Comment se fabrique un nuage ?

La vapeur d'eau est un gaz invisible qui se trouve à des concentrations variées presque partout dans l'atmosphère. La capacité de l'air à transporter de la vapeur d'eau dépend de sa température. Plus il est froid, moins il peut en contenir. Au-delà d'une certaine quantité, il atteint un point de saturation. L'eau passe alors de sa phase gazeuse à sa phase liquide oiu solide. Le plus souvent, le refroidissement se produit quand l'air chaud monte dans le ciel, par exemple quand il s'élève au-dessus d'une masse d'air froid sur un front, ou quand des bulles d'air s'élèvent au-dessus d'un sol chauffé par le soleil. L'eau liquide produite par le refroidissement se condense en minuscules gouttelettes sur les surfaces : c'est par exemple la buée que l'on voit sur les verres d'eau glacée. Dans l'atmosphère, ce processus de condensation se produit sur des particules, des aérosols, qui proviennent de sources variées. Il peut par exemple s'agir de cristaux de sel libérés par les embruns ou de particules polluantes. Toutes les gouttelettes des nuages se forment autour de ces noyaux, puis grossissent par condensation (ou par dépôt dans le cas de la glace) pour atteindre une taille d'environ 1 à 10 micromètres. Ces gouttelettes sont si légères que la vitesse de leur chute est négligeable, elles restent donc en suspension même si le nuage qu'elles composent pèse plusieurs tonnes.

Dans l'atmosphère, les nuages se forment donc par refroidissement d'une masse d'air humide. Ce refroidissement est provoqué soit parcontact avec une surface plus froide, soit – le plus souvent – parsoulèvement dans l'atmosphère.En prenant de l'altitude, une masse d'air voit en effet sa pression diminuer, ce qui la refroidit (la compression d'un gaz le réchauffe, la détente le refroidit).

Principaux mécanismes

Voici les principaux mécanismes de refroidissement à l'origine de la formation des nuages.

• La convection: l'air présent au voisinage d'un sol chaud se réchauffe à son contact et se dilate. Plus léger, il monte dans l'atmosphère avant de se refroidir en altitude pour former des nuages. Ces nuages de convection, apparaissent d'autant plus facilement qu'il y a de l'air froid en altitude (masse d'air instable). Leur base est horizontale, l'altitude et la forme de leur sommet évoluent en fonction de la température. Ils sont fréquents l'été sur terre, l'hiver au-dessus de la mer.

• Le soulèvement orographique: lorsqu'une masse d'air est poussée par le vent vers un relief, elle est contrainte de s'élever le long de la pente. En prenant de l'altitude, sa température s'abaisse et peut atteindre le seuil de saturation, c'est-à-dire qu'une partie de l'eau gazeuse qu'elle contient va se condenser. Un nuage se forme alors sur le versant « au vent » et se dissipe sur le versant « sous le vent ».

Derrière la montagne, l'air se réchauffe en descendant. Si le nuage a perdu une partie de son humidité sous forme de précipitations, l'air se réchauffe plus en descendant qu'il ne s'est refroidi en montant. À altitude égale, il sera plus chaud sous le vent de la montagne qu'au vent. C'estl'effet de Foehn.

• Le soulèvement frontal: des nuages peuvent aussi se former au niveau d'un front, c'est-à-dire à l'interface entre deux masses d'air de températures différentes. Dans une perturbation en mouvement, l'air chaud du secteur chaud se soulève au-dessus de la masse d'air froid antérieur (front chaud) et est rejeté en altitude par la progression plus rapide de l'air froid postérieur (front froid). Cet air chaud se refroidit en altitude et donne naissance à des nuages le long des fronts.

• Le refroidissement par la base: ce mécanisme conduit à la formation de nuages bas oubrouillardlorsque une masse d'air doux circule au-dessus d'une surface plus froide. Ce mécanisme est fréquent sur terre l'hiver à l'approche d'une masse d'air doux et humide venant de l'Atlantique. On l'observe l'été en mer lorsque de l'air relativement doux arrive sur des eaux froides.