Nous l’avons évoqué dans un précédent article relatif à la pression atmosphérique : la Terre est enveloppée d’une importante quantité d’air (que l’on nomme « atmosphère ») dont l’épaisseur moyenne est d’environ 600 kilomètres. Aujourd’hui, nous vous proposons d’étudier les phénomènes météorologiques, lesquels se produisent au-dessus de nos têtes, jusqu’à 15 kilomètres d’altitude, et en particulier la formation des nuages, la pluie et l’orage. ☁️🌧️⛈️

La formation des nuages

L’atmosphère contient notamment de l’air sec et de la vapeur d’eau qui provient de l’évaporation de l’eau des océans et des cours d’eau et de l’évapotranspiration (1) des végétaux.

L’humidité (ou hygrométrie) représente la quantité de vapeur d’eau contenue dans l’air. Une masse d’air ne peut contenir qu’une quantité limitée de vapeur d’eau : on dit que l’air est saturé lorsque la quantité de vapeur d’eau présente dans cet air atteint sa valeur maximale.

Cette quantité maximale est directement fonction de la température. Ainsi, plus la température est basse, plus la quantité de vapeur d’eau que peut contenir l’air est faible. Lorsque cette quantité est dépassée, l’eau qui est « en trop » passe à l’état liquide (2) : la buée, le brouillard et les nuages apparaissent alors.

Il existe onze types de nuages répartis en quatre grandes familles.

  1. Les nuages qui évoluent à une altitude élevée (supérieure à 6000 mètres aux latitudes tempérées) et dont le nom commence par le préfixe « cirro » : les cirrus, les cirro-cumulus et les cirro-stratus.
  2. Les nuages qui évoluent à une altitude moyenne (entre 2000 et 6000 mètres aux latitudes tempérées) et dont le nom commence par le préfixe « alto » : les altocumulus et les altostratus.
  3. Les nuages qui évoluent à basse altitude (au-dessous de 2000 mètres aux latitudes tempérées) : les strato-cumulus et les stratus.
  4. Les nuages de grande épaisseur qui évoluent sur plusieurs niveaux : les cumulus, les nimbo-stratus et les cumulo-nimbus.

La pluie

Tel qu’expliqué précédemment, une masse d’air ne peut contenir qu’une quantité limitée de vapeur d’eau. L’humidité (ou hygrométrie) représente la quantité de vapeur d’eau contenue dans l’air à un instant précis.

Si l’humidité est à 0%, la masse d’air est parfaitement sèche : elle ne contient pas de vapeur d’eau.

Une humidité de 50% signifie que la masse d’air est à la moitié de sa saturation en eau. Elle contient de la vapeur d’eau mais peut en contenir encore le double.

Si l’humidité est à 100%, alors la masse d’air est saturée en vapeur d’eau et toute quantité d’eau supplémentaire passera à l’état liquide sous la forme de buée, de brouillard et de nuages.

Lorsque les gouttes d’eau deviennent suffisamment grosses et lourdes, elles tombent : on dit qu’il y a précipitation (3).

La pluie est donc une forme de précipitation des gouttes d’eau. En fonction de sa force, on parlera de simple humidité (humidité du brouillard), de bruine (gouttes de faible diamètre et vitesse de chute lente), d’ondée (gouttes de diamètre supérieur et vitesse de chute supérieure) ou d’averse (gouttes très grosses et chute très abondante).

En randonnée, la connaissance de l’humidité de l’air et de l’évolution de la température permet de prévoir l’arrivée de la pluie. En effet, nous avons vu que plus la température est basse, plus la quantité de vapeur d’eau que peut contenir l’air est faible. Par conséquent, si l’humidité est de 95% à un instant précis, et que vous savez que la température va baisser (la nuit par exemple), alors il y a de fortes probabilités qu’il pleuve.

L’orage

Un orage est une perturbation atmosphérique due à de l’air chaud et humide s’élevant rapidement (jusqu’à 10000 mètres d’altitude).

Le cumulo-nimbus (nuage à base sombre, dense et puissant, dont la partie supérieure présente fréquemment une forme d’enclume) est générateur d’orage, lequel se manifeste par des averses violentes de pluie ou de grêle et des rafales de vents accompagnées par des phénomènes électriques (les éclairs) associés à un bruit sec et sourd (le tonnerre).

A noter cependant que des orages sans précipitations, dits « orages secs », peuvent également se produire. Dans ce cas, il peut s’agir d’un phénomène appelé « virga » au cours duquel la pluie s’évapore avant d’atteindre le sol (en cas de températures élevées près du sol).

On distingue les orages de chaleur, fréquents en été, qui sont des phénomènes locaux et qui durent la plupart du temps une ou deux heures, et les orages frontaux, qui n’ont pas seulement lieu en été et qui couvrent souvent plusieurs centaines de kilomètres en traversant l’Europe d’ouest en est.

Plusieurs paramètres météorologiques (instabilité de l’atmosphère, vitesses et direction du vent, température et humidité de la masse d’air à différents niveaux d’altitude) rentrent en compte dans le déclenchement d’un orage et interagissent entre eux, ce qui rend la prévision des orages souvent difficile.

A noter que certaines montres de randonnée, qui disposent d’une fonctionnalité de type « alerte orage », se servent de la variation de la pression atmosphérique (mesurée grâce au capteur de pression intégré) pour donner cette alerte.

Enfin, il est possible de déterminer la distance à laquelle a lieu un orage en comptant le temps écoulé entre l’éclair (instantané) et le coup de tonnerre. La vitesse de propagation du son étant de 330 mètres par seconde, on peut en déduire que si le tonnerre retentit 3 secondes après l’apparition de l’éclair, alors l’orage se situe à environ 1 kilomètre.

Et le ciel bleu ?

Le bleu du ciel est le résultat de la diffusion de la lumière solaire par l’atmosphère. Sans atmosphère, nous verrions une voûte céleste toute noire et les étoiles seraient visibles en plein jour.

C’est la partie bleue du rayonnement solaire, qui est mise en évidence par les molécules de l’air, ainsi que par les particules de poussière et par les gouttes d’eau de l’atmosphère, qui donne au ciel sa couleur bleue.

Plus il y a de poussières et de gouttes d’eau dans l’atmosphère, plus la couleur bleue est faible (par temps beau et sec, le ciel paraît même plus blanc et gris que bleu). A l’inverse, en altitude, l’absence de poussières et de gouttes d’eau permet à la radiation bleue de se renforcer.

(1) L’évapotranspiration est le phénomène par lequel l’eau perdue par la transpiration des plantes et l’évaporation du sol et des plantes gagne l’atmosphère. Le terme « évapotranspiration » est ainsi la combinaison des termes « évaporation » et « transpiration ».

(2) Le passage de l’eau à l’état gazeux (vapeur d’eau) à l’état liquide (buée, brouillard, nuages) est appelé condensation ou liquéfaction.

(3) La pluie, la neige, le grésil et la grêle sont les différentes formes de précipitations des gouttes d’eau.