I - Qu’est-ce qu’un nuage et comment se forme-t-il ?
Un nuage est formé d'un ensemble de gouttelettes d'eau ou de cristaux de glace en suspension dans l'air. Leur diamètre varie de 1 à 100 microns.
Sa formation nous semble mystérieuse mais elle suit un processus physique bien déterminé.
Commençons par un petit rappel important : il y a toujours de l'eau à l'état gazeux dans l'atmosphère, la vapeur d’eau, qui, dans l’air, est invisible.
Ainsi, un nuage se forme par la condensation de la vapeur d’eau de l’atmosphère lorsque l’air humide se refroidit. Mais pour sa formation, il faut également des noyaux de condensation qui accélèrent cette condensation. Ces noyaux ont des origines diverses : cristaux de sable, cristaux de sels marins, pollution humaine, suie volcanique …
Il faut savoir que l’air peut ‘’contenir’’ un maximum de vapeur d’eau et ce maximum dépend de sa température. [A titre indicatif, on peut noter qu’à -20°C l’air peut contenir au maximum 0,8g de vapeur d’eau par kilogramme d’air sec, alors qu’à +20°C l’air peut au maximum contenir 14,8g de vapeur d’eau par kilogramme d’air sec. Ce qui montre bien que le refroidissement est un phénomène essentiel à la formation d’un nuage.] Quand ce maximum est dépassé, l’air est dit ‘’sursaturé’’ et alors le surplus de vapeur d’eau se condense sur les noyaux de condensation que nous avons évoqués plus haut.
En fait pour schématiser, une parcelle d’air part du sol avec une quantité de vapeur d’eau donnée qui ne change pas au fil du temps. Lorsque cette parcelle d’air se soulève en altitude et atteint une altitude avec une température favorable à la condensation du surplus de vapeur d’eau [car plus on s’élève en altitude plus la température diminue] les nuages se forment : des gouttelettes ou des cristaux commencent à se former.
II - Mais comment une parcelle d’air peut se soulever et ainsi se refroidir ?
Il existe en fait plusieurs mécanismes possibles :
- Le mécanisme de soulèvement par convection
Le sol est réchauffé par l’effet du soleil et ce réchauffement se communique à l’air. Ainsi, l’air se dilate et devient donc plus léger ce qui a pour conséquence de faire monter la parcelle d’air et de la refroidir. Ce mécanisme donne naissance à des nuages de convection principalement lorsqu’il y a de l’air froid en altitude (la masse d’air est alors dite instable). Ce phénomène est particulièrement présent en été sur terre et en hiver sur mer.
- Le mécanisme de soulèvement orographique
Un grand mot pour un phénomène très simple à comprendre ! En fait les reliefs (montagnes …) obligent la parcelle d’air à s’élever sur la face du relief située face au vent.
- Le mécanisme de soulèvement frontal
Plus difficile à comprendre : lorsqu’une perturbation se déplace, il y a des mouvements d’air verticaux, ainsi l’air chaud est rejeté en altitude par l’air froid antérieur et par l’air froid postérieur. On a alors un front chaud à l’avant où la confrontation entre l’air chaud et l’air froid antérieur permet un soulèvement de l’air et donne naissance à des nuages et un front froid à l’arrière où la confrontation entre l’air chaud et l’air froid postérieur permet encore un soulèvement de l’air et donne naissance à des nuages.
III - Les genres de nuage
Les nuages, tous différents, sont cependant classés par rapport à des formes caractéristiques. Il existe dix genres de nuages qui eux-mêmes se divisent en ‘’espèces’’ et en ‘’variétés’’. La classification d’un nuage dans telle ou telle catégorie dépend de son processus de formation, de son altitude qui dépend elle-même de la composition thermique de l’atmosphère, de la situation météorologique, de la saison …
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Les nuages les plus élevés situés dans la partie supérieure de la troposphère (de 7000m aux limites de la troposphère) sont formés de cristaux de glace. Ils comprennent les Cirrocumulus, les Cirrostratus et les Cirrus.
A l’étage moyen de la troposphère (entre 2000 et 7000 mètres d’altitude), les nuages sont le plus souvent formés de gouttelettes d’eau (moins souvent de cristaux de glace). Cet étage comprend les Altocumulus, les Altostratus et le Nimbostratus.
Enfin, à l’étage inférieur se trouvent les genres Stratocumulus et Stratus qui sont dits ‘’nuages bas’’.
Pour terminer, il existe des formes de nuages qui s’étalent sur plusieurs étages. C’est le cas des Cumulus et des Cumulonimbus qui sont des nuages d’instabilité qui ont le plus souvent leur base dans l’étage inférieur mais qui s’étendent sur plusieurs étages pouvant atteindre 8000 à 13000 mètres [voire parfois 20000 mètres dans les régions tropicales] : leur forme est donc principalement verticale même si certains de ces nuages peuvent avoir une largeur aussi importante que leur hauteur. Ainsi, si leur base est formée de gouttelettes d’eau, leur partie supérieure est formée de cristaux de glace.
