Pyrocumulus - Définition

Introduction

Un pyrocumulus, est un nuage de la famille des cumulus qui se forment au-dessus d’une source de chaleur intense. Il se forme en général lors de feux de forêts ou d’éruptions volcaniques mais peut également se développer au-dessus de cheminées industrielles ou autres sources de chaleur et de particules fines. La dynamique de formation n’est pas différente des autres nuages convectifs, la source de chaleur servant à déstabiliser l’atmosphère.

Selon les conditions de stabilité et d’humidité disponibles, on peut retrouver des pyrocumulus humilis, mediocris, congestus ou même des pyrocumulonimbus. Finalement, le champignon associé avec la détonation d’une arme nucléaire est un type de pyrocumulus, le pyrocumulonimbus.

Formation

Le pyrocumulus, comme tout cumulus, est le formé dans un mouvement de convection lorsque l’air de bas niveau est plus chaud et humide que celui en altitude. La densité des parcelles d’air de bas niveau est ainsi plus faible que celle en altitude et la poussée d’Archimède dans la colonne d'air donne un mouvement ascendant. En s'élevant, l'air subit une détente adiabatique, ce qui refroidit sa température et augmente l’humidité relative. Quand l’air devient saturé, la vapeur d'eau se condense en gouttellettes de nuages.

La présence d’humidité est nécessaire à leur formation car la chaleur ne fait que créer les conditions d’instabilité. Celle-ci est fournie par la masse d’air et peut être augmentée par l’évapotranspiration des plantes environnantes. Un courant-jet de bas niveau ou tout autre élément de convergence des vents peut accentuer les effets.

Dans le cas du pyrocumulus, la source de chaleur n’est pas le réchauffement par le soleil mais une autre source intense. Les feux de forêts ou les éruptions volcaniques sont les sources les plus communes car ils produisent une importante quantité de chaleur. Ils requiert également moins d’humidité pour former les nuages en permettant de soulever plus haut les parcelles d'air pour atteindre la saturation. Cependant, des activités industrielles relâchant de la chaleur, comme une cheminée d’usine, peuvent être le déclencheur si l'air est déjà assez instable.

Une des caractérisques supplémentaire de ce nuage est le fait que la source de chaleur est également une source de particules fines hydrophiles. En effet, la vapeur d’eau a besoin d’un noyau pour former des gouttellettes lors de la saturation. La fumée des feux de forêt ou les cendres volcaniques ajoutent un très grand nombre de ces particules à celles déjà présente dans l’air et donc augmentent la probabilité de formation de nuages.

Effets

Les pyrocumulus humilis et mediocris ont peu d’effets autres que de couper le rayonnement solaire. Ceci peut atténuer le réchauffement local et aider à combattre un feu de forêt mais en créant une zone nuageuse à côté d’une autre ensoleillée, il pourront créer un régime de brise qui augmentera les vents à cet endroit et aura l'effet inverse.

Les pyrocumulus congestus peuvent donner de la pluie et les pyrocumulonimbus peuvent atteindre la tropopause et donner en plus de la pluie, 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 congestus et cumulonimbus réguliers malgré leur forte extension verticale. En effet, l'étude par données de satellites et radars météorologiques a démontré que les gouttes formées dans ces nuages sont très petites, même jusqu’au sommet. Ceci est dû au fait que le nombre de noyaux de condensation fournis par la fumée est très grand et mène une forte compétition pour la vapeur d'eau disponible. Leur pluie n'est donc souvent pas suffisante pour éteindre le brasier qui l'a formé et dans le cas du pyrocumulonimbus, la foudre qu'il génère, à partir de son enclume, peut en allumer d'autres.

Les pyrocumulonimbus peuvent être également la source d'une injection de particules de fumée dans la stratosphère, créant à petite échelle un effet similaire à l’hiver nucléaire en plus d'affecter la formation de l’ozone stratosphérique.

Finalement, les pyrocumulus associés avec les éruptions volcaniques peuvent produire de la foudre. La cause de ce phénomène est reliée aux mouvements verticaux importants et à la nature électrique des particules de cendre. En effet, ces cendres peuvent être chargées électriquement et leur déplacement vers le sommet du nuage crée une différence de potentiel. C'est une effet similaire au transport des charges par les cristaux de glace dans un cumulonimbus.