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Monday 15 October 2018 14:33

Dossier thématique sur les nuages

QU'EST CE QU'UN NUAGE ?

Un nuage est une accumulation d'hydrométéores liquides ou solides (gouttelettes d'eau, cristaux de glace), en suspension dans la région plus ou moins épaisse de la troposphère, et dont l'altitude peut varier entre 0 et 20 km

FORMATION D'UN NUAGE

La formation de nuages résulte du refroidissement d'un volume d'air jusqu'à la condensation d'une partie de sa vapeur d'eau. Si le processus de refroidissement se produit au sol (par contact avec une surface froide, par exemple), on assiste à la formation de brouillard. Dans l'atmosphère libre, le refroidissement se produit généralement par soulèvement, en vertu du comportement des gaz parfaits dans une atmosphère hydrostatique. Inversement, la dissipation des nuages se produit lorsqu'un réchauffement permet aux gouttelettes ou aux cristaux de glace de s'évaporer. Les nuages peuvent aussi perdre une partie de leur masse sous forme de précipitation.

La condensation de la vapeur d'eau, en eau liquide ou en glace, se produit initialement autour de certains types de micro-particules de matière solide (aérosols), qu'on appelle des noyaux de condensation ou de congélation. À cette étape, les particules condensées sont encore très petites. Pour des particules de cette taille, les collisions et l'agrégation ne peuvent pas être les facteurs principaux de croissance. Il se produit plutôt un phénomène connu sous le nom de processus de Bergeron. Ce mécanisme repose sur le fait que la pression partielle de saturation de la glace est inférieure à celle de l'eau liquide. Ceci signifie que, dans un milieu où coexistent des cristaux de glace et des gouttelettes d'eau surfondue, la vapeur d'eau ambiante se condensera en glace sur les cristaux de glace déjà existants, et que les gouttelettes d'eau s'évaporeront d'autant. On voit ainsi que le soulèvement est doublement important dans la formation de nuages et de précipitation : en premier lieu comme mécanisme de refroidissement, et ensuite comme porteur de gouttelettes d'eau liquide jusqu'au niveau où elles deviennent surfondues.

Le soulèvement peut être dû à la convection, à la présence de terrains montagneux faisant obstacle à l'écoulement de l'air ou à des facteurs de la dynamique atmosphérique, comme les ondes baroclines (aussi appelées ondes frontales).

Voici une schéma des coupes d'altitude :

LES DIFFERENTS NUAGES

LES CIRRUS

Le cirrus est un genre de nuage appartenant à l' étage supérieur : aux latitudes tempérées, sa base se situe entre 6 000 et 12 500 m de hauteur avec une épaisseur de l'ordre de 300 m. Il est constitué de bancs, de bandes ou de filaments séparés, blancs le plus souvent, qui revêtent un aspect fibreux ou un éclat soyeux, les deux apparences pouvant d'ailleurs se conjuguer. Ces éléments comportent parfois — dans l'espèce uncinus (c'est-à-dire crocheté) — de fines traînées de cristaux de glace qui, chutant lentement entre deux couches atmosphériques, dessinent alors des virgules ou des crochets. Dans d'autres cas apparaissent des protubérances en forme de très petites balles de coton — pour l'espèce floccus — ou de très petites tours — pour l'espèce castellanus — qui ne sont pas sans rappeler les espèces correspondantes de cirrocumulus .

Les cirrus ne diminuent qu'à peine la luminosité du soleil ou de la lune ; situés haut dans le ciel, ils se parent de rouge et de rose avant le lever du soleil et prennent de même à son coucher des teintes jaunes, puis roses et enfin rouges.

Cirrus

L'apparition de cirrus résulte de la présence d'une certaine humidité dans les couches supérieures de l' atmosphère et peut alors être spontanée, mais aussi révéler l'approche d'une perturbation : dans ce dernier cas, une masse d' air chaude et humide se soulève lentement au-dessus d'une autre masse d'air plus froide, constituant ainsi un front chaud, et lorsque ce soulèvement l'amène au niveau supérieur de la troposphère , la vapeur d'eau qu'elle contient se congèle en cristaux de glace, le plus souvent petits et clairsemés. Des cirrus peuvent également être générés à partir d'autres nuages , comme par exemple la région supérieure de cumulonimbus .

Outre les trois espèces évoquées ci-dessus, le genre cirrus comprend encore les espèces spissatus et fibratus ; en outre, il admet les variétés radiatus , vertebratus , intortus et duplicatus .

