- 1. Mécanismes de la condensation
- 2. Microphysique des précipitations
- 3. Mécanisme de Bergeron
- 4. Précipitations des nuages chauds
- 5. Mécanisme des réactions en chaîne de Langmuir
- 6. Mécanisme de formation de la grêle
- 7. Pluies sans nuage
- 8. Rosée
- 9. Givre
- 10. Moyens d'investigation et de mesure
- 11. Bibliographie
PRÉCIPITATIONS, météorologie
Mécanisme de formation de la grêle
La grêle est un phénomène mal connu et très combattu dans toutes les régions du monde en raison de ses effets dévastateurs sur les récoltes. De plus, la grêle est un phénomène capricieux : présente chaque année ou presque dans certaines régions, elle est rarissime ailleurs. Des grêlons ou amas de grêlons dépassant le kilogramme ont parfois été signalés, mais le physicien des nuages se refuse parfois à les expliquer sinon à les admettre. Les chutes de grêle sont caractérisées par une localisation relativement étroite : quelques centaines de mètres sur quelques kilomètres de long.
Les mécanismes thermodynamiques de formation de la grêle commencent à être suffisamment connus ; en revanche, le ou les schémas de la structure du cumulo-nimbus susceptible de donner naissance à de la grêle sont encore assez hypothétiques. Dans un nuage type cumulo-nimbus à grand développement vertical, il existe des cellules où de véritables cheminées de plusieurs centaines de mètres de diamètre amènent en altitude l'air humide et chaud provenant des basses couches, et cela avec des vitesses pouvant atteindre et dépasser 30 mètres par seconde. Dans ces régions du nuage, la turbulence, les noyaux hygroscopiques et le mécanisme de Langmuir se relaient et s'unissent pour aboutir à la formation de la pluie. Mais, compte tenu des vitesses d'ascendance, toute l'eau liquide condensée en gouttelettes, puis rassemblée en gouttes de pluie, continue son ascension relative, car les plus grandes vitesses de chute pour les très grosses gouttes ne dépassent jamais 9 mètres par seconde. On doit donc observer une véritable accumulation d'eau en altitude.
Effectivement, les radars indiquent toujours des échos très intenses, « suspendus » en altitude dans les nuages à grêle. Au fur et à mesure que cette accumulation d'éléments précipitants atteint des températures suffisamment négatives, la glaciation apparaît. Dans une première phase, la goutte de pluie se congèle en altitude et présente vraisemblablement l'aspect d'un grain de grésil. Le mécanisme de Bergeron et les captures mécaniques interviennent ensuite pour édifier couche par couche autour du germe initial les structures du grêlon. Cette croissance peut être relativement rapide : l'impact des éléments de nuage et de pluie par le grêlon au cours de sa chute se traduit par un coefficient de captation élevé compte tenu des vitesses relatives de ces éléments, mais l'eau en surfusion ainsi captée ne s'intègre pas obligatoirement au grêlon dans sa totalité, car la chaleur latente de solidification ramène le bilan thermique à des valeurs voisines de 0 0C ; l'excès d'eau non congelée s'échappe alors dans le sillage du grêlon sous forme de gouttelettes.
Comme les vitesses verticales d'ascendance sont élevées, les grêlons resteront en altitude jusqu'à ce que leur vitesse de chute propre devienne supérieure à celle de l'air dans les cheminées d'ascendance où ils se sont formés. C'est alors que la chute de grêle commence à se produire effectivement, et l'arrivée au sol se fera avec des vitesses d'impact considérables, fonctions du poids et du facteur de forme du grêlon, élément déterminant le coefficient de traînée.
Ce schéma simplifié ne permet pas d'expliquer pourquoi la grêle n'est pas un phénomène beaucoup plus fréquent ; des accumulations d'eau en altitude sont souvent clairement détectables au radar sans que pour cela des chutes de grêle soient observées. Il semble qu'une faible concentration en noyaux glaçogènes naturels efficaces soit une des conditions de la formation de la grêle et qu'un certain schéma dans la répartition des courants ascendants doive être en même temps réalisé.
La première de ces hypothèses a bien[...]
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Écrit par
- Léopold FACY : ingénieur général de la Météorologie nationale
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Médias
Précipitations : pluie, neige et grêle
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Pluie
Gideon Mendel/ Corbis/ Getty Images
Vitesses de chute des gouttes de pluie
Encyclopædia Universalis France
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