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Nuages

En météorologie, un nuage est une masse visible constituée initialement d'une grande quantité de gouttelettes d’eau (parfois de cristaux de glace associés à des aérosols chimiques ou des minéraux) en suspension dans l’atmosphère au-dessus de la surface d'une planète.

L’aspect d'un nuage dépend de la lumière qu’il reçoit, de la nature, de la dimension, du nombre et de la répartition des particules qui le constituent. Les gouttelettes d’eau d’un nuage proviennent de la condensation de la vapeur d’eau contenue dans l’air. La quantité maximale de vapeur d’eau (gaz invisible) qui peut être contenue dans une masse d'air est fonction de la température : plus l’air est chaud, plus il peut contenir de vapeur d’eau.

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CIRRUS

Le cirrus est un genre de nuage présent dans la couche supérieure de la troposphère (entre 5 000 et 14 000 mètres d'altitude, dépendant de la latitude et de la saison), formé de cristaux de glace. Ces nuages ont l'apparence de filaments blancs et ne causent pas de précipitations. On le compare souvent à des cheveux d'ange. Les cirrus, bien que ténus, ont un effet notable sur le bilan radiatif de la planète, tant à cause de la réflexion de rayonnement solaire vers l'espace (refroidissement) que par leur effet dans le domaine thermique (réchauffement). Les traînées de condensation d'avions ne sont pas des cirrus (genèse différente) mais présentent certains effets similaire, en particulier en ce qui concerne l'albédo, et leur étalement peut mener à leur transformation en cirrus. L'apparition de cirrus résulte de la présence d'une certaine humidité dans les couches supérieures de l'atmosphère. Dans un ciel bleu, il annonce généralement l'arrivée d'un front chaud. En effet, celui-ci cause un soulèvement à grande échelle menant à la congélation de l'humidité en cristaux de glace. Ceux-ci sont petits et clairsemés et ne forment donc que ces nuages très minces et effilochés. Des cirrus peuvent également être générés à partir d'autres nuages, comme la région supérieure, ou enclume, du cumulonimbus.

   

CIRROCUMULUS

Un cirrocumulus est un genre de nuage appartenant à l'étage supérieur et situé à une altitude comprise entre 5000 et 10000 m. Rarement observé, il est en forme de fleur de coton. Il doit apparaître très petit à l'œil (largeur apparente inférieure à 1 degré, c'est-à-dire environ la largeur du petit doigt le bras tendu). Il est formé de cristaux de glace et parfois d'eau surfondue, c'est-à-dire liquide mais à température négative. Il traduit une instabilité dans les hautes couches de la troposphère, pouvant indiquer l'arrivée de front. Il annonce souvent l'arrivée d'un front froid ou d'une ligne de grains préfrontale par flux de sud-ouest. Aucunes précipitations ne lui sont associées.    

   

CIRROSTRATUS

Un cirrostratus est un genre de nuage appartenant à l'étage supérieur et situé à une altitude généralement au-dessus de 5 500 mètres. Il est de même nature que le cirrus mais formant un voile continu translucide couvrant totalement ou partiellement le ciel. Le cirrostratus est souvent accompagné d'un petit halo et plus rarement des phénomènes qui lui sont associés, décrits sur la page halo (phénomène optique). Aucunes précipitations ne lui sont généralement associées. Mais comme le cirrus, il annonce l'arrivée d'une dépression.    

   

ALTOCUMULUS

L'altocumulus est un genre de nuage de l'étage moyen, qui apparaît à une altitude comprise entre 2 000 et 6 000 m. Son épaisseur est comprise entre 300 m (altocumulus stratiformis) et 6 000 m (altocumulus orageux ou altocumulonimbus). L'altocumulus est constitué de gouttelettes d'eau et parfois de cristaux de glace, et constitué de couches ou nappes de nuages blancs ou gris. Il est constitué de lamelles, galets rouleaux avec une largeur apparente comprise entre 1 et 5 degrés. Il peut être formé par l'élévation d'une grande masse d'air puis de condensation dans une atmosphère instable. Il est souvent visible avant un orage. La vitesse verticale des ascendances et descendantes est généralement faible et est de l'ordre de 0,5 m/s et varie généralement entre -2 et +2 m/s. L'altocumulus peut indiquer l'approche d'un front et un changement de temps. Les bancs d'altocumulus classiques s'épaississent souvent pour devenir un nimbostratus.     

