Glossaire

point de condensation

  Curieux  

Une parcelle d'air qui subit une ascension verticale se refroidit par détente adiabatique, alors que la quantité de vapeur d'eau qui s'y trouve incluse peut être considérée comme constante. Or, il se trouve que la quantité maximale de vapeur d'eau que peut contenir cette parcelle est d'autant moins importante que sa température est plus basse ; si son ascendance se poursuit suffisamment longtemps, il viendra donc un moment où la vapeur d'eau, à une certaine pression atmosphérique p C — moindre que la pression de départ — , aura atteint la température t C où la quantité maximale de vapeur d'eau qu'elle peut transporter, initialement supérieure à celle qu'elle détient effectivement, lui devient égale : c'est le stade de la saturation, à partir duquel la vapeur d'eau commence à subir une condensation à l'intérieur de la parcelle au fur et à mesure que celle-ci continue de s'élever.

Sur un émagramme, où les évolutions de la parcelle considérée sont représentées par une succession de points qui "montent" le long d'une certaine courbe adiabatique, le point ayant pour abscisse t C et pour ordonnée p C est le point de condensation associé à la parcelle : il se situe à l'intersection de l'adiabatique et de la courbe rassemblant les points dont le rapport de mélange de saturation a même valeur que le rapport de mélange de la parcelle. C'est au niveau indiqué par le point de condensation qu'apparaîtront les premiers nuages formés par ascendance et condensation à la verticale du lieu d'observation ou de prévision représenté par l'émagramme.


  Initié  

Point de condensation et rapport de mélange

La quantité de vapeur d'eau contenue dans une parcelle d'air humide peut être spécifiée par un nombre, le rapport de mélange r , qui fournit le rapport de la masse de vapeur d'eau contenue dans cette parcelle à la masse de l'air sec qu'elle englobe. Pour des valeurs fixées de la température t (en °C ) et de la pression atmosphérique p, ce nombre ne peut être supérieur à la valeur r w qu'il prend à saturation (l'indice w est mis ici pour water ), valeur qui dépend à la fois de t — par l'intermédiaire de la pression de vapeur saturante e w ( t ) — et de p ; plus précisément, la valeur de r w , pour une pression donnée, décroît avec la température, et elle décroît de même avec la pression pour une température donnée.

Lorsque la parcelle d'air que l'on observe évolue dans l'atmosphère à une échelle spatio-temporelle suffisamment restreinte et sans avoir encore subi de saturation, on peut estimer que son rapport de mélange r garde une valeur presque constante. Si elle est prise alors dans une ascendance, sa pression et sa température décroîtront conjointement par transformation adiabatique, et il en sera de même pour la valeur de r w associée à la parcelle ; dans le cas où le mouvement ascendant se poursuit de façon suffisamment persistante, il arrive un moment où cette valeur devient égale à celle de r (qui lui était jusqu'alors inférieure) : l'air contenu dans la parcelle devient saturé et un processus de condensation de la vapeur d'eau s'enclenche autour des noyaux de condensation présents dans la parcelle. Les valeurs p C et t C atteintes respectivement par la pression et la température au moment où la valeur de r w est rejointe par celle de r définissent sur un émagramme le point de condensation de la parcelle observée ; ce point se situe à l'intersection de deux courbes : l'adiabatique (sèche) parcourue par le point représentatif de la parcelle, et la courbe d'égal rapport de mélange de saturation r w associée à la valeur r w = r .


Le point de condensation, une donnée importante

La détermination de la pression p C et de la température t C associées au point de condensation d'une parcelle d'air ascendante revêt une importance fondamentale dans l'observation ou la prévision du comportement d'une couche d'air et dans l'étude de l'étalement horizontal ou du développement vertical des nuages qu'y peut faire naître la condensation. Sur l'émagramme, en effet, un point de condensation C est associé à chaque point M représentatif du profil thermique vertical d'une telle couche : la mise en évidence de C fournit alors la valeur p C de la pression à partir de laquelle peut éventuellement se déclencher un processus de condensation dans la parcelle figurée par M (elle fournit également l'altitude géopotentielle de la surface isobare de pression p C ). D'autre part, les courbes adiabatique et pseudoadiabatique passant par M donnent respectivement les valeurs de la température potentielle θ et de la température θ' w (thêta prime w) associées à la parcelle que représente ce point : or, suivant que cette parcelle est ou non saturée, son soulèvement se poursuivra le long de la seconde ou de la première de ces courbes, et l'on sait que c'est la comparaison de leurs profils respectifs avec celui de la couche d'air qui permet de découvrir si celle-ci, au niveau de M, est en état de stabilité ou d'instabilité ; pareille analyse est particulièrement significative dans les tranches d'air où les paramètres θ et θ' w varient chacun de façon uniforme (soit croissante, soit décroissante) depuis la base jusqu'au sommet de la tranche, car leurs modes de variation peuvent alors être considérés comme décrivant déjà le comportement à l'échelle synoptique d'une masse d'air en train de subir un soulèvement en bloc.

Mais qu'il s'agisse d'une simple parcelle d'air à l'échelle aérologique ou d'une couche d'air à plus grande échelle, on voit que l'étude de l'instabilité convective en un point M représentatif de cette parcelle ou de cette couche ne peut se passer de la détermination du point de condensation C associé à M, dans la mesure où seule la position de C permet de fixer le "trajet" suivi par M sur l'émagramme dans le cas d'un soulèvement ; la discrimination et l'analyse des différentes tranches d'air au cours du temps — caractère plus ou moins stable ou instable, vitesse verticale de l'air, température et humidité, vitesse et direction du vent, présence de cisaillements et de rafales, répartition des turbulences, etc. — conduisent alors à l'énoncé de conclusions concernant la nature et l'évolution de la nébulosité et, éventuellement, des précipitations. Une démarche semblable (comme on le constate par exemple dans l'observation ou la prévision de l'effet de foehn) s'applique à l'étude des subsidences, que conditionne tout autant la détermination des points de condensation associés au profil thermique vertical ; cette démarche se révèle toutefois plus délicate, car il n'est pas évident de déterminer le niveau à partir duquel l'air transporté par un mouvement subsident cessera d'être saturé.