Les giboulées (souvent dites " de mars ") sont liées au passage de l'hiver au printemps. Ces brèves et brusques averses sont accompagnées par du vent, des fortes pluies, de la neige, de la grêle, du grésil ou encore de la neige fondante. Elles entraînent généralement un brusque refroidissement à leur passage. Au contraire, lors d'une éclaircie entre deux giboulées, le soleil donne l'impression d'un temps agréable et doux. 
 

Formation des giboulées

La formation des giboulées est liée à l'instabilité de l'atmosphère. Celle-ci est globalement liée à l'écart de température entre les basses couches de l'atmosphère (1500 premiers mètres) et la moyenne troposphère (autour de 5000 mètres d'altitude).
A la fin de l'hiver, l'air froid persiste en altitude, tandis que les basses couches se réchauffent progressivement avec le rayonnement solaire. Lorsque l'écart de température entre ces deux couches devient important, l'instabilité génère de puissants courants ascendants, formant des nuages instables : cumulus imposants (cumulus congestus) et cumulonimbus.

Le phénomène des giboulées survient habituellement entre février et avril, souvent associé à un flux de nord-ouest ou nord en altitude. Les giboulées peuvent même s'observer jusqu'au mois de mai, correspondant parfois aux chutes de neige tardives. Sur les continents, elles sont plus nombreuses et plus actives en journée, lorsque le soleil a accentué le réchauffement des basses couches, augmentant ainsi l'instabilité.
 

Des nuages à précipitations multiples

Les nuages de giboulées sont des nuages instables et très développés verticalement, de type Cumulus Congestus et Cumulonimbus. D'autres Cumulus plus petits, en cours de développement, sont également présents dans le ciel (souvent dans des accalmies entre les averses), renforçant l'impression chaotique et incertaine de ce type de temps.

Les averses, et plus particulièrement les giboulées, se manifestent par une variation rapide et brutale de l'intensité et de la nature des précipitations. Les nuages responsables de ces giboulées sont le siège de puissants courants ascendants qui favorisent le grossissement des cristaux de glace et permettre le développement du grésil ou de la grêle.
De plus, l'air étant très froid en altitude, lorsque les précipitations se déclenchent, la température chute brutalement au niveau du sol. Si cette baisse est suffisamment importante, la neige peut même remplacer la pluie.
 

Quelques situations à giboulées

Giboulées vues par le satellite Météosat 8 (composition colorée) le 19 mars 2007 à 12H00 UTC

Sur cette image satellite, on observe une traîne très active sur le proche Atlantique, les Iles Britanniques et la France, caractérisée par la présence de nombreux petits points blancs. Il s'agit de cumulus congestus, de cumulonimbus isolés, en ligne ou soudés (les amas nuageux sont alors plus importants, comme en Bretagne, Aquitaine, dans le Nord et le Golfe de Gascogne). Les nombreuses averses s'accompagnent parfois de coups de tonnerre du Nord à la Bretagne et à l'Aquitaine. Aux giboulées, qui apportent du grésil et de la neige jusqu'en plaine, s'ajoutent de violente rafales de vent d'ouest ou nord-ouest. On relève des pointes à 140 km/h sur la Pointe de Socoa (vers St Jean de Luz), 133 km/h sur l'île de Groix et 130 km/h sur l'île d' Ouessant.

Giboulées vues par le satellite NOAA 16 (composition colorée) le 22 mars 2004 à 10H 54 UTC

Sur cette image, une traîne très active concerne le proche Atlantique et l'Europe du Nord-Ouest, avec à nouveau ces petits points blancs. Les averses sont donc nombreuses. On observe des giboulées de grésil en plaine et de neige en montagne, à basse altitude. L'après-midi du 22 mars, l'instabilité se renforce avec l'apparition de la grêle et la multiplication des averses parfois accompagnées d'orages, tandis que de fortes rafales de nord-ouest balaient le littoral, du Cotentin au Pays Basque.
 

Où et quand se produisent les giboulées en France ?

La climatologie des giboulées peut s'estimer à partir des observations de grêle. Ces précipitations accompagnent en effet principalement les giboulées (hormis quelques orages puissants d'été). La fréquence des giboulées reste toutefois supérieure à celle de la grêle.

