En hiver, il y a parfois du brouillard givrant. A moins que ce ne soit du givre ou de la gelée blanche… quelle différence ?

Toujours est-il que pour voir apparaître des cristaux de glace, il faut qu’il fasse froid.

C’est sûr qu’il ne fait pas bon aller dehors, par ces températures hivernales. Et puis, c’est même souvent dangereux ou risqué, parce que ça glisse.

Mais, et j’en reviens souvent à cette constatation, la nature, ainsi givrée, nous offre un spectacle rare, splendide et quelquefois insolite.

Alors, tu me connais, j’en profite toujours au maximum.

Et, comme je pense que tu n’as pas toujours le loisir d’admirer le paysage environnant, alors je partage.

Reste au chaud et ouvre les yeux.

Et puis, si tu veux également connaître la différence entre les phénomènes relatifs au froid, à ses effets et à ses conséquences, j’ai demandé à Météo-France de nous éclairer sur le sujet. Personnellement, cela m’a permis de réchauffer mes connaissances. 🙂

Un brouillard peut quelquefois se former à température négative : alors, les gouttelettes d’eau dont il est composé sont en état de surfusion et gèleront instantanément au contact des objets de toute nature qu’enveloppe le brouillard — végétation, lignes électriques, etc. ; ces objets seront ainsi couverts de givre, d’où l’appellation de brouillard givrant. À l’image des précipitations verglaçantes, ce type de brouillard présente un péril pour la circulation automobile en sus de la mauvaise visibilité qu’il entraîne.

Il n’est pas rare qu’une perturbation comporte des épisodes de précipitation où les gouttes d’eau tombent d’un nuage en paraissant flotter dans l’air, car elles sont très rapprochées les unes des autres, et très fines qui plus est (leur diamètre n’excède pas 0,5 mm) : ce type de précipitation est la bruine.

Très souvent utilisé comme synonyme de gelée, le terme de gel désigne plus précisément tout abaissement de la température de l’air d’une valeur supérieure à une valeur inférieure ou égale à 0°C à un moment déterminé et sur une région donnée.

De nombreuses productions agricoles risquent d’être affectées par le gel à certaines époques de l’année : aussi l’agro-météorologie propose-t-elle des techniques variées pour lutter contre de tels risques ; ces techniques reposent d’une part sur l’optimisation de l’environnement des plantations (par exemple, la pose de haies ou de brise-vent en amont d’un champ), d’autre part sur la diminution active des pertes de chaleur dans le voisinage immédiat des cultures (écrans en couverture, aspersion et brouillards artificiels, combustibles, brassage vers le sol de l’air situé dans la couche d’inversion de température à 20 ou 30 mètres de hauteur, etc.).

Lorsque la température de l’air devient durablement égale ou inférieure à celle du point de congélation de l’eau, soit 0°C, on entre dans une période de gelée. L’apparition de celle-ci se traduit par la transformation de l’eau liquide en glace, à moins que ne s’y oppose la persistance du phénomène de surfusion, fréquent au sein de l’atmosphère.

La gelée est avant tout un événement météorologique, dont l’extension sur une région donnée et à une époque déterminée de l’année peut procéder de diverses causes. On a ainsi coutume de distinguer :

  • la gelée d’advection, encore appelée gelée de plein vent, qui résulte principalement d’une advection d’air froid et se produit plutôt en hiver ;
  • la gelée de rayonnement, fréquente surtout au printemps et en automne et liée au refroidissement du sol qu’entraîne par ciel clair et vent calme ou vent faible le rayonnement nocturne ;
  • la gelée d’évaporation, dont la cause principale est le refroidissement associé à l’évaporation de l’eau d’un sol humide surmonté d’un air relativement sec.

La gelée d’advection prend le nom de gelée noire lorsque la végétation que le vent endommage, gelée intérieurement, prend un aspect noirci, alors que la gelée de rayonnement, elle, est grande productrice de gelée blanche. Du point de vue de l’agro-météorologie, les gelées d’hiver surviennent au moment du repos végétatif des cultures : elles sont donc généralement moins à craindre — sauf en cas de très forte baisse des températures — que les gelées de printemps (en particulier les gelées tardives) et les gelées d’automne (en particulier les gelées précoces).

