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Les différentes formations nuageuses

Dossier - Nuages en tout genre, comment les différencier ?
DossierClassé sous :climatologie , météorologie , cumulus

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Avoir la tête dans les nuages, quelle belle expression... grâce à ce dossier vous pourrez apprendre à les identifier, selon leur forme, leur hauteur, et admirez encore plus leurs couleurs qui sont pour certains annonciateurs de beau temps.

  
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1 - Les nuages de convection

Le rayonnement solaire diurne entraîne un réchauffement progressif des couches d'air en contact avec le sol. Ce réchauffement se propage dans les basses couches de l'atmosphère dont la courbe d'état se modifie peu à peu en demeurant sensiblement parallèle aux adiabatiques sèches du fait de la turbulence. Toutefois, les couches d'air directement en contact avec le sol ont un gradient superadiabatique (leur courbe est inclinée vers la gauche des adiabatiques sèches), elles sont donc en instabilité absolue.

Lorsque des particules d'air présentent une instabilité absolue, la moindre impulsion initiale suffit à déclencher un mouvement ascendant et la formation d'un nuage dont la base est située au niveau de condensation. L'extension verticale d'un tel nuage dépend du caractère de stabilité de la masse d'air; le sommet du nuage se situe au niveau de l'intersection de la courbe d'état et de la pseudo-adiabatique saturée correspondant aux particules ascendantes. Crédits Document P.P.Feyte.

2 - Les nuages formés par turbulence

La turbulence peut être définie comme le résultat de tourbillons à axes horizontaux. Une turbulence plus ou moins régulière peut se rencontrer à n'importe quelle altitude tant en atmosphère claire que dans les nuages. Elle est cependant une des caractéristiques des basses couches où elle est toujours présente pour peu que le vent au sol ne soit pas nul.

La turbulence provoque un mélange des couches d'air, distribue plus ou moins régulièrement la vapeur d'eau et apporte des changements adiabatiques dans les courants ascendants et descendants qu'elle provoque. Il est clair que, chaque fois que l'humidité est suffisante, les mouvements ascendants dus à la turbulence peuvent provoquer la saturation et la formation de nuages.

L'effet Kelvin-Helmholt-Wellen, KHW en abrégé, participe à la création des nuages formés par turbulence, y compris en ciel clair. Un banc d'altostratus. Crédits Christian Barthlott/Wolkenatlas, et Brooks Martner/NOAA Wave Propagation Lab

Selon l'altitude de la couche turbulente, les nuages formés seront de l'un des types suivants : stratus, stratocumulus, altocumulus ou cirrocumulus. Certains cas de stratocumulus élevés et d'altocumulus s'expliquent par une couche turbulente due à un changement rapide de vent (en direction et/ou vitesse) avec l'altitude, c'est l'effet Kelvin-Helmholt-Wellen.

L'effet Kelvin-Helmholt-Wellen, KHW en abrégé, participe à la création des nuages formés par turbulence, y compris en ciel clair. Un banc de stratus. Crédits Christian Barthlott/Wolkenatlas, et Brooks Martner/NOAA Wave Propagation Lab

Les nuages bas qui se forment brusquement au lever du Soleil sont dus à une augmentation de la turbulence provoquée par le rayonnement solaire. Ces nuages disparaîtront plus ou moins rapidement en fonction de l'augmentation plus ou moins rapide de la température. Ils se transformeront généralement en stratocumulus et en cumulus. Cependant, il est possible que dans certaines conditions il n'existe plus aucun nuage après leur disparition.

3 - Les nuages nacrés et mésosphériques

Nous quittons à présent la troposphère pour nous élever dans la stratosphère. Vers 25 km d'altitude, il existe encore suffisamment d'air et d'humidité pour y trouver des particules de glace et d'eau surfondue qui se forment par condensation.

Le milieu est stratifié en raison de contraintes thermodynamiques dont la tropopause est le plus bel exemple. En effet, cette barrière empêche les échanges d'eau et de chaleur dans le plan vertical et isole les nuages troposphériques de ceux que l'on rencontre dans la stratosphère et la mésosphère.

Des éléments de la troposphère atteignent malgré tout la stratosphère suite à des éruptions volcaniques ou, comme ce fut le cas jadis, en raison des essais nucléaires en atmosphère libre dont la canopée des nuages atomiques des bombes les plus puissantes parvenait sans difficulté jusqu'à la tropopause.

Des nuages nacrés observés à 25 km d'altitude en Finlande. Crédits Documents Tom Eklund et OMA.

Aux latitudes polaires (Scandinavie), on peut régulièrement observer des nuages nacrés (noctilucent en anglais). Ils ressemblent à nos cirrus ou altocumulus lenticulaires mais sont irisés, phénomène à l'origine de leur nom. Ces irisations apparaissent durant le crépuscule, lorsque le Soleil est passé sous l'horizon, raison pour laquelle on ne peut les photographier qu'après le coucher du Soleil.

Malgré la stabilité de l'air à ce niveau de l'atmosphère, certains nuages nacrés présentent occasionnellement des turbulences verticales à l'image des nuages orographiques.

Des nuages nacrés mésosphériques observés vers 80 km d'altitude près du pôle. Crédits Documents Tom Eklund et OMA.

Enfin, un phénomène similaire mais beaucoup plus rare se manifeste dans la mésosphère, vers 85 km d'altitude, à hauteur de la mésopause. A cette altitude, le contenu en eau de l'atmosphère est si pauvre que les nuages nacrés ne peuvent pas se former par condensation. Le processus tient essentiellement à la présence de poussières qui sert de noyau de condensation aux particules de glace.

A cette altitude, la forme des nuages nacrés ne varie pas foncièrement par rapport à ceux de la stratosphère et les bancs sont tout aussi vastes. Ils peuvent présenter des couleurs allant du blanc-gris à l'argenté et deviennent bleus après le coucher du soleil. Ils présentent leur brillance maximale à la fin du crépuscule astronomique (lorsque le Soleil est >18° sous l'horizon, environ 2 heures après le coucher du Soleil) du fait de la lumière rasante, pour décliner ensuite en raison de l'obscurité.

Un altocumulus iridescent, ce phénomène n'est pas lié aux nuages nacrés car ils sont associés à des phénomènes troposphériques - Crédits Thierry Lombry

Notons que ce phénomène n'a rien à voir avec les irisations ordinaires que l'on observe dans les altocumulus ou les différentes variétés de cirrus, les arcs circumzénitaux ou encore le phénomène de couronne associé aux cirrostratus.