La physique des nuages

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Naissance d’un nuage

Un nuage résulte de la condensation de la vapeur d’eau par refroidissement d’une masse d’air humide.

La condensation

L’AIR CHAUD – selon le principe mis à profit avec les montgolfières— a toujours tendance à monter. Ainsi, au-dessus d’une surface chauffée par le soleil, des bulles d’air prennent de l’altitude. Ce faisant, leur pression interne diminue et leur volume augmente, tandis que leur température baisse.

Une élévation d’ 1 kilomètre correspond à une perte moyenne de température de l’ordre de 6 °C. Ce refroidissement a pour conséquence de transformer la vapeur d’eau de l’air en fines gouttelettes, et de libérer de l’énergie sous forme de chaleur Une partie de cette énergie est utilisée pour que la bulle continue à s’élever, le reste servant à aspirer la vapeur environnante : autrement dit, plus l’air est chaud, plus il est avide de vapeur.

La bulle grossit donc au point de devenir visible. Un nuage est né, mais ce n’est en fait quun brouillard, comme on peut le constater lorsqu’on voyage en avion.

Deux CIRCONSTANCES peuvent provoquer le refroidissement qui va conduire à la formation d’un nuage. D’abord quand l’air, au contact d’un sol froid, crée un brouillard qui, en s’élevant, va former un stratus bas, étalé en couches successives. Ensuite – c’est le cas le plus fréquent — lorsqu’une masse d’air est poussée dans un mouvement ascendant, soit sur une couche d’air froid, soit sur le versant d’une montagne.

Les ingrédients d’un nuage

Un NUAGE est un ensemble de minuscules gouttelettes d’eau (entre 100 000 et 5 millions par litre), et parfois de cristaux de glace, qui sont en suspension dans l’atmosphère. Les gouttelettes, pour se former, ont cependant besoin d’un petit support solide, que les météorologistes appellent un «noyau de condensation». 11 peut s’agir de cristaux de sel, de poussières, de cendres, de spores, voire même de micrométéorites.

La quantité de VAPEUR d’eau dans l’air varie dans des proportions importantes, mais ne peut dépasser un seuil maximal, qui dépend de la température. Cette limite correspond à ce que les météorologistes appellent la « vapeur saturante », ou « point de rosée ». A 0 °C par exemple, l’air peut renfermer près de 5 g d’eau par mètre cube, mais cette capacité est portée à 10 g pour 11 °C, puis à 30 g pour 30 °C. C’est pourquoi l’air chaud peut contenir plus d’humidité que l’air froid. L’humidité relative, ou degré hygrométrique de l’air, correspond au pourcentage d’eau par rapport au volume maximal admissible à la température du moment. Par exemple, si, par une température de 30 °C, chaque mètre cube d’air renferme 15 g d’eau, l’hygrométrie sera de 50 %, puisque la quantité maximale admissible est de 30 g. Même par temps clair, il y a de la vapeur d’eau dans l’air, invisible puisque c’est un gaz.

Cuisine des nuages

L’allure et la forme des nuages varient selon le mécanisme de formation, le lieu, les caractéristiques de l’air (pression, température, quantité de vapeur d’eau), la puissance des ascendances, etc. Elle est donc liée au caractère stable ou instable de l’air dans lequel ils évoluent.

Quand l’air CHAUD se trouve au- dessus de l’air froid, on a des nuages stables, étalés en voiles ou en nappes recouvrant tout le ciel. Ces nuages uniformes, plats et tristes, appartiennent au type des stratus, disposés horizontalement.
Une MASSE d’air FROID humide, rencontrant une masse d’air chaud, la soulève brusquement et lui communique son humidité. L’air devient instable, donnant une grande quantité de moutons cumuliformes, qui poussent en quelques heures. La condensation y est très intense, au point qu’un cumulus de deux kilomètres cubes fournit en dix minutes la même énergie qu’une centrale nucléaire en une heure ! Le résultat est un violent mouvement d’ascension de l’air chaud, qui crée des turbulences sous le nuage, devenu une véritable turbine aspirant l’air environnant pour en prélèver la vapeur d’eau, et fabriquer encore plus de gouttelettes. .. Le cumulus peut alors se méta- mophoser en un cumulonimbus dont la tête est plus élevée que l’Everest! Il arrive aussi que la machine s’emballe et pompe avec une telle force qu’elle entraîne la formation de trombes ou de tornades d’une violence inouïe.