Que sont les nuages ?

Aujourd’hui, nous allons parler des nuages… de quoi sont-ils constitués ? Comment se forment-ils ?

nuage_1 — Source http://lasciencepourtous.cafe-sciences.org/articles/cloudlesphysiciensdanslesnuages/

Avant cela, je te propose une petite expérience très simple !
L’expérience
Matériel
Un verre, un congélateur ou un frigo

L’expérience consiste à prendre un verre de ton armoire, de le placer quelques minutes au frigo ou au congélateur. Qu’observes-tu lorsque tu le ressors ?
Tu observes qu’au bout de quelques secondes, il se couvre de buée. Le même phénomène se produit lorsque tu sors de la douche et que tu observes le miroir de la salle de bain.

Que s’est-il passé ?

Au départ, le verre que tu as placé dans un endroit très froid, s’est lui-même refroidi. Lorsque tu le places dans un lieu à température ambiante, la vapeur d’eau que contient l’air de la pièce se condense sur les parois froides du verre en minuscules gouttelettes. (voir ici les explications sur les changements d’état de la matière)

C’est exactement le même phénomène à l’origine de l’apparition des nuages dans le ciel. Une histoire d’humidité et de température.

Les nuages sont des collections de petites gouttelettes d’eau et/ou de cristaux de glace dans l’atmosphère en concentrations assez grandes pour être visibles. Il ne s’agit donc pas de vapeur d’eau comme on le croit souvent…

Oui mais pourquoi se forment-ils à certains endroits, à certaines altitudes ? Pour répondre à cette question, il faut regarder d’un peu plus près les interactions entre l’air et la vapeur d’eau présente dans l’air, ainsi que l’influence de la température.

L’humidité de l’air

L’air est constitué d’un certains nombre de gaz dont l’oxygène (heureusement pour nous), l’azote et d’autres composants comme la vapeur d’eau. La quantité d’eau contenue dans l’air ambiant sous forme de vapeur définit l’humidité ou encore l’hygrométrie. Sa valeur dépend de l’environnement dans lequel on se trouve (proche d’un point d’eau par exemple) et de la météo (ensoleillement, vent)

Définition de la température

La température, tu sais c’est un peu l’image de l’agitation dans la matière.

Ainsi, à haute température, les molécules d’air s’agitent très vite dans tous les sens. A basse température, le mouvement est beaucoup moins intense et plus la température baisse, plus les particules ralentissent.

Humidité de l’air et température

Avec cette définition, on comprend aisément l’influence de la température sur l’humidité de l’air et les phénomènes de condensation.

Plus la température de l’air est élevée, plus les molécules s’agitent et ont d’énergie pour occuper un grand espace (d’où la dilatation des gaz quand on les chauffe) : il y a donc plus de place pour accueillir la vapeur d’eau.

Au contraire plus l’air est froid, moins il peut stocker de vapeur d’eau. Lorsque les molécules d’eau manquent de place, elles se regroupent entre elles : la gouttelette apparaît !

Quelques valeurs :

-A 0°C, l’air peut contenir jusqu’à 4,8 g de vapeur d’eau par m3

– A 10°C, l’air peut contenir jusqu’à 9,4 g de vapeur d’eau par m3

– A 20 °C, l’air peut contenir jusqu’à 17,2 g de vapeur d’eau par m3 d’air

Les valeurs données sont un maximum, on dit qu’on a alors un air “Saturé”. En dessous du maximum, on définit alors une humidité relative. Un chiffre de 50 % d’humidité relative signifie que l’air pourrait contenir deux fois plus de vapeur avant que la condensation apparaisse.

Voici une petite animation qui te permettra de mieux comprendre.

http://stream2.cma.gov.cn/pub/comet/FireWeather/S290Unit5TemperatureandRelativeHumidityRelationships/comet/fire/s290/unit5/4_0_pop.htm

Et l’impact de l’altitude alors ?

Lorsqu’on monte en altitude, la pression diminue (la colonne d’air au-dessus de nos têtes diminue) et la température décroit également. Donc la quantité d’eau que l’air peut contenir diminue. A partir d’une certaine altitude, la température est trop basse : les molécules se regroupent sous forme de petites gouttelettes ou sous forme de cristaux de glace (l’état liquide ou solide dépend de la température rencontrée et de la présence de “points d’accroche pour les cristaux”, qu’on appelle “noyau de condensation tels que micro poussières ou aérosols…).

La pluie
Qui dit nuage, dit pluie mais pas toujours ! En fait, dans un nuage, les gouttelettes sont si petites qu’elles flottent dans l’atmosphère et tombent extrêmement lentement.

Les gouttelettes d’eau ou les cristaux de glace doivent être grossis considérablement afin d’atteindre des tailles assez grandes pour tomber sous forme de pluie ou de neige.

1 million de gouttelettes d’eau dans un nuage = formation d’une goutte de pluie.

Et le brouillard alors ?

C’est purement et simplement un gros nuage qui est au ras du sol. La nuit, le sol ou les objets se refroidissent généralement plus vite que l’air chargé d’une certaine quantité de vapeur d’eau, il y a donc une inversion de température. L’air près du sol devient alors vite saturé en humidité et tout l’excédent se condense : d’où l’apparition du brouillard. LE brouillard apparaît aussi au-dessus des cours d’eau, des lacs qui, par évaporation, saturent l’air.

Si le sol et les objets présents sont à une température inférieure à 0°C, les minuscules gouttelettes d’eau qui vont s’y déposer, vont former du givre : on parle alors de brouillard givrant.

Le brouillard se dissipe lorsque le réchauffement (soleil, activité humaine) permet l’évaporation des gouttelettes d’eau.

D’autres nuages : les traînées des avions

Il s’agit exactement du même phénomène : les gaz d’échappement de l’avion contiennent de la vapeur d’eau. Les traînées d’échappement résultent de la saturation en vapeur d’eau des couches atmosphériques traversées par l’avion; cette saturation donnant lieu à la condensation et à la solidification ensuite d’une quantité suffisamment importante de vapeur d’eau.

nuage_7 — Source : Hommage aux “fous volants” : du F-16 à la navette spatiale. Document T.Lombry

As-tu déjà créé toi-même un nuage ?

Tu as certainement pu observer que tu fabriquais toi-même des nuages. En particulier, tu as dû le remarquer lorsque tu sortais par temps froid. La vapeur d’eau que tu rejettes par ton expiration, arrive dans un environnement très froid. Les molécules se condensent et tu formes des petits nuages !