Glossaire

point de gelée

  Curieux  

Il arrive qu'une parcelle d'air non saturé subisse une transformation à pression atmosphérique constante p au cours de laquelle sa température diminue jusqu'à 0 degré Celsius : ce peut être le cas, par exemple, lorsqu'une couche atmosphérique adjacente à la surface terrestre subit par temps de gel un refroidissement nocturne dans des conditions analogues à celles qui favorisent la formation de rosée ou de brouillard de rayonnement. Lors de la transformation isobare subie par la parcelle, la quantité de vapeur d'eau qui s'y trouve contenue peut être considérée comme à peu près constante, et il en va de même de la pression partielle e de cette vapeur d'eau. Or, pour une même température négative, il se trouve que la pression de vapeur saturante de la vapeur d'eau par rapport à la glace est toujours inférieure à sa pression de vapeur saturante par rapport à l'eau liquide : de ce fait, si le refroidissement de la parcelle se poursuit en deçà de 0 °C , la température t f à laquelle la vapeur d'eau dans la parcelle commencera à se condenser en glace sera atteinte avant la température à laquelle elle commencera éventuellement à former des gouttelettes d'eau surfondues, qui d'ailleurs se transformeront à leur tour en glace sous l'effet des cristaux préexistants (la température t f est celle pour laquelle la pression de vapeur saturante par rapport à la glace est égale à e ). Sur un émagramme, le point d'abscisse t f et d'ordonnée p , appelé point de gelée, marque l'apparition de cette condensation solide dans la couche atmosphérique examinée, qui forme au contact du sol de la gelée blanche.


  Initié  

Quand une parcelle d'air se trouve à une température t (en degrés Celsius ) inférieure ou égale à 0 °C , la condensation de la vapeur d'eau qu'elle contient peut a priori s'opérer de deux façons, dont l'une conduit à la formation de gouttelettes d'eau en état de surfusion et l'autre — la condensation solide — à celle de cristaux de glace ; or, les pressions de vapeur saturante de la vapeur d'eau par rapport à l'eau liquide et par rapport à la glace ne sont pas identiques, à moins que la valeur de t n'égale exactement 0 °C : dans les autres cas, la première pression de vapeur saturante, soit e w ( t ), est toujours supérieure à la seconde, e i ( t ), pour une même valeur de t . (Les indices w et i sont respectivement employés ici pour water et pour ice.)

Supposons alors que la température d'une parcelle d'air observée au cours d'un refroidissement isobare finisse par devenir inférieure à 0 °C sans que l'air contenu dans cette parcelle ait encore subi de saturation : à la pression atmosphérique fixe p considérée, la valeur r du rapport de mélange de la parcelle est considérée comme constante, et il en va de même de la pression partielle e de la vapeur d'eau qui s'y trouve contenue. La condensation liquide de cette vapeur d'eau pourrait commencer au moment où la température t aurait atteint la température t d du point de rosée (l'indice d signifie dew ), pour lequel e = e w ( t d ) ; mais avant que t ne soit descendue jusqu'à t d , elle aura croisé la température t f (l'indice f signifie frost ) telle que e = e i ( t f ) : en effet, pour une même valeur e de la pression de vapeur considérée comme saturante à température négative, t f est toujours supérieure à t d .

De cette façon peut se déclencher au sein de la parcelle d'air une condensation solide, à un moment qui sur un émagramme correspond au passage par le point de gelée ; celui-ci se situe à la droite du point de rosée, à l'intersection de deux lignes droites : la parallèle à l'axe des températures correspondant à la pression fixe p et la parallèle à l'axe des pressions correspondant à la température t f pour laquelle e = e i ( t f ), la valeur de e étant liée à celles de p et de r par l'égalité r = 0,622 e / ( p - e ) ou, de façon équivalente, e = r p / ( r + 0,622). C'est ainsi qu'il peut se former au sol dans les mêmes conditions que la rosée, mais par temps froid, de la gelée blanche, qui est capable de capter et congeler ensuite les gouttelettes surfondues apparaissant à température plus basse.