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LA FORMATION DE LA PRÉCIPITATION

Les hydrométéores qui se forment dans les nuages sont à des températures très froides, souvent au-dessous 0 °C. C'est pour cette raison que presque toutes les précipitations qui arrivent au sol (liquide ou solide) proviennent de la formation de cristaux de glace ou d'eau congelée. Ces précipitations solides tombent et fondent en cours de route si la température de l'air atteint plus de 0 °C et arrivent sous forme liquide au sol (sinon elles restent sous forme solide).

Étapes du développement de la précipitation solide ou liquide:
condensation (congélation) et sursaturation de l'air;
développement des hydrométéores (solides ou liquides);
chute des hydrométéores (solides ou liquides).

La condensation et la sursaturation
Vous savez maintenant que les gouttelettes de nuage se forment par condensation dès que le seuil de saturation de l'air en vapeur d'eau est légèrement dépassé (sursaturation); cela résulte du grand nombre de noyaux de condensation présents dans l'atmosphère. Le diamètre habituel d'une gouttelette de nuage est de 0,02 millimètre, alors que celui d'une gouttelette de pluie peut atteindre 5 millimètres; c'est dire que la gouttelette de pluie est environ 100 fois plus grosse que la gouttelette de nuage. Mais comment les petites gouttelettes de nuage deviennent-elles des gouttes de pluie. On pourrait croire que les gouttelettes de nuage vont tout simplement grossir et devenir des gouttelettes de pluie. Nous verrons que ce n'est pas exactement le cas.

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Le développement des hydrométéores
Au début, les gouttelettes d'eau dans le nuage sont nombreuses et elles ont à peu près la même taille. Leur croissance se fait par condensation de vapeur sur leur surface. Mais le nombre de gouttelettes est très élevé (1 million de gouttelettes par litre) et la compétition pour le partage de la vapeur d'eau disponible est féroce. Seule, la condensation de vapeur d'eau sur les gouttelettes n'est pas suffisante pour former des gouttelettes de précipitation. Cela veut dire qu'il y a d'autres processus qui vont permettre aux gouttelettes de grossir jusqu'à devenir des gouttelettes de précipitation.

Comment les gouttelettes de nuage se transforment-elles en gouttes de pluie ?

On connaît maintenant deux processus permettant de produire les précipitations.
Il s'agit des processus de Bergeron et de coalescence.

Processus de Bergeron
Il faut d'abord savoir que les gouttelettes d'eau ne se solidifient pas à 0 °C comme on pourrait le croire. L'eau pure ne se solidifie qu'à des températures inférieures à -40 °C. On dit alors que le nuage est en surfusion. Cependant, l'eau surfondue gèle facilement en présence de noyaux de congélation. Donc, lorsque la température d'un nuage est au-dessous de 0 °C, on y retrouve des gouttelettes d'eau et des cristaux de glace.

Il se produit alors un phénomène très intéressant : des molécules d'eau quittent les gouttelettes d'eau pour aller sur les cristaux de glace. Ceux-ci grossissent rapidement, aux dépens des gouttelettes, jusqu'à ce qu'ils soient assez lourds pour tomber. Durant leur chute, ils grossiront encore plus par le processus de coalescence. S'ils passent à travers une couche d'air dont la température est au-dessus de 0 °C, ils pourront fondre et arriveront au sol sous forme de pluie, ou de neige mouillée.

Processus de Bergeron

Les molécules de vapeur d'eau s'évaporent de la gouttelette d'eau pour aller se solidifier sur le cristal de glace.

Après un certain temps, la gouttelette d'eau disparaît et le cristal est devenu plus gros.

Processus de coalescence
Si la turbulence (le brassage) dans un nuage est suffisante, les gouttelettes au sein du nuage entreront en collision et se fondront les unes dans les autres pour former de plus grosses gouttelettes. Lorsque celles-ci sont assez lourdes, elles tombent et entrent encore en collision avec d'autres gouttelettes plus petites qui tombent moins vite. Finalement, elles atteindront le sol sous forme de pluie.

Ces gouttes tombent plus rapidement et grossissent par coalescence, c'est-à-dire par rencontre. Les vitesses de chute des très grosses gouttes peuvent atteindre 8 m/s. Les gouttes possèdent alors leur grosseur maximale. En tombant, elles se déforment et se brisent en gouttelettes plus petites qui grossissent à leur tour.

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Chute des hydrométéores
La dernière étape du développement des hydrométéores est leur chute vers le sol. Ce n'est qu'au moment où ils ont un poids assez élevé, que les hydrométéores tombent au sol.

En tombant, ils vont capturer d'autres gouttelettes et ainsi grossir. Mais ils vont aussi se déformer à cause de la friction de l'air. Comme les gouttes se déforment, elles peuvent aussi se briser pour former des gouttes plus petites.

 

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