LES CIRROCUMULUS

Le cirrocumulus est un genre de nuage appartenant à l' étage supérieur : aux latitudes tempérées, sa base se situe entre 5 000 et 10 000 m de hauteur avec une épaisseur de l'ordre de 500 m. Il se compose de lamelles, granules, rides, galets, rouleaux... blancs et de petite taille, dépourvus d'ombres propres et se disposant assez régulièrement en un banc, une nappe ou une couche mince dont les éléments, soudés ou non entre eux, ont pour la plupart une largeur apparente inférieure à 1° (ce qui correspond environ à une largeur au plus égale à celle du petit doigt bras tendu).

Les cirrocumulus laissent toujours entrevoir le soleil ou la lune ; constitués uniquement de cristaux de glace, ils peuvent apparaître comme des nuages irisés ou bien faire naître une couronne autour de l'astre. Il arrive qu'ils présentent des parties fibreuses, soyeuses ou lisses ; mais en pareil cas, ces parties d'un banc de cirrocumulus ne sont pas prédominantes par rapport aux petits éléments dont il est par ailleurs constitué, ce qui contribue à distinguer les cirrocumulus des autres nuages élevés ( cirrus et cirrostratus ).

cirrocumulus

Les cirrocumulus sont l'indice d'une certaine instabilité de l' air dans les couches où ils apparaissent. Ils résultent le plus souvent de la transformation de cirrus ou de cirrostratus, mais peuvent également se former par diminution de la dimension des éléments constitutifs d' altocumulus dont la base s'élève. D'autre part, certains nuages de haute altitude associés à des ondes de relief se présentent comme un banc de cirrocumulus lenticulaires (de l'espèce lenticularis ), dont les éléments se dessinent nettement sous la forme de lentilles ou d'amandes blanches et allongées.

Outre cette espèce, le genre cirrocumulus comporte les espèces floccus , castellanus et stratiformis ; il admet d'autre part les variétés undulatus et lacunosus .

LES CIRROSTRATUS

Le cirrostratus est un genre de nuage appartenant à l' étage supérieur : aux latitudes tempérées, sa base se situe entre 4 500 et 12 000 m de hauteur avec une épaisseur de l'ordre de 500 m. Plus étendu que les cirrus , il a la forme d'un voile blanchâtre et transparent, d'aspect fibreux ou lisse, couvrant partiellement ou totalement le ciel et dessinant souvent un halo autour du soleil ou de la lune ; ce voile ne peut supprimer les ombres portées et il est parfois si mince que seule l'apparition du halo révèle alors son existence.

Le cirrostratus se développe en atmosphère stable. Sa formation peut avoir pour cause le soulèvement d'une masse d' air chaude et humide jusqu'à une hauteur où son refroidissement la conduit à saturation et donne naissance à des cristaux de glace disséminés ensuite par le vent ; ces cristaux, qui forment la substance principale du nuage , sont très dispersés et le plus souvent de très petites dimensions, ce qui explique la relative transparence et les propriétés optiques du cirrostratus. L'apparition de ce nuage peut également résulter d'autres processus : amincissement d'un altostratus , fusionnement de cirrus ou des éléments constitutifs de cirrocumulus , chute de cristaux de glace en provenance de cirrocumulus, étalement de l'enclume d'un cumulonimbus .

Le genre cirrostratus comporte les espèces fibratus et nebulosus et peut présenter les variétés duplicatus et undulatus .

LES ALTOCUMULUS

L'altocumulus est un genre de nuage appartenant à l' étage moyen : aux latitudes tempérées, sa base se situe entre 1 500 et 6 000 m de hauteur et son épaisseur est de l'ordre de 1 500 m. Il se compose de lamelles, galets, rouleaux, etc., blancs ou gris, ayant généralement des ombres propres et se disposant assez régulièrement en un banc, une nappe ou une couche dont les éléments, soudés ou non entre eux, ont une largeur apparente comprise approximativement entre 1° et 5° (1° correspond environ à la largeur du petit doigt bras tendu, et 5° à celle de trois doigts bras tendu) ; ce morcellement donne assez souvent au ciel un aspect pommelé. Le passage d'un banc d'altocumulus devant le soleil ou la lune peut générer une couronne autour de l'astre.

Les altocumulus sont l'indice d'une certaine instabilité de l' air dans les couches où ils apparaissent. Ils peuvent se former dans un ciel clair , lorsqu'une importante masse d'air se soulève à moyenne hauteur et provoque la condensation partielle de la vapeur d'eau qu'elle contient (à cause d'un relief ou à l'approche d'une perturbation). Mais il existe une grande variété d'autres processus de formation d'altocumulus, qui sont associés à l'évolution de nuages appartenant à différents genres : on peut citer à cet égard la subdivision des régions supérieures de stratocumulus ou bien l'étalement des régions supérieures ou des flancs de gros cumulus .

