Les précipitations

Comment se forment les précipitations ?

Les précipitations

Ma jeunesse ne fut qu'un ténébreux orage, - Traversé çà et là par de brillants soleils ; - Le tonnerre et la pluie ont fait un tel ravage, - Qu'il reste en mon jardin bien peu de fruits vermeils."

Les Fleurs du Mal - Charles Baudelaire

 

1) Définition

Les particules liquides et solides qui forment les nuages ont des dimensions si faibles (2 à 50µm) que les quelques forces d'agitation du fluide atmosphériques les maintiennent en suspension.

Le phénomène de précipitation (qui a pour conséquences de déposer au sol de l'eau liquide ou solide) est essentiellement dû au grossissement des particules constitutives du nuage. L'accroissement de la taille des éléments et donc de leur poids, permet à un certain stade de vaincre les forces d'agitation. Les particules sont emportées par la gravité, une précipitation est en cours.


©Météo-France / S. Laflorencie

Une précipitation finit toujours par se déposer au sol. Si ce n'est le cas et que celle-ci s'évapore avant d'arriver au sol en raison d'une très petite taille des gouttelettes où flocons (vers 100µm), nous parlerons de Virga.


©Météo-France / S. Laflorencie

2) Que se passe-t-il dans le nuage ?

De la suspension à la précipitation

97% des nuages précipitants sont composés de particules liquides et solides en suspension (nous étudieront plus loin le cas où le nuage est entièrement positif en température). La taille des particules constitutives du nuage ne dépassant pas 50µm leur taille doit grossir pour atteindre au moins 100µm, pour que celles-ci soient emportées par la gravité et ainsi enclencher une précipitation.

Ce grossissement des particules s'explique par deux processus, l'effet Bergeron et la coalescence sous l'effet du givrage.

L'effet Bergeron

La proximité dans le milieu nuageux de particules liquides malgré les températures négatives (état de surfusion) et de cristaux de glace met en évidence la notion de « pouvoir d'évaporation ». On dit que la tension de vapeur saturante est différente à la surface de l'eau liquide et la surface de la glace.

Ainsi, le milieu qui est saturé pour la glace ne l'est pas pour l'eau liquide. L'eau liquide a donc tendance à s'évaporer au profit de la glace.

L'effet Bergeron  amène la taille du cristal jusqu'à 100µm mais n'est pas essentiel compte tenu de la vitesse limitée d'un tel grossissement. Il faut donc considérer un processus plus efficace.

La coalescence

Lorsque dans le milieu nuageux, les cristaux de glace (grossis par effet Bergeron) et les gouttelettes d'eau surfondue se rencontrent, la collision entre ces particules permet d'agglomérer les cristaux entre eux sous l'effet d'accrétion d'eau surfondue. L'eau surfondue se congelant au contact du cristal permet de souder les cristaux entre eux.

Ce processus permet le grossissement de la particule au delà de 400µm, et peut provoquer dès 500µm une précipitation.

Et dans les nuages à température positive ?

Nous venons de voir que la cohabitation entre eau surfondue et glace dans le milieu nuageux était la principale cause du phénomène précipitant. Les nuages à température positive peuvent pourtant enclencher un processus de précipitation. C'est le cas du Stratus et du Stratocumulus sous nos latitudes tempérées.

Nous devons considérer deux processus de grossissement des particules dans de tels nuages : l'effet de courbure et la collection (phénomène de coalescence par températures positives).

L'effet de courbure

La proximité entre petites gouttelettes et gouttelettes plus grosses au sein du nuage favorise le grossissement des grosses gouttes au détriment des plus petites qui finiront par disparaître.

Ce phénomène donne au mieux une légère bruine sous un Stratus. Pour atteindre et dépasser 500µm (premières gouttes de pluie) il faut considérer un phénomène plus efficace, la collection.

La collection

La goutte chutant dans le milieu nuageux, des chocs avec d'autres gouttes vont favoriser son grossissement par captation. Ce phénomène permet par exemple l'apparition de pluie sous un Stratocumulus entièrement situé sous l'isotherme 0°.

3) Deux types de précipitations

Il existe deux types de précipitations, les averses et les précipitations dites stratiformes.

Les averses sont caractérisées par leur début et leur fin brusque et/ou par les variations généralement rapides et parfois brutales de l'intensité des précipitations. Elles tombent sous les Cumulus congestus et Cumulonimbus.

Les précipitations stratiformes tombent sous des nuages non convectifs. On les qualifie en fonction de leur aspect continu ou intermittent en repérant les périodes d'arrêt et de reprise de la précipitation.

4) Intensités des phénomènes précipitants

Bruine Faible < 0,1 mm/h 0,1 <=  Modérée < 0,5 mm/h 0,5 mm/h <= Forte
Pluie Faible < 2,5 mm/h 2,5 <= Modérée < 10 mm/h 10 mm/h <= Forte
Neige  Faible < 1 mm/h 1 <= Modérée < 5 mm/h 5 mm/h <= Forte

 

5) Classification des hydrométéores


(cliquez sur le tableau pour l'agrandir)

À consulter