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photo satellite d’un cyclone au dessus de l’islande
On associe souvent la force de Coriolis à l’eau qui se met à tourbillonner dans les éviers. Cette association est fausse : le sens de rotation de l’eau n’a pas pour origine la force de Coriolis.

L’effet de Coriolis

Je préfère dire « effet de Coriolis » (calqué sur l’anglais), plutôt que « force » ou même « accélération ».
L’effet de Coriolis est la manifestation d’une déviation ou d’une mise en rotation d’une masse (nuageuse, par exemple) due à la rotation du référentiel dans laquelle elle se trouve (Terrestre dans cet article). J’explique.

Si on se plaçait dans un référentiel fixe (voyant la Terre tourner devant nous) et si on envoyait un projectile devant nous, il irait tout droit sans suivre la rotation du référentiel ; c’est la trajectoire rouge sur l’animation ci-dessous : c’est le référentiel de la page web (qui ne tourne pas).

Or, on sait tous que la Terre est en rotation autour d’un axe et que nous tournons avec elle. Du coup, on observe une déviation du projectile ; c’est la trajectoire bleue :

animation de l’effet de Coriolis

La trajectoire rouge, c’est ce que voit un observateur tiers voit, alors que la trajectoire bleue, c’est la trajectoire telle qu’elle apparaît quand on regarde le projectile depuis la Terre en rotation.

Voici une autre animation, traduisant la même chose, avec deux vues des deux points de vue : depuis un référentiel indépendant de la rotation (à gauche, où la Terre tourne) et depuis le référentiel en rotation (à droite, fixe à la Terre et donc où la rotation n’est pas visible) :

animation de l’effet de Coriolis

L’effet de Coriolis n’est donc pas réellement une force qui s’exerce sur un projectile : ce dernier est dévié uniquement en apparence parce que le référentiel tourne. C’est pour ça que beaucoup préfèrent employer le terme « d’accélération de Coriolis ».

Les caractéristiques de l’effet de Coriolis.

L’effet de Coriolis met donc les objets indépendants de la Terre (un projectile en l’air, un nuage ou un cyclone, une masse d’eau…) en rotation.

La période de rotation est simple à calculer en fonction de latitude : elle est égale à la période de rotation de la Terre au niveau du pôle et infinie à l’équateur (donc ça tourne infiniment lentement à l’équateur).
Cette période ne dépasse donc jamais la vitesse de rotation de la Terre.

Et dans nos éviers ?

Nos éviers sont tout petits. La masse d’eau est infime par rapport à une masse cyclonique. De plus, quand on regarde le tourbillon, il tourne beaucoup plus vite que la rotation terrestre ! La rotation n’a lieu que si on retire le bouchon et, en faisant l’expérience plusieurs fois de suite, on voit très bien que le sens de rotation n’est pas toujours le même : cela change d’ailleurs en fonction de l’évier. Enfin, il est aisé d’influencer le sens de rotation de l’eau avec la main.

On peut donc conclure que l’effet de Coriolis n’a qu’une action minime par rapport à tous les autres facteurs sus-cités.

Alors d’où vient cette rotation ?

Tout simplement du mouvement initial de l’eau (remous, agitation…) avant de retirer le bouchon. En fait quand vous remplissez votre évier, l’eau est plus ou moins remuée.

Lorsque le bouchon est retiré, l’eau se dirige vers le trou. À ce moment là, c’est le phénomène de conservation du moment cinétique (ou moment angulaire, de l’anglais) qui entre en jeu : les petits mouvements loin du trou deviennent de grands mouvements proches du trou.

Ainsi, il suffit que le mouvement global de l’eau se face ne serait-ce qu’un tout petit peu dans un sens, pour que l’aspiration de l’eau dans le trou accentue et amplifie la rotation de façon importante.
Au bout de quelques secondes, c’est toute la masse d’eau qui est entraînée dans la rotation.

Quand voit t-on l’effet de Coriolis alors ?

