D'étonnantes vagues nuageuses apparaissent parfois l'espace de quelques minutes avant de disparaître. Les nuages d'ondes de Kelvin-Helmholtz, qui peuvent donner l'impression d'observer un tsunami dans le ciel, se forment partout dans le monde.
[EN VIDÉO] Le fascinant monde des nuages Regardez passer les nuages : il en est de toutes les formes. Nous vous en montrons ici quelques-uns, qui résident à différents « étages », comme disent les météorologues.
Si certains n'hésitent pas à l'appeler « tsunami de nuages » tant les vagues du phénomène peuvent être impressionnantes, les ondes de Kelvin-Helmholtz sont inoffensives : l'observateur sur terre ne risque rien, ni pluie ni vent. Mais ces vagues nuageuses témoignent tout de même d'une forte instabilité présente en altitude : les pilotes d'avion tentent en général de les éviter car ces ondes peuvent être à l'origine de fortes turbulences. L'Atlas international des Nuages a récemment renommé ce nuage Fluctus (mot latin pour « flotter » ou « vague »), mais le terme majoritairement utilisé reste celui de Kelvin-Helmholtz, du nom des deux physiciens qui l'ont décrit pour la première fois.
@zebodag Tu connais ça ? #KelvinHelmholtzpic.twitter.com/sstTDWW76Y
— Ze têppdنde ???????? (@teppdude) July 27, 2020
Des ondulations liées à des différences de vitesses
Le phénomène se forme à la limite entre les nuages et le ciel dégagé, lorsqu'une masse d'air chaud circule au-dessus d'une couche d'air froid, plus basse. En raison de la présence de forts vents horizontaux, la couche supérieure se déplace plus rapidement que la couche inférieure : cette instabilité forme alors des ondulations, avec des crêtes à son sommet, plus ou moins spectaculaires en fonction des courants de vent. Ce sont donc les variations de vitesse entre ces deux couches qui façonnent ces « vagues » ou « lames » toujours en mouvement, avec la légère rotation que l'on peut apercevoir. La couche supérieure est plus chaude, mais aussi plus sèche que celle d'en dessous en raison de sa vitesse, ce qui provoque l'évaporation du sommet du nuage de manière dentelée. La formation et la déformation du phénomène sont très facilement observables à l'œil nu et cette forme étonnante ne dure en général que quelques minutes, voire même moins d'une minute !
Kelvin Helmholtz Waves above Mt. Timpanogos in American Fork Canyon today. @TimNBCBoston @WeatherNation@judah47pic.twitter.com/KDmnsW0ICt
— Luke Stone (@LukeLStone) January 26, 2020
Ces ondes peuvent se produire avec différents types de nuages : les nuages cirrus fins et élevés, les nuages épais de moyenne altitude comme les altocumulus, les nuages bas comme les stratocumulus et stratus et les nuages de beau temps comme les cumulus. Plus rarement, les ondes peuvent se former autour d'un nuage d'orage, le cumulonimbus, donnant l'impression de véritables dents nuageuses autour de l'orage.
This supercell storm in Montana featured Kelvin-Helmholtz instability which looks like waves. One of my favorite storm shots of the past decade. #cloudappreciation ???????????????????????????????????????????????? pic.twitter.com/lICXiLVTBX
— Greg Johnson (@TornadoGreg) February 3, 2021
Des ondes similaires dans la mer et l'espace
Les nuages d'onde de Kelvin-Helmholtz sont régulièrement aperçus partout dans le monde, et plusieurs fois par an en France. Cependant, les plus spectaculaires d'entre eux sont en général photographiés au-dessus de la mer, près des côtes, ou en montagne, proches des zones où les courants de vents en altitude sont plus forts.
Some serious moguls over Breckenridge! #JustBeColoradopic.twitter.com/efcp1FxqLg
— Eric Darst ???? It's time for a Civilution ???? (@heyehd) December 17, 2021
Ce même type d'ondes peut se produire dans l'eau, notamment lors de la rencontre de l'eau douce d'un fleuve qui se jette dans l'eau salée de la mer. Ici aussi, ce sont les variations de vitesse et de densité qui génèrent ces ondes maritimes, parfois visibles dans les images satellites. Les ondes ont aussi déjà été observées dans les profondeurs des océans, jusqu'à 500 m sous la surface. Dans l'espace, des ondes de Kelvin-Helmholtz ont déjà été observées autour de la couronne du Soleil, de Jupiter, de Saturne à la surface d'un nuage interstellaire.
