Cumulonimbus - Définition et Explications

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Introduction

Le cumulonimbus, de la famille des cumulus, est le nuage qui présente la plus grande extension verticale. Sa base se situe en général de quelques centaines de mètres à 2 000 mètres du sol. Son sommet dépasse parfois la tropopause (La tropopause est la limite supérieure de la troposphère et la limite inférieure de la stratosphère. Elle constitue aussi la limite de la biosphère et est la...); il peut donc culminer à des altitudes allant de 8 000 à 18 000 mètres. En fin d'évolution, sa partie supérieure ressemble à une enclume, et l'on parle alors de cumulonimbus capillatus, par opposition au cumulonimbus calvus (étape de transition entre le cumulus congestus, et le cumulonimbus capillatus). Par extension, l'expression « enclume du Cb » désigne généralement sa partie supérieure qui persiste souvent après la perte d'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) du nuage (Un nuage est une grande quantité de gouttelettes d’eau (ou de cristaux de glace) en suspension dans l’atmosphère. L’aspect d'un nuage dépend de la lumière...). Cette enclume devient alors un cirrus spissatus cumulonimbogenitus (cirrus épais né d'un cumulonimbus). Le cumulonimbus est souvent associé à des phénomènes violents comme les tornades, les rafales descendantes et la grêle (La grêle est un type de précipitation qui se forme dans des orages particulièrement forts lorsque l'air est très humide et que les courants ascendants sont...).

Formation

Photo de cumulonimbus

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 (La verticale est une droite parallèle à la direction de la pesanteur, donnée notamment par le fil à plomb.) dont la partie supérieure est constituée de cristaux de glace (La glace est de l'eau à l'état solide.). Leur formation est favorisée par des conditions chaudes et humides près de la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet...), mais plus froides et sèches en altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et biogéographique qui...).

Les cumulonimbus dits de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation...) d'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de...), typiquement les orages en été de fin d'après-midi et qui sont relativement bénins, se forment suite à la convection (La convection est un mode de transfert d'énergie qui implique un déplacement de matière dans le milieu, par opposition à la conduction thermique ou diffusion de la...) 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 (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) atmosphérique peut déstabiliser davantage l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :), ce qui augmente la probabilité (La probabilité (du latin probabilitas) est une évaluation du caractère probable d'un évènement. En mathématiques, l'étude des...) 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 (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.) 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 (La troposphère est la partie de l'atmosphère terrestre située entre la surface du globe et une altitude d'environ 8 à 15 kilomètres, selon la latitude et la saison. Elle est plus...) 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 (Un orage, de l'ancien français ore qui signifiait vent, est une perturbation atmosphérique d'origine convective associée à un type de nuage particulier : le cumulonimbus. Ce dernier est à...) sévère, la différence entre la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie...) de la masse d'air ascendante et celle de l'air extérieur peut entrainer une propagation du courant ascendant dans la stratosphère (La stratosphère est la seconde couche de l'atmosphère terrestre, se situant au-dessus de la troposphère et sous la mésosphère. Les températures atteintes dans l'atmosphère sont stratifiées, c'est-à-dire que les...), 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 (En aérodynamique, la poussée est la force exercée par le déplacement de l'air brassé par un moteur, dans le sens inverse de l'avancement.) d'Archimède (Archimède de Syracuse (en grec ancien : Ἀρχιμήδης/Arkhimếdês), né à Syracuse vers 287 av. J.-C. et mort à Syracuse en 212 av....) mais être due à un fort différentiel (Un différentiel est un système mécanique qui a pour fonction de distribuer une vitesse de rotation de façon adaptative aux besoins d'un ensemble mécanique.) de pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) 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 (Dans un liquide, les corps sont soumis à la poussée d'Archimède. Les corps ont une flottabilité différente selon leur masse volumique.) négative. Dans ces conditions, les turbulences sont annihilées.

Variétés

Cumulonimbus calvus

Cumulonimbus calvus avec éclairs nuage-nuage

Cumulonimbus calvus est le stage (Un stage est le plus souvent une période de formation, d'apprentissage ou de perfectionnement qui dure quelques jours à plusieurs mois dans un lieu...) du cumulonimbus qui se situe entre le cumulus bourgeonnant et le cumulonimbus capillatus. Il atteint une extension verticale similaire à ce dernier mais n'a pas de sommet fibreux en forme d'enclume, le terme calvus signifiant chauve. Il se caractérise par un aspect de bulles rondes et blanches et un sommet bien défini.

Ce type de cumulonimbus est surtout formé de gouttelettes surfondues et seulement le sommet commence à contenir des cristaux de glace. Il va donner des averses fortes et peut produire de la foudre (La foudre est un phénomène naturel de décharge électrostatique disruptive qui se produit lorsque de l'électricité statique...) nuage-nuage mais généralement pas de grêle. Il peut également produire un front de rafales qui pourra donner un arcus à sa base.

Cumulonimbus capillatus et incus

Cumulonimbus incus

Le cumulonimbus capillatus est le dernier stage de la formation d'un cumulonimbus. Le nuage atteint alors sa plus grande extension verticale car les parcelles d'air humide, montant grâce à l'instabilité de l'air, ont dépassée le niveau d'équilibre et ralentissent leur ascension dans l'inversion de température de la tropopause. Les gouttelettes se transforment en cristaux de glace, selon la disponibilité (La disponibilité d'un équipement ou d'un système est une mesure de performance qu'on obtient en divisant la durée durant laquelle ledit équipement ou...) des noyaux de congélation (On appelle congélation toutes technique visant à faire passer un produit à l'état solide par des techniques de refroidissement forcé. On parle de...), et les vents de très haute altitude peuvent les entraîner loin du courant ascendant pour former un nuage de type cirrus au sommet lui donnant une aspect chevelu (capillatus en latin).

Lorsque ce cirrus forme un nuage plat semblable à une enclume, on parle de cumulonimbus capillatus incus (enclume en latin). Sa base très sombre s'accompagne fréquemment de nuages bas déchiquetés, soudés ou non avec elle que l'on nomme pannus. Dans certains cas, des sommets protubérants en forme de dômes surmontent l'enclume, révélant la très grande intensité du courant ascendant.

Les cumulonimbus capillatus et incus peuvent donner toute la panoplie de phénomènes violents comme pluie (La pluie désigne généralement une précipitation d'eau à l'état liquide tombant de nuages vers le sol. Il s'agit d'un hydrométéore météorologique qui fait partie du cycle de...) torrentielle, grêle, rafale descendante, et même tornade (Une tornade (de l'espagnol tornado, dérivé du verbe tornar, tourner) est un vortex (tourbillon) de vents extrêmement violents, prenant...) surtout s'ils deviennent des supercellulaires.

Cumulonimbus pileus

Cumulonimbus calvus surmonté d'un pileus

Un cumulonimbus pileus est un cumulonimbus surmonté d'un cirrus comme s'il avait un capuchon (pileus est capuchon en latin latin). Ce cirrus n'est pas directement relié au nuage convectif et n'est pas l'enclure du cumulonimbus incus. Il se forme plutôt au-dessus de l'orage à cause du courant ascendant. En effet, le mouvement ascendant interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une durée variable selon le "Diplôme d'études...) induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la transformer en électricité (générateur) ou en force (moteur).) un mouvement vertical (Le vertical (rare), ou style vertical, est un style d’écriture musicale consistant en accords plaqués.) dans toute la colonne d'air et si l'air en haute altitude est près de la saturation, l'humidité (L'humidité est la présence d'eau ou de vapeur d'eau dans l'air ou dans une substance (linge, pain, produit chimique, etc.).) se condensera pour former un cirrus par un effet similaire à l'effet de foehn.

La formation du pileus étant distincte du nuage sousjacent, on peut en retrouver avec des cumulus ou des cumulus bourgeonnants. Leur formation cache souvent le vrai sommet du nuage convectif et peut induire en erreur sur le stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι istêmi, « se tenir droit et ferme ») est un équipement sportif.) auquel il est rendu (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie) d'une scène créée dans un logiciel de modélisation 3D comportant à la fois des objets et des sources de lumière et...). Il indique cependant que le mouvement vertical est important et dans le cas de cumulonimbus peut être indicateur d'orages violents.

