Nuage - Définition

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Introduction

Stratocumulus perlucidus, vu d'une fenêtre d'avion.

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 (Un nuage est une grande quantité de gouttelettes d’eau (ou de cristaux de glace) en...) dépend de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) qu’il reçoit, de la nature, de la dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une...), du nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) et de la répartition des particules qui le constituent. Les gouttelettes d’eau d’un nuage proviennent de la condensation (La condensation est le nom donné au phénomène physique de changement d'état de...) de la vapeur () d’eau contenue dans l’air. La quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) maximale de vapeur d’eau (gaz invisible) qui peut être contenue dans une masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) d'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...) est fonction de la température : plus l’air est chaud, plus il peut contenir de vapeur d’eau (Voir Pression de vapeur saturante (La pression de vapeur saturante ou tension de vapeur est la pression à laquelle la phase...) et Formule de Clapeyron).

On parle aussi de nuages de fumées et de nuages de poussière, par analogie avec les formes que prennent les nuages atmosphériques (amas, filaments, volutes). Toujours par analogie, on parle de nuages de sauterelles (déplacement de grands nombres de criquets) et de nuages de points (regroupement de points sur des diagrammes mathématiques).

Formation des nuages

Un nuage en formation.
Épaisseurs des nuages en avril 2001

La formation de nuages résulte du refroidissement d’un volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...) d’air jusqu’à la condensation d’une partie de sa vapeur d’eau. Si le processus de refroidissement se produit au sol (par contact avec une surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) froide, par exemple), on assiste à la formation de brouillard (Le brouillard est le phénomène météorologique constitué d’un amas...). Dans l’atmosphère libre, le refroidissement se produit généralement par soulèvement, en vertu du comportement des gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) parfaits dans une atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) hydrostatique, selon lequel un gaz se refroidit spontanément lorsque la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) baisse. Inversement, la dissipation des nuages se produit lorsqu’un réchauffement permet aux gouttelettes ou aux cristaux de glace (La glace est de l'eau à l'état solide.) de s’évaporer. Les nuages peuvent aussi perdre une partie de leur masse sous forme de précipitations, par exemple sous forme de pluie (La pluie désigne généralement une précipitation d'eau à l'état...), grêle (La grêle est un type de précipitation qui se forme dans des orages particulièrement...) ou neige (La neige est une forme de précipitation, constituée de glace cristallisée et...).

La condensation de la vapeur d’eau, en eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...) ou en glace, se produit initialement autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de certains types de micro-particules de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) solide (aérosols), qu’on appelle des noyaux de condensation ou de congélation (On appelle congélation toutes technique visant à faire passer un produit à...). La congélation spontanée de l’eau liquide en glace, dans une atmosphère très pure, ne se produit pas au-dessus de -40 °C. Entre 0 et -40 °C, les gouttes d’eau restent dans un état métastable (surfusion), qui cesse dès qu’elles rentrent en contact avec un noyau de condensation (poussière, cristal de glace (Un cristal de glace est la cristallisation de la vapeur d'eau contenue dans l'air sans passer par...), obstacle). Lorsque ce phénomène se produit au sol, on assiste à des brouillards givrants.

Juste après la condensation ou la congélation, les particules sont encore très petites. Pour des particules de cette taille, les collisions et l’agrégation ne peuvent pas être les facteurs principaux de croissance. Il se produit plutôt un phénomène connu sous le nom de « effet Bergeron ». Ce mécanisme repose sur le fait que la pression partielle de saturation de la glace est inférieure à celle de l’eau liquide. Ceci signifie que, dans un milieu où coexistent des cristaux de glace et des gouttelettes d’eau surfondue, la vapeur d’eau ambiante se condensera en glace sur les cristaux de glace déjà existants, et que les gouttelettes d’eau s’évaporeront d’autant. On voit ainsi que le soulèvement est doublement important dans la formation de nuages et de précipitation : en premier lieu comme mécanisme de refroidissement, et ensuite comme porteur de gouttelettes d’eau liquide jusqu’au niveau où elles deviennent surfondues.

Le soulèvement peut être dû à la convection (La convection est un mode de transfert d'énergie qui implique un déplacement de...), à la présence de terrains montagneux faisant obstacle à l’écoulement de l’air ou à des facteurs de la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il...) atmosphérique, comme les ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible...) baroclines (aussi appelées « ondes frontales »).

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