleil.
Par contre, certaines molécules d’air absorbent une partie du rayonnement solaire, notamment les fameux UV (ultra-violet, c’est-à-dire invisibles car au-delà de ce que peut percevoir l’œil humain). Donc plus on se situe à basse altitude, plus les rayons UV ont été absorbés par l’air au-dessus de nous, et moins ils sont susceptibles de réchauffer notre peau. En haute altitude, il est impératif de protéger notre peau et nos yeux des brûlures liées aux rayons UV. Toutefois, ces rayons UV ne suffisent pas à compenser le refroidissement lié à la baisse de densité de l’air, à moins de s’élever de quelques kilomètres au-dessus du mont Everest.
Mais est-il toujours vrai qu’il fait plus froid en haut d’une montagne ? Et bien non, on observe parfois, notamment en hiver, ce qu’on appelle des « inversions ». Dans ce cas, il peut faire plus froid dans la vallée qu’au sommet d’une montagne. Le résultat est parfois une spectaculaire mer de nuage de laquelle dépassent certains sommets où il fait plus chaud qu’en vallée. Ceci arrive fréquemment en hiver, après que le sol se soit refroidi en relâchant sa chaleur vers l’atmosphère pendant la nuit, ou quand il y a un mouvement d’air descendant en altitude, ce qui augmente la chaleur par le phénomène inverse de celui qu’on subit en gravissant une montagne.
Diane Rottner, CC BY-NC-ND
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Nicolas Jourdain, Climatologue, chargé de recherches CNRS à l’Institut des géosciences de l’environnement à Grenoble, Université Grenoble Alpes (UGA)
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