Météo · Théorie
Humidité et nuages
Humidité, saturation et point de rosée, comment naissent les nuages et le brouillard, les types de nuages et ce qu’ils annoncent pour le vol.
Les états de l’eau
L’eau existe sous trois états : solide (glace), liquide (eau) et gazeux (vapeur d’eau). La vapeur d’eau est invisible : la « vapeur » d’un hammam est en fait un nuage de fines gouttelettes.
- Aller vers la vapeur (fusion, vaporisation, sublimation) demande de fournir de la chaleur : il faut vaincre les forces qui lient les molécules d’eau.
- Aller vers la glace (solidification, condensation, gaz → solide) libère de la chaleur, qui réchauffe l’air autour.
Piège de vocabulaire. On lit aussi « liquéfaction » pour gaz → liquide, et « condensation » pour gaz → solide. À l’examen, condensation = gaz → liquide (N°33).
En vol : dans une ascendance saturée (qui contient déjà un nuage), la vapeur continue de se condenser en montant et libère de la chaleur. L’air saturé se refroidit donc moins vite que l’air non saturé, qui perd 1 °C par 100 m.
Humidité, saturation et point de rosée
L’humidité absolue est la masse de vapeur d’eau, en grammes, par m³ d’air. Plus l’air est chaud, plus il peut contenir de vapeur avant de la condenser.
Exemple : de l’air à 17 °C qui contient 5 g/m³ de vapeur est plutôt sec (point P). Refroidi à −7 °C (point P’), il contient toujours 5 g/m³ mais il est saturé : tout refroidissement de plus forme de l’eau liquide (nuage, brouillard, buée, gouttes).
Le point de rosée, aussi appelé point de condensation, est la température à laquelle il faut refroidir l’air pour que sa vapeur commence à se condenser. C’est une température, pas une quantité d’humidité.
Formation des nuages
Un nuage est de l’air qui contient d’innombrables fines gouttelettes d’eau liquide. Vu de l’extérieur, c’est un nuage ; quand on est dedans, c’est du brouillard (visibilité inférieure à 1 km). La brume, une suspension de particules diverses, est nettement moins épaisse (visibilité de 1 à 10 km).
Dans tous les cas, un nuage se forme quand l’air se refroidit jusqu’à son point de rosée. Deux causes principales :
- La nuit, le sol refroidit l’air qui le touche : brouillard de rayonnement (voir plus bas).
- L’air monte et se refroidit en montant, dans trois situations :
Sous le vent d’une montagne, l’air redescend sec et se réchauffe : c’est l’effet foehn (voir fiche « L’effet foehn »). Le front est détaillé dans fiche « Masses d’air et fronts ».
La base du nuage est sa limite inférieure : l’altitude où l’air qui monte atteint son point de rosée. Plus l’atmosphère est humide, plus la formation de nuages est probable ; très humide, elle donne beaucoup de nuages bas. Une atmosphère sèche donne peu de nuages, et plus hauts, voire aucun.
Brouillard de rayonnement
Par nuit claire, le sol perd sa chaleur en rayonnant (infrarouge) vers l’espace. Il se refroidit, puis refroidit l’air juste au-dessus. Si cet air atteint son point de rosée, du brouillard se forme au sol : c’est typique des longues nuits d’automne et d’hiver.
Ce qui favorise le brouillard de rayonnement :
- Ciel dégagé : par ciel couvert, les nuages renvoient le rayonnement vers le sol, qui se refroidit moins.
- Absence de vent : par grand vent, l’air est brassé et le refroidissement se répartit sur une plus grande hauteur.
- Faible écart entre la température et le point de rosée : l’air a peu à se refroidir pour condenser.
L’air se retrouve plus froid au sol qu’en altitude : c’est une inversion. Une forte inversion signale une grande stabilité des basses couches ; on voit alors du brouillard ou des stratus en bas, et du soleil au-dessus.
Les types de nuages
Les noms se construisent avec quelques racines :
| Racine | Sens | Exemples |
|---|---|---|
| cirro- | très haut, de 6000 à 10 000 m, en général peu épais | cirrus, cirrostratus, cirrocumulus |
| alto- | étage moyen, de 3000 à 6000 m, un peu plus épais | altostratus, altocumulus |
| cumulo- | en boule, en « chou-fleur » ; la famille compte aussi des petits nuages amoncelés (flocons) | cumulus, altocumulus, cirrocumulus |
| strato- | en couche close qui s’étale | stratus, altostratus, cirrostratus |
| nimbo- | donne des précipitations | nimbostratus |
Deux termes particuliers : lenticulaire (en forme de lentille) et castellanus (en forme de château avec des tours).
| Photo | Nuage | À retenir |
|---|---|---|
| 1 | Cirrus (Ci) | petits nuages fins en mèches, de 6000 à 10 000 m |
| 2 | Cirrostratus (Cs) | couche close, fine et translucide, de 6000 à 10 000 m ; halo coloré autour du soleil |
| 3 | Cirrocumulus (Cc) | petits flocons, base au-dessus de 6000 m, faits de cristaux de glace |
| 4 | Altostratus (As) | couche close, base vers 4000 m |
| 5 | Altocumulus (Ac) | petits flocons, base vers 4500 m |
| 6 | Cumulus (Cu) | signe de bons courants ascendants ; base en général entre 1000 et 4000 m. Humilis = très petits, mediocris = moyens, congestus = gros, à base sombre |
| 7 | Cumulonimbus (Cb) | nuage d’orage né d’un cumulus congestus, souvent en champignon, jusqu’à 10 000 m environ |
| 8 | Stratocumulus (Sc) | cumulus rapprochés en bandes, en général près du sol, fréquents après la pluie |
| 9 | Stratus (St) | couche close, souvent au sol (brouillard), automne et hiver |
| 10 | Nimbostratus (Ns) | couche très épaisse et close, base vers 1000 m, précipitations |
| 11 | Altocumulus castellanus | en château ; tôt le matin = air humide et instable, propice aux orages l’après-midi |
| 12 | Altocumulus lenticulaire | en lentille, au-dessus de 3500 m ; onde du vent sur le relief, reste en place |
Nuages et vol
- Cumulus humilis et mediocris, surtout s’ils sont hauts : indicateurs de bonnes ascendances thermiques.
- Cumulus congestus : gros, à base sombre, sur plusieurs centaines de mètres de hauteur. Il peut donner de petites averses ou se développer en cumulonimbus.
- Cumulonimbus : ses courants (ascendants, puis descendants et horizontaux) sont beaucoup plus rapides qu’un parapente : très dangereux. Il peut donner de la grêle, mais pas toujours.
- Dès qu’il y a des précipitations sous un congestus ou un cumulonimbus, de l’évaporation se produit en altitude : elle refroidit l’air et provoque de forts courants descendants. Le nuage reste dangereux.
- Signe de pluie visible de loin : un rideau gris de stries verticales, ou un peu obliques, de la base sombre jusqu’au sol.
- Altocumulus castellanus tôt le matin : atmosphère humide et instable, propice aux orages l’après-midi.
- Brouillard ou stratus en bas, soleil au-dessus : forte inversion vers 1000–1500 m, grande stabilité des basses couches.
Du petit cumulus au cumulonimbus, ses courants et ses dangers :
Nuages lenticulaires
Ils se forment quand le vent souffle modérément à fort sur un relief et se met à onduler (onde). La vapeur se condense là où l’air monte, du côté au vent de l’onde, et l’eau s’évapore là où il redescend, sous le vent : le nuage reste en place malgré le vent. Ils sont typiques d’un ciel de foehn.