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nuages et particules
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1. Que se passe-t-il dans les nuages?
- Formation des gouttes
- Particularités des nuages
- Chimie des nuages
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2. Particules
3. Nuages, particules et climat
     
 

Nuages et particules

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Les particularités des nuages

Dans les "Bases", nous avons vu les différents genres de nuages. Les nuages sont classés en 4 groupes en fonction de la hauteur de la base du nuage et de son épaisseur. Dans cette partie, nous allons regarder à une plus petite échelle à l'intérieur des différents nuages et nous intéresser à leurs particularités.

 

 

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Les différents types de nuages et leurs précipitations

La troposphère (la partie la plus basse de l'atmosphère, là est la vie existe) peut être virtuellement divisée en trois niveaux, ou "étages": l'étage inférieur, l'étage moyen, et l'étage supérieur. Les limites entre ces niveaux sont grossières et dépendent de la latitude. En Europe, les nuages bas se trouvent à des altitudes inférieures à 2 km, tandis que les nuages de l'étage moyen sont compris entre 2 et 6 km. Les nuages élevés s'observent jusqu'à 12 km d'altitude.

 

les nuages dans la troposphère

1. Les différents nuages dans la troposphère. St: stratus, Sc: stratocumulus, Nb: nimbostratus; Ac: altocumulus, As: altostratus; Ci: cirrus, Cs: cirrostratus, Cc: cirrocumulus; Cu: cumulus, Cb: cumulonimbus.
Auteur: J. Gourdeau. Cliquez pour agrandir ! (75 K).

 

Seuls certains nuages précipitent. Par exemple, la bruine ne peut provenir que de stratus, alors qu'il n'y a que les cumulonimbus pour donner de la grêle. Les nuages élevés et les altocumulus ne produisent quasiment jamais de pluie.
Le tableau ci-contre indique quels genres de nuages donnent quelles précipitations.

 

 

 

 

As

Ns

Sc

St

Cu

Cb

Pluie

a

a

a

 

a

a

Bruine

 

 

 

a

 

 

Neige

a

a

a

 

 

a

Grêle

 

 

 

 

 

a

 

Les cristaux de glace dans les nuages

Les nuages les plus élevés, comme par exemple les cirrus, sont composés de cristaux de glace et non de gouttes d'eau liquide (lorsqu'il fait très froid, on trouve aussi des cristaux dans les nuages plus près du sol). Un petit cristal contient en moyenne entre 1016 et 1018 molécules d'eau. Bien que chaque cristal de glace soit unique, on peut classer les cristaux de glace en fonction de leur forme. Elle dépend essentiellement de la température, comme on peut le voir sur le diagramme 2 ci-contre.

 

 

formes des cristaux

2.  Les différentes formes des cristaux de neige en fonction de la température et de la sursaturation. Source: www.snowcrystals.com. Cliquez pour agrandir! (58K).

Ura dans la neige

3. Source: M. Ruinart, http://www.sweetheartscrew.com

Les flocons de neige sont des amas de cristaux de neige. Tant que les flocons ne traversent pas une zone d'air suffisamment chaud pour les faire fondre lors de leur chute, ils atteignent le sol sous forme de neige. Les nuages élevés sont composés de cristaux si petits qu'ils ne donnent jamais de neige, puisque ces cristaux ne précipitent pas.
Le record du monde de chute de neige en un jour est détenu par une ville du Colorado, qui a vu tomber 192 cm de neige dans la seule journée du 15 avril 1921!

 

Les nuages bas: Stratus, Stratocumulus et Nimbostratus... et le brouillard

Les nuages bas sont issus de la condensation de la vapeur d'eau atmosphérique en gouttelettes d'eau liquide. Les Stratus forment une couche juste au dessus du sol, qui fait quelques centaines de mètres d'épaisseur (à comparer aux kilomètres d'épaisseur que font les cumulonimbus!). Seuls les stratus produisent de la bruine, qui est faite de gouttes d'eau de moins de 0,5 mm de diamètre. Elles tombent si doucement qu'on croit qu'elles restent suspendues dans l'air.

 

 

Les Cumulonimbus et les orages

Pendant les journées d'été, la terre est parfois fortement réchauffée par le soleil. L'air au dessus du sol devient chaud et humide, tandis que l'atmosphère au dessus est plus froide. L'atmosphère est alors instable. Au niveau du sol, la convection oblige l'air à monter, et la vapeur d'eau condense en gouttelettes. La condensation réchauffe encore plus l'air (puisqu'il se débarasse de sa chaleur latente) et la convection est accélérée: un énorme cumulonimbus se forme (il peut atteindre 15 km de haut en 30 minutes, et soulever des millions de tonnes d'eau).



 

Aujourd'hui encore, on ne sait pas très bien comment se forment les éclairs. Les gouttes d'eau, les cristaux de neige, les grêlons se percutent les uns les autres à l'intérieur du nuage, à cause des mouvements d'air très puissants. La friction produit de l'électricité statique. Des charges positives se créent en haut du nuage, tandis que des charges négatives apparaissent à sa base. Le sol sous le nuage se charge positivement. La différence de charge électrique s'accroît, jusqu'à ce qu'un éclair se forme entre ces deux zones. La quantité d'énergie à l'intérieur d'un cumulonimbus est du même ordre que celle d'une mini bombe atomique.

 

4. Structure électrique schématique d'un nuage d'orage. Auteur: J. Gourdeau.

5. Eclairs observés pendant un orage nocturne. Source: NOAA.

 

 

Les éclairs, qui vont à la vitesse de 40 000 km par seconde, peuvent atteindre des tensions de 100 millions de volts. L'air se trouvant sur le trajet de l'éclair est chauffé à environ 30 000°C. Cette température est si élevée que l'air se dilate violemment (comme du pop-corn), et crée une onde sonore appelée tonnerre.

 

 

A propos de cette page....
Auteur: J. Gourdeau, LaMP Clermont-ferrand, France.
Relecteur scientifique: Pr Jean-François Gayet, LaMP CNRS, France.
Date de création: 19.12.2003. Dernière version: 22.04.2004.

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