Températures : pourquoi un tel écart entre le matin et l'après-midi ?

Pourquoi fait-il plus froid au petit matin ?

Il fait plus froid au petit matin, car tout au long de la nuit, la Terre perd plus d’énergie qu’elle n’en reçoit. En effet, durant la nuit, la Terre ne reçoit plus le rayonnement solaire, et continue de rayonner dans l’infrarouge. Les nuages jouent également un rôle important. Lorsque le ciel est dégagé, la température de la surface de la Terre baisse plus rapidement ; le sol refroidit la couche d’air à son contact. À l'inverse, lorsque le ciel est couvert, les nuages agissent comme une couverture empêchant le rayonnement de la Terre de partir vers l’espace, et limitent son refroidissement durant la nuit.

Quand le soleil se lève, le sol doit absorber une certaine quantité de chaleur avant que sa température augmente, et qu’il réchauffe ensuite la couche d'air à son contact. Ainsi, la température de l'air peut baisser encore un peu après le lever du soleil, et le minimum de température de la journée se produit en général quelques dizaines de minutes après le lever du soleil.

Lorsque le soleil monte dans le ciel, son rayonnement devient plus important. Il est maximal au midi astronomique, lorsque le soleil est à son point le plus haut dans le ciel, au zénith. Par inertie, la Terre continue de se réchauffer quelques heures après, et la température maximale de l’air est en général atteinte deux à trois heures après l’heure du zénith, entre 15 h et 18 h selon la saison.

En milieu urbain, le maximum de température peut être atteint encore un peu plus tard, car le bâti restitue la chaleur emmagasinée au cours de la journée, ce qui réchauffe encore l’air ambiant. On parle d’îlôt de chaleur urbain.
Ce schéma se réfère à une journée plutôt anticyclonique, calme et ensoleillée, sans un changement de masse d’air qui peut complètement perturber le cycle diurne.

À quelles saisons les amplitudes thermiques sont-elles plus importantes ?

Ces situations de fortes amplitudes thermiques sont typiques de conditions anticycloniques sèches en fin d'hiver ou au début du printemps, mais se produisent aussi parfois en fin d'été ou début d'automne.

Les nuits sont alors assez longues pour permettre un refroidissement important, d’autant plus sous un ciel dégagé, et en l’absence de vent, limitant le brassage de la couche d’air au contact du sol et l’uniformisation de la température. En l’absence de nuages, l’ensoleillement diurne est suffisamment conséquent pour réchauffer l’air ambiant.

Quelles sont les régions les plus concernées par des amplitudes thermiques marquées ?

Les régions de montagne, où l’air est généralement plus froid, donc naturellement plus sec (car l’air froid peut accueillir moins de vapeur d’eau que l’air chaud), sont plus facilement soumises à une masse d'air très sèche en situation anticyclonique. Avec des courants descendants de grande échelle, on peut observer une forte inversion thermique dans le profil vertical de température : l’air froid est piégé dans les basses couches, alors que la montagne baigne dans la douceur.

Il en est de même pour les lieux situés dans des cuvettes (« trous à froid »), où l'air froid s'accumule par ciel clair la nuit, et qui peuvent surchauffer le jour à la faveur d’un fort ensoleillement et d’un vent très faible.

Ainsi, les stations d'altitude moyenne, à proximité ou dans les massifs montagneux, dans des lieux encaissés (cuvettes, vallées bien marquées), peuvent présenter, en situation anticyclonique, des amplitudes thermiques importantes.

Quelle est l’amplitude thermique quotidienne maximale observée en France ?

En France, l’amplitude quotidienne la plus forte a été observée à Mouthe, dans le Doubs, à 940 mètres d’altitude, le 13 janvier 1968. Elle atteint 37,8 degrés. La température est passée d’une minimale de -36,7°C (qui est d’ailleurs la température la plus basse jamais mesurée en France) à une maximale de +1,1°C ! Ce grand écart de températures a été permis par un net changement de masse d’air sur la journée. Ainsi, dans l’air glacial présent sur l’est de la France, la température a pu descendre durant la nuit du 12 au 13 janvier jusqu’à -36,7 °C. Une masse d’air bien plus doux a gagné la région par l’ouest et a progressivement chassé l’air froid en place, permettant la remontée de la température jusque dans la nuit. Le maximum de 1,1 °C a ainsi été observé dans la nuit du 13 au 14 janvier.

Dans le secteur de Mouthe, dans les années 50 à 70, d'autres amplitudes quotidiennes remarquables, entre 32 et 35 °C, ont été relevées en situation anticyclonique hivernale avec des minimales inférieures à -25 °C.

De fortes amplitudes thermiques quotidiennes ont également été observées lors d’un épisode de chaleur tardif début octobre 2023.

À Aubusson, en Creuse, à 486 m, avec une température minimale de -2,3 °C et une maximale de 29,7 °C, le 7 octobre 2023, l’amplitude atteint 32 degrés sur la journée.
Le même jour, l’amplitude atteint 31 degrés à Massiac, dans le Cantal, à 533 m, avec une minimale de -1,8 °C, et une maximale de 29,2 °C. La veille, le 6 octobre, une amplitude thermique de 31 degrés est également relevée à Coltines dans le Cantal à 979 m.

En plaine aussi, les amplitudes quotidiennes dépassent par endroits les 30 degrés lors de cet épisode de chaleur. À Pissos, dans les Landes, le 8 octobre 2023, la température passe de 2,7 °C au petit matin, à 33,4 °C au plus chaud de la journée, soit une amplitude de 30,7 degrés. Le 7 octobre, une amplitude quotidienne de 30 degrés est mesurée à Monteils dans l’Aveyron, une amplitude de 29,8 degrés à Blars et à Livernon, dans le Lot.

Des amplitudes thermiques de l’ordre de 30 degrés peuvent tout autant s’observer en plaine dans des conditions chaudes estivales.
Durant la vague de chaleur d’août 2020, l’amplitude thermique quotidienne atteint 30,3 degrés à Pissos le 6 août.
Le 22 juin 2003, elle avoisine les 30 degrés par endroits de la Bourgogne à la Loire : 30 degrés à Saint-Denis-de-Cabanne dans la Loire, et à Anlezy dans la Nièvre, 29,8 degrés à Chablis dans l’Yonne.