La
formation de nuages
résulte du refroidissement d’un volume d’air jusqu’à la condensation
d’une partie de sa vapeur d’eau. Si le processus de refroidissement se
produit au sol (par contact avec une surface froide, par exemple), on
assiste à la formation de brouillard. Dans l’atmosphère libre, le
refroidissement se produit généralement par soulèvement, en vertu du
comportement des gaz parfaits dans une atmosphère hydrostatique, selon
lequel un gaz se refroidit spontanément lorsque la pression baisse. Les
nuages peuvent aussi perdre une partie de leur masse sous forme de
précipitations, par exemple sous forme de pluie, grêle ou neige.
La condensation de la vapeur d’eau, en eau liquide ou en glace, se
produit initialement autour de certains types de microparticules de
matière solide (aérosols), qu’on appelle des noyaux de condensation ou
de congélation. La congélation spontanée de l’eau liquide en glace,
dans une atmosphère très pure, ne se produit pas au-dessus de -40 °C.
Entre 0 et -40 °C, les gouttes d’eau restent dans un état métastable
(surfusion), qui cesse dès qu’elles rentrent en contact avec un noyau
de condensation (poussière, cristal de glace, obstacle). Lorsque ce
phénomène se produit au sol, on assiste à des brouillards givrants.
Juste après la condensation ou la congélation, les particules sont
encore très petites. Pour des particules de cette taille, les
collisions et l’agrégation ne peuvent pas être les facteurs principaux
de croissance. Il se produit plutôt un phénomène connu sous le nom de «
effet Bergeron ». Ce mécanisme repose sur le fait que la pression
partielle de saturation de la glace est inférieure à celle de l’eau
liquide. Ceci signifie que, dans un milieu où coexistent des cristaux
de glace et des gouttelettes d’eau surfondue, la vapeur d’eau ambiante
se condensera en glace sur les cristaux de glace déjà existants, et que
les gouttelettes d’eau s’évaporeront d’autant. On voit ainsi que le
soulèvement est doublement important dans la formation de nuages et de
précipitations : en premier lieu comme mécanisme de refroidissement, et
ensuite comme porteur de gouttelettes d’eau liquide jusqu’au niveau où
elles deviennent surfondues.
Le soulèvement peut être dû à la convection, à la présence de terrains
montagneux faisant obstacle à l’écoulement de l’air ou à des facteurs
de la dynamique atmosphérique, comme les ondes baroclines (aussi
appelées « ondes frontales »).
