UN NUAGE, C'EST QUOI ?

(Voir ici la classification avec de très belles photos)

    Un nuage est un ensemble de minuscules particules d'eau liquide (gouttelettes) ou solide (glace) ou les deux à la fois en suspension dans l'atmosphère et ne touchant généralement pas le sol. Ainsi, contrairement à ce que l'on pourrait penser, un nuage n'est pas formé uniquement de vapeur d'eau (ce n'est pas elle qui nous le rend visible car la vapeur d'eau est transparente). Toutefois, le nuage peut comporter également des particules d'eau liquide ou de glace de plus grandes dimensions, des particules liquides non aqueuses (acides), des particules solides provenant de vapeurs industrielles, de poussières, de fumées, de sel. (Voir aussi photo-météores)

(L'averse arrive !)

DE QUOI EST CONSTITUE UN NUAGE ?

                        Les gouttelettes d'eau :

•     Elles sont formées en atmosphère saturée (100 % d'humidité) par condensation de la vapeur d'eau (toujours présente dans l'atmosphère) en présence de particules solides en suspension  appelées noyaux de condensation. Ces noyaux de condensation jouent le rôle de catalyseur et sont d'origines variées :

- minérale : suie volcanique, cristaux de sable

- marine : cristaux de sel marin arrachés des embruns par le vent

- humaine : combustions industrielles, pollution

•     Vitesse de chute des gouttelettes: de quelques mm/s à 1 cm/s sans agitation
•     Diamètre des gouttelettes : de 2 à 200 microns (nombre de 300 à 600/m³ environ)

•     Distance séparant deux gouttelettes : 1,4 mm soit 70 fois leur diamètre en moyenne (ce qui revient à dire un ballon de foot tous les 20 à 30 mètres)

•     Teneur en eau des nuages :

nuage stable : gouttelettes nombreuses mais de petit diamètre et eau condensée de l'ordre de 0,5g/kg de nuage.

nuage instable : gouttelettes moins nombreuses mais de diamètre important (40 microns en moyenne) et eau condensée de l'ordre de 5g/kg de nuage.

                       Les cristaux de glace:

•     Ils sont formés par cristallisation d'une gouttelette d'eau autour d'une particule solide appelée noyau glaçogène pour T<0°C. Ces noyaux sont issus de cendres volcaniques, suie ou sable et ont une structure cristalline analogue à la glace.

•     Diamètre des cristaux : légèrement supérieur à celui des gouttelettes

•     Vitesse de chute : le mm/s sans mouvement ascendant

•     Distance séparant deux cristaux : voisine de celle des gouttelettes

•     Nombre : variable selon la température

                                -3°C : apparition de cristaux

                                -12°C : les cristaux augmentent en nombre (un cristal pour 10 m³ de nuage)

                                -32°C : augmentation marquée de leur nombre (10 pour 10 m³ de nuage)

                                -41°C : augmentation systématique et brutale (il n'existe plus d'eau en surfusion)

(Un cumulunimbus (constitué d'eau et de glace) avec son enclume)

COMMENT SE FORME UN NUAGE ?

    Pour qu'un nuage se forme, il faut avant tout de la vapeur d'eau (matière première du nuage) et des noyaux de condensation. Comme le montre le tableau suivant, la quantité de maximale de vapeur d'eau contenue par kg d'air varie en fonction de la température (plus l'air est chaud, plus il peut contenir de vapeur d'eau).

   Cette quantité de vapeur d'eau nécessaire pour obtenir un air saturé diminue avec la température, on comprend alors que la cause principale de formation d'un nuage est un refroidissement. Les gouttelettes et cristaux ont une vie dans le nuage; ils peuvent s'évaporer et se reformer. Leur vitesse de chute, de l'ordre du millimètre par seconde, est imperceptible au sein de l'agitation de l'air nuageux. La quantité d'eau condensée est faible, de l'ordre du gramme par mètre cube d'air, et ne représente qu'une faible partie de l'eau atmosphérique, le reste étant constitué par la vapeur d'eau présente dans le nuage.