Le tableau suivant illustre la répartition annuelle moyenne des jours de grêle sur la période 1971-2000. La grêle restant un phénomène rare en un lieu donné, les valeurs présentées semblent faibles alors que les stations sélectionnées sont situées dans les régions les plus touchées par la grêle.
Répartition annuelle moyenne du nombre de jours de grêle (moyenne 1971-2000) (fichier PDF, 34 Ko)

Pour la plupart des stations présentées, la grêle est surtout observée de février à avril (voire mai). Une seule exception : Brest, avec un maximum en hiver. Elle s'explique par la proximité de l'océan plus doux que l'air des basses couches de l'atmosphère au-dessus des continents. Cette douceur maritime a tendance à renforcer l'instabilité de l'atmosphère au plus froid de l'hiver.

Les façades maritimes (Manche : Brest, Lille ; Atlantique : Biarritz ; Corse : Ajaccio) sont les plus exposées. Les régions situées au Nord de la Loire (Metz) et plus particulièrement le Nord-Ouest (Rouen, Trappes) sont touchées significativement. D'autres stations plus isolées, situées sur les contreforts du Massif Central (ou des Alpes) connaissent également un nombre notable de jours de grêle. En revanche, les régions du Sud de la France et plus particulièrement les régions méditerranéennes (hors Corse) ne sont qu'exceptionnellement touchées par les giboulées.

La neige en plaine

Les avalanches

La neige et ses transformations

La grêle est constituée de particules de glace de diamètre supérieur à 5 mm : les grêlons.
Les épisodes de grêle se produisent en général lors d'orages violents, au sein de cumulonimbus. Moins de 10 % des cumulonimbus donnent de la grêle atteignant le sol.
 

Comment se forment les grêlons ?

Au sein des cumulonimbus, il existe de forts courants ascendants et descendants entre la base, chaude et humide, et le sommet très froid du nuage. La glace se forme dans cette "colonne d'ascendance" autour de petites particules solides appelées noyaux glaçogènes. Ces impuretés proviennent d'éléments soit naturels (poussière, suie volcanique…), soit artificiels (rejets des réacteurs d'avion…).
Les grêlons se développent à l'intérieur du nuage par dépôts successifs de glace sur ces noyaux glaçogènes, avant de tomber au sol sous forme d'averses de grêle.
Il arrive souvent que les grêlons fusionnent entre eux pour donner des particules encore plus grosses : on parle d'accrétion.
 

Pourquoi ce sont les cumulonimbus les plus violents qui génèrent les plus gros grêlons ?

Si les ascendances sont faibles, la particule qui grossit va très rapidement descendre et être éjectée du nuage. Comme elle est de petite dimension, elle fond avant d'atteindre le sol ; il ne tombe alors que de la pluie.
Dans le cas contraire, plus les ascendances du cumulonimbus sont fortes, plus la particule reste longtemps en suspension dans le nuage, collectant l'eau surfondue (voir ci-dessous le paragraphe Pour en savoir plus). Ce sont donc les cumulonimbus (et par conséquent les orages) les plus violents qui génèrent les plus gros grêlons.
 

À quoi ressemble un grêlon ?

Lorsque des particules de glace ne dépassant pas 5 mm de diamètre, plutôt opaques, tombent d'un cumulonimbus et rebondissent au sol sans se briser, on parle de grésil.
Les grêlons, eux, font, on l'a dit,  plus de 5 mm de diamètre. Ils sont de forme plus irrégulière, quoiqu'assez souvent circulaire. Lorsque plusieurs grêlons fusionnent, on obtient des formes parfois assez originales.
Un grêlon est généralement composé d'une alternance de couches de glace concentriques opaques ou transparentes, selon les différents types de croissance qu'il a subis (voir ci-après le paragraphe Pour en savoir plus).

Grêlons à La Celle (18), le 25 mai 2009.
 

Pour en savoir plus : du noyau glaçogène au grêlon

Les noyaux glaçogènes présents dans les nuages permettent la formation de la glace par 2 mécanismes :
- condensation solide, c'est-à-dire passage de l'état gazeux à l'état solide de la vapeur d'eau présente dans le nuage ;
- congélation de l'eau surfondue* présente dans le nuage.

