Glossaire

condensation

  Curieux  

La condensation est, au sens large, le processus par lequel un corps chimique passe de l'état gazeux à un état physique plus dense : elle s'assimile donc à la liquéfaction ou à la solidification (ou congélation) d'un gaz suivant que celui-ci passe à l'état liquide ou, directement, à l'état solide. En l'absence d'autre précision, il est d'usage de restreindre le sens du mot "condensation" à celui d'une liquéfaction, sans que cet usage soit systématique, en particulier lorsqu'on décrit des transformations physiques où les deux processus cohabitent (ce qui est souvent le cas dans l'atmosphère) : pour écarter toute ambiguïté, la liquéfaction d'un gaz peut être qualifiée si besoin est de condensation liquide , tandis que sa solidification se dénomme obligatoirement une condensation solide. Les processus inverses de la condensation — au sens courant — et de la condensation solide sont respectivement la vaporisation et la sublimation ; l'évaporation d'un liquide est, à proprement parler, la vaporisation à la surface de ce liquide.

En météorologie , le terme de condensation désigne essentiellement, bien sûr, le changement de phase qui transforme la vapeur d'eau atmosphérique en gouttelettes de nuage , de brouillard ou de rosée ; hors d'un contact avec la surface terrestre, pareille transformation ne peut se déclencher qu'autour de noyaux de condensation, qui sont de très fines particules solides ou liquides flottant dans l'air . La condensation au sein des nuages à température négative produit des gouttelettes que l'on appelle surfondues ou en état de surfusion, parce qu'elles demeurent liquides en dessous du seuil de congélation ; pareil état est instable : le moindre contact avec un objet (au sol ou en vol) ou avec une impureté (se présentant comme un noyau de condensation) entraîne la congélation de la gouttelette surfondue. En deçà de - 10 °C environ commence par ailleurs à apparaître une condensation solide sous forme de cristaux de glace ; ceux-ci jouent alors dans la majorité des cas un rôle prééminent dans la formation de plus grosses particules d'eau qui amorcent les précipitations. Il convient aussi de souligner que par la chaleur latente qu'il libère, le processus de condensation représente un des facteurs majeurs de la thermodynamique de la troposphère, et donc de sa dynamique, c'est-à-dire de la façon dont la physique y explique les mouvements de l'air.


  Initié  

En simplifiant quelque peu — car une sursaturation transitoire est généralement nécessaire à l'amorce du processus — , on peut dire que la condensation en gouttelettes au sein d'une parcelle d'air en évolution dans l'atmosphère commence à se produire quand un événement y provoque une augmentation suffisante de l'humidité pour que soit atteinte la saturation ; le rapport de mélange de la parcelle, après que s'est produit cet événement, est alors égal à son rapport de mélange de saturation, auquel il était initialement inférieur. Or, si la masse de vapeur d'eau contenue dans une parcelle de masse donnée reste constante — autrement dit, si le rapport de mélange de la parcelle garde sa valeur initiale — , on sait qu'il existe deux cas importants d'évolution dans lesquels le rapport de mélange de saturation décroît : les transformations isobares d'une part, quand la température s'abaisse, et les transformations adiabatiques d'autre part, quand la pression atmosphérique et la température diminuent de concert ; un événement s'accompagnant de transformations de ce genre, si leur cours persiste dans le même sens, sera donc susceptible de faire diminuer la valeur du rapport de mélange de saturation jusqu'à la rendre égale à celle du rapport de mélange de la parcelle, déclenchant ainsi la condensation.

Le cas des transformations isobares se retrouve fréquemment lors du refroidissement nocturne dû au rayonnement terrestre, qui se communique peu à peu depuis le sol jusqu'à l'air sus-jacent ; ainsi peut apparaître à l'aube la rosée ou, si le vent est présent, le brouillard de rayonnement. Une autre situation, l'advection marine d'un flux d'air humide au-dessus d'une surface plus froide (qui peut appartenir à la mer ou à la terre ferme), correspond couramment elle aussi, quoique plus grossièrement, à l'hypothèse d'une évolution isobare : alors, le flux se refroidit par sa base, et la condensation qui souvent en résulte donne naissance à des brumes et des brouillards d'advection, ou bien à des stratus.

Le cas des transformations adiabatiques est en fait celui de toutes les catégories d'ascendances. En particulier, les ascendances d'instabilité et les ascendances thermiques sont suscitées par l'instabilité convective à l'origine de la formation des nuages à développement vertical — cumulus et cumulonimbus — et impriment leur marque sur l'aspect de nuages en couches tels que les cirrocumulus, les altocumulus, les stratocumulus. Ces ascendances suscitées par l'instabilité convective peuvent ainsi faire irruption dans le développement de vastes systèmes nuageux associés aux perturbations tempérées, tandis que l'action des ascendances dynamiques liées à l' instabilité barocline s'observe dans ces systèmes à travers le passage successif des cirrus, cirrostratus et cirrocumulus, altostratus et altocumulus, nimbostratus, stratus et stratocumulus. Quant à l'ascendance orographique, où le vent est contraint de s'élever au-dessus du relief qu'il rencontre, elle conduit à la formation de brouillards de pente et de nuages s'accompagnant éventuellement de précipitations, et qui disparaîtront du côté du versant sous le vent pour laisser place à un effet de foehn.


Condensation par enrichissement en vapeur d'eau

Lorsque varient la température et la pression atmosphérique d'une parcelle d'air en évolution, toute égalisation entre le rapport de mélange de saturation et le rapport de mélange de cette parcelle y signifie le déclenchement de la condensation. Or, cette égalisation peut résulter non seulement d'un refroidissement de la parcelle (sans changement du rapport de mélange), mais aussi d'un événement qui, en augmentant la proportion de vapeur d'eau qu'elle contient, accroît la valeur de son rapport de mélange : c'est là ce qui survient dans les brouillards d'évaporation ainsi que dans les stratus "de mauvais temps", d'apparence déchiquetée ; ceux-ci se forment à des niveaux auxquels peuvent se condenser de nouveau des précipitations qui se sont évaporées en tombant d'un nuage plus élevé.

Un autre type de processus de condensation se rencontre en de nombreuses circonstances : il s'agit de l'effet propre de la turbulence au sein d'une masse d'air. Par exemple, une couche atmosphérique initialement stable et non saturée peut être affectée par un "brassage" turbulent qui tend à y uniformiser peu à peu les valeurs des températures potentielles des parcelles dont elle se compose : cette évolution se traduit par un "raidissement" du profil thermique vertical de la couche, lequel se rapproche d'un profil adiabatique ; il s'ensuit un refroidissement des régions supérieures de cette couche, au sein desquelles peut alors se condenser un banc nuageux, du moins là où l'uniformisation concomitante des rapports de mélange — entraînée elle aussi par la turbulence — se traduit par un accroissement de leurs valeurs, et donc par un enrichissement des parcelles en vapeur d'eau.