Chap. 13 LES PRECIPITATIONS

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Chap. 13 LES PRECIPITATIONS
- Décrire les mécanismes de formation des précipitations ;
- Décrire les mécanismes de formation des nuages et les types de nuages ;
- Déterminer les conditions de la condensation ;
- Identifier les types de précipitions.
INTRODUCTION
Sont dénommées précipitations, toutes les eaux météoriques qui tombent sur la surface de la
terre, tant sous forme liquide (bruine, pluie, averse) que sous forme solide (neige, grésil,
grêle) et les précipitations déposées ou occultes (rosée, gelée blanche, givre,...). Elles sont
provoquées par un changement de température ou de pression. Leur formation dépend de la
stabilité ou de l’instabilité de l’atmosphère.
I- LES CAUSES DES PRECIPITATIONS : LES MOUVEMENTS VERTICAUX DE L’AIR
ET LES CYCLONES
A- Les mouvements verticaux déterminent les précipitations et le beau temps
Le temps et le climat en général, et les précipitations en particulier, dépendent essentiellement
des grands anticyclones et des grandes dépressions quasi permanents repartis à la surface du
globe. En effet, ces centres d’action
1
déterminent à la fois la circulation horizontale et la
circulation verticale, la circulation verticale étant liée aux mouvements horizontaux
2
. Les
mouvements verticaux, qui sont une conséquence de la circulation horizontale, modifient la
température de l’air : l’air qui descend se réchauffe par compression
3
, l’air ascendant se
refroidit par détente
4
.
Or l’atmosphère contient toujours plus ou moins de vapeur d’eau. Cette vapeur se refroidit
donc aussi ou se réchauffe suivant le mouvement de toute la masse. Quand la vapeur d’eau
atteint en se refroidissant une température critique appelée point de rosée, elle se condense
5
et
passe à l’état liquide. Il se forme alors des nuages, composés de gouttelettes très petites
maintenues en suspension par les courants ascendants (gouttes de quelques centièmes de
1
Le terme centre d’action signifie que les grands anticyclones et les grandes dépressions quasi permanents sont
les agents essentiels du temps et du climat.
2
En effet, l’anticyclone est une zone de divergence d’air, c’est-à-dire que l’air sort de l’anticyclone vers la
dépression en subissant un frottement au contact du substratum terrestre. Il est remplacé en altitude par un afflux
d’air extérieur (fig. 3page 52 du document photocopié de géographie). Un anticyclone est donc une énorme
masse d’air qui descend d’un mouvement continu.
Inversement, une dépression fait converger l’air inférieur. Cet afflux vers le centre ne peut s’évacuer que par le
haut (fig. 4 page 53 document précité). L’air ainsi soulevé ne pouvant s’accumuler indéfiniment en altitude, il
existe alors un écoulement vers l’extérieur à un niveau plus ou moins élevé, celui de la haute troposphère,
puisque la stratosphère ne permet pas à l’air d’y pénétrer. Et le frottement des basses couches sur la terre, en
ralentissant la vitesse, fait qu’il arrive moins d’air au sol qu’il n’en sort en altitude où le frottement est
rigoureusement nul, d’où le déficit de pression. A l’inverse d’un anticyclone, une dépression est en somme une
énorme cheminée d’air ascendant.
3
Pression qui permet la diminution du volume (de quelque chose) Exemple :la compression d'un gaz.
4
Expansion (d'un gaz précédemment soumis à une pression).
5
Passage de l'état gazeux à l'état solide Exemple :la condensation de la vapeur d'eau

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millimètres de diamètres). Quand les mouvements d’ascendance sont rapides et transportent
les gouttes nuageuses à de grandes altitudes, ces gouttes deviennent très froides et se
transforment en glace.
L’agitation verticale de toute la masse met ensuite ces noyaux glacés en contact avec les
gouttes des niveaux inférieurs, et chaque cristal de glace grossit aux dépens des particules
liquides. Quand le noyau glacé est devenu trop lourd pour rester en suspension, il est précipité
sous forme de grêle ou de neige. Si la température des basses couches est suffisamment
élevée, ce noyau fond en tombant et parvient au sol sous forme de pluie. Il arrive aussi que les
gouttes liquides s’agglomèrent, grossissent et donnent directement de la pluie. Mais de toute
façon, la pluie ne se déclenche qu’à partir d’un nuage. D’autre part, l’observation prouve que
dans 97% des cas, la présence de cristaux de glace dans un nuage est indispensable pour
provoquer la précipitation.