  • On peut voir l’effet de Coriolis sur des masses conséquentes, comme un cyclone : le sens de rotation dépend de l’hémisphère à cause de ça.
  • Certains trains (qui ont des trajectoires nord-sud) sont également soumis à l’effet de Coriolis : à force d’être poussé dans le même sens par la rotation terrestre, un des deux rails s’use beaucoup plus vite que l’autre (pour un TGV roulant à 320 km/h à une latitude française, c’est environ 4 tonnes qui s’exercent en plus d’un côté que de l’autre).
  • Un projectile envoyé à grande vitesse est dévié. Ceux qui ont joué au jeu Call Of Duty 4 ont pu voir ça dans la mission où il faut utiliser le sniper et tuer Zakhaev.
  • Sur le pendule de Foucault, installé au Panthéon, à Paris.

Pour l’anecdote, tous ceux qui sont situés sur l’équateur et qui amusent les touristes avec une bassine d’eau et qui montrent la rotation de l’eau, font quelques pas de côté (franchissant l’équateur) et montrent que la rotation de l’eau a changé de sens, sont des gogos : comme je l’ai dit, les effets de l’accélération de Coriolis sont nuls sur l’équateur, et encore plus nuls avec une petite bassine.

image de la Nasa

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llk a dit :

Félicitations pour ce billet et les autres. Ça fait plaisir de lire de la vulgarisation correcte, claire, accessible, et surtout scientifiquement juste et pas ultra-sensationnelle-science-et-vie-like ! Bon courage et bonne continuation !

Mais même si je comprend bien le sujet, et ce que tu expliques (prépa, ça aide pour ça !), je ne trouve pas les animations très claires, surtout la deuxieme. Où est l'observateur, le point fixe, qu'est ce qui tourne autour de quoi ? Un petit EDIT explicatif serait une cerise sur le gateau !

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pierreghz a dit :

Je tiens quand même à préciser que dans le cas d’une balle tirée depuis une longue distance, la gravité intervient aussi, et selon les munitions, la trajectoire diffère à cause du poids de la balle, de sa résistance à l’air, etc. L’effet de Coriolis n’est qu’un seul problème pour le tir à longue distance. D’ailleurs, dans CoD: MW, c’est surtout le vent qui est pris en compte dans cette mission, puisque la balle dévie selon ce qu’indique le drapeau. La ballistique extérieure est une discipline entière et qui est *très loin* d’être implémentée dans un quelconque moteur de jeu-vidéo, hélas.

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trucmuche a dit :

Ok, mais pas tout à fait. La rotation dans un évier donné est quasiment défini. Tu auras toujours le même sens de rotation. Et si, comme tu dis, on peut inverser le sens à l'aide de nos mains, l'écoulement retrouvera son sens quand tu les retire. Les remous avant l'ouverture n'ont pas plus d'influence que la force de Coriolis...

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Allchimik a dit :

@pierreghz : entièrement d'accord avec toi. Beaucoup de paramètres sont à prendre en compte.

Pas mal en tout cas cet article sur l'effet de Coriolis !

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Le Hollandais Volant a dit :

@pierreghz : oui oui, tout à fait : le vent peut jouer sur une déviation de plusieurs mètres, l'effet de Coriolis ne la deplace que de quelques centimètres, voire millimètres, même sur une distance importante.

@llk : merci !
Je vais reformuler un peu.

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Le Hollandais Volant a dit :

@llk : j’ai retouché un peu le texte.

Pour la seconde image, il faut voir ça comme un tourne disque et la pointe d’un style.
Le disque tourne (c’est le cercle avec le diamètre). Sur la partie gauche, on est fixe au sol : on voit le disque tourner. La pointe du stylo effectue des allers-retour gauche-droite (c’est le point bleu).

Sur le côté droit, on effectue toujours des allers-retour gauche-droite, sauf qu’on abaisse le stylo et qu’on écrit sur le disque en rotation.
Le cercle bleu, c’est ce qu’on observe une fois qu’on arrête le disque. Le mouvement le long du cercle bleu, c’est ce que verrait un bonhomme assis sur le disque : la pointe du stylo faisant un cercle au dessus du disque où il est assis.

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guillaume77 a dit :

Pourquoi tu parles d'Anglais dans ton article?

