Force de Coriolis

© NASA La force de Coriolis est une force inertielle qui tend à dévier un corps en mouvement dans un milieu en rotation. L'effet est nommé d'après l'ingénieur français Gaspard Coriolis, qui est le premier à avoir analysé mathématiquement ce phénomène (1835). Cette force est due au principe d'inertie, c'est à dire qu'un corps en mouvement, en l'absence de frottement, a tendance à conserver sa vitesse et sa direction. C'est ce principe qui tend à dévier les passagers d'une voiture vers l'avant en cas de freinage, ou vers la gauche en cas de virage à droite. Aussi, si un corps se déplace sur un système en rotation avec une trajectoire rectiligne (du point de vue d'un observateur extérieur), sa trajectoire paraîtra incurvée pour un observateur appartenant au système en rotation (voir schéma ci-contre). Par analogie, la Terre tourne autour de son axe de l'Ouest vers l'Est, c'est à dire dans le sens inverse des aiguilles d'une montre pour l'hémisphère Nord et le sens des aiguilles d'une montre pour l'hémisphère Sud. En conséquence, si on tire un boulet de canon depuis le pôle Nord vers une cible fixe située au niveau de l'équateur (ce qui correspond au schéma ci-contre), la trajectoire du boulet dans l'espace sera toujours rectiligne, mais comme la cible se déplace avec la rotation de la Terre, le boulet va la manquer et semble être dévié vers la droite. Que se passe-t'il si maintenant on tire depuis l'équateur et que la cible se trouve au pôle Nord ? Du fait de la rotation de la Terre, le canon a maintenant une vitesse linéaire dirigée vers la droite. Lors du tir, le boulet aura dont une composante de vitesse vers la droite et manquera la cible. Ici aussi, le boulet semble se dévier vers la droite. Ainsi dans l'hémisphère Nord, du fait de la différence de vitesse linéaire (pour la même vitesse angulaire) entre le canon et la cible, pour un tir le long d'un même méridien et quelles que soient les positions de la cible et du canon, on observera toujours une déviation du boulet vers la droite. De même, pour un tir Est-Ouest (ou Ouest-Est), du fait de la rotation de la Terre, la cible va progressivement se déplacer vers la gauche de la direction initiale du tir. Pour le comprendre, il faut imaginer un arc tendu par une corde. Le canon et la cible se situeraient au niveau de chaque extrêmité de la corde. Lors du tir, le boulet va emprunter le trajet de la corde, tandis que la cible et le canon continuent à de déplacer le long de l'arc dans le sens inverse des aiguilles d'un montre. Il s'en suit un déplacement apparent du boulet vers la droite. Ainsi, que le tir se fasse sur un axe Nord-Sud ou Est-Ouest, avec la rotation de la Terre, il sera toujours dévié vers la droite dans l'hémisphère Nord. Dans l'hémisphère Sud, ces effets sont inversés, et on observera une déviation vers la gauche. Au total, la force de Coriolis sur Terre a un effet qui tend à dévier les corps en mouvement, vers la droite dans l'hémisphère Nord et vers la gauche dans l'hémisphère Sud, quelle que soit leur direction initiale. Applications : 1) Ballistique : Une utilisation pratique de la force de Coriolis est le calcul de la trajectoire des projectiles dans l'atmosphère. Ainsi, lors de tirs à longue portée, il faut corriger la déviation en visant plus à gauche dans l'hémisphère Nord, et plus à droite dans l'hémisphère Sud. 2) Météorologie et océanographie : Une autre application concerne la circulation des courants d'airs et marins qui sont eux aussi soumis à la force de Coriolis. Ainsi, sous les effets combinés de la force de Coriolis et du gradient de pression, les vents seront déviés pour donner dans hémisphère Nord une circulation de l'air anti-horaire dans une dépression et horaire dans un anticyclone (et inversement pour l'hémisphère Sud). Par exemple, la photo en haut de page montre une belle dépression tournant au large de l'Islande dans le sens contraire des aiguilles d'une montre car les vents autour de la dépression sont déviés vers la droite. De même, au niveau de l'équateur, dans la zone intertropicale, les alizés sont des vents dirigés vers l'Ouest (donc déviés vers la droite dans l'hémisphère Nord). Citons encore l'exemple du Gulf stream qui est un courant océanique qui fait remonter des eaux chaudes vers le nord de l'Atlantique dans le sens des aiguilles d'une montre, sous l'action de la déviation vers la droite de son mouvement. 3) Pendule de Foucault : La rotation de la Terre et la force de Coriolis consécutive permettent d'expliquer le changement du plan de mouvement d'un pendule tel que montré par Foucault dans son expérience au Panthéon de Paris en 1851. 4) La légende du lavabo : Contrairement à une croyance populaire, la force de Coriolis est trop faible pour avoir le temps d'influer sur le sens de rotation de l'écoulement de l'eau dans un lavabo qui se vide. À cette échelle, le sens du tourbillon ne dépend que de la géométrie du lavabo et des microcourants d'eau créés lors de son remplissage.

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