Avez-vous déjà observé la neige de près ? Les cristaux de glace à l'aspect
étoilé sont magnifiques ! Un matin de janvier, de bonne heure et par une
température de -1 °C sous abri, la neige a très légèrement blanchi la
campagne. Plusieurs cristaux prenaient la forme d'aiguilles, de longueur
inférieure à quatre millimètres, mais il n'y avait pas de jolies dendrites. La
croissance des cristaux de glace dans les nuages dépend de la température et
de l'humidité. En fonction des conditions atmosphériques, ils peuvent prendre
différentes formes.
La neige provient de nuages composés de cristaux de glace, dont la formation implique d'abord la condensation de vapeur d'eau contenue dans l'air humide. La vapeur d'eau est la phase gazeuse invisible de l'eau, tandis que les gouttelettes d'eau et cristaux de glace composant les nuages diffusent la lumière et apparaissent blancs ou gris. Plus l'air est froid, moins il peut contenir de vapeur d'eau : la concentration maximale de vapeur d'eau dans l'air est une fonction croissante de la température. Si cette concentration est atteinte, l'air est dit saturé et un excèdent de vapeur d'eau se condense pour former de minuscules gouttelettes d'eau (condensation liquide) ou des cristaux de glace (condensation solide).
Lorsque l'air s'élève, par exemple au niveau d'un front, il se refroidit et
s'humidifie (l'humidité relative augmente). Si le soulèvement conduit à
saturation, un nuage peut se développer. Mais même si la température est
négative, la vapeur d'eau peut se condenser sous forme liquide : c'est ce
qu'on appelle l'état de surfusion. Si vous déposez une goutte d'eau sur une
surface gelée, elle va certainement congeler. Dans l'atmosphère, les cristaux
de glace se forment autour d'aérosols dont la structure est similaire à celle
de la glace. Ces aérosols peuvent être des particules minérales en suspension
dans l'atmosphère et sont appelés noyaux glaciogènes. L'activation de ces
noyaux pