Un courant océanique large de plusieurs centaines de kilomètres vit sa propre vie, se nourrissant de l'énergie de minuscules remous. Dans l'atmosphère, quelque chose de similaire se produit : les petites turbulences cèdent leur puissance aux immenses flux d'air. Ce processus – la cascade inverse d'énergie – est connu depuis longtemps. Mais jusqu'à présent, on l'étudiait en supposant l'air absolument sec, comme s'il ne contenait jamais de nuages.
La nouvelle étude ajoute à ce tableau l'eau et les transitions de phase – évaporation et condensation. Il s'avère que dans les zones saturées d'humidité, le tableau change radicalement. Là où l'air est gorgé d'eau comme une éponge, le transfert d'énergie vers les grandes structures ralentit. La cause en est les nuages eux-mêmes. À leurs frontières naissent des ondes non linéaires : l'air chaud monte brusquement, l'air froid descend. Ces flux verticaux agissent comme des murs invisibles, redistribuant l'énergie à leur manière.
Les auteurs ont construit un modèle numérique où l'atmosphère est remplie de vapeur et de gouttelettes, et où la microphysique des nuages opère instantanément. Ils ont découvert que dans les régions où dominent les tourbillons humides, les corrélations statistiques entre les frontières des nuages, les flux verticaux et la vorticité deviennent cruciales. C'est comme un gâteau en couches : chaque couche est une phase de l'eau, et aux interfaces des couches naissent des mouvements puissants qui donnent le ton à toute la cuisine énergétique.
La cascade inverse d'énergie dans l'atmosphère rappelle une crise financière : les petits problèmes s'accumulent et font soudainement s'effondrer tout le système, sauf qu'ici l'énergie ne détruit pas, mais construit d'immenses courants atmosphériques.
Dans le roman « Seul sur Mars » d'Andy Weir, la prise en compte précise de l'humidité et des transitions de phase de l'eau devient une question de vie ou de mort – un peu comme dans ce travail, où le sort des tourbillons atmosphériques dépend de l'humidité.