D'où viennent-ils ?
Tout le monde le sait plus ou moins : de l'eau, provenant principalement des océans, s'évapore continuellement. Cette vapeur, suite au refroidissement de l'air quand il monte, finit par se condenser, formant nos fameux nuages. Comme il était dit dans une précédente édition de la même série, il faut des noyaux de condensation : ce sont des grains très petits (aérosols) qui vont entamer autour d'eux le processus de condensation. Les particules de sel marin forment le plus abondant des matériaux de base de ces noyaux de condensation : plus d'un milliard de tonnes est produit chaque année ! Comment du sel parvient-il à monter dans l'atmosphère ? Ce sont au départ des embruns, gouttelettes très fines projetées notamment lorsque crèvent les bulles d'air, créées lors du brassage de la surface (vagues et écume). Le moindre courant ascendant les emporte, tout en évaporant l'eau.
Pourquoi "tiennent"-ils ?
L'eau a une masse volumique 800 fois plus importante que celle de l'air (au sol, en altitude, le rapport est encore plus élevé !). Il paraît donc étonnant que des masses importantes de ce liquide puissent se maintenir sans tomber à brève échéance. Il en est de même pour les cristaux de glace. Les nuages, en fait, "tombent", mais très lentement : les forces du freinage aérodynamique deviennent égales au poids (attraction terrestre) des gouttes pour une vitesse très faible, car ces gouttes sont très petites. Le moindre courant ascendant les fera remonter. De plus, un nuage n'est pas, malgré les apparences, une masse statique. Il est en perpétuelle évolution, en perpétuelle formation et destruction. Par exemple, on voit souvent des lambeaux qui semblent s'accrocher aux sommets alors que les autres nuages se déplacent. En fait, rien n'est à l'arrêt, seulement, il y a condensation d'un côté du nuage, qui se régénère ainsi, tandis que de l'autre, l'eau s'évapore, tout cela se déroulant dans un flux d'air loin d'être immobile.
Les types de nuages
Plutôt que décrire minutieusement les nombreuses sortes de nuages, chose bien plus facile à faire avec des photos (j'en ai, mais je n'ai pas tous les types), donnons les grandes lignes. Au départ (il y a deux siècles), on ignorait l'origine de cette diversité de formes. Elle est liée à la fois à la nature (eau ou glace), aux conditions régnant là où est le nuage, à son mode de formation, etc.
Les nuages de glace se trouvent là où il fait très froid, en altitude, jusqu'à 10.000 m. Ce sont par exemple les cirrus, ces espèces de "plumes" que l'on voit par beau temps. Aucun ne donne de précipitations. Leurs cristaux de glace sont toujours prismatiques et hexagonaux, soit aplatis (plaquettes), soit allongés (colonnes).
Les nuages d'eau liquide se trouvent plus bas, parfois même au ras du sol : c'est alors le brouillard. On peut distinguer la brume du brouillard par le mode de formation : un brouillard est un nuage descendu au niveau du sol, tandis que la brume est due à une condensation près du sol, et son épaisseur n'est jamais très importante (on connaît bien la "dissipation des brumes matinales" annoncée par nos présentateurs préférés). La "brume de chaleur" résulte de la condensation de l'eau au départ évaporée par temps chaud. Il se forme souvent des bancs de brume en été, lors des nuits claires, quand la chaleur rayonnée par le sol fait rapidement baisser sa température (elle peut descendre à 5°C), et que le contact avec ce sol de l'air humidifié pendant la journée provoque la condensation.
Les nuages formés de gouttelettes sont de deux types : les stratiformes, qui sont plats et souvent très épais et très étendus, et les cumuliformes, plus localisés, bourgeonnant, "en chou-fleur", sièges d'ascendances parfois très importantes.
Les cumulus sont ces "moutons" dans le ciel, signes d'un air instable par beau temps. On les voit souvent alignés en files, soulignant des cellules de convection dans l'atmosphère, aux endroits où l'air monte. Quand les instabilités sont très fortes, ils peuvent enfler jusqu'au cumulonibus, atteignant une altitude telle que le sommet du nuage commence à se transformer en glace, et s'aplatit quand il "cogne" contre la limite inférieure de la stratosphère. Le cumulonibus donne lieu à des averses orageuses, des "grains".