Altocumulusaltocumulus Lenticulaire

Chez les altocumulus de l'espèce castellanus (c'est-à-dire crénelé), l'apparence cumuliforme des éléments constituants est renforcée par la formation de protubérances ascendantes en forme de petites tours, annonciatrices du développement de cumulonimbus porteurs d' orages . Une autre espèce remarquable d'altocumulus, l'espèce lenticularis (c'est-à-dire lenticulaire), est représentée par des nuages en forme de lentilles ou d'amandes allongées, aux contours bien délimités : ils apparaissent sous le vent d'un relief que le flux d'air ne peut contourner et se maintiennent sous les "ventres" ascendants d'ondes de relief entretenues par ce flux après que celui-ci a franchi l'obstacle ; dans certains cas, ces nuages lenticulaires peuvent se superposer dans des couches d'air successives en des sortes de "piles d'assiettes".

Le genre altocumulus comporte encore les espèces floccus et stratiformis ; en outre, il n'admet pas moins de sept variétés : translucidus , perlucidus , opacus , radiatus , duplicatus , undulatus et lacunosus .

LES ALTOSTRATUS

L'altostratus est un genre de nuage appartenant à l' étage moyen : aux latitudes tempérées, sa base se situe entre 1 500 et 5 000 m de hauteur et son épaisseur est de l'ordre de 2 000 m. Il a la forme d'une nappe ou d'une couche grisâtre ou bleuâtre, d'aspect strié, fibreux ou uniforme, couvrant partiellement ou totalement le ciel, et il peut donner lieu à des précipitations . Détail important, ce nuage présente souvent des parties suffisamment minces pour laisser voir le soleil ou la lune comme à travers un verre dépoli.

L'altostratus se développe en atmosphère stable. Il se forme généralement lors de l' ascendance et de la condensation d'une importante masse d' air à l'approche d'une perturbation et résulte alors de l'épaississement d'un voile de cirrostratus . Parfois aussi, sa formation peut avoir pour origine l'amincissement d'une couche de nimbostratus ou bien les traînées de cristaux de glace tombant d' altocumulus .

Le genre altostratus ne comporte pas d' espèces , mais admet cinq variétés : translucidus , opacus , radiatus , duplicatus et undulatus .

LES NIMBOSTRATUS

Le nimbostratus est un genre de nuage appartenant à l' étage moyen , mais qui souvent aborde l' étage supérieur et envahit l' étage inférieur : aux latitudes tempérées, sa base se situe entre 300 et 2 000 m de hauteur avec une épaisseur de l'ordre de 3 000 m. Il forme une couche dont l'épaisseur est partout suffisante pour masquer complètement le soleil ou la lune ; l'aspect de cette couche, caractéristique du mauvais temps non orageux, est rendu flou par des chutes continues de pluie , de neige ou de granules de glace qui atteignent dans la plupart des cas la surface terrestre, et sa base, grise et souvent sombre, s'accompagne fréquemment de nuages bas déchiquetés, soudés ou non avec elle.

Nimbostratus

Le nimbostratus se forme dans un air stable, où il n'apparaît jamais spontanément, car il est généré par grossissement d'autres couches nuageuses. On l'observe le plus souvent au passage d'un front chaud, dont il marque la trace au sol après l'invasion d'un altostratus , à partir duquel il se forme par épaississement. Il arrive aussi qu'il provienne de l'étalement d'un cumulonimbus .

Il est à noter que le genre nimbostratus ne comporte pas d' espèces et n'admet pas non plus de variétés .

LES STRATOCUMULUS

Le stratocumulus est un genre de nuage appartenant à l' étage inférieur : aux latitudes tempérées, sa base se situe entre 500 et 2 500 m de hauteur avec une épaisseur de l'ordre de 600 m. Il est composé de dalles, galets, rouleaux, etc., gris ou blanchâtres, ayant presque toujours des parties sombres et se disposant assez régulièrement en un banc, une nappe ou une couche dont les éléments, soudés ou non entre eux, ont pour la plupart une largeur apparente supérieure à 5° ; lorsqu'il arrive que ces éléments se soudent en s'étalant, le stratocumulus prend l'apparence d'une couche continue et bourrelée. Bien qu'il puisse présenter un aspect menaçant, ce nuage ne donne que rarement lieu à des précipitations , et quand celles-ci surviennent, c'est avec une faible intensité ; elles tombent alors sous forme de pluie légère ou de bruine ou bien, si la température est inférieure à 0 °C , sous forme de neige ou de neige roulée .

