Météorologie en générale/La formation des nuages et les differents types de nuages

Comment se forme un nuage ?

Les nuages se forment par condensation de vapeur d'eau, c'est-à-dire par passage de l'eau qu'ils contiennent de l'état gazeux à l'état liquide. Mais dans quelles conditions cette vapeur d'eau peut-elle passer sous forme liquide, c'est-à-dire former des gouttelettes ?

Pour le comprendre, il faut savoir qu'une masse d'air ne peut contenir qu'une certaine quantité de vapeur d'eau, qui dépend de la température. Plus l'air est chaud, plus il peut être chargé en vapeur d'eau. Lorsqu'une masse d'air chaud saturée en vapeur d'eau se refroidit, une partie de l'eau qu'elle contient sous forme gazeuse va se condenser et former des gouttelettes.

Dans l'atmosphère, les nuages se forment donc par refroidissement d'une masse d'air humide. Ce refroidissement est provoqué soit par contact avec une surface plus froide, soit – le plus souvent – par soulèvement dans l'atmosphère.  En prenant de l'altitude, une masse d'air voit en effet sa pression diminuer, ce qui la refroidit (la compression d'un gaz le réchauffe, la détente le refroidit).

Voici les principaux mécanismes de refroidissement à l'origine de la formation des nuages.

• La convection : L'air présent au voisinage d'un sol chaud se réchauffe à son contact et se dilate. Plus léger, il monte dans l'atmosphère avant de se refroidir en altitude pour former des nuages. Ces nuages de convection, apparaissent d'autant plus facilement qu'il y a de l'air froid en altitude (masse d'air instable). Leur base est horizontale, l'altitude et la forme de leur sommet évoluent en fonction de la température. Ils sont fréquents l'été sur terre, l'hiver au-dessus de la mer.

• Le soulèvement orographique : Lorsqu'une masse d'air est poussée par le vent vers un relief, elle est contrainte de s'élever le long de la pente. En prenant de l'altitude, sa température s'abaisse et peut atteindre le seuil de saturation, c'est-à-dire qu'une partie de l'eau gazeuse qu'elle contient va se condenser. Un nuage se forme alors sur le versant « au vent » et se dissipe sur le versant « sous le vent ».

Derrière la montagne, l'air se réchauffe en descendant. Si le nuage a perdu une partie de son humidité sous forme de des précipitations, l'air se réchauffe plus en descendant qu'il ne s'est refroidi en montant. À altitude égale, il sera plus chaud sous le vent de la montagne qu'au vent. C'est l'effet de Foehn.

• Le soulèvement frontal : Des nuages peuvent aussi se former au niveau d'un front, c'est-à-dire à l'interface entre deux masses d'air de températures différentes. Dans une perturbation en mouvement, l'air chaud du secteur chaud se soulève au dessus de la masse d'air froid antérieur (front chaud) et est rejeté en altitude par la progression plus rapide de l'air froid postérieur (front froid). Cet air chaud se refroidit en altitude et donne naissance à des nuages le long des fronts.

• Le refroidissement par la base : ce mécanisme conduit à la formation de nuages bas ou brouillard lorsque une masse d'air doux circule au-dessus d'une surface plus froide. Ce mécanisme est fréquent sur terre l'hiver à l'approche d'une masse d'air doux et humide venant de l'Atlantique. On l'observe l'été en mer lorsque de l'air relativement doux arrive sur des eaux froides.

En savoir plus sur la modélisation et les  recherches sur les nuages.

Les différents types de nuages

Les nuages se trouvent dans la première des couches de l'atmosphère : la troposphère. Cette couche s'étend de la surface de la Terre jusqu'à la tropopause ; son épaisseur varie de 8 km aux pôles à 16 km à l'équateur. C'est là que se produisent la quasi-totalité des phénomènes météorologiques.

Les nuages sont classés en dix genres selon leur forme et l'altitude de leur base. On distingue les nuages en couche ou stratiformes et les nuages en boule ou cumuliformes. Côté altitude, les noms des nuages les plus élevés se composent avec le préfixe « cirro », ceux d'altitude moyenne avec le préfixe « alto » :

• À l'étage inférieur (du sol à 2 km d'altitude), on rencontre le stratus et le stratocumulus.
• À l'étage moyen (de 2 à 5 voire 7 km d'altitude), l'altocumulus et l'altostratus.
• À l'étage supérieur (à plus de 5 km d'altitude), on retrouve le cirrus, le cirrocumulus et le cirrostratus, composés de cristaux de glace.
• Le nimbostratus, le cumulus et le cumulonimbus ont quant à eux un développement vertical important et occupent donc plusieurs "étages".