Les stratus et nimbostratus sont les nuages du "temps de cochon", de la grisaille et des pluies fines et pénétrantes. Il leur arrive de couvrir tout le ciel pendant toute la journée, ce qui témoigne de leur étendue formidable : jusqu'à plusieurs centaines de kilomètres.
Phénomènes lumineux
Commençons pas le plus évident : il y a des nuages blancs et des nuages gris. Les gouttelettes d'eau, tout comme les cristaux de glace, diffusent la lumière dans toutes les directions, et ce indépendamment de sa couleur. Le nuage qui diffuse ainsi paraîtra blanc, comme le soleil lui-même. S'il est très épais, la lumière le traversera difficilement (elle set diffusée à partir de la surface et ne pénêtre que très peu à l'intérieur), ce qui le rendra sombre, mais toujours sans préférence pour une couleur ou une autre : le nuage sera gris. Vus du dessus, les nuages sont toujours blancs, car on voit directement leur surface diffusante.
Les interactions de la lumière solaire avec les nuages donnent lieu à plusieurs phénomènes intéressant, dus à la réfraction, à la dispersion de la lumière, et aux réflections, que ce soit avec des gouttelettes d'eau ou des cristaux de glace.
L'arc-en-ciel est le plus connu : il se produit une double réfraction et une réflexion, dans des gouttes de pluie, plus grosses que celles d'un nuage. Les différentes couleurs contenues dans la lumière solaire sont séparées (phénomène de dispersion), et pour qu'une couleur donnée soit visible, il faut qu'il y ait un angle très précis entre le soleil, la goutte d'eau et l'observateur. Les gouttes placées convenablement pour cette couleur sont vues sur un cercle, centré sur la direction opposée à celle du soleil. Les cercles ont des diamètres légèrement différents selon les couleurs, mais ils ont tous le même centre, voilà pourquoi on voit un arc de cercle coloré, et limité par l'horizon. L'arc n'est pas toujours complet, car dans une direction convenable, il peut ne pas y avoir de gouttes de pluie. Il peut y avoir un deuxième arc, qui correspond à deux réflexions dans les gouttes au lieu d'une seule.
Il existe bien d'autres phénomènes, notamment ceux qui sont dus aux cristaux de glace : halos, "faux soleils", colonnes lumineuses, arcs, irisations diverses.
Tout le monde le sait plus ou moins : de l'eau, provenant principalement des océans, s'évapore continuellement. Cette vapeur, suite au refroidissement de l'air quand il monte, finit par se condenser, formant nos fameux nuages. Comme il était dit dans une précédente édition de la même série, il faut des noyaux de condensation : ce sont des grains très petits (aérosols) qui vont entamer autour d'eux le processus de condensation. Les particules de sel marin forment le plus abondant des matériaux de base de ces noyaux de condensation : plus d'un milliard de tonnes est produit chaque année ! Comment du sel parvient-il à monter dans l'atmosphère ? Ce sont au départ des embruns, gouttelettes très fines projetées notamment lorsque crèvent les bulles d'air, créées lors du brassage de la surface (vagues et écume). Le moindre courant ascendant les emporte, tout en évaporant l'eau.
Pourquoi "tiennent"-ils ?
L'eau a une masse volumique 800 fois plus importante que celle de l'air (au sol, en altitude, le rapport est encore plus élevé !). Il paraît donc étonnant que des masses importantes de ce liquide puissent se maintenir sans tomber à brève échéance. Il en est de même pour les cristaux de glace. Les nuages, en fait, "tombent", mais très lentement : les forces du freinage aérodynamique deviennent égales au poids (attraction terrestre) des gouttes pour une vitesse très faible, car ces gouttes sont très petites. Le moindre courant ascendant les fera remonter. De plus, un nuage n'est pas, malgré les apparences, une masse statique. Il est en perpétuelle évolution, en perpétuelle formation et destruction. Par exemple, on voit souvent des lambeaux qui semblent s'accrocher aux sommets alors que les autres nuages se déplacent. En fait, rien n'est à l'arrêt, seulement, il y a condensation d'un côté du nuage, qui se régénère ainsi, tandis que de l'autre, l'eau s'évapore, tout cela se déroulant dans un flux d'air loin d'être immobile.
Les types de nuages
Plutôt que décrire minutieusement les nombreuses sortes de nuages, chose bien plus facile à faire avec des photos (j'en ai, mais je n'ai pas tous les types), donnons les grandes lignes. Au départ (il y a deux siècles), on ignorait l'origine de cette diversité de formes. Elle est liée à la fois à la nature (eau ou glace), aux conditions régnant là où est le nuage, à son mode de formation, etc.