Pyrocumulonimbus

Un pyrocumulonimbus (pyroCb) est un cumulonimbus qui se forme au-dessus d'une source d'intense de chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !). Ils ont été découverts lors de feux de forêt (Une forêt ou un massif forestier est une étendue boisée, relativement dense, constituée d'un ou plusieurs peuplements d'arbres et...). Ceux-ci créent des conditions d'instabilité similaires au réchauffement diurne, en plus d’ajouter des particules fines qui peuvent servir à la condensation (La condensation est le nom donné au phénomène physique de changement d'état de la matière qui passe d'un état dilué (gaz) à un état condensé (solide ou...) de la vapeur () d’eau en gouttellettes. La source de chaleur est généralement un feu (Le feu est la production d'une flamme par une réaction chimique exothermique d'oxydation appelée combustion.) intense ou une éruption volcanique, mais il peut être simplement déclenché (Un déclenché (ou tonneau déclenché) est une figure de voltige aérienne.) par la chaleur des rejets d’une cheminée (Une cheminée (lat. caminus) est un conduit vertical aménagé dans un bâtiment, (un véhicule), pour évacuer les gaz et fumées toxiques d'un feu brûlant dans son...) industrielle si l'air est déjà très instable.

Comme les autres types de cumulonimbus, ils peuvent atteindre la tropopause et donner des précipitations, dont de la grêle noircie par la suie, de la foudre, des rafales descendantes et même parfois des tornades. Cependant, ils vont donner en général beaucoup moins de précipitations que les cumulonimbus réguliers malgré leur forte extension verticale. En effet, l'étude par données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) de satellites (Satellite peut faire référence à :) et radars météorologiques a démontré que les gouttes formées dans le nuage sont très petites, même jusqu’au sommet. Ceci est dû au fait que le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de noyaux de condensation fournis par la fumée (La fumée, parfois appelée boucane en Amérique du Nord, est un nuage de particules solides émis par un feu ou un échauffement mécanique. Ces particules sont principalement de...) est très grand et mène à une forte compétition pour la vapeur d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) disponible. La pluie d'un pyrocumulonimbus n'est donc souvent pas suffisante pour éteindre le brasier qui l'a formé et la foudre qu'il génère, à partir de son enclume, peut en allumer d'autres.

Les cumulonimbus peuvent être également la source d'une injection (Le mot injection peut avoir plusieurs significations :) de particules de fumée dans la stratosphère, créant à petite échelle un effet similaire à l’hiver nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) en plus d'affecter la formation de l’ozone stratosphérique.

Le champignon atomique est aussi un type de pyrocumulonimbus. Le largage de la bombe atomique sur Hiroshima se fit par temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) clair. Peu après, le champignon atomique se forma et il commença à tomber de la pluie noire qui était pleine de suie radioactive. Cette pluie tua de nombreuses personnes. Le champignon atomique se développa dans la stratosphère et entraîna de nombreuses particules qui furent restées piégées (voir la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur...) de l'hiver (L'hiver est une des quatre saisons des zones tempérées.) nucléaire). Il n'a pas été fait état de phénomènes électriques ou de chutes de grêle, car il semble que la présence de suie empêcha la formation de grosses gouttes ou de grêlons. Même si le champignon atomique peut être assimilé à un très gros cumulonimbus, il ne peut pas être assimilé à un orage supercellulaire.

Autres attributs

  • Cumulonimbus praepitatio : précipitations sous un cumulonimbus ;
Cumulonimbus et quelques attributs
  • Cumulonimbus virga : virga à la base d'un cumulonimbus ;
  • Cumulonimbus pannus : pannus qui apparaissent au-dessous d'un cumulonimbus ;
  • Cumulonimbus mammatus : mamma à la base ou sur les côtés d'un cumulonimbus ;
  • Cumulonimbus velum : voile de cirrus cachant les côtés d'un cumulonimbus ;
  • Cumulonimbus arcus : arcus à la base d'un cumulonimbus ;
  • Cumulonimbus tuba : entonnoir nuageux sous un cumulonimbus et éventuellement une tornade ;
  • Cumulonimbus tholus (terme non officiel) : sommet protubérant au-dessus de l'enclume.
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