Comment les nuages se forment

Un cumulus contient environ un demi-gramme d’eau par mètre cube : un nuage de 1 km de côté en transporte donc environ 500 tonnes.

Un nuage est constitué d’eau liquide et de glace, pas de vapeur

On imagine facilement un nuage comme un amas de vapeur, mais la vapeur d’eau est un gaz invisible. Le nuage est visible parce qu’il contient des milliards de petites gouttelettes liquides ou de cristaux de glace qui diffusent la lumière solaire. Chaque gouttelette s’est formée par condensation de vapeur sur un grain de poussière, de sel ou de fumée, un noyau de condensation. L’activation d’une particule en gouttelette dépend de sa taille, de sa composition et de la sursaturation de l’air, et non d’un rayon minimal universel.

Pour que la vapeur se condense, l’air doit refroidir jusqu’au point de rosée, la température à laquelle il est saturé. Près du sol, cela peut se produire par nuit claire et calme, donnant de la rosée et du brouillard. En altitude, c’est presque toujours dû au soulèvement de l’air. L’air ascendant se dilate quand la pression environnante diminue, et cette dilatation le refroidit. La NOAA indique une baisse de 9.8 °C par kilomètre pour l’air non saturé.

Quatre façons de soulever l’air

Le soleil chauffe le sol inégalement : des bulles d’air chaud montent des zones les plus chaudes, comme les bulles d’une lampe à lave. C’est la convection, à l’origine des cumulus des après-midi d’été. Le vent rencontrant une chaîne montagneuse est forcé de monter la pente : des nuages coiffent alors les sommets et les crêtes, avec de la pluie sur le versant exposé au vent. Le long d’un front météorologique, l’air chaud glisse au-dessus de l’air froid plus dense et de vastes nappes nuageuses se forment. Enfin, quand des vents de différentes directions convergent près du sol, l’air ne peut que monter.

Pourquoi une masse si lourde flotte

L’USGS calcule la masse d’un nuage. Un cumulus typique contient environ 0.5 g d’eau par mètre cube. Un nuage de 1 km de côté a un milliard de mètres cubes : il contient donc environ 500 000 000 g, soit 500 tonnes de gouttelettes. Il ne tombe pas parce que ces gouttelettes sont dispersées dans un immense volume d’air, et que cet air humide est un peu moins dense que l’air sec environnant. Chaque gouttelette tombe très lentement, en moyenne environ 1.3 cm par seconde selon le NWS : un faible courant ascendant suffit à la maintenir en l’air. Ce n’est qu’en grossissant jusqu’à former des gouttes de pluie qu’elles quittent le nuage.

Les nuages changent sans cesse. Sur leurs bords, au contact de l’air plus sec, les gouttelettes s’évaporent ; à l’intérieur, là où l’air monte encore, de nouvelles se forment. La NOAA décrit un équilibre entre condensation et évaporation : un cumulus peut ainsi grandir, rétrécir et disparaître sous tes yeux en vingt minutes.

Tu peux créer un petit nuage par un matin froid. Expire : l’air chaud et humide de tes poumons se mélange à l’air froid extérieur, refroidit sous son point de rosée et se condense en une petite bouffée blanche. Elle disparaît en une ou deux secondes en se mélangeant à davantage d’air sec, car les gouttelettes s’évaporent à nouveau. Un nuage dans le ciel fonctionne de la même façon, à une bien plus grande échelle, entretenu par de l’air qui continue de monter.