Chapitre 3. Comment se forme un nuage

Regarder un nuage, c'est regarder de l'eau qui a cessé d'être invisible. Rien de plus, et c'est déjà beaucoup : le chapitre précédent a établi qu'un air refroidi jusqu'à son point de rosée libère son excédent de vapeur sous forme liquide. Un nuage est exactement ce résultat-là, réalisé non pas sur une vitre de cuisine mais dans un volume d'air en pleine atmosphère.

Météo-France le dit sans détour : « les nuages se forment par condensation de vapeur d'eau, c'est-à-dire par passage de l'eau qu'ils contiennent de l'état gazeux à l'état liquide ». Et le même service décrit leur contenu : « les nuages sont formés de fines gouttelettes d'eau et de cristaux de glace en suspension ».

Deux mots de cette dernière phrase méritent d'être soulignés tout de suite. Gouttelettes et cristaux : donc du liquide et du solide, jamais du gaz. En suspension : donc portées, pas posées. Ce chapitre explique comment cette eau se forme, pourquoi elle reste en l'air, et comment on donne un nom à ce que l'on voit.

Un nuage contient une quantité d'eau considérable, et pourtant il flotte. La contradiction n'est qu'apparente, et elle tient à la taille des gouttelettes.

Les gouttelettes d'un nuage sont si petites que l'air les freine autant qu'elles pèsent. Une gouttelette de nuage descend en effet, mais si lentement que le moindre mouvement ascendant de l'air suffit à la maintenir, voire à la faire remonter. Or l'air d'un nuage est précisément un air en train de monter : c'est cette ascension qui l'a refroidi et qui a fait naître le nuage.

Ce n'est donc pas que les gouttelettes ne tombent pas : c'est qu'elles ne tombent pas assez vite pour sortir du nuage. Le chapitre suivant montrera ce qui se passe quand elles finissent par grossir, et ce qui change alors.

Ces gouttelettes ne naissent d'ailleurs pas sur rien. Le chapitre précédent a nommé les noyaux de condensation, ces particules minuscules en suspension dans l'air, poussières, sel marin, pollens ou suies, sur lesquelles la vapeur se dépose : sans elles, un air pourtant saturé condense très mal. Un nuage est donc de l'eau posée sur de la poussière, et c'est aussi pour cela qu'il n'y a pas de nuage sans atmosphère chargée de fines particules.

Retenez cette image, qui sera reprise : un nuage n'est pas un réservoir posé dans le ciel, c'est un flux. De l'air humide entre par le bas, de l'eau s'y condense, et une partie s'évapore de nouveau sur les bords. Un cumulus qui semble immobile pendant dix minutes a en réalité renouvelé une bonne part de son contenu.

Puisqu'un nuage naît d'un refroidissement, il suffit de savoir comment un air se refroidit pour savoir où et quand des nuages se forment. Météo-France distingue quatre mécanismes, et ils couvrent la quasi-totalité des nuages que l'on voit.

Avant de les détailler, la cause qui revient dans trois d'entre eux mérite d'être dite, parce qu'elle n'a rien d'évident : monter refroidit l'air, non parce qu'il rejoindrait un air plus froid, mais parce que la pression diminue avec l'altitude. Météo-France l'écrit ainsi : « en prenant de l'altitude, une masse d'air voit en effet sa pression diminuer, ce qui la refroidit (la compression d'un gaz le réchauffe, la détente le refroidit) ». Un air qui s'élève se détend donc, et cette détente le refroidit de l'intérieur, quelle que soit la raison qui le fait monter.

Le premier est la convection. Selon Météo-France, « l'air présent au voisinage d'un sol chaud se réchauffe à son contact et se dilate. Plus léger, il monte dans l'atmosphère avant de se refroidir en altitude ». C'est le mécanisme des cumulus d'après-midi d'été : le sol chauffe, des colonnes d'air montent, et des nuages en forme de choux-fleurs apparaissent au-dessus des champs et des villes.

Une remarque s'impose ici, car elle explique la moitié des cartes de nuages qu'on observe : toutes les surfaces ne se réchauffent pas à la même vitesse. Une terre labourée, un toit, une route s'échauffent vite et fort sous le Soleil, tandis qu'une étendue d'eau, lac ou mer, se réchauffe beaucoup plus lentement et reste plus fraîche au fil de la journée. La convection s'amorce donc au-dessus des terres et pas au-dessus de l'eau : c'est pourquoi, un après-midi d'été, on voit souvent des cumulus au-dessus de la côte et un ciel dégagé au-dessus de la mer, à quelques centaines de mètres de distance.

