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L'air chaud contient de la vapeur d'eau. Comme il
est plus léger que l'air froid il s'élève en altitude. Du même coup,
sa pression diminue et il se refroidit. Ce refroidissement provoque
la condensation de la vapeur d'eau en fines gouttelettes minuscules
autour de fines particules de poussière (sels, embruns, etc.) Ces
gouttelettes s'agglomèrent ensuite entre elles... et grossissent. Il
faut environ un million de ces gouttelettes minuscules pour
fabriquer une goutte de pluie.
La taille et la forme d'un nuage dépendent de la
force et du degré d'humidité du courant ascendant (ou courant
thermique). Ce sont eux qui donnent naissance aux nuages de
"convection". Par exemple, un courant ascendant suffisamment humide
qui atteint 8 km d'altitude donne naissance à un cumulus.
Comment sont formés les nuages de convection ?
L'air proche du sol est chauffé par le soleil et
il se dilate, s'allège et s'élève. La bulle d'air chaud monte alors,
entraînant avec elle l'humidité du sol. Plus l'air s'élève, plus il
se refroidit. À un certain moment, la température atteinte ne permet
plus à l'humidité de rester sous forme de vapeur invisible (c'est la
température du point de rosée). L'humidité se condense alors en
gouttelettes d'eau ou en cristaux de glace pour former le nuage. La
base du cumulonimbus paraît plate; c'est à ce niveau (celui du point
de rosée) que le nuage commence à se former.
Types de précipitations
Toute précipitation nécessite la condensation de la vapeur
d'eau. Mais lorsque les gouttelettes d'eau des nuages ont assez
grandi, elles deviennent trop lourdes pour être supportées dans le
nuage; elles se mettent donc à chuter vers la terre. Trois éléments
déterminent la forme finale sous laquelle elle se présente: ce sont
les courants aériens, la température et l'humidité.
Il y a deux types de précipitations:
-
précipitation stratiforme: qui couvre une grande étendue,
qui dure longtemps mais de faible intensité, qui se produit dans
les zones de basse pression et les creux et qui est associée à
des nuages de types "stratus";
-
précipitation convective: qui couvre des petites surfaces,
qui ne dure pas mais qui est intense, qui est très localisée et
produite par l'instabilité convective de l'air, et enfin qui est
associée à des nuages de types "cumulus".
Les précipitations peuvent tomber sous trois formes:
-
Précipitation liquide: pluie et bruine
-
Précipitation verglaçante: pluie verglaçante et bruine
verglaçante
-
Précipitation solide: neige, neige roulée, neige en grains,
cristaux de glace, grésil et grêle.
Formation de la pluie; pourquoi tombe-t-elle?
Les fines gouttelettes d'eau qui se condensent
sur les particules de poussière pour créer un nuage sont séparées
par des distances relativement grandes, si on compare ces distances
à la taille de gouttelettes. Étant donné qu'il en existe des
milliards, on a l'impression que le nuage forme une masse compacte.
Plus les nuages montent vers des couches d'air
plus froid, plus les gouttelettes grossissent et se rapprochent les
unes des autres. (On parle ici de gouttelettes, mais on doit noter
qu'il est fort possible que ce soient des cristaux. De toute façon,
la technique est la même). Quand la taille de la gouttelette atteint
la grosseur d'un point de ponctuation (bruine), elle ne peut plus
flotter et elle commence à descendre lentement, de l'intérieur du
nuage vers sa base. Lorsque la taille de la gouttelette de bruine
dépasse quelque peu la grosseur d'un point, elle se met à tomber
plus vite. En d'autres mots, le poids des gouttelettes entraîne leur
chute. La température de la couche d'air à travers laquelle passent
les gouttelettes étant supérieure à 0 degré et la température du sol
étant aussi au-dessus de 0, alors c'est sous forme de pluie que ces
gouttelettes se rendent au sol.
S'il n'y a pas de vent et si la turbulence est
négligeable à l'intérieur du nuage, la gouttelette conservera sa
taille et atteindra le sol sous forme de faible pluie. Comme les
nuages se trouvent à une altitude où la température est basse, il
arrive souvent que les gouttelettes soient congelées dans le nuage
et qu'elles fondent pendant leur chute vers le sol. Si, par contre,
il y a de forts courants descendants présents dans le nuage, on
assiste à une forte averse de pluie en rafales qu'on appelle aussi
"grain". (Une averse de 10 mm équivaut à 10 litres d'eau / m
carrés.)