Lorsqu’en un lieu donné certaines surfaces solides telles que le sol, la végétation, les objets… sont prises par le gel, elles peuvent se couvrir d’un dépôt de glace appelé la gelée blanche. Celle-ci provient de la vapeur d’eau contenue dans l’air ambiant et subissant une condensation solide, c’est-à-dire un passage direct de la phase gazeuse à la phase solide ; à la différence du givre, la gelée blanche n’est donc pas liée à la surfusion, mais peut se déclencher dès que le refroidissement de l’air près de la surface solide — produit le plus souvent par rayonnement nocturne — lui a fait atteindre la température du point de gelée. La gelée blanche se présente généralement sous un aspect cristallin, prenant la forme d’aiguilles, de plumes, d’écailles, d’éventails… ; quand tel n’est pas le cas, on parle de gelée amorphe.

Le givre est un dépôt de glace qui forme un revêtement opaque et granuleux autour des surfaces solides lorsque la température de l’air qui les environne est inférieure à 0°C. À pareille température, les particules d’eau en suspension dans l’atmosphère peuvent néanmoins rester liquides sous forme de gouttelettes à l’état de surfusion, flottant le plus souvent dans un nuage ou un brouillard ; cet état est instable, et au moment où l’eau liquide est captée par des surfaces solides telles que le sol, la végétation, les objets, les aéronefs, elle se transforme en givre.

Cristaux de glace - 23

Sur la surface et dans le sol et le sous-sol terrestres, l’eau douce en phase solide apparaît aux températures égales ou inférieures à 0°C, sous forme de masses incolores et translucides, plus légères que l’eau liquide, qui constituent la variété de glace que nous connaissons ; s’il est vrai que d’autres variétés allotropiques de la glace, plus lourdes que l’eau liquide, ont pu être mises en évidence sous de très fortes pressions, on peut affirmer par contre que c’est cette variété courante qui parsème également l’atmosphère, où ses cristaux, quelle que soit la pression, peuvent apparaître à partir de 0°C dans la troposphère et, à l’état de traces, dans la stratosphère et la mésosphère : cependant, les cristaux de glace de la basse atmosphère issus de la condensation solide de la vapeur d’eau ou de la condensation de gouttelettes d’eau ne deviennent réellement abondants qu’en deçà de – 10°C, car le phénomène de surfusion maintient en équilibre métastable, jusqu’à presque – 40°C parfois, les gouttelettes en suspension dans l’air.

Quand d’un nuage tombent en masse des particules de glace transparente, de forme sphérique ou — rarement — conique, ou bien de forme irrégulière, et de dimension ne dépassant pas 5 mm, on attribue à ces grains le nom de granules de glace. De telles particules produisent un type de précipitation qui peut être associé à des nuages de différents genres, comme les altostratus et les nimbostratus ; sa manifestation la plus commune est néanmoins le grésil tombant quelquefois en averse des cumulonimbus.

De temps à autre tombe de certains cumulonimbus une précipitation — la grêle — formée de particules de glace bien spécifiques, qui sont ou bien séparées, ou bien agglomérées en blocs irréguliers ; ces particules, les grêlons, ont souvent une forme sphérique (quelquefois conique) plus ou moins régulière, et leur diamètre varie généralement de 5 mm jusqu’à 5 cm (parfois jusqu’à beaucoup plus).

Les averses de grêle, de façon générale, durent peu de temps et ne touchent que des superficies limitées, mais celles-ci, dans certains cas, se multiplient au même moment à travers une région commune. Sur une aire de 100 kilomètres carrés, de telles averses peuvent déverser en moyenne 300 milliards de grêlons en 5 à 10 minutes, ce qui correspond à une masse d’environ 50 000 tonnes.

La grêle, chacun le sait, constitue souvent un fléau pour des structures matérielles de toute sorte, mais surtout pour les bâtiments et plus encore pour l’agriculture. Et malgré les nombreuses recherches effectuées, on ne connaît pas à l’heure actuelle de procédé opérationnel satisfaisant pour prévenir sur le terrain les menaces d’évolution d’un nuage potentiellement grêligène.

Les grêlons sont ces particules de glace dont les chutes en très grand nombre depuis certains cumulonimbus constituent la grêle. Leur dimension, très variable, se situe généralement entre 5 mm et 5 cm de diamètre, mais peut aller jusqu’à 15 cm. Ils se forment habituellement entre – 10 et – 20°C à partir d’embryons de cristaux de glace qui, pris dans un courant descendant, chutent et fondent en agglomérant autour d’eux des gouttes d’eau par coalescence, l’ensemble étant pris ensuite dans un fort courant ascendant qui le fait se congeler en formant un premier grêlon, lequel chute de nouveau et commence à fondre en se chargeant d’eau liquide avant d’être repris dans un courant ascendant, et ainsi de suite, jusqu’à ce que la vitesse des courants ascendants ne puisse plus compenser la vitesse de chute du grêlon (celle-ci varie de 4 à 30 mètres par seconde).