   

NIMBOSTRATUS

Un nimbostratus est un genre de nuage stratiforme d'extension verticale importante, produisant des précipitations faibles à modérées mais sur de grandes superficies. Les nimbostratus sont souvent formés de plusieurs couches stratifiées sans forme définie et de couleur gris foncé. La base d'un nimbostratus est en général inférieure à 2 000 m et son sommet peut dépasser les 10 kilomètres. Un nimbostratus est formé de gouttelettes en suspension, parfois surfondues, de gouttes de pluie, de flocons de neige et de cristaux de glace. Il s'étend sur une très grande distance horizontalement et verticalement. Sa grande opacité réduit considérablement le passage de la lumière solaire et l'absence de petites gouttes dans sa partie inférieure donne l'impression qu'il contient une source lumineuse faible. L'ancien nom du nimbostratus est nimbus. Ce nom est tombé en désuétude car la définition du nimbus était ambigüe et pouvait englober d'autres genres de nuages. Le nimbostratus est associé à des chutes continues de pluie, de neige ou de granules de glace qui atteignent dans la plupart des cas la surface terrestre. Sa base, floue à cause des précipitations, est grise et souvent sombre. Elle est fréquemment associée à des nuages bas déchiquetés, des pannus, soudés ou non avec elle. Comme le mouvement vertical qui les crée est graduel, ils ne donnent généralement pas de turbulence importante mais peuvent être associés avec du givrage en altitude et de la pluie verglaçante au sol en saison froide. En effet, la température en altitude peut être au-dessus du point de congélation dans certaines couches alors qu'elle est sous ce point au-dessus et en dessous. La neige qui se forme en altitude se met à fondre dans la couche au-dessus de zéro Celsius puis regèle en dessous de cette couche. Ceci peut causer d'importants problèmes à l'aviation et aux activités humaines en surface. Il arrive aussi parfois que des cumulonimbus dérivent de nimbostratus quand la masse d'air devient localement instable, surtout le long d'un front occlus, avec les dangers associés. Ils se manifestent alors au sol par un redoublement de la pluie et parfois par l'existence de coups de tonnerre.    

   

ALTOSTRATUS

L'altostratus est un genre de nuage de l'étage moyen, situé à une altitude comprise entre 2000 et 5 000 m, pour une épaisseur de 500 jusqu'à 3 000 m. C'est un nuage stratiforme, c'est-à-dire en couche, dont les limites sont difficilement définissables. Il forme une vaste couche grise légèrement striée, qui laisse diffuser la lumière solaire sans ombre apparente au sol, comme au travers d'un verre dépoli. Lorsqu'il est épais, il entraîne parfois des chutes de pluie ou de neige. Il est relatif à un air stable, c'est-à-dire qu'il n'y a pas de mouvements d'air verticaux importants. On l'observe préférentiellement juste avant un front chaud (son arrivée rapide en annonce l'imminence) ou dans les occlusions peu actives de perturbation.    

   

