Nuages et particules

Les nuages couvrent en moyenne environ 60% de la surface terrestre.  Ils sont utiles lorsqu'ils nous apportent de la pluie.  Mais 90% des nuages disparaissent spontanément sans avoir jamais généré de précipitations.  Les nuages jouent un rôle très important dans le bilan énergétique de la Terre. Ils peuvent refléter une partie du rayonnement solaire, ce qui empêche sa chaleur d'arriver jusqu'à la surface terrestre.  Mais ils peuvent également absorber le rayonnement thermique provenant de la Terre et maintenir ainsi un air plus chaud. Dans ce cas, ils se comportent alors comme un gaz à effet de serre.

Types de nuages et formation

Hormis les nuages glacés stratosphériques, qui sont rarement observés et habituellement uniquement dans les régions polaires, tous les nuages se forment dans la troposphère, entre la surface de la Terre et 15 kilomètres d'altitude. Les nuages portent des noms latins qui sont fonction leur forme et de leur altitude.  Certains types de nuage sont souvent synonymes de pluie, tandis que certains autres, comme les nuages les plus élevés, ne donnent quasiment jamais de pluie.

Les nuages se composent des gouttelettes d'eau liquide, ou bien de toutes petites particules de glace, si la température de l'air autour d'elles est inférieure à 0°C. Les gouttelettes se forment pendant un processus appelé condensation, qui a lieu si la concentration des molécules d'eau, qui sont dans le ciel sous forme de vapeur d'eau, devient trop élevée. On dit alors que l'air est saturé en eau et qu'il ne peut plus contenir davantage d'humidité.

Particules / Aérosols

Toutes les particules liquides ou solides dans l'air, qui ne sont pas de l'eau s'appellent en langage scientifique des aérosols. 
Ces aérosols peuvent se composer de poussière qui a été soulevée de la terre.  Pensez par exemple aux tempêtes de sable au Sahara. Les petites particules peuvent aussi formées dans nos villes, comme par exemple la suie issue des usines ou des voitures. Les particules dans l'atmosphère très pure au-dessus des océans peuvent se composer de sel de mer. L'écume des  vagues s'évapore dans l'air et les particules de sel qui se trouvaient dans les gouttes flottent alors dans l'air, ce sont des aérosols. Tous les gens qui sont allés au bord de l'océan ont déjà expérimenté cet effet, en pouvant sentir le goût de la mer sur les lèvres bien avant d'atteindre le rivage.

Les spores de champignons, les bactéries, le pollen, les produits de dégradation biologique... tout cela peut s'appeler aérosols, et certaines de ces particules peuvent mesurer 100µm ou même plus. A l'inverse, certains aérosols peuvent également se composer de quelques molécules agglomérées. Aujourd'hui les techniques de mesure modernes permettent de détecter des particules plus petites que 3 nm (c.-à-d. trois millionièmes d'un millimètre). Ce type d'aérosols sont typiquement des particules d'acide sulfurique ou des petits aérosols organiques, issus directement d'une réaction chimique ayant lieu dans l'air. Comme tous les autres composants de l'atmosphère, les aérosols y sont non seulement formés, mais peuvent également y être éliminés.

Une façon pour ces particules d'être éliminées de l'atmosphère est le dépôt sec, c.-à-d. le processus de chute dû à leur poids et leur rencontre avec une surface. Une autre voie d'élimination est le lessivage des particules quand il pleut : elles sont " attrapées " par les gouttes de pluie qui tombent et ramenées ainsi vers le sol. Les aérosols qui se trouvent près du sol (< 1.5 kilomètres d'altitude) restent entre 12 heures et deux jours environ dans l'air. Avec l'altitude, ce temps de séjour augmente. Les aérosols catapultés dans la stratosphère lors d'une éruption volcanique peuvent y rester pendant 1 à 2 ans. Tout comme les nuages, les particules ont également une influence sur la lumière du soleil qui traverse l'atmosphère ainsi que sur la chaleur que la Terre réémet. Les particules peuvent réduire la transparence de l'atmosphère.

Le cycle de l’eau

Comparé aux 1,4 milliards de km³ d'eau que représentent les océans, les 12 900 km³ (environ 0,001% des ressources d'eau sur la Terre) qui se trouvent dans l'atmosphère semblent être négligeables. Cependant, cette infime quantité est très importante pour le climat. Primo, l'eau qui se trouve dans l’air est perpétuellement en mouvement. Environ 500 000 km³ voyagent chaque année dans l'air, s'évaporent, condensent, et précipitent sous forme de pluie et de neige. Toute l’eau qui se trouve dans l’atmosphère est remplacée 40 fois.  Deusio, seule l'eau qui est dans l’air a un impact important sur la lumière, que ce soit lorsqu’elle vient du soleil vers la surface terrestre ou lorsqu’elle repart de la Terre vers l'espace. Si la quantité d'eau atmosphérique augmente à cause du réchauffement planétaire, ceci aura un des conséquences majeures sur le bilan énergétique de notre planète.

L’influence des nuages sur le climat

Lorsque le dessus des nuages est blanc, ils reflètent la lumière du soleil tout comme la glace et la neige. Mais les nuages peuvent également maintenir de la chaleur dans l'atmosphère comme les gaz à effet de serre, car ils absorbent le rayonnement thermique. Ces deux effets jouent sur la température moyenne de la Terre, positivement ou négativement. La Terre a globalement une température moyenne de 15°C. Regardez sur l’image ci-contre ce que serait la température terrestre si la terre était entièrement recouverte par de la neige, par un désert, par des forêts ou des zones agricoles, ou par des océans. Vous pouvez facilement imaginer que le climat serait fortement modifié s’il y avait 10% de nuages supplémentaires, aussi blancs que la neige. Cependant, il est vrai que les nuages ne sont pas toujours blancs et que l'effet de serre de certains nuages peut être prépondérant par rapport à leur pouvoir de réflexion de la lumière du soleil (= albédo accru).

7. Des nuages différents ont des albédos différents. Auteur: J. Gourdeau

Comme on peut le voir, les nuages ont des propriétés très différentes selon leur nature, propriétés qui dépendent à leur tour des caractéristiques des particules qui se trouvent dans l'atmosphère. Ceci complique énormément les prévisions climatiques, car le réchauffement planétaire entraînera a priori une concentration plus élevée de vapeur d'eau dans l'atmosphère et donc en conséquence la formation de davantage de nuages.

Vous pouvez aller voir la thématique NUAGES ET PARTICULES dans l'encyclopédie climatique pour plus de détails sur ce sujet.

A propos de cette page:

Auteur: Dr. Elmar Uherek - MPI for chemistry, Mainz
relecteur anglophone: Sally Taylor, Université de Leeds
dernière version: 14.06.2004