Cette succession de descentes et de montées dans le nuage explique que la coupe transversale d’un grêlon révèle la plupart du temps non pas une couche unique de glace, mais une suite de couches de glace transparente alternant avec des couches de glace translucide (les secondes correspondent à des altitudes plus basses, où l’eau se congèle plus lentement, et les premières à des altitudes plus élevées, où la congélation se fait instantanément du fait que la température y est nettement négative) ; on peut ainsi décompter jusqu’à une dizaine de couches alternées.

La masse des grêlons (dépassant dans de rares cas 0,5 kg, voire 1 kg) s’associe à leur vitesse de chute pour leur procurer une énergie cinétique que démultiplie leur nombre, et qui est à l’origine des dégâts provoqués par la grêle.

Précipitation tombant d’un nuage sous forme de cristaux de glace isolés ou soudés en particules cristallines — les cristaux de neige — qui s’agglomèrent en flocons, souvent ramifiés en forme d’étoile. La neige, une fois tombée, constitue également un dépôt tantôt fugace, tantôt saisonnier ou pérenne, qui crée ou alimente le manteau neigeux.

Du point de vue de la météorologie, ce dépôt, qui peut s’étendre sur d’immenses superficies continentales aux hautes latitudes en saison froide, est surtout remarquable par la valeur très élevée de son albédo dans la lumière visible, qui fait jouer le rôle de puissants réflecteurs aux régions enneigées lors de leur contribution au bilan radiatif de la surface terrestre.

Une précipitation tombant d’un nuage peut parfois prendre l’apparence d’une chute de neige très fine : il s’agit en réalité de neige en grains ; elle est constituée de très petites particules de glace blanches et opaques, de forme plutôt plate ou allongée, et dont la dimension est généralement inférieure à 1 mm.

C’est surtout lorsque la température avoisine 0°C que peut apparaître, avant les chutes de flocons de neige ou mêlée à elles, une précipitation — la neige roulée — tombant d’un nuage sous forme de particules de glace blanches et opaques, de surface généralement arrondie ou conique, et dont la dimension peut aller jusqu’à 5 mm. Les particules de neige roulée présentent en fait les caractéristiques de la neige, à ceci près qu’elles se présentent comme des grains cassants et friables, qui souvent rebondissent ou se brisent sur le sol (ils ne s’observent pratiquement jamais en mer).

Il arrive qu’une parcelle d’air non saturé subisse une transformation à pression atmosphérique constante p au cours de laquelle sa température diminue jusqu’à 0°C : ce peut être le cas, par exemple, lorsqu’une couche atmosphérique adjacente à la surface terrestre subit par temps de gel un refroidissement nocturne dans des conditions analogues à celles qui favorisent la formation de rosée ou de brouillard de rayonnement. Lors de la transformation isobare subie par la parcelle, la quantité de vapeur d’eau qui s’y trouve contenue peut être considérée comme à peu près constante, et il en va de même de la pression partielle e de cette vapeur d’eau. Or, pour une même température négative, il se trouve que la pression de vapeur saturante de la vapeur d’eau par rapport à la glace est toujours inférieure à sa pression de vapeur saturante par rapport à l’eau liquide : de ce fait, si le refroidissement de la parcelle se poursuit en deçà de 0°C, la température f à laquelle la vapeur d’eau dans la parcelle commencera à se condenser en glace sera atteinte avant la température à laquelle elle commencera éventuellement à former des gouttelettes d’eau surfondues, qui d’ailleurs se transformeront à leur tour en glace sous l’effet des cristaux préexistants (la température f est celle pour laquelle la pression de vapeur saturante par rapport à la glace est égale à e). Sur un émagramme, le point d’abscisse f et d’ordonnée p, appelé point de gelée, marque l’apparition de cette condensation solide dans la couche atmosphérique examinée, qui forme au contact du sol de la gelée blanche.

Toute précipitation ne provient pas obligatoirement d’un nuage. Ainsi, le poudrin de glace tombe par ciel clair sous forme de très petits cristaux de glace, souvent si ténus qu’ils semblent rester en suspension dans l’atmosphère.

La condensation solide dans un air très froid et peu turbulent peut engendrer, plutôt que des flocons de neige, des cristaux de glace formés chacun de prismes qui se combinent en une aiguille, une colonne ou une plaque souvent si ténue qu’elle semble rester en suspension dans l’atmosphère. Ces prismes de glace n’en produisent pas moins une variété de précipitation lorsqu’ils tombent en masse par ciel clair (c’est le poudrin de glace) ou depuis un nuage.