Les stratocumulus se rencontrent aussi bien en dehors des perturbations que dans les secteurs chauds des systèmes nuageux . La cause la plus fréquente de leur formation réside dans l'existence d'une couche limite composée d' air stable qui surmonte les courants ascendants et vient ainsi freiner le développement vertical de nuages convectifs — cumulus ou cumulonimbus ; ceux-ci ont alors tendance à s'étaler latéralement au niveau de cette couche en donnant naissance à un banc de stratocumulus qui, parfois, subsiste seul après que les nuages convectifs se sont désagrégés (c'est notamment ce qui peut arriver le soir, lorsque cessent les ascendances dues à la convection ). Des bancs de stratocumulus peuvent aussi se former par soulèvement ou agitation convective de stratus ou bien, au contraire, sous l'effet de nuages plus élevés : épaississement des éléments constitutifs d' altocumulus , évolution d'un nimbostratus , action de la turbulence et de la convection dans les couches d'air humidifiées par l' évaporation des précipitations issues d' altostratus ou de nimbostratus.

L' espèce de loin la plus fréquente chez ce genre de nuage est le stratocumulus stratiformis ; on rencontre également les espèces castellanus et, assez rarement, lenticularis . En outre, le stratocumulus n'admet pas moins de sept variétés : translucidus , perlucidus , opacus , radiatus , duplicatus , undulatus et lacunosus .

LES STRATUS

Le stratus est un genre de nuage appartenant à l' étage inférieur : aux latitudes tempérées, sa base se situe entre le voisinage de la surface terrestre et 1 200 m de hauteur avec une épaisseur de l'ordre de 200 m. Ainsi, cette base s'approche suffisamment du sol pour masquer bien souvent les édifices élevés ou les collines, et d'ailleurs, le brouillard peut généralement être considéré comme une forme de stratus ayant atteint la surface de la mer ou des terres.

Le stratus a la forme d'une couche grise ou blanchâtre, à base assez uniforme, pouvant donner lieu à de fines précipitations : bruine , chutes de prismes de glace , neige en grains ; cette couche ne peut pas dessiner de halo (si ce n'est aux très basses températures ), à la différence des altostratus , et lorsqu'elle est suffisamment mince pour laisser voir le soleil ou la lune, leur contour (où l'on peut parfois observer une couronne ) est nettement discernable, à la différence des cirrostratus .

On rencontre les stratus dans un contexte général d' atmosphère stable qui correspond fréquemment au secteur chaud des systèmes nuageux , mais aussi, en hiver, à des situations anticycloniques . Ils peuvent prendre naissance spontanément sous l'effet d'un abaissement de la température dans les basses couches de l'atmosphère, que viennent renforcer les turbulences entretenues par le vent au sol. Ce refroidissement, qui n'agit qu'en air très humide, a pour origine soit le rayonnement nocturne, soit l' advection d'une masse d'air relativement chaude au-dessus d'une surface terrestre plus froide (ce dernier cas est fréquent en mer).

Souvent aussi, les stratus peuvent être générés soit par les précipitations tombant d'un nuage situé à un niveau plus élevé, soit, au contraire, par une nappe de brouillard qui se soulève progressivement à mesure que la température de la surface terrestre s'élève ou que le vent forcit.

stratus

L' espèce habituelle de stratus est le stratus nebulosus , d'aspect uniforme et gris, mais on rencontre aussi parfois, dans les fonds de vallée ou en dessous de gros nuages de pluie , l'espèce stratus fractus , qui se présente sous forme de bancs déchiquetés, naissant dans des poches d'air humidifiées à saturation et refroidies par des ascendances ou par l' évaporation de gouttes. Par ailleurs, le stratus admet, outre les variétés opposées translucidus et opacus , la variété undulatus .

LES CUMULUS

Le cumulus est un genre de nuage d'extension verticale variable : aux latitudes tempérées, sa base peut se situer à faible altitude — quelques centaines de mètres au-dessus du niveau moyen de la mer — et ne dépasse pas de toute façon 2 000 mètres de hauteur, tandis que son épaisseur peut aller de 100 mètres à 5 000 mètres. Il se développe en amas séparés, aux contours nettement dessinés, qui prennent la forme de mamelons, de dômes ou de tours dont les protubérances arrondies au sommet bourgeonnent souvent comme un chou-fleur ; sa base aplatie est plutôt sombre alors que les parties éclairées par le soleil sont souvent d'un blanc éclatant.