D'étranges altocumulus Tous les nuages ne sont pas si simples à identifier. Celui photographié ici est particulièrement impressionnant. Il s’agit probablement d’un altocumulus castellanus undulatus opacus ; certains l’assimilent à une nouvelle forme de nuage proposée en 2009 à l’Atlas international des nuages : l’asperatus. Lieu : Géorgie, États-Unis. © Bradley Huchteman, Flickr, CC by-nc-nd 2.0
Le pyrocumulus, un nuage d'incendie Un pyrocumulus est un nuage qui se forme au-dessus d’une source de chaleur intense, lors de feux de forêt ou d'éruptions volcaniques par exemple. Comme tout cumulus, il se produit lorsque l’air de bas niveau est plus chaud et humide que celui en altitude. Quand l’air devient saturé, la vapeur d'eau se condense en gouttelettes pour créer un nuage. Lieu : Arizona, États-Unis. © Eric Neitzel, Wikimedia Commons, CC by-sa 3.0
Le cumulonimbus, un nuage orageux Le cumulonimbus résulte de la convection de particules d’air chaud et humide. Il diffère des autres nuages d’averses à la fois par son développement vertical et par son aptitude à donner naissance à des phénomènes électriques. Souvent caractérisé par une forme en enclume et une base sombre, il est généralement le signe d’une aggravation des conditions météorologiques. Lieu : Mali. © Nasa's Marshall Space Flight Center, Flickr, CC by-nc-nd 2.0
Un orage supercellulaire dévastateur Les orages supercellulaires se situent entre le courant ascendant et les courants descendants dans un nuage comme un cumulonimbus. Ils se caractérisent par la formation d’une cellule géante pouvant atteindre 20 kilomètres de diamètre. Au sein de cette structure, les vents violents peuvent être accompagnés de pluies torrentielles et même de grêle. Lieu : Nouveau-Mexique, États-Unis. © Greg Lundeen, Wikimedia Commons, DP
Le morning glory cloud, un impressionnant rouleau nuageux Le morning glory cloud est un impressionnant nuage en forme de rouleau. Il s'observe particulièrement au nord de l'Australie, dans le golfe de Carpentarie et a également été vu dans d'autres régions du globe comme le Canada ou les États-Unis. Lieu : Texas, États-Unis. © Kenneth Cole Schneider, Flickr, CC by-nc-nd 2.0
Les nuages lenticulaires, semblables à des ovnis Les nuages lenticulaires, ou altoculumulus lenticularis, se créent avec trois ingrédients : de l'air humide, du vent et une montagne. Lorsque l’air rencontre un relief, il s’élève là où la température et la pression sont plus basses. L'eau ne pouvant plus se maintenir à l’état gazeux, elle se condense et de petites gouttelettes apparaissent : c'est un nuage. Souvent, le nuage lenticulaire prend une forme allongée et plate qui fait penser à celle d'ovnis comme les soucoupes volantes. Lieu : Californie, États-Unis. © Simon Bisson, Flickr, CC by-nc-nd 2.0
Le redoutable entonnoir nuageux Lorsqu’une masse d’air chaud instable rencontre une masse d’air froid, les conséquences peuvent être catastrophiques : cela peut créer un tourbillon d’air violent qui étire les nuages pour leur donner la forme d’un entonnoir. On parle alors d'entonnoir nuageux ou tuba. Si ce dernier touche le sol, on parle alors de tornade et s’il touche l’eau, il devient une trombe marine. Cela crée des vents pouvant atteindre jusqu’à 500 km/h et qui ravagent tout sur leur passage. © Justin1569, Wikimedia Commons, CC by-sa 3.0
Les nuages noctulescents, les plus hauts des nuages Les nuages noctulescents, littéralement « qui brillent dans la nuit », se forment à 80 km de haut, dans la mésosphère. On les observe principalement en été, lorsque le Soleil se couche. Ce sont en effet des nuages de glace, qui ne se voient pas en pleine journée. Pour devenir visibles, il faut qu’ils puissent réfléchir la lumière émise par le Soleil, par en dessous. Lieu : Pays-Bas. © Hrald, Wikimedia Commons, CC by-sa 3.0
