Formation des nuages

28 04 2011

Un nuage est constitué d’un grand nombre de gouttes d’eau et/ou de cristaux de glace en suspension dans l’atmosphère. Au niveau du sol, l’eau est présente dans l’atmosphère sous forme de vapeur. Elle est alors invisible. C’est la transformation de cette vapeur d’eau en gouttelettes qui explique la formation des nuages. En effet les gouttes d’eau dispersent la lumière du soleil et donnent leur couleur blanche aux nuages.

Dans quelles conditions la vapeur d’eau peut elle passer sous forme liquide, c’est-à-dire former des gouttelettes ?

Pour répondre à cette question il faut savoir qu’une masse d’air ne peut contenir qu’une valeur maximale de vapeur d’eau. Au delà de ce maxima, un équilibre entre l’eau vapeur et l’eau liquide s’établit. Des gouttelettes sont alors formées. De plus, le maxima de vapeur d’eau contenu dans une masse d’air dépend de sa température. Ainsi plus une masse d’air est chaude, plus elle pourra contenir une grande quantité d’eau sous forme gazeuse. Une masse d’air chaude et saturée en vapeur d’eau que l’on refroidit va donc voir une partie de sa vapeur transformée en liquide (les gouttelettes). C’est ce phénomène que l’on appelle condensation et qui explique la formation des nuages.

Cependant la condensation ne permet que la création de gouttes de taille micrométrique. Deux mécanismes différents permettent d’expliquer la formation de gouttes de rayon millimétrique. Le premier de ces mécanismes est appelé coalescence. Il consiste à la fusion de deux ou plusieurs gouttes d’eau entre elles. Cette fusion est favorisée par le mouvement incessant de l’air qui met en mouvement les gouttes et qui les fait se collisionner.

Le second mécanisme responsable de la croissance des nuages est l’effet Bergeron. Tor Bergeron a découvert qu’au voisinage des cristaux de glace, la concentration maximale de vapeur d’eau était plus faible qu’aux abords d’une goutte liquide. Ainsi, dès qu’un cristal de glace est présent dans le milieu, les gouttes d’eau à proximité s’évaporent et la vapeur d’eau formée se dépose sur les cristaux de glace. Dans une atmosphère très froide, cet effet explique la formation d’un grand nombre de cristaux de glace et donc la croissance du nuage.

L’aspect des nuages va grandement dépendre de leur constitution. Ceux constitués de cristaux de glace auront un aspect filamenteux comme les cirius. En revanche ceux formés de gouttelettes d’eau donneront une apparence cotonneuse comme les cumulus.

Cirius

Cumulus

 L’explicitation des mécanismes précédents nous font comprendre que des nuages peuvent être formés lorsque l’on refroidit une masse d’air chaude et saturée en vapeur d’eau. Mais quelle est l’origine du refroidissement de ces masses d’air ?

Une masse d’air peut être refroidie lorsqu’elle subit un mouvement ascendant dans l’atmosphère. En effet la pression diminue avec l’altitude dans l’atmosphère. Lors de son ascension, une masse d’air va donc se détendre et refroidir. Les facteurs qui permettent l’ascension de l’air sont décrient dans la vidéo suivante :

Selon que l’ascension de l’air soit locale ou globale, l’aspect des nuages va différer. Si la phase d’ascension est globale (c’est-à-dire identique en tout point), le nuage formé sera uniforme à l’image d’un Nimbostratus. En revanche si l’ascension résulte d’un mouvement de convection de l’atmosphère (souvent très localisé), le nuage formé aura une faible étendue horizontale. En revanche son étendue verticale sera importante comme chez un cumulonimbus.

Nimbostratus

Cumulominbus

Enfin, lorsque les mouvements d’air ascendants ne permettent plus de compenser le poids des gouttes ou des cristaux, ceux ci retombent pour former des précipitations.


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