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Météorologie élémentaire

Les brouillards de rayonnement (II)

Le refroidissement des basses couches de l'atmosphère par rayonnement nocturne de la surface du sol peut amener la saturation et la formation de brouillard.

La perte de chaleur par rayonnement nocturne dépend en grande partie de la couverture nuageuse. En effet, la présence d'une couche de nuages ralentit de manière sensible le refroidissement des basses couches de l'atmosphère. La nébulosité totale avant la formation du brouillard constitue donc un premier élément qui influence cette formation.

Un deuxième élément est constitué par la vitesse du vent au moment de la formation : un vent de 4-10 km/h (2-6 noeuds) est indispensable pour permettre la formation du brouillard de rayonnement. Le rôle du vent consiste à répartir verticalement le refroidissement de l'atmosphère par turbulence.

En cas d'absence totale de vent, seule la couche d'air située très près de la surface sera suffisamment refroidie et il en résultera un dépôt de rosée ou de gelée blanche suivant la température du sol.

D'autre part, un vent de plus de 10 km/h (6 noeuds) engendre une turbulence telle que la répartition du refroidissement s'effectue dans une couche d'air trop épaisse et provoque au maximum la formation de stratus.

Le troisième élément dont dépend la formation du brouillard de rayonnement est constitué par l'humidité initiale de la masse d'air. Il est en effet évident que le refroidissement nécessaire à la formation du brouillard est d'autant plus faible que l'humidité initiale est élevée.

De ce qui précède il résulte que les conditions optima de formation du brouillard de rayonnement sont :

- un ciel serein avant formation,

- un vent de 4 à 10 km/h au moment de la formation,

- une masse d'air très humide.

Ce type de brouillard disparaîtra si la vitesse du vent augmente (augmentation de la turbulence dans les basses couches) ou par suite du réchauffement diurne du sol dû au rayonnement solaire (évaporation des gouttelettes d'eau).

A propos de la formation du brouillard

En pratique, il est assez rare qu'un brouillard soit formé par un seul des processus décrits ci-dessus. Ainsi, un brouillard de rayonnement pur est formé uniquement par diminution de la température. En réalité on constate, en plus du refroidissement, une augmentation du rapport de mélange; le brouillard formé provient donc également de l'évaporation de la surface sous-jacente. Le rôle le plus important étant joué soit par le rayonnement soit par l'évaporation.

Image réalisée par Philip Greenspun un matin dans le Vermont.

Document Philip Greenspun

Si les processus de formation du brouillard sont assez bien connus et permettent une prévision correcte, il ne faut pas cacher que la prévision de dissipation du brouillard est beaucoup moins facile en l'absence de données sur la teneur en eau liquide des brouillards.

L'étude détaillée des divers processus de formation permet souvent de marquer la limite à partir de laquelle les processus cesseront d'intervenir. A partir de ce moment, les processus de désagrégation devront intervenir pour provoquer la dissipation du brouillard, c'est-à-dire la turbulence dans la basses couches, le réchauffement de l'air ou un changement de masse d'air.

Diminution de la visibilité par des particules solides

Les particules solides présentent dans l'atmosphère proviennent des combustions industrielles ou de la surface du sol. 

Les poussières arrachées du sol par le vent et entraînées par la turbulence ou par mouvements convectifs peuvent réduire la visibilité de manière très sensible. Ce phénomène, dénommé "brume sèche", est particulièrement perceptible dans les régions désertiques et tropicales où il peut réduire la visibilité à moins de 1 km et s'élever jusqu'à une altitude supérieure à 3300 m (10000 pieds).

Les régions industrielles éjectent dans l'atmosphère une quantité considérable de poussières de toutes natures. La diffusion de ces poussières dépend du caractère de stabilité des basses couches et de la vitesse du vent. La présence de ces poussières entraîne une diminution de la visibilité et accélère la formation du brouillard (augmentation du nombre de noyaux de condensation) lui donnant un aspect brun jaunâtre.

Observation de la visibilité

Les observateurs météo estiment la visibilité horizontale en se basant sur le point de repère le plus éloigné qui peut être distingué nettement.

La visibilité horizontale varie très souvent selon la direction d'observation; les observations météorologiques renseignent toujours la plus mauvaise visibilité estimée.

Certains instruments modernes permettent une mesure continue de la visibilité : l'intensité d'une source lumineuse (qui varie en fonction de la transparence de l'air) est mesurée par un récepteur placé à une certaine distance de celle-ci.

Brouillard au-dessus de l'East River Mountain. Document Grubbphoto.

Aspects opérationnels

Les messages météorologiques donnent la visibilité horizontale en surface. Or la visbilité en vol peut malheureusement être très différente de la visibilité en surface si par exemple, une nappe de brume ou de brouillard plane au-dessus du lieu d'atterrissage. Dans ce cas pour un avion volant très près de la couche de brume ou de brouillard, la piste peut tout à fait être invisible alors qu'elle était encore visible quelques centaines de mètres plus haut en raison de la différence de longueur du rayon visuel traversant la couche d'air humide.

De même, la visibilité verticale peut-être excellente à travers une couche de brouillard mais devenir médiocre au moment de l'approche en visibilité oblique.

Effets lumineux du Soleil et de la Lune

Effets du Soleil

La visibilité face au Soleil est toujours inférieure à celle observée en sens opposé. Il sera donc parfois nécessaire aux pilotes d'atterrir dos au Soleil, quelle que soit la direction du vent, principalement dans une couche de brume, du fait de l'éblouissement provoqué par le Soleil.

Effets de la Lune

La visibilité face à la Lune est toujours nettement supérieure à celle observée en sens inverse; la clarté de la Lune fait en effet ressortir les voies de communication et les constructions et facilite également les vols de nuit.

Le parc d'Echternach au Luxembourg au petit matin.

Visibilité dans les précipitations et les nuages

Vous trouverez ci-dessous quelques valeurs moyennes de la visibilité dans les nuages et les précipitations. Ces valeurs ne peuvent être considérées que comme des ordres de grandeur dont les extrêmes sont parfois très éloignés, la visibilité dans une averse très forte par exemple pouvant tomber à 2 m !

Cumulus congestus : 20 m
Cumulus humilis : 40 m
Stratocumulus : 100 m
Stratus : 140 m
Altostratus : 150 m
Neige : 50 m
Averse forte : 50 m
Grêle, pluie et neige mêlée : 500 m
Bruine : 1000 m
Pluie faible : 1500 m
Pluie modérée : 3000 m

Les brouillards

Point de vue opérationnel, la visibilité est souvent excellente au-dessus d'une couche de brouillard de rayonnement. Il peut se présenter sous forme d'une couche d'épaisseur variable dont l'épaisseur maximale s'observe au moment du minimum de température soit peu après le lever du Soleil. En général les sites côtiers sont mieux protégés contre ce type de brouillard.

Enfin, le brouillard de colline, formé par refroidissement adiabatique, ne se rencontre que sur les sites d'altitude. Il peut être très dangereux car sa présence cache les sommets, les altitudes plus basses pouvant être surmontées d'une couche de stratus ou même être entièrement dégagées.

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