Le brouillard, ce nuage qui touche le sol Le brouillard est un nuage dont la base touche le sol. Pour qu’il se forme, il faut que le taux d’humidité de l’air soit suffisamment élevé, que le vent ne soit ni trop fort ni trop faible et qu’il y ait assez de noyaux de condensation dans l’air. Si toutes ces conditions sont réunies, de très petites gouttelettes d’eau sont maintenues en suspension dans l’atmosphère, ce qui réduit la visibilité au sol. Il existe toutefois plusieurs processus par lesquels la vapeur d'eau se condense au voisinage de la surface terrestre et donc plusieurs types de brouillard. Lieu : Mississippi, États-Unis. © Roger Smith, Flickr, CC by-nc-nd 2.0
Les nuages nacrés, des destructeurs de la couche d'ozone Formés dans la partie supérieure de la stratosphère à des altitudes variant entre 15 et 25 km, les nuages nacrés, ou nuages stratosphériques polaires, tirent leurs noms de leurs irisations qui rappellent celles de la nacre. Ils sont constitués de cristaux de glace et parfois d’acide nitrique, ce qui leur donne une coloration orange. Ces nuages contribuent à l’appauvrissement de l’ozone stratosphérique des pôles : la transformation de dioxyde d'azote en acide nitrique empêche le dioxyde d'azote de piéger le chlore, responsable de la destruction de la couche d’ozone. Lieu : Norvège. © Kjetil Lenes, Wikimedia Commons, CC by-sa 3.0
Le cumulus fractus, sous la base d'autres nuages Situés dans la partie basse de l’atmosphère, les cumulus se distinguent en quatre types. Les cumulus fractus correspondent au premier stade de la formation d’un nuage ou au contraire à la décomposition d’un nuage de plus grande taille. Très légers et dispersés, on les trouve souvent sous la base d’autres nuages plus importants. Lieu : Pennsylvanie, États-Unis. © Nicholas A. Tonelli, Wikimedia Commons, CC by 2.0
Mammas orangés Le mamma, ou mammatus (« mamelle » en latin), désigne un phénomène particulier et rare qui se produit à la base de certains nuages si certaines conditions très particulières sont réunies. Ressemblant à de petites sphères, les mammas se forment lorsque la partie instable d’un nuage survole une couche d’air sec. Les gouttelettes et cristaux de glace contenus dans le nuage descendent alors vers la base tout en s'évaporant. Cependant, certaines régions plus humides et moins froides que les autres continuent de descendre, déstabilisant la base du nuage et créant les mammas. Généralement, leur couleur est la même que celle du nuage qui leur donne naissance, mais ils peuvent aussi prendre une tout autre couleur, ce qui donne au ciel un aspect irréel. © Jürgen Mangelsdorf, Flickr, CC by-nc-nd 2.0
Le nuage orographique, au sommet des montagnes Lorsque l’air rencontre un obstacle, une montagne par exemple, il doit s’élever et voit sa pression se réduire, ce qui provoque un refroidissement de la vapeur d’eau. L’humidité augmente alors et un nuage, appelé nuage orographique, se forme. Lieu : Suisse. © Andrew Bossi, Wikimedia Commons, CC by-sa 2.5
Le nuage en champignon, un type de pyrocumulus Comme leur nom l’indique, les nuages en champignon ressemblent à un champignon. Il s’agit d’un type de pyrocumulus, c’est-à-dire d’un nuage qui se crée au-dessus d’une source de chaleur intense. Ils se forment lorsqu’une grande masse de gaz chaud apparaît subitement au niveau du sol créant une forte instabilité. Le champignon atomique d’Hiroshima est le plus connu, mais d’autres explosions, plus restreintes, peuvent conduire à ce type de phénomène. Lieu : Kansas, États-Unis. © M Stewart, Flickr, CC by-nc-nd 2.0
Le cumulus, un nuage bourgeonnant Avec son aspect bourgeonnant, le cumulus est souvent comparé à un chou-fleur. Ce nuage n’empêche généralement pas le Soleil de briller car il est souvent dispersé dans le ciel. Les parties éclairées par le Soleil sont d’un blanc éclatant mais la base est relativement sombre. © Woody, Flickr, CC by-nc-nd 2.0