CUMULONIMBUS

Le cumulonimbus est souvent associé à des phénomènes violents comme les fortes averses, la foudre, les tornades, les rafales descendantes et la grêle. Les cumulonimbus sont des nuages d'origine convective, membres de la classe des cumulus. Il s'agit en fait de cumulus de très forte extension verticale dont la partie supérieure est constituée de cristaux de glace. Leur formation est favorisée par des conditions chaudes et humides près de la surface, mais plus froides et sèches en altitude. Les cumulonimbus dits de masse d'air, typiquement les orages en été de fin d'après-midi et qui sont relativement bénins, se forment à la suite de la convection causée par le réchauffement solaire de l'air près du sol, en l'absence de forçages dynamiques. La présence de forçages dus à la dynamique atmosphérique peut déstabiliser davantage l'atmosphère, ce qui augmente la probabilité de formation de cumulonimbus et la sévérité des orages qui en résultent. Ces derniers se développent en général à l'approche d'un front froid ou par soulèvement orographique. La plupart des orages violents sont de ce type. L'apparition de l'enclume est la conséquence de l'étalement du cumulonimbus au niveau de la tropopause (nom donné à la limite entre la troposphère et la stratosphère). Les courants ascendants à l'intérieur du nuage sont stoppés ou ralentis en arrivant dans cette zone de l'atmosphère particulièrement stable, et ils se transforment alors en courants horizontaux. En cas d'orage sévère, la différence entre la température de la masse d'air ascendante et celle de l'air extérieur peut entraîner une propagation du courant ascendant dans la stratosphère, il se forme alors un sommet protubérant appelé en anglais "overshooting dome". Les courants ascendants sous un cumulonimbus peuvent être extrêmement laminaires, étendus et réguliers. En effet, l'ascendance sous le nuage peut ne pas être due à la poussée d'Archimède mais être due à un fort différentiel de pression à l'intérieur du cumulonimbus. L'air est alors aspiré à l'intérieur du nuage à l'instar d'un aspirateur. La masse d'air en ascension est alors plus froide que l'air environnant et a une flottabilité négative. Dans ces conditions, les turbulences sont annihilées. En général, les courants ascendants atteignent leur vitesse maximale à environ 6 km du sol. Les orages supercellulaires ou de derechos peuvent avoir des courants ascendants gigantesques à cette altitude dont la vitesse dépasse les 40 m/s (140 km/h). Une telle vitesse pour un courant ascendant correspond à la vitesse du vent d'un petit ouragan. De plus, le diamètre des colonnes ascendantes est compris en général entre 2 km (orage de masse d'air) et 10 km (orage supercellulaire). L'altitude de la base d'un cumulonimbus est extrêmement variable. Elle peut varier de quelques dizaines de mètres au-dessus du sol à 4 000 m ou plus au-dessus du sol. Dans ce cas, soit les ascendances partent à partir du sol si l'air est très sec (cas typique des déserts) ; soit les ascendances ne proviennent pas du sol dans le cas où des altocumulus castellanus ont dégénéré en cumulonimbus. Dans ce cas, on parle de convection élevée. Le sommet des cumulonimbus se trouve à des hauteurs très variables. Par temps froid, le sommet des cumulonimbus peut se limiter à 6 km de hauteur. Dans les régions tropicales, la hauteur caractéristique des cumulonimbus est de 15 km. Dans les cas extrêmes, les cumulonimbus peuvent monter à 18 km ou plus.    

   

STRATOCUMULUS

Le stratocumulus est un genre de nuage appartenant à l'étage inférieur et situé à une altitude comprise entre 500 et 2 500 m. Son épaisseur est de 600 m. Il est d'origine convective, mais son extension verticale est immédiatement limitée par la stabilité de la couche supérieure. Visuellement, ce sont de larges masses sombres et arrondies, habituellement en groupe, lignes ou vagues. Pris isolément, ces nuages sont plus gros que ceux du type altocumulus et l'ensemble se situe à plus basse altitude (habituellement en dessous de 2 000 mètres). Même s'il peut sembler être menaçant, ce nuage donne rarement des précipitations. Quand celles-ci surviennent, elles sont sous forme de faible pluie ou de bruine au-dessus du point de congélation, ou sous forme de neige ou de neige roulée quand elle est inférieure. Toutefois, on remarquera que contrairement à Météo-France, l'Atlas international des nuages dit explicitement que la bruine ne peut provenir que de stratus. Il semble toutefois plausible que les stratocumulus maritimes puissent produire de la bruine vu leur faible épaisseur.    