Le deuxième est le soulèvement orographique, c'est-à-dire par le relief : « lorsqu'une masse d'air est poussée par le vent vers un relief, elle est contrainte de s'élever le long de la pente ». L'air n'a pas le choix, il monte, donc il se refroidit, donc il condense. C'est pourquoi une montagne porte si souvent son propre nuage, et pourquoi le versant exposé au vent est le versant humide.

Le troisième est le soulèvement frontal, qui se produit au niveau des fronts météorologiques, c'est-à-dire aux limites entre deux masses d'air de températures différentes. L'air le plus chaud, plus léger, glisse au-dessus de l'air le plus froid et se refroidit en montant. Ce mécanisme fabrique les grandes couches nuageuses qui couvrent un ciel entier pendant une journée.

Le quatrième est le refroidissement par la base : « lorsqu'une masse d'air doux circule au-dessus d'une surface plus froide ». Ici l'air ne monte pas, c'est le sol ou la mer qui lui prend sa chaleur. C'est le mécanisme des brouillards et des couches basses, et il fait le lien direct avec le chapitre précédent.

Nommer un nuage n'est pas un jeu d'érudition. C'est ce qui permet à une observation faite dans un village d'être comprise à l'autre bout de la planète, et c'est pourquoi la nomenclature est internationale. Le document de référence est l'Atlas international des nuages de l'Organisation météorologique mondiale, qui écrit que « l'examen des formes nuageuses les plus caractéristiques met en évidence dix genres ». Météo-France reprend le même compte : « les nuages sont classés en 10 genres selon leur forme et l'altitude de leur base ».

Les noms sont construits à partir de quelques racines latines, et savoir les lire vaut mieux que savoir les réciter. Cirrus désigne une boucle de cheveu, donc un nuage en filaments. Cumulus désigne un tas, donc un nuage à contours bombés. Stratus désigne une couche étendue. Nimbus désigne la pluie. Alto indique l'étage moyen, et cirro l'étage supérieur.

Ces racines se combinent, et la combinaison se lit : un cirrostratus est une couche de l'étage supérieur, un altocumulus est un nuage en tas de l'étage moyen, un nimbostratus est une couche qui donne de la pluie, un cumulonimbus est un nuage en tas qui donne de la pluie. Quatre noms, aucun à apprendre par cœur, tous déductibles.

L'Atlas international précise que « la troposphère peut être divisée verticalement en trois étages : l'étage supérieur, l'étage moyen et l'étage inférieur », et que les altitudes de ces étages dépendent de la latitude. La troposphère est la couche basse de l'atmosphère, celle qui touche le sol et dans laquelle se passe tout ce que ce volume décrit : c'est là que sont les nuages, les vents et la pluie. Un cirrus n'est pas à la même hauteur au-dessus du Groenland et au-dessus du Congo, et le tableau ci-dessous le dit.

Un genre mérite d'être détaché des autres, parce que ses dimensions n'ont rien de commun avec elles. Météo-France décrit le cumulonimbus ainsi : « ce nuage géant et menaçant, large de 5 à 15 km, peut s'élever jusqu'à 15 km d'altitude sous nos latitudes ».

Comparez avec le tableau des étages. Aux latitudes tempérées, l'étage supérieur va de 5 à 13 kilomètres : un cumulonimbus traverse donc les trois étages d'un seul tenant. Il est pourtant classé à l'étage inférieur, et c'est là que la règle du classement prend tout son sens : un nuage se range à l'altitude de sa BASE, pas de son sommet. La base d'un cumulonimbus est basse, souvent à moins d'un kilomètre.

Deux genres portent la racine nimbus, celle de la pluie, et ce sont ceux qui donnent l'essentiel de ce qui tombe jusqu'au sol. Le mot général pour tout ce qui tombe d'un nuage, pluie, neige ou grêle, est précipitation, et le chapitre suivant lui est consacré en entier ; une averse est une précipitation brève et intense, qui commence et cesse brusquement. Le nimbostratus donne une pluie continue et régulière sur une large étendue ; le cumulonimbus donne des averses sur une zone étroite. Les autres genres peuvent laisser tomber des traînées d'eau ou de glace qui s'évaporent avant d'arriver en bas.