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Le Hollandais Volant a dit :

@guillaume77 : parce la notion de « effet de Coriolis » je ne l’ai vu nulle par ailleurs (tout le monde parle de « force de Coriolis »), je la trouve pourtant beaucoup plus juste (car moins précise : la notion de force est précise et ne convient pas ici).

Après pour la notion de « moment angulaire », le terme exacte est « moment cinétique » en français, mais on trouve parfois « moment angulaire » calquée de l’anglais « angular momentum ».
Encore une fois, la terminologie anglaise est plus intuitive (selon moi).

Et parce que les meilleurs ressources que je connaisse sont en anglais. Pour le moment.

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TD a dit :

L'« effet de Coriolis » est bien une force, à ceci près qu'elle est virtuelle car induite par une rotation, donc par une accélération, et qui agit sur une masse.

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Le Hollandais Volant a dit :

@TD : oui virtuelle.
Mais si tu prends la définition d’une force comme une interaction entre deux corps, alors ça n’en n’est pas une.

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Paulli a dit :

@Le Hollandais Volant : On parle de "pseudo-force de Coriolis". Il est faux de parler d'accélération, car l'expression mathématique de la pseudo-force a bien les dimensions d'une force. Et ce que disait @trucmuche me semble correct également : j'avais lu il y a longtemps que les caractéristiques microscopiques du récipient était l’influence déterminante pour le sens de rotation.

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Le Hollandais Volant a dit :

@Paulli : oui oui, elle a bien les dimensions d’une force. Mais la dimension n’est qu’un concept mathématique.
D’un point de vue matériel, il en est autre chose.

Imagines une table et une tasse : si je change la tasse de place, alors sa position a changé. Du coup la dérivée temporelle de la position a variée. La tasse a donc subie une accélération (dérivée seconde de la position), donc une force.

Maintenant, je soulève la tasse et quelqu’un déplace la table, puis je repose la tasse.
La tasse n’a subie qu’une accélération verticale, pourtant sa position sur la table a changé. Dans le référentiel de la table, la tasse a donc changé de position. La dérivée temporelle de sa position a donc changée. La tasse a subie une accélération, donc une force.

Mais quelle force alors ?
Aucune : c’est la table qui a bougée !

C’est là aussi une « force virtuelle », mais qui n’a pas tellement de sens physique. Juste mathématique.

Une force et accélération c’est la même chose, quand cette accélération s’applique à une masse.

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Paulli a dit :

@Le Hollandais Volant :

Je connais bien le principe de force, c'est bien aimable. C'est bien pour ça que je dis "pseudo-force". Après, c'est ton choix. Mais dans mon université, le corps enseignant s'est mis d'accord pour utiliser ce terme, car il est le plus précis.

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TD a dit :

D'où l'intérêt de définir les termes à l'avance, car certains peuvent avoir plusieurs sens. C'est très important en sciences.

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llk a dit :

L'essentiel, je pense, n'est pas là. Si à la vulgarisation, ou à l'aprentissage, on insiste bien sur le caractère virtuel de cette force (comme celui de la force d'inertie d'entraînement) (remarquez l'absence de guillemets ou de "pseudo-" sur le mot force, j'y viens...), alors peu importe le nom qu'on lui donne. On sait que c'est virtuel, que ça agit comme une force, on va donc l'appeller.... comme on veux ! du moment qu'on est compris et qu'on sait ce de quoi on parle !

@Le Hollandais Volant :
merci ! j'ai compris maintenant :)

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Marco Sokolov a dit :

Damned j'étais aveugle et maintenant je vois !
Merci pour cet éclaircissement.

Du coup j'ai cherché sur Youtube des vidéos déjà croisées ça et là et qui montraient ce phénomène proche de l'équateur, vidéos filmées par des touristes. Ce qui est marrant c'est que la vidéo tournée en Équateur montre une rotation horaire du coté sud, alors que dans celle tournée au Kenya c'est au nord que l'eau prend ce sens... voilà c'est tout, ça m'a fait rire du coup et ça m'a rappelé à quel point nous pouvons parfois être crédules ! Après si ça peut faire les affaires des types qui vivent là bas et qui n'ont que ça pour faire quelques sous, pourquoi pas. C'est le jeu ma pauv' Lucette !

Vidéo de l'Équateur
Vidéo du Kenya

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Le Hollandais Volant a dit :

@TD : c’est bien ça.

@Marco Sokolov :

Après si ça peut faire les affaires des types qui vivent là bas et qui n'ont que ça pour faire quelques sous, pourquoi pas. C'est le jeu ma pauv' Lucette !

Oui, pourquoi pas.

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krothal a dit :

Bonsoir,

J'ai enfin fini par comprendre qu'il s'agissait d'un mouvement de la terre et non d'une force à laquelle l'objet en mouvement était soumis.

Merci beaucoup

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John doe a dit :

Ce n'est pas une force et ça use les rails ?

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Vieuxrat a dit :

Bonjour, je suis plus biologiste que physicien, mais il me semble qu'il y a quand même une force en jeu : le frottement ( ou les forces de cohésion des solides?) qui permet à la Terre par exemple de tourner ( autour de 1600 km/h en surface) AVEC son atmosphère,les bestioles qui lui courent sur le dos, les océans et les voies ferrées. De même que sur un manège de chevaux de bois, il existe une vraie force qui nous retient dessus: les forces mécaniques d'assemblage du manège, et celle de notre main agrippée au manche...Non?

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Le Hollandais Volant a dit :

@Vieuxrat : bonjour !
Ce sont bien les forces de frottement qui font que l’atmosphère tourne avec le sol. Mais il faut voir que ceci est relatif : en très haute altitude, l’atmosphère est de moins en moins liée au sol, et comme elle est un fluide, elle peut se déformer. C’est pour ça que les vents en altitude sont si violents (le jet-stream atteint 400 km/h d’ouest vers l’est). À tel point qu’un vol Paris-New-York prends plus de temps dans un sens que dans l’autre (de l’ordre de 45 minutes, pour un vol d’environ 7~8 heures, soit pas loin de 10% de différence).

Mais le fait que ces forces de frottement soient là ne signifient pas que d’autres forces ne peuvent pas y être aussi.
Si tu es sur le manège et que tu dois t’agripper au cheval en bois pour ne pas tomber, tu exerce une force. Mais tu fais ça justement pour contrer une autre force, celle qui a tendance à t’éjecter du manège (force centrifuge, qui est en réalité la conséquence du principe d’inertie)

Cela dit, la force de Coriolis (ou l’accélération de Coriolis, plutôt) vient s’ajouter à tout ça.

Imagines que tu ne sois pas du tout lié à Terre, et que tu puisse léviter au dessus de la surface.

Si tu te places au dessus de l’équateur en un point fixe (hors de la rotation de la Terre, j’entends), tu vois le sol défiler en ligne droite, comme si on tirait une carte du monde dans le sens est-ouest.
Si tu te places au dessus du pôle nord, tu vois le sol défiler non pas en ligne droite, mais en tournant (dans le sens rétrograde)

Le même phénomène de rotation de la Terre a des effet différents selon qu’on se place sur un pôle ou à l’équateur.

Maintenant, tournons le problème autrement et posons nous la question suivante : quelle mouvement dois-je faire pour rester toujours au dessus du même point de la Terre (en gros, pour être géostationnaire) ?

Si tu es à l’équateur, tu dois courir à 1 600 km/h d’est en ouest, en ligne droite (suivant l’équateur).
Si tu es sur le pôle nord, pas besoin de courir : il suffit de faire un tour sur toi-même en 24 heures.

Entre les deux, il y a un peu des deux : plus on l’éloigne du pôle, plus notre mouvement sera rectiligne et moins il sera une rotation. Et bien ça, c’est exactement ce que font les nuages !

Si tu as un énorme cyclone dans l’hémisphère nord et qui mesure 2 000 km d’envergure, alors la partie la plus au sud sera enclin à se déplacer plus vite que la partie au sud (tout simplement parce qu’il est plus proche de l’équateur). Résultat : le cyclone voir un côté se déplacer plus vite, et dans son référentiel, c’est comme s’il se mettait à tourner sur lui-même.


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