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Météorologie élémentaire

La formation des nuages (II)

Nous pouvons classer les nuages en fonction du processus physique de leur formation : ascension orographique, convection, turbulence, ascension frontale.

Nuages formés par ascension orographique

Le soulèvement d'une masse d'air jusqu'à un niveau supérieur à son niveau de condensation provoque la formation de nuages. Le type de nuage formé dépend du caractère de stabilité de la masse d'air entraînée sur le relief. Nous distinguerons donc les nuages formés dans une masse d'air stable et ceux formés dans une masse d'air conditionnellement instable.

1. Soulèvement d'air stable

Par définition l'air stable reprend sa position initiale dès que la cause du soulèvement disparaît. Au cours des différentes transformations adiabatiques (conservant l'énergie, c'est-à-dire sans transfert de chaleur) la quantité totale d'eau (sous forme gazeuse ou liquide) demeure invariable. En conséquence, la base du nuage est située au même niveau de part et d'autre du relief.

Les nuages lenticulaires constituent une variante des nuages formés par soulèvement d'air stable. Ce type de nuage se forme du fait d'une réparitition verticale inégale de l'humidité. Lorsque le soulèvement intervient, des nuages se forment dans les couches d'air initialement plus humides, le niveau de condensation n'étant pas atteint pour les autres couches.

D'autre part, le mouvement ondulatoire des particules d'air engendré par le relief se propage sous le vent en s'amortissant progressivement. On peut donc observer parfois la formation de nuages lenticulaires à l'arrière d'un relief à chaque sommet de la trajectoire pour autant que le soulèvement y soit encore suffisant pour provoquer la condensation.

Ces formations n'ont bien sûr rien à voir avec les "rues de cumulus" que l'on observe dans les régimes anticyclonaires ou à l'arrière d'un front froid.

Nuages orographiques (stratocumulus lenticularis) au dessus du mont Shasta, du mont Fuji et du St Helens. Documents Mary Weiden/Komotv et Flickr.

2. Soulèvement d'air conditionnellement instable

L'ascendance forcée sur le relief peut provoquer le déclenchement de l'instabilité dans une telle masse d'air.

Les nuages formés seront évidemment instables : du type cumulus ou cumulonimbus; les conditions qui y sont associées seront identiques à celles habituellement rencontrées avec les nuages d'orage.

La base du nuage sera donnée par le niveau de condensation des particules les plus basses entraînées sur le relief; leur sommet, par l'intersection de l'adiabatique saturée passant par le point de condensation avec la courbe d'état. 

En effet, à ce niveau la température des particules ascendantes devient égale à la température de l'air environnant puisque l'adiabatique tracée représente la variation de température des particules qui s'élèvent.

3. Effet de Foëhn

L'effet de Foëhn est une conséquence remarquable du passage d'une masse d'air sur un relief. Il est marqué par les effets suivants sous le vent du relief : une élévation de la base des nuages, une hausse de la température et une diminution de l'humidité relative. Bref, la masse d'air s'assèche en passant au-dessus du relief. Ceci explique pourquoi dans les Alpes par exemple le versant au vent est plus verdoyant et plus humide que le versant sous le vent.

A. Elévation de la base des nuages

Au cours du soulèvement forcé sur le relief, la température des particules d'air inférieures diminue le long d'une adiabatique sèche jusqu'au niveau de condensation (base du nuage au vent du relief) et le long d'une pseudo-adiabatique saturée ensuite.

Explication de la formation des précipitations orographiques er de l'effet de Foëhn. Documents Freidel et Lombry.

Les précipitations qui interviennent sur le versant au vent du relief entraînent une diminution de la quantité d'eau liquide contenue dans le nuage. En conséquence, au cours de la descente le long du versant sous le vent du relief, l'évaporation de l'eau du nuage sera terminée plus tôt; de ce fait, la base du nuage se trouvera à un niveau plus élevé; c'est le chapeau du Foëhn.

B. Hausse de la température

Lorsque l'évaporation est terminée, la température de l'air augmente le long d'une adiabatique sèche. la représentation graphique sur un diagramme thermodynamique des transfotmations subies montre de manière péremptoire l'augmentation de température - jusqu'à 10° - engendrée par le passage de l'air au-dessus du relief (températures T1 à l'avant du relief; T2 à l'arrière).

C. Diminution de l'humidité relative

Les précipitations constituant une réduction de l'eau contenue dans les nuages, elles entraînent une diminution du rapport de mélange, w. De plus une augmentation du rapport de mélange saturant ws résulte de la hausse de température; la diminution de l'humidité relative (100.w/ws) est donc évidente.

Nuages (fractocumulus et stratus nebulosus opacus) associés à l'effet de Foëhn : à gauche en Suisse, à droite en Antarctique. Documents MAP et Cool Antarctica.

NB. L'effet de Foëhn est fréquemment observé sous le vent des chaînes de montagne (Alpes, Montagnes Rocheuses, etc). Cette seule cause n'est toutefois pas suffisante pour expliquer entièrement le phénomène. En effet, l'effet de Foëhn peut s'observer en l'absence de précipitations et même en l'absence complète de nuage sur le relief (Foëhn anticyclonique). L'explication complète de ce phénomène est très complexe et sort du cadre de ce dossier.

Troisième partie

La formation des nuages

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