Sur les quatre espèces de cumulus, trois se distinguent entre elles par le développement vertical auquel a pu conduire l'activité convective qui est à l'origine de tels nuages . Ainsi, le cumulus humilis (c'est-à-dire aplati), à extension verticale réduite et à évolution diurne , est typiquement un nuage de beau temps : confiné à l' étage inférieur , il se forme et se répartit peu à peu le matin au sommet de thermiques , s'efface en peu de temps, se reconstruit ailleurs..., pour finalement disparaître le soir lorsque s'éteint la convection thermique entretenue par l'échauffement solaire.

L'extension verticale du cumulus mediocris (c'est-à-dire moyen), plus importante, peut aller de plusieurs centaines de mètres à environ 2 000 mètres ; aussi son sommet peut-il parfois atteindre l' étage moyen . Lors de brises soufflant au-dessus de plaines ou de mers, il n'est pas rare que ces cumulus se disposent en lignes parallèles — les "rues", "trains" ou "allées" de nuages — sous l'effet de successions de courants ascendants et de courants descendants ; ces lignes, qui semblent converger ou diverger par effet de perspective, portent des nuages appartenant à l'unique variété de cumulus : la variété radiatus .

Le cumulus congestus (c'est-à-dire amoncelé), enfin, présente une importante extension verticale, pouvant faire déboucher son sommet sur l' étage supérieur : son aspect bouillonnant témoigne des puissants mouvements verticaux qui l'animent et qui atteignent parfois 20 mètres par seconde ; ce nuage peut être porteur d' averses , particulièrement fréquentes au-dessus des régions tropicales, et dans nombre de cas l'évolution physique de sa partie supérieure le transforme progressivement en un cumulonimbus .

La dernière espèce de cumulus, cumulus fractus (c'est-à-dire déchiqueté), rassemble essentiellement des cumulus de mauvais temps, de faible extension verticale, dont les contours déchiquetés se modifient de façon continue et souvent rapide ; ces petits cumulus apparaissent alors en qualité de "nuages annexes" sous les nuages porteurs de pluie : altostratus , nimbostratus , cumulonimbus, cumulus précipitants. Toutefois, des nuages de cette espèce, très légers et fugaces, peuvent aussi s'esquisser dans un ciel de beau temps.

LES CUMULONIMBUS

Le cumulonimbus est un genre de nuage d'extension verticale considérable : aux latitudes tempérées, sa base se situe entre 300 et 3 000 m de hauteur avec une épaisseur allant de 5 000 à 12 000 m, mais aux latitudes tropicales, il peut atteindre et dépasser 17 000 m d'altitude. C'est aussi un genre de grandes dimensions : son apparence ample et massive, semblable à celle d'une montagne ou d'énormes tours, s'orne de forts contrastes entre un aspect général foncé et la blancheur des parties du nuage directement éclairées par le soleil . Son sommet s'étale le plus souvent en forme d'enclume, de panache ou de chevelure désordonnée et sa base, très sombre, s'accompagne fréquemment de nuages bas déchiquetés, soudés ou non avec elle ; dans certains cas, des sommets protubérants en forme de dômes surmontent l'enclume, révélant un phénomène d'" overshoot ", c'est-à-dire de dépassement de la tropopause . Le cumulonimbus est très souvent porteur d' orages avec éclairs et déclenche toujours des averses , qui peuvent être de grêle et qui constituent pour des observateurs au sol ou en mer un critère sûr de distinction entre sa base et celle d'un nimbostratus .

Cumulonimbus

Il existe en réalité deux espèces de cumulonimbus. Le cumulonimbus calvus (c'est-à-dire chauve) rappelle un cumulus de l' espèce congestus (c'est-à-dire amoncelé) dont la région supérieure aurait commencé à dessiner des bourgeonnements aplatis formant une masse blanchâtre aux contours indistincts, sans aucune partie fibreuse ni striée ; cette espèce ne donne lieu qu'à des averses. Le cumulonimbus capillatus (c'est-à-dire chevelu), stade ultime de développement d'un cumulonimbus, présente dans sa région supérieure des parties fibreuses ou striées, adoptant fréquemment la forme d'une enclume, d'un panache ou d'une vaste chevelure ébouriffée ; cette espèce donne lieu à des phénomènes caractéristiques d'un temps violent , tels que les orages et les grains : en particulier, les averses orageuses, dans nos régions, peuvent donner en 1 heure jusqu'à 100 mm de hauteur de précipitation .

(Source : Météo France )
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