Le noyau glaçogène va alors grossir pour former un grêlon en plusieurs étapes :
-    le noyau glaçogène, souvent très haut dans le nuage (donc à température très négative) va grossir progressivement par dépôt de la vapeur d'eau (condensation solide) : on parle alors de croissance « sèche » ;
-    en grossissant, la particule ainsi formée va descendre un peu plus vite dans le nuage que les gouttelettes d'eau surfondue. Elle va donc les collecter et les faire geler instantanément. Elle devient alors opaque, de forme circulaire avec un diamètre de quelques millimètres ;
-    en grossissant encore, la particule descend de plus en plus vite au regard des gouttelettes d'eau surfondue qu'elle collecte encore plus rapidement. Elle se réchauffe progressivement** et l'eau gèle plus lentement à sa surface. La particule prend alors une apparence transparente et sa densité augmente. On parle de croissance « humide ».

Au cours de son évolution, un grêlon va alterner des phases de croissance sèche et de croissance humide en fonction de sa vitesse de chute et des caractéristiques de son environnement (température et concentration en eau surfondue).
Enfin, lorsque la particule est suffisamment grosse au regard des courants ascendants du nuage, elle finit par tomber au sol : c'est l'averse de grêle.

* Dans les courants ascendants du cumulonimbus, même si la température est négative, l'eau peut rester en phase liquide jusqu'à –40°C, en l'absence d'impuretés dans l'air. Cette eau à température négative est dite « surfondue ».
** La congélation de l'eau (même surfondue) étant associée à un dégagement de chaleur, la température de la particule augmente pour être voisine de 0°C.

Qu'appelle-t-on précipitations intenses ?

Ce sont des pluies qui apportent sur une courte durée (d'une heure à une journée) une importante quantité d'eau. Cette quantité peut égaler celle reçue habituellement en un mois, voire en plusieurs mois.

Des cumuls de l'ordre de 50 mm* en 24 heures dans la plupart des régions de plaine et de l'ordre de 100 mm en 24 heures dans les régions montagneuses sont considérés comme des seuils critiques. Le dépassement de ces seuils peut provoquer, lorsque la nature du terrain s'y prête, de graves inondations.

Pour les phénomènes les plus violents, le cumul des précipitations dépasse généralement les 100 mm en une heure. Dans le Sud de la France, les cumuls observés peuvent même dépasser 500 mm en 24 heures.

Les vents régionaux

Qu'est-ce qu'un orage ?

C'est un phénomène atmosphérique, caractérisé par une série d'éclairs et de coups de tonnerre. Un éclair peut se déclencher à l'intérieur du nuage, entre deux nuages, ou entre le nuage et le sol ou un aéronef (on parle alors de coup de foudre).
Foudre, éclair et tonnerre sont classés parmi les électrométéores*.

L'orage est toujours lié à la présence d'un nuage de type cumulonimbus, dit aussi nuage d'orage.
Il est souvent accompagné par un ensemble de phénomènes violents : rafales de vent, précipitations intenses parfois sous forme de grêle et quelquefois vents rabattants, ou bien trombe ou tornade.
Les orages se forment lorsque l'atmosphère est instable, avec de l'air chaud près du sol et froid en altitude.
L'orage est généralement un phénomène de courte durée : de quelques dizaines de minutes à quelques heures. Il peut être isolé (orage dû à la présence de reliefs ou causé par le réchauffement du sol en été) ou organisé en ligne (dite "ligne de grains").
Dans certaines conditions, des orages peuvent se régénérer sans cesse au même endroit ou bien s'y succéder. Ils provoquent ainsi durant plusieurs heures de fortes précipitations qui peuvent conduire à des inondations.

Parfois, après la survenue d'un premier orage, on peut observer dans un second temps la formation d'un arc orageux circulaire centré sur la zone où s'était produit l'orage initial. Pour en savoir plus sur les orages circulaires, lire notre actualité sur l'épisode orageux du 25 juillet 2014 dans le Sud-Ouest.

* Un électrométéore est une manifestation visible ou audible de l'électricité atmosphérique sous forme soit de décharges discontinues d'électricité (éclair, tonnerre), soit de phénomènes plus ou moins continus (feu Saint-Elme, aurore polaire).