Les nuages

Microphysique : comment un nuage fabrique la pluie

Un nuage est un peuple de milliards de gouttelettes et de cristaux, chacun de quelques microns. Ce qui décide s'il restera un simple nuage ou s'il donnera de la pluie se joue à cette échelle minuscule : c'est la microphysique.

Nucléation : la naissance des gouttelettes

La vapeur d'eau ne se condense pas dans le vide : elle a besoin d'un support, une minuscule particule en suspension appelée noyau de condensation (poussière, sel marin, pollution). Les cristaux de glace, eux, exigent des noyaux glaçogènes, bien plus rares. C'est pourquoi, faute de noyaux, l'eau peut rester liquide en surfusion, c'est-à-dire liquide en dessous de 0 °C, jusqu'à environ -38 °C.

Grossir jusqu'à tomber

Une gouttelette de nuage est mille fois trop petite pour tomber : elle grossit d'abord lentement par condensation, puis, dans les nuages chauds sans glace, par collision-coalescence, quand les grosses gouttes rattrapent et absorbent les petites. Dans les nuages froids, un mécanisme plus efficace prend le relais.

Le processus de Bergeron

Dans un nuage mixte, où glace et eau surfondue coexistent, la pression de vapeur saturante est plus faible sur la glace que sur l'eau liquide. Les cristaux captent donc la vapeur au détriment des gouttelettes qui s'évaporent : les cristaux grossissent, deviennent des flocons, tombent et fondent souvent en pluie avant le sol. C'est le processus de Bergeron, principal fabricant de pluie aux latitudes moyennes, même en été.

Les dix genres de nuages, un par un

La classification internationale répartit les nuages en dix genres, regroupés par étage d'altitude. Pour chacun, trois questions comptent : à quelle hauteur se trouve-t-il, de quoi est-il fait, et quel temps annonce-t-il ou produit-il ?

Étage supérieur (5 à 13 km) : les nuages de glace

Le cirrus (Ci) forme de fins filaments blancs, faits de cristaux de glace ; il ne donne pas de pluie mais, en envahissant peu à peu le ciel, annonce souvent une perturbation dans 12 à 24 heures. Le cirrocumulus (Cc) dessine de petits flocons réguliers, un fin ciel moutonné, signe d'instabilité en altitude. Le cirrostratus (Cs) est un voile laiteux et transparent qui couvre tout le ciel et produit un halo autour du Soleil ou de la Lune, présage classique de pluie à venir.

Étage moyen (2 à 7 km)

L'altocumulus (Ac) se présente en bancs de galets gris et blancs ; des altocumulus bourgeonnants un matin d'été trahissent une instabilité qui peut donner des orages l'après-midi. L'altostratus (As) est un voile gris uniforme à travers lequel le Soleil apparaît comme derrière un verre dépoli ; il s'épaissit à l'approche d'un front chaud et annonce une pluie continue.

Étage inférieur (du sol à 2 km)

Le stratocumulus (Sc), très fréquent, forme une couche de galets gris étalés donnant un temps gris et couvert, parfois de la bruine. Le stratus (St) est une couche grise basse et uniforme, comme un brouillard soulevé, qui donne de la bruine ; d'ailleurs, le brouillard n'est qu'un stratus posé au sol. Le nimbostratus (Ns), épaisse couche gris sombre sans structure, est le nuage de la pluie ou de la neige continue et durable : le vrai nuage de mauvais temps.

À développement vertical

Le cumulus (Cu) est un nuage bourgeonnant à base plate : petit, le cumulus humilis, il signe le beau temps ; gros et en chou-fleur, le cumulus congestus, il peut donner des averses. Le cumulonimbus (Cb) est son aboutissement : une tour gigantesque qui monte de quelques centaines de mètres jusqu'à la tropopause, coiffée d'une enclume. Lui seul produit les orages, la grêle, la foudre, les rafales et, parfois, les tornades.

• Cirrus (Ci) : filaments de glace, très haut, annoncent une perturbation
• Cirrocumulus (Cc) : fin ciel moutonné, instabilité d'altitude
• Cirrostratus (Cs) : voile à halo, pluie dans 12 à 24 h
• Altocumulus (Ac) : bancs de galets moyens, orages possibles l'après-midi
• Altostratus (As) : voile gris, pluie continue qui approche
• Stratocumulus (Sc) : galets bas étalés, temps gris, bruine
• Stratus (St) : couche basse uniforme, bruine, brouillard élevé
• Nimbostratus (Ns) : pluie ou neige continue et durable
• Cumulus (Cu) : bourgeons à base plate, du beau temps aux averses
• Cumulonimbus (Cb) : tour d'orage, grêle, foudre, rafales, tornades

Convection, cumulonimbus et nuages qui parlent

La convection, ce soulèvement de l'air chaud et humide, façonne les nuages les plus spectaculaires. Quelques grandeurs clés permettent d'en anticiper la vigueur.

Base des nuages et énergie : LCL, CAPE et CIN

Une particule d'air qui s'élève se refroidit et condense au niveau de condensation par soulèvement, le LCL, qui fixe la base des nuages convectifs. L'énergie qu'elle peut libérer en montant se mesure par la CAPE, l'énergie potentielle de convection disponible : plus elle est grande, plus les ascendances sont puissantes. À l'inverse, la CIN, l'inhibition convective, est l'énergie qui empêche d'abord la convection de démarrer ; c'est le couvercle qui, s'il saute en fin de journée, libère des orages parfois explosifs.

Anatomie du cumulonimbus

Le cumulonimbus abrite un courant ascendant qui alimente l'orage et un courant descendant, chargé de pluie et d'air froid, qui s'étale au sol en front de rafales. Son sommet, freiné par la tropopause, s'étale en enclume ; parfois une bulle protubérante, le sommet pénétrant, trahit une ascendance très violente. C'est l'usine à grêle, foudre et fortes rafales.

Nuages orographiques

Quand un flux stable franchit une montagne, il ondule en aval et forme des nuages lenticulaires stationnaires, en forme de lentille, immobiles malgré le vent. Un nuage peut aussi coiffer un sommet comme un chapeau, on l'appelle alors pileus.

Les nuages qui parlent

Certains nuages sont de précieux indices. L'arcus est un rouleau sombre à l'avant d'un orage, qui matérialise le front de rafales : le coup de vent est imminent. Les mammatus, poches suspendues sous une enclume, signalent de fortes turbulences. La virga est une traînée de précipitations qui s'évaporent avant d'atteindre le sol, signe d'air sec en dessous. Savoir lire ces nuages, c'est prévoir à très court terme, ce qu'on appelle le nowcasting.