Si la taille d'une goutte de pluie est supérieure
à celle d'un pois vert, elle sera brisée par la friction de l'air
dans sa chute vers le sol. La vitesse maximale qu'une goutte de
pluie peut atteindre en tombant est de 30 km/h. C'est également la
friction de l'air qui empêche la goutte de tomber encore plus vite.
Remarque: Quand on dessine des gouttes de
pluie, on leur prête souvent l'aspect des larmes; en fait, on
devrait plutôt les dessiner comme un pain à hamburger avec le côté
plat vers le bas.
Que devient la pluie? Soit qu'elle reste là où
elle tombe et s'évapore, soit qu'elle pénètre le sol ou soit qu'elle
coule de cours d'eau en cours d'eau jusqu'à la mer. À la mer, l'eau
s'évapore et forme des nuages qui tombent sous forme de pluie. C'est
le "cycle de l'eau".
Quelle est la différence entre la bruine et la
pluie?
La première se qualifie à l'aide de la visibilité et les gouttes ont
un diamètre de moins de 0,02 pouce et elles tombent collées
ensemble.
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Une faible bruine signifie que la visibilité
est de plus d'1/2 mille.
-
La bruine modérée signifie que la visibilité
est d'1/4 de mille à 1/2 mille.
-
La bruine forte indique une visibilité de
moins d'1/4 de mille.
La seconde s'exprime en terme de quantité et les
gouttes doivent avoir un diamètre de plus de 0,02 ou si elles sont
plus petites, elles doivent tomber largement séparées.
-
Une faible pluie signifie qu'il tombera 0,1
pouce et moins, en une heure.
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La pluie modérée totalise entre 0,11 et 0,30
pouce à l'heure.
-
La pluie forte indique accumule plus de 0,30
pouce à l'heure.
Formation de la grêle
A l'intérieur d'un cumulonimbus (nuage d'orage),
de rapides courants ascendants et descendants déplacent de petits
cristaux de glace verticalement dans un mouvement de va-et-vient. À
chaque fois que le cristal rencontre des gouttelettes d'eau,
celles-ci se congèlent et le cristal grossit en couches successives.
Au sommet du nuage, là où il fait le plus froid,
c'est une couche de glace opaque qui s'agglomère très vite au petit
grêlon. Ensuite le grêlon est poussé vers le bas du nuage (dans
l'air chaud) où il fond un peu. Puis, il est repoussé vers le haut
et la couche regèle lentement en laissant l'air s'échapper, ce qui
lui donne un aspect transparent. La bille de glace finit par tomber
à cause de son poids trop élevé. (La taille varie de celle d'un pois
à celle d'une balle de baseball.)
La structure en "pelure d'oignon" d'un grêlon
indique le nombre d'aller-retour au sein du nuage avant qu'il ne
touche le sol. En général, la grêle atteint le sol à 160 km/h
causant souvent de sérieux dommages puisque le grain de grêle est
vraiment un glaçon départ et d'autre contrairement au grésil.
Formation du grésil
Le grésil se produit plus souvent l'hiver. La
gouttelette qui part du nuage traverse une couche dans laquelle la
température est supérieure à 0; elle est donc liquide. Cependant, si
par la suite, elle rencontre une couche dont la température est
inférieure à 0 avant d'arriver au sol, elle a donc le temps de
geler. Le grain de grésil a plus souvent qu'autrement, un noyau
liquide; seule son enveloppe est gelée. Le grésil est menaçant par
le fait que lorsqu'il éclate en touchant le sol, l'enveloppe durcie
se désagrège et le centre liquide s'en échappe et devient alors
verglaçant, puisque le sol est sous 0.
Formation de la pluie verglaçante
La pluie (ou la bruine) peut parfois devenir
verglaçante si, lors de leur chute dans l'atmosphère, les
gouttelettes traversent une couche d'air où la température est
supérieure à 0 et qu'en plus, elles arrivent sur un sol dont la
température est sous le point de congélation. À ce moment, la pluie
ou même quelquefois, de la neige à moitié fondue, gèle au contact du
sol ou des objets. La pluie, en gelant, forme une pellicule de glace
transparente et cassante, alors que la neige molle forme en gelant
de petites pastilles molles et laiteuses. |