La définition du degré 0°C dans l’échelle Celsius se fait à partir de la fusion de la glace sous la pression atmosphérique normale ; cette température de fusion, comme le rappelle l’article abordant le diagramme de phases de l’eau, reste en fait pratiquement la même dans toute l’atmosphère quelle que soit la valeur de la pression. On peut en déduire que les particules d’eau dans l’air sont fondues, c’est-à-dire à l’état liquide, au-dessus de 0°C, et qu’elles passent à l’état solide au-dessous de 0°C : et c’est bien ce qui survient habituellement autour de nous, près du sol ou de l’eau douce. Pourtant, tel n’est pas toujours le cas, loin de là, au sein de l’atmosphère : l’eau peut s’y condenser sous forme de gouttes ou de gouttelettes en étant surfondue, c’est-à-dire à l’état liquide dans un air à température inférieure à 0°C. L’état physique correspondant, appelé la surfusion, est un exemple d’état métastable, dans lequel le système matériel que l’on considère se maintient en déséquilibre énergétique sans atteindre (sinon avec une extrême lenteur) l’état d’équilibre où il devrait se trouver après avoir perdu son excès d’énergie. La surfusion persiste tant que les particules d’eau liquide ne seraient capables que d’engendrer des germes solides de dimensions trop faibles, dont les surfaces se composeraient donc de molécules maintenues par des forces internes trop peu intenses ; inversement, la formation brutale de germes de glace à partir de surfaces irrégulières — sol, objets, aéronefs, etc. — ou autour d’impuretés et de noyaux de congélation en suspension dans l’air interrompt la surfusion et provoque la congélation immédiate des gouttes ou gouttelettes.

La surfusion de l’eau, présentée en physique comme un phénomène plutôt exceptionnel, est en réalité la règle en météorologie pour tout ce qui concerne les nuages et hydrométéores, au sein desquels les particules peuvent rester liquides jusque vers -30, voire -40°C ; en même temps, des cristaux de glace commencent à apparaître en altitude, surtout à partir de -10°C environ. Il en résulte que des particules d’eau surfondue et de glace cohabitent dans une grande partie des nuages : si, dans ceux de l’étage supérieur, les gouttes ou gouttelettes surfondues restent rares et fugaces, elles prédominent dans ceux de l’étage moyen et apparaissent dans les parties élevées des cumulonimbus et de certains cumulus. Cette coexistence de particules liquides en surfusion et de cristaux de glace joue un rôle essentiel, à travers l’effet Bergeron, dans la mise en route de la plupart des précipitations ; au cours de ce processus, de la vapeur d’eau en sursaturation par rapport à la glace est émise par les gouttelettes d’eau surfondue et vient grossir les cristaux de glace ou les noyaux de congélation préexistants. La surfusion intervient également à côté de la coalescence dans la formation des grêlons, dont les noyaux de glace, au cours de leurs ascendances et subsidences alternées, captent des successions de gouttes de pluie surfondues.

Le contact direct de particules liquides en surfusion avec des matériaux solides provoque le givre, qui dépose instantanément sur ces matériaux une masse de glace parfois importante et peut présenter un danger particulier pour les toits, les câbles aériens, etc., et surtout pour les avions et, parfois aussi, les navires. Outre les risques ainsi suscités par certains nuages et par les brouillards givrants, le phénomène de surfusion est bien sûr à l’origine des dangers de dérapage sur la chaussée ou le trottoir dus à la congélation de pluies ou de bruines verglaçantes et à la formation de couches de verglas ; alors, dans le salage des voies, du chlorure de sodium est répandu de façon à ce que ses ions forment avec les molécules de l’eau précipitée ou déposée un mélange dit « eutectique », dont les phases se différencieront comme celles d’un corps pur ayant une température de fusion nettement plus basse que celle de l’eau.

La pluie, la bruine ou le brouillard peuvent se composer de gouttes ou gouttelettes en état de surfusion ; souvent, celles-ci précipitent sur des objets dont la surface est à une température inférieure ou légèrement supérieure à 0°C : elles se congèlent alors instantanément en formant un dépôt de glace compact et lisse, généralement transparent, qui est le verglas. (On appelle souvent aussi « verglas » une autre forme de dépôt qui provient de la congélation de gouttes non surfondues, mais tombant sur un sol à température très inférieure à 0°C.) Le verglas recouvre les surfaces suffisamment froides des objets exposés aux précipitations, et d’abord — entièrement ou par « plaques » — les chaussées.

Cet article a 1 commentaire

  1. toujours aussi beau !!! on a envie de croquer le givre faisant penser à du sucre !!!! bisous Denis !!!!

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