Les nuages de glace se trouvent là où il fait très froid, en altitude, jusqu'à 10.000 m. Ce sont par exemple les cirrus, ces espèces de "plumes" que l'on voit par beau temps. Aucun ne donne de précipitations. Leurs cristaux de glace sont toujours prismatiques et hexagonaux, soit aplatis (plaquettes), soit allongés (colonnes).
Les nuages d'eau liquide se trouvent plus bas, parfois même au ras du sol : c'est alors le brouillard. On peut distinguer la brume du brouillard par le mode de formation : un brouillard est un nuage descendu au niveau du sol, tandis que la brume est due à une condensation près du sol, et son épaisseur n'est jamais très importante (on connaît bien la "dissipation des brumes matinales" annoncée par nos présentateurs préférés). La "brume de chaleur" résulte de la condensation de l'eau au départ évaporée par temps chaud. Il se forme souvent des bancs de brume en été, lors des nuits claires, quand la chaleur rayonnée par le sol fait rapidement baisser sa température (elle peut descendre à 5°C), et que le contact avec ce sol de l'air humidifié pendant la journée provoque la condensation.
Les nuages formés de gouttelettes sont de deux types : les stratiformes, qui sont plats et souvent très épais et très étendus, et les cumuliformes, plus localisés, bourgeonnant, "en chou-fleur", sièges d'ascendances parfois très importantes.
Les cumulus sont ces "moutons" dans le ciel, signes d'un air instable par beau temps. On les voit souvent alignés en files, soulignant des cellules de convection dans l'atmosphère, aux endroits où l'air monte. Quand les instabilités sont très fortes, ils peuvent enfler jusqu'au cumulonibus, atteignant une altitude telle que le sommet du nuage commence à se transformer en glace, et s'aplatit quand il "cogne" contre la limite inférieure de la stratosphère. Le cumulonibus donne lieu à des averses orageuses, des "grains".
Les stratus et nimbostratus sont les nuages du "temps de cochon", de la grisaille et des pluies fines et pénétrantes. Il leur arrive de couvrir tout le ciel pendant toute la journée, ce qui témoigne de leur étendue formidable : jusqu'à plusieurs centaines de kilomètres.
Phénomènes lumineux
Commençons pas le plus évident : il y a des nuages blancs et des nuages gris. Les gouttelettes d'eau, tout comme les cristaux de glace, diffusent la lumière dans toutes les directions, et ce indépendamment de sa couleur. Le nuage qui diffuse ainsi paraîtra blanc, comme le soleil lui-même. S'il est très épais, la lumière le traversera difficilement (elle set diffusée à partir de la surface et ne pénêtre que très peu à l'intérieur), ce qui le rendra sombre, mais toujours sans préférence pour une couleur ou une autre : le nuage sera gris. Vus du dessus, les nuages sont toujours blancs, car on voit directement leur surface diffusante.
Les interactions de la lumière solaire avec les nuages donnent lieu à plusieurs phénomènes intéressant, dus à la réfraction, à la dispersion de la lumière, et aux réflections, que ce soit avec des gouttelettes d'eau ou des cristaux de glace.
L'arc-en-ciel est le plus connu : il se produit une double réfraction et une réflexion, dans des gouttes de pluie, plus grosses que celles d'un nuage. Les différentes couleurs contenues dans la lumière solaire sont séparées (phénomène de dispersion), et pour qu'une couleur donnée soit visible, il faut qu'il y ait un angle très précis entre le soleil, la goutte d'eau et l'observateur. Les gouttes placées convenablement pour cette couleur sont vues sur un cercle, centré sur la direction opposée à celle du soleil. Les cercles ont des diamètres légèrement différents selon les couleurs, mais ils ont tous le même centre, voilà pourquoi on voit un arc de cercle coloré, et limité par l'horizon. L'arc n'est pas toujours complet, car dans une direction convenable, il peut ne pas y avoir de gouttes de pluie. Il peut y avoir un deuxième arc, qui correspond à deux réflexions dans les gouttes au lieu d'une seule.
Il existe bien d'autres phénomènes, notamment ceux qui sont dus aux cristaux de glace : halos, "faux soleils", colonnes lumineuses, arcs, irisations diverses.
inscrit le 17/10/05
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