   

CUMULUS

En météorologie, un cumulus (en latin, amas) est un nuage. Il appartient à l'étage inférieur (base 2 km d'altitude) mais peut s'élever jusqu'à l'étage moyen et atteindre ainsi plusieurs kilomètres d'épaisseur. Si les conditions sont instables il peut, par la suite, se transformer en cumulus congestus qui a la forme d'une tour, puis en cumulonimbus, la transition se faisant lorsque son sommet évolue en bourgeonnements aplatis devenant indistincts. Le cumulus est le nuage qui a la forme la plus caractéristique et reconnaissable. Son aspect bourgeonnant le fait, en effet, ressembler à un chou-fleur. On évoque parfois le terme poétique de "moutons nuageux". Le cumulus est le siège d'un mouvement de convection, similaire à celui qui a lieu dans une casserole d'eau bouillante, constitué d'une colonne d'air ascendant (au cœur du nuage) et de mouvements d'air descendant (à sa périphérie). Celle-ci se produit quand l'air est plus chaud et humide à bas niveau qu'en altitude; et que la variation avec l'altitude est plus grande que le gradient thermique adiabatique instable. L'air de bas niveau est alors moins dense que celui en altitude et un mouvement vertical se produit par la poussée d'Archimède. Ce dernier sera compensé par un mouvement inverse à l'extérieur du nuage. En s'élevant, l'air subit une détente adiabatique, ce qui diminue sa température et augmente donc l’humidité relative. Lorsque l'air devient saturé, la vapeur d'eau se condense. Au fur et à mesure que le nuage se charge en eau, le cumulus s'étire en hauteur et forme une tour appelée congestus. Des cumulus peuvent se former dans de nombreux types de situation, mais le cas le plus favorable à leur observation est la situation de traîne après le passage d'une perturbation atmosphérique. Alors que le front froid s'éloigne, le Soleil redevient visible et réchauffe le sol. Par conséquent les basses couches de l'atmosphère se réchauffent par conduction thermique, rendant l'atmosphère instable. Des cumulus isolés bourgeonnent alors ici et là. Dans ces conditions, on dit qu'on a affaire à un "ciel de traîne".   

   

STRATUS

Un stratus est un genre de nuage bas dont la base se trouve à des altitudes inférieures à quelques centaines de mètres. Lorsque cette base touche le sol, cela correspond à du brouillard. Le stratus a généralement un aspect assez uniforme, mais est parfois constitué d'éléments séparés ayant un aspect déchiqueté. Le stratus s'accompagne souvent d'une atmosphère brumeuse, et a une couleur grisâtre caractéristique. On utilise parfois le terme générique « grisaille », qui englobe à la fois les brouillards, les brumes, et les nuages très bas (stratus, voir stratocumulus). Le stratus (avec le brouillard) est le seul nuage susceptible de donner de la bruine (précipitation de très fines gouttelettes d'eau, également appelée crachin), ou lorsque la température est sous 0 degré Celsius, de la neige en grain (très fines particules de glace de diamètre inférieur à un millimètre). Les stratus apparaissent lorsque les très basses couches de l'atmosphère sont très humides. Les causes de formation des stratus sont les mêmes que dans le cas de la formation du brouillard (refroidissement nocturne, apport d'air humide en provenance d'un lac, d'une mer ou d'un océan, évaporation au-dessus d'une étendue d'eau ou après de fortes pluies). Les stratus peuvent également résulter de l'évolution des brouillards (dont la base s'élève grâce au réchauffement du sol après le lever du soleil), ou plus rarement de l'évolution de stratocumulus (par abaissement ou uniformisation de la base). Lorsqu'ils sont peu épais, les stratus qui se sont formés dans la nuit deviennent stratus fractus et se dissipent rapidement en début de journée. Mais lorsqu'ils sont plus épais, par exemple en conditions anticycloniques l'hiver, il se peut que le Soleil ne parvienne pas à percer, et les nuages bas, parfois même le brouillard, persistent toute la journée. Même si le temps reste gris, le maigre réchauffement du sol en journée est parfois suffisant pour réchauffer, et donc assécher un peu les plus basses couches de l'atmosphère. Le stratus se transforme alors progressivement en stratocumulus.