Puisque la pluie est presque toujours une chute initiale de neige qui fond au cours de la
descente, elle exige donc une ascendance très violente qui transporte l’eau à un niveau
suffisant pour qu’il se forme de la glace. Les nuages sans pluie résultent au contraire
d’ascendances beaucoup moins rapides. De toutes façons, pluies ou nuages ne peuvent exister
que si la masse d’air se refroidit dans toute son épaisseur. Il ne suffit pas que de l’air chaud
passe simplement sur un continent froid pour qu’il condense sa vapeur. Dans ce cas, l’air étant
très mauvais conducteur, le refroidissement n’atteint en effet qu’une très mince couche au
contact même du sol, et il ne se forme que du brouillard. Le seul mécanisme capable
d’engendrer nuages et précipitations est donc l’ascendance de l’air, parce que ce mécanisme
est le seul qui refroidisse la masse entière. En dehors des reliefs montagneux (qui obligent
l’air à s’élever le long de leur pente), et du littoral (qui freine le flux d’air à sa base et le
perturbe), les dépressions représentent alors le seul facteur susceptible de provoquer le
mauvais temps.
B- Les cyclones sont les grands dispensateurs des nuages et des précipitations
(Voir page 54 du document photocopié de géographie)
II- MECANISMES DE FORMATION DES PRECIPITATIONS
La formation des précipitations nécessite la condensation de la vapeur d'eau atmosphérique.
La saturation est une condition essentielle à tout déclenchement de la condensation. Divers
processus thermodynamiques sont susceptibles de réaliser la saturation des particules
atmosphériques initialement non saturées et provoquer leur condensation :
 Saturation et condensation par refroidissement isobare (à pression constante),
 saturation et condensation par détente
6
adiabatique
7
,
 saturation et condensation par apport de vapeur d'eau,
 saturation par mélange et par turbulence
8
.
La saturation n'est cependant pas une condition suffisante à la condensation ; cette dernière
requiert également la présence de noyaux de condensation (impuretés en suspension dans
6
Expansion (d'un gaz précédemment soumis à une pression).
7
En thermodynamique qui s'opère sans transfert de chaleur avec le milieu extérieur
8
Agitation de l'atmosphère qui se manifeste notamment par des tourbillons

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l'atmosphère d'origines variées - suie volcanique, cristaux de sable, cristaux de sel marin,
combustions industrielles, pollution) autour desquels les gouttes ou les cristaux se forment.
Lorsque les deux conditions sont réunies, la condensation intervient sur les noyaux ; il y a
alors apparition de gouttelettes microscopiques qui grossissent à mesure que se poursuit
l'ascendance, celle-ci étant le plus souvent la cause génératrice de la saturation. Les noyaux de
condensation jouent en fait un rôle de catalyseur pour la formation de gouttelettes d’eau.
Pour qu’il y ait précipitations il faut encore que les gouttelettes ou les cristaux composant les
nuages (les hydrométéores) se transforment en gouttes de pluie. Ce phénomène est lié à
l'accroissement de ces éléments dont la masse devient suffisante pour vaincre les forces
d'agitation. Ce grossissement peut s'expliquer par les deux processus suivant :
 l'effet de coalescence. Il y a grossissement par choc et fusionnement avec d'autres
particules. Du fait de la dispersion des vitesses, le cristal en se déplaçant, soit en chute
libre, soit par turbulence, entre en collision avec les gouttelettes surfondues ; la
congélation de celles-ci augmente le volume du cristal. Il en est de même pour les
gouttelettes de diamètre supérieur à 30 microns qui entrent en collision avec des
gouttelettes de diamètre inférieur. Ce processus provoque un accroissement rapide de
leur dimension et donc de leur masse augmentant leur vitesse de chute.
 l'effet Bergeron. Dans la partie du nuage où la température est négative mais
supérieure à -40°C, coexistent des cristaux de glace et des gouttelettes d'eau
surfondues (eau liquide avec une T°<0°C, l'eau pure ne se solidifie pas à 0°C mais en
dessous de - 40°C). Autour d'un cristal de glace, l'air est saturé à un taux d'humidité
plus bas qu'autour d'une gouttelette d'eau surfondue. Suite à cette différence
d'humidité, il apparaît un transfert de la vapeur d'eau des gouttelettes vers les cristaux.
Par conséquent, les gouttelettes s'évaporent tandis qu'il y a condensation autour des
cristaux. Lorsque la masse du cristal est suffisante, il précipite. S'il traverse une région
à température positive suffisamment épaisse (souvent à partir de 300 m dans les
nuages stables) et si la durée de chute le permet, il fond et donne lieu à de la pluie. Le
même processus de grossissement a lieu entre deux gouttelettes à des températures
différentes (la plus froide grossit au détriment de la plus chaude).
III- LES NUAGES
Un nuage est un ensemble visible de minuscules particules d'eau liquide ou de glace, ou les
deux à la fois, en suspension dans l'atmosphère.
A- La formation des nuages
Comment se forme un nuage ? L'air chaud composé de vapeur d'eau ayant tendance à monter,
sous l'action du froid, parvenue au niveau de condensation de la masse d'air, cette vapeur se
condense et devient visible. Un nuage se forme. Cet ensemble peut contenir des particules
d'eau liquide ou de glace de différentes dimensions, des particules liquides non aqueuses ou
des particules solides, provenant par exemple de vapeurs industrielles, de fumées ou de
poussières.
Sous leur poids ces particules ont tendance à tomber mais étant très légères en début de cycle,
les frottements de l'air s'opposent à leur chute, si bien que le nuage semble rester en
suspension dans l'air bien qu'en réalité les gouttelettes tombent à raison de quelques cm par

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seconde. Lorsque les gouttelettes grossissent, passé un certain poids elles se transforment en
véritable pluie notamment dont la vitesse de chute peut centupler si les vents sont forts.
B- Classification des nuages
Pourquoi les nuages sont-ils si différents en aspect et en couleurs ? L'aspect d'un nuage
dépend essentiellement de la nature, des dimensions, du nombre et de la répartition dans
l'espace des particules dont il est constitué; il dépend aussi de l'intensité et de la couleur de la
lumière qui l'éclaire (diffusion de Mie), ainsi que des positions relatives de l'observateur et de
la source de lumière par rapport au nuage.
Les nuages sont en perpétuelle évolution et se présentent, par conséquent, sous une infinie
variété de formes. Il est possible, cependant de regrouper les nuages en quelques familles
présentant des similitudes et des caractéristiques communes que l'on observe fréquemment.
La classification des nuages utilisée aujourd'hui est essentiellement basée sur l'existence de
dix groupes principaux, appelés "genres" qui s'excluent mutuellement. Selon la nomenclature
approuvée par l'OMM en 1956, les différents types de nuages sont répartis dans les dix genres
suivants :
Genres
Cirrus (Ci)
Nuages détachés sous forme de délicats filaments blancs composés de
bancs ou d'étroites bandes blanches ou en majeure partie blanche. Ces
nuages ont un aspect fibreux (chevelu), un éclat soyeux ou les deux
Cirrocumulus (Cc)
Banc, nappe ou couche mince de nuages blancs sans ombre propre
composés de très petits éléments en forme de granules, de rides, etc.,
soudés ou non et disposés plus ou moins régulièrement; la plupart des
éléments ont une largeur apparente de moins d'un doigt tenu à longueur de
bras
Cirrostratus (Cs)
Voile nuageux transparent et blanchâtre, d'aspect fibreux (chevelu) ou lisse,
couvrant le ciel en totalité ou en partie et donnant le plus généralement lieu
à des phénomènes de halo
Altocumulus (Ac)
Banc, nappe ou couche de nuages blancs et gris ayant généralement des
ombres propres et composés de lamelles, de galets, de rouleaux, etc.,
d'aspect parfois partiellement fibreux ou flou, soudés ou non. La plupart des
petits éléments ont une largeur apparente comprise entre un et trois doigts
tenus à longueur de bras
Altostratus (As)
Nappe ou couche nuageuse grisâtre ou bleuâtre, d'aspect strié, fibreux ou
en uniforme couvrant entièrement ou partiellement le ciel et présentant des
parties suffisamment minces pour laisser transparaître le Soleil, du moins
vaguement, comme au travers d'un verre dépoli. Il ne présente pas de
phénomène de halo
Nimbostratus (Ns)
Couche nuageuse grise, souvent foncée dont l'aspect est rendu flou par
des chutes de pluie plus ou moins continues, qui, dans la plupart des cas
atteignent le sol. Il masque complètement le Soleil sur toute son étendue.
Sous sa base on retrouve fréquemment des nuages bas, déchiquetés,
soudés ou non avec elle ainsi que des précipitations
Stratocumulus (Sc)
Banc, nappe ou couche de nuages gris ou blanchâtre, ou les deux à la fois,
ayant presque toujours des parties foncées, formées de dalles, de galets,
de rouleux, etc., d'aspect non fibreux, soudés ou non; la plupart des petits
éléments de forme régulière ont une largeur apparente de plus de trois
doigts tenus à longueur de bras

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Stratus (St)
Couche nuageuse, généralement grise, à base assez uniforme pouvant
donner lieu à de la bruine, des cristaux de glace ou de la neige en grains.
Lorsque le soleil est visible à travers ces nuages, on distingue facilement
son contour. Il se présente parfois en bandes déchiquetées
Cumulus (Cu)
Nuages détachés, normalement denses et aux contours bien délimités, se
développant verticalement sous forme de mamelons, de dômes et de tours,
dont la partie supérieure bourgeonnante a souvent l'aspect d'un chou-
fleurs. Les parties du nuage éclairées par le soleil sont d'un blanc éclatant;
la base est relativement foncée et horizontale
Cumulonimbus (Cb)
Nuage dense à extension verticale considérable en forme de montage ou
de tour immense. Sa partie supérieure est presque toujours aplatie; celle-ci
prend la forme d'une enclume ou d'un panache. Sous sa base, souvent très
foncée, on retrouve fréquemment des nuages bas déchiquetés, soudés ou
non avec elle ainsi que des précipitations
Pour préciser la nature de ces nuages, les genres ont été divisés en 14 espèces désignées par
un terme latin, par exemple cirrus spissatus, cirrocumulus floccus, stratocumulus lenticularis,
cumulonimbus capillatus, cumulus humilis, etc. Ces espèces constituent autant de catégories
distinctes. Les espèces ne s'appliquent pas indifféremment à n'importe quel type de nuage;
certaines sont propres aux cirrus, d'autres aux cumulus ou encore aux cumulonimbus.
Espèces
Nom
Abréviation
Description
fibratus
fib
fibreux : cirrus détachés ou en un voile fin consistant en filaments
presque rectilignes ou plus ou moins irrégulièrement recourbés ne se
terminant pas en crochet ou en touffes.
Nuages concernés :cirrus, cirrostratus.
uncinus
unc
en forme de crochet : cirrus en forme de virgule se terminant, dans
sa partie supérieure, en un crochet ou une touffe et dont l'extrémité
supérieure n'est pas en forme de protubérance arrondie.
Nuage concerné : cirrus.
spissatus
spi
épais : cirrus suffisamment épais pour être gris lorsqu'il est observé
près du Soleil.
Nuage concerné : cirrus
castellanus
cas
en forme de tour, de château : nuages qui présentent dans leur partie
supérieure des protubérances en forme de tours et qui leur donnent
une apparence crénelées. Les tours sont issues de la même base et
arrangées en ligne.
Nuages concernés : Cirrus, cirrocumulus, altocumulus,
stratocumulus.
floccus
flo
floconneux : chaque nuage est une touffe d'apparence cumuliforme
dont la base est plus ou moins déchiquetée et qui s'accompagne
souvent de virga. Une extrémité est plus large et dense.
Nuages concernés : cirrus, cirrocumulus, altocumulus
stratiformis
str
en nappes, stratifié : les nuages s'étendent en une vaste nappe ou
couche horizontale.
Nuages concernés : stratocumulus, altocumulus, cirrocumulus
nebulosus
neb
nébuleux, flou : nuages en forme de voile ou couche, sans détail
distinct.
Nuages concernés : stratus, cirrostratus
lenticularis
len
lenticulaire : nuages en forme de lentilles ou d'amandes, souvent
allongés et avec un pourtour bien défini, parfois irisé.
Nuages concernés : stratocumulus, altocumulus, cirrocumulus