    On pourra toutefois noter qu'à haute altitude (plus de 6000 m), le phénomène de sursaturation est souvent présent. La sursaturation est la persistance d'état de vapeur dans les conditions normales d'état solide ou liquide. Ainsi, en altitude, on peut trouver une humidité de 150%. Cet état instable est mis en évidence par les traînées d'avions ou COTRA qui persistent dans le ciel après le passage de l'avion. En effet, les réacteurs apportent des noyaux de condensation et le choc des particules produit la turbulence nécessaire pour quitter cet état.

(Cirrus spissatus avec cotra)

La présence de vapeur d'eau n'est pas suffisante. Il faut en plus des conditions particulières pour former ces nuages. Les différents mécanismes de "création de nuages" sont :

                        Formation par refroidissement :

    Le processus est très simple : la température baisse donc l'humidité augmente. Arrivé au stade de saturation (100% d'humidité), la condensation commence et se poursuit avec la baisse de température pour donner naissance à un nuage.

    Il existe deux types de refroidissements :

•     Refroidissement isobare (à pression constante) obtenu par :

                        - rayonnement : le refroidissement nocturne entraîne une hausse de l'humidité et la formation de rosée, de gelée blanche, de brume ou de brouillard de rayonnement et même de stratus ou stratocumulus...

                        - advection : il s'agit d'air chaud qui circule sur un sol froid et donc se refroidit par contact. Cela se traduit par                                              du brouillard (dit d'advection), la formation de stratus ou stratocumulus. Ces phénomènes sont                                              très fréquents dans les régions côtières.

•     Refroidissement par détente adiabatique :

    C'est une transformation au cours de laquelle les échanges de chaleur sont nuls (c'est souvent une bonne hypothèse à cause de la mauvaise conductibilité de l'air). Au cours de son ascension, le particule d'air se détend (diminution de pression en fonction de l'altitude) et donc se refroidit. Ce mécanisme est à l'origine de la formation de presque tous les nuages. Ce phénomène a son origine par :

                        - ascendance d'une masse d'air chaud sur une masse d'air froid (soulèvement frontal caractéristique du front chaud):

                        - ascendance forcée sur un relief montagneux ou ascendance orographique (les nuages sont plus isolés):

                        - ascendance liée à la convection:

(Cumulus médiocris formés par convection)

                        Formation par apport de vapeur d'eau :

    L'apport peut provenir de surfaces aquatiques ou de sols saturés d'eau, ce qui entraîne la formation de brouillards d'évaporation ou côtiers. Enfin, lorsqu'il y a précipitation, l'air est saturé et provoque la formation de stratus fractus ou de cumulus fractus que l'on appelle pannus.

(Cumulus fractus)

                        Formation par mélange :

    Le mélange de deux masses d'air proches de la saturation peut donner naissance à une nouvelle masse d'air saturée (pour les scientifiques ! : le mélange des deux masses se trouve dans la plage de saturation en raison de la concavité de la courbe de saturation par rapport à la température). Il y a alors formation de brouillard de mélange.

OU SE SITUENT LES NUAGES ?

La base du nuage détermine l'étage auquel il appartient. Ces étages varient en fonction de la latitude.

Les nuages peuvent être classifiés en fonction de plusieurs facteurs. Une classification générale et précise de chaque type de nuage permet ainsi à l'observateur d'identifier les nuages dans le ciel. La première classification aurait été tentée par le naturaliste Lamarck, mais elle fût rapidement remplacée par celle de Luke Howard en 1803. Il y a eu beaucoup d'autres chercheurs qui ensuite ont ajoutés d'autres éléments à cette classification toujours utilisée aujourd'hui et publiée par l'Organisation météorologique mondiale. La coloration des nuages ne dépend pas de propriétés spécifiques des éléments du nuage. Les colorations cuivrées sont dues à des éclairages dépouillés des radiations absorbées par la diffusion atmosphérique; les teintes bleutées sont dues au contraire, soit à un éclairage diffusé, soit, pour les nuages lointains, à la contribution de la lumière reçue par diffusion de la tranche d'atmosphère située entre l'observateur et le nuage.

Remarque:

• Les cumulus et cumulonimbus ont leur sommet situé dans un autre étage (généralement moyen, voire supérieur pour les cumulus; supérieur pour les cumulonimbus).

• De même, en fonction de leur épaisseur, les nimbostratus peuvent avoir leur base située dans l'étage inférieur et leur sommet dans l'étage supérieur

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