Glossaire

nuage

  Curieux  

Un poème de Baudelaire le rappelle : il n'est guère d'humain qui observant le ciel, n'ait au moins une fois ressenti l'infinie nostalgie de toute vie qui passe comme les nuages... Quant à l'importance de leur étude en météorologie, elle vient bien sûr du rôle essentiel qu'ils exercent dans la thermodynamique de l'atmosphère ainsi que dans le cycle hydrologique. Mais cette étude est difficile, étant donné la fugacité et l'originalité du milieu condensé que constitue un nuage, étant donné aussi les difficultés de son observation in situ, puisque les nuages — très rares au-delà de la tropopause — n'atteignent généralement pas la surface terrestre (dans le cas contraire, il s'agit de brouillards ou de brumes).

Un milieu condensé de ce type inclut de minuscules particules d'eau liquide ou de glace, ou des deux à la fois (leurs dimensions peuvent aller de 1 à 100 µm environ) ; formées par condensation ou condensation solide de la vapeur d'eau, elles sont maintenues en suspension grâce aux courants ascendants de l'air . Le nuage est alors rendu visible par la diffusion de la lumière traversant ces particules, auxquelles peuvent s'adjoindre des gouttelettes ou des cristaux de glace de plus grande dimension ainsi que des aérosols de provenance très diverse (cristaux de sel marin, pollen, particules de polluants, etc.), qui jouent ainsi le rôle de noyaux de condensation.

Au sein du nuage, les gouttelettes et cristaux ne cessent de se former, s'évaporer, se reformer... Leur vitesse de chute, de l'ordre du millimètre par seconde, reste imperceptible au milieu de toute l'agitation de l'air nuageux. La densité de l'eau ainsi condensée est faible — de l'ordre du gramme par mètre cube d'air — et ne représente qu'une petite portion de l'eau atmosphérique en comparaison de la masse volumique de la vapeur d'eau, laquelle apporte en réalité la majeure partie de l'eau présente dans le nuage ; si la quantité d'eau liquide ou solide contenue dans des formations nuageuses apparaît néanmoins considérable, c'est parce qu'il faut prendre en compte l'importance de l'extension verticale et surtout horizontale que de telles formations peuvent atteindre.

L'on est tenté d'interpréter la corrélation entre nuages et précipitations en supposant que le nuage "se vide" pour donner de la pluie ou de la neige. Cette image n'est pas fausse dans le cas d'averses engendrées par des nuages à fort développement vertical, comme les cumulonimbus ; mais dans les autres cas, elle demeure inexacte : pour qu'il y ait précipitation, en effet, il faut que des courants aériens alimentent le nuage en vapeur d'eau susceptible de se condenser, et ce dernier, alors, n'exerce qu'un rôle de "catalyseur" dans le mécanisme de transformation de la vapeur d'eau ainsi apportée. Pareil mécanisme ne peut le plus souvent se dérouler à l'intérieur du nuage que là où des cristaux de glace coexistent avec des gouttelettes d'eau surfondues, c'est-à-dire demeurées à l'état liquide à des températures négatives.

Notons que par analogie, on donne aussi le nom de nuage à des suspensions bien apparentes de fins corpuscules de matière non aqueuse flottant en altitude au sein de l'atmosphère.

 


  Initié  

Nuage et précipitations : la grêle et les autres

Un cas particulier de précipitation est celui de la grêle, qui se forme au sein de certains cumulonimbus à travers un brassage continuel des gouttes d'eau vers le bas du nuage, puis vers le haut, puis vers le bas, ..., sous l'action de violents courants verticaux, dont les vitesses peuvent varier de 5 à 35 m.s - 1 . En se chargeant continuellement de nouvelles gouttes d'eau, parfois surfondues ou bien congelées seulement en partie, les grêlons parviennent à atteindre une taille et une masse considérables et n'ont donc pas le temps de fondre entièrement avant de toucher le sol ; il arrive exceptionnellement que leur diamètre dépasse 5 cm, et l'on a déjà observé des grêlons de 1 kg.

Dans les cas plus courants de précipitations, c'est la coexistence de gouttelettes d'eau et de cristaux de glace à l'intérieur du nuage qui produit par effet Bergeron la croissance de ces cristaux ; le phénomène de surfusion , qui se manifeste usuellement jusqu'à - 10 à - 30 °C dans l'atmosphère, joue dans ces cas un rôle essentiel dans l'apparition de cristaux de neige qui se transformeront ou non en gouttes de pluie suivant le profil vertical de température accompagnant la chute des précipitations. Les cristaux de neige ou les gouttes d'eau tombent alors à une vitesse sans cesse croissante en grossissant par coalescence, c'est-à-dire par collision mutuelle. La vitesse de chute d'une très grosse goutte de pluie peut ainsi atteindre 8 m.s - 1 , valeur qui correspond à sa dimension maximale : au-delà, la goutte se déforme et se brise en gouttelettes plus petites, qui vont à leur tour commencer à grossir.


L'aspect des nuages

L'aspect d'un nuage peut être décrit à partir d'un ensemble déterminé de caractéristiques : sa forme, sa texture, sa transparence, son opacité, ses couleurs. Ces caractéristiques dépendent en premier lieu de ses dimensions ainsi que de la nature et de la densité de ses constituants : par exemple, des contours tranchés révèlent en général la présence de particules de grosse taille, une grande transparence est l'indice d'un faible contenu en eau condensée, une forte opacité s'associe à un nuage épais, une structure fibreuse et diaphane sera le fait de fins cristaux de glace...

En second lieu, cet aspect dépend de la configuration des mouvements atmosphériques qui se produisent au sein du nuage. Ceux-ci sont eux-mêmes tributaires de la stabilité de l'atmosphère où il s'est formé : une atmosphère stable ne permet pratiquement que des mouvements horizontaux, de sorte que les formes nuageuses y restent étalées ; une atmosphère où se manifeste une certaine instabilité autorise au contraire les mouvements verticaux, ce qui a pour conséquence l'apparition de formes globulaires.

Enfin, l'aspect d'un nuage dépend du type d'éclairage auquel il est soumis : ce dernier provient-il directement du soleil — et comment celui-ci se situe-t-il alors au-dessus de l'horizon — , ou bien s'agit-il d'un éclairage diffusé par d'autres éléments nuageux, ou d'une diffusion par l'air atmosphérique, ou d'une réflexion sélective depuis la surface terrestre ? Les positions relatives de l'observateur, du nuage et des sources éclairantes jouent ici un rôle essentiel. Il est à noter que la coloration d'un nuage ne dépend pas de propriétés spécifiques de ses éléments : ainsi, les colorations cuivrées sont en réalité la conséquence d'éclairages qui ont été dépouillés des rayonnements disparus par absorption lors de la diffusion atmosphérique ; les teintes bleutées, au contraire, sont dues soit à un éclairage du nuage par diffusion, soit simplement, pour les nuages lointains, à la contribution de la lumière diffusée par la tranche d'atmosphère qui se situe entre l'observateur et le nuage.