Classification des dix genres de nuage sur une coupe verticale de la troposphère © Météo-France (Agrandir)

Les différents genres de nuages englobent eux-mêmes plusieurs sous-catégories * qui précisent cette classification.

Voir notre diaporama sur les nuages types

Voir notre diaporama sur les nuages remarquables

* Il existe quatorze espèces, neuf variétés, six particularités, trois « nuages annexes » et quelques « nuages origines » qui peuvent venir préciser la classification d'un nuage en fonfonction de son genre.

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Tous les nuages précipitent-ils ?

Les nuages dans le ciel ne donnent pas tous lieu à des précipitations. En fonction de leur genre, ils peuvent ou non précipiter. Les nuages de l'étage supérieur (cirrus, cirrocumulus et cirrostratus) ne donnent pas lieu à des précipitations tout comme l'altocumulus en général. Les autres nuages, toujours en fonction de leur type, donneront plutôt des précipitations continues sous forme liquide (pluie) ou solide (neige) ou plutôt sous forme d'averses de pluie, de neige, de grésil ou de grêle.

Pluie ou averse ?

La pluie et la neige peuvent tomber de deux façons :

• Soit sous forme d'averse : il s'agit d'une précipitation de courte durée (de quelques minutes à une heure au maximum) et dont l'intensité est variable mais souvent marquée voire violente (exemple des averses orageuses).
• Soit de manière continue (souvent plusieurs heures) avec une intensité variable mais généralement non violente. Lorsque la pluie (ou la neige) s'arrête puis reprend sans démarquage net et que le ciel reste couvert de nuages on parle de pluie (ou de neige) intermittente. Il ne s'agit pas d'averse !

La bruine ne tombe jamais sous forme d'averse.
La grêle et le grésil tombent toujours sous forme d'averse.

Quel nuage donne quelle(s) précipitation(s) ?

Par temps très froid le stratus peut donner de très petits grains de glace, blancs et opaques qui ne rebondissent pas et ne se brisent pas : c'est la neige en grains.

Les radars météorologiques permettent de détecter, de qualifier et quantifier les précipitations. L'utilisation de ces images permet le suivi des zones de précipitations.

D'où vient le nom des nuages ?

En 1802, Jean-Baptiste de Monet, chevalier de Lamarck (1744-1829), propose une classification des nuages permettant pour la première fois de les identifier. Cette nomenclature en langue française restera peu ou pas usitée.

Un an plus tard, en 1803, Luke Howard (1772-1864), un pharmacien anglais passionné de météorologie, publie une classification en latin basée sur la forme des nuages. Il distingue en particulier 3 classes fondamentales : Cirrus, Cumulus, Stratus. Il introduit également le Cirrostratus et les Cirrocumulus.

La classification d'Howard – qui préfigure celle employée aujourd'hui – connaît un succès immédiat. Cette terminologie latine décrit les nuages en termes évocateurs : les cirrus (filament ou boucle de cheveux) d'aspect fibreux, les cumulus (monceau) séparés ou bourgeonnants, et enfin, les stratus (étendu ou stratifié). Surtout, elle fournit à la science météorologique un langage commun qui facilite la communication entre météorologistes de tous pays.

Cette classification sera progressivement enrichie et adoptée par la communauté météorologique internationale, notamment grâce à l'Atlas international des nuages publié en 1896 par Hildebradsson, Riggenbach et Teisserenc de Bort.

CIRROSTRATUS - 20 février 1916
Réfractée par un voile à peine visible de cristaux de glace en altitude, la lumière forme ce halo qu'André des Gachons voit au travers d'un cirrostratus. Plus bas, un cumulus percé par le soleil en masque une partie.( Les oeuvres d'André des Gachons sont reproduites avec l'aimable autorisation de Jean-Marie et Danièle Peyrot des Gachons.)

Découvrir les 10 genres de nuages à travers les aquarelles d'André des Gachons