Un nuage n’est pas de la fumée ni de la vapeur d’eau visible. C’est un ensemble de milliards de minuscules gouttelettes d’eau, ou de cristaux de glace, en suspension dans l’atmosphère. Pour comprendre comment se forment les nuages, il faut suivre le trajet d’une masse d’air humide qui s’élève et se refroidit.
Comment se forme un nuage : de l’air humide qui se refroidit
Tout part de la vapeur d’eau, un gaz invisible présent dans l’air. Elle provient surtout de l’évaporation des océans, des lacs, des sols humides et de la transpiration des plantes. Tant que l’air reste chaud, il peut contenir beaucoup de vapeur d’eau sans que rien ne se voie.
Le nuage apparaît quand cet air humide se refroidit jusqu’à la saturation. La chaîne de causes est la suivante :
- Le soleil chauffe le sol, qui réchauffe à son tour l’air à son contact.
- Cet air plus léger monte : c’est la convection (l’ascension de l’air peut aussi venir d’un relief ou de la rencontre de deux masses d’air).
- En altitude, la pression atmosphérique diminue, l’air se dilate. Cette détente adiabatique abaisse sa température d’environ 1 °C tous les 100 mètres tant que l’air n’est pas saturé.
- L’air refroidi ne peut plus contenir autant de vapeur d’eau : son humidité relative grimpe jusqu’à 100 %. C’est le point de rosée.
- Au-delà, l’excès de vapeur se transforme en gouttelettes : c’est la condensation, et le nuage devient visible.
Le refroidissement ne vient donc pas d’un air extérieur plus froid qui viendrait se mêler à lui. L’air se refroidit parce qu’il se détend en montant, sans échange de chaleur notable avec son environnement.
La base plate des cumulus : le point de rosée à l’œil nu
Par beau temps, regardez un cumulus : sa base est nette et horizontale. Cette ligne marque l’altitude précise où l’air qui monte atteint son point de rosée. En dessous, la vapeur d’eau reste invisible ; au-dessus, elle condense et le nuage grossit en bourgeonnant.
Le rôle de la vapeur d’eau et des noyaux de condensation
La saturation ne suffit pas toujours à déclencher la condensation. Dans de l’air parfaitement pur, les molécules d’eau auraient du mal à s’agglomérer. Elles ont besoin d’un support : les noyaux de condensation.
Ces noyaux sont des aérosols, c’est-à-dire de fines particules en suspension : sel marin, poussières du sol, pollens, fumées, suies, cendres volcaniques. La vapeur d’eau se dépose à leur surface et forme une gouttelette. L’air contient en général largement assez de particules pour que ce mécanisme fonctionne, ce qui explique que les nuages se forment partout où l’air monte et se sature.
Gouttelettes ou cristaux : les changements d’état de l’eau
Dans un nuage, l’eau passe d’un état à l’autre. L’évaporation transforme l’eau liquide en gaz, la condensation fait l’inverse, et la solidification donne de la glace. Chacun de ces changements d’état échange de la chaleur avec l’air, ce qui alimente en énergie certains nuages d’orage, un mécanisme qui joue aussi un rôle clé dans les conditions de formation d’un ouragan.
Les gouttelettes mesurent environ 10 à 20 micromètres. Elles restent liquides même sous 0 °C (on parle de surfusion) jusqu’à environ -15 °C, voire moins. Plus haut dans le ciel, quand la température devient très basse, elles laissent la place à des cristaux de glace. Les nuages de haute altitude, comme les cirrus, en sont presque entièrement composés.
Pourquoi ces gouttelettes ne tombent-elles pas ? Elles sont si légères que leur vitesse de chute est dérisoire, et les courants ascendants qui traversent le nuage suffisent à les maintenir en suspension. La pluie n’apparaît que lorsque des millions de gouttelettes fusionnent en gouttes d’environ 2 mm, trop lourdes pour être soutenues.
Les grands types de nuages
La forme d’un nuage dépend de la façon dont l’air monte et de l’altitude où il se refroidit. Une ascension verticale et locale donne des nuages bourgeonnants, un soulèvement lent et étendu donne des nappes. Voici les familles principales :
| Type | Aspect | Origine et composition |
|---|---|---|
| Cumulus | Boules blanches, base plate | Convection de beau temps, gouttelettes d’eau |
| Stratus | Nappe grise uniforme | Air humide qui se refroidit en douceur, basse altitude |
| Cirrus | Filaments blancs, très hauts | Cristaux de glace, vers 8 000 à 12 000 m |
| Cumulonimbus | Tour massive, sommet en enclume | Forte instabilité, pluie, orage, grêle |
Le brouillard suit le même principe, mais au ras du sol : c’est un nuage dont la base touche la surface, souvent formé par le refroidissement de l’air la nuit. La mer de nuages, elle, correspond à une couche de stratus ou de stratocumulus vue d’en haut, depuis un sommet qui la domine.
Combien pèse un nuage ?
C’est le fait qui surprend le plus. Un cumulus moyen d’environ un kilomètre cube contient quelques centaines de milliers de litres d’eau, soit près de 500 tonnes. Cela équivaut au poids de plusieurs dizaines d’éléphants adultes, voire d’un gros avion de ligne.
Pourtant, il flotte. Cette eau est répartie en milliards de gouttelettes dans un volume d’air gigantesque, et la masse volumique du nuage reste à peu près celle de l’air environnant. L’air chaud et humide qui le porte, ainsi que ses courants ascendants, suffit à le maintenir en l’air.
En résumé, un nuage naît d’une ascension d’air humide : la détente provoque un refroidissement, la saturation est atteinte au point de rosée, puis la vapeur d’eau se condense sur des particules. Selon la hauteur et la température, on obtient des gouttelettes ou des cristaux, et toute la variété de formes que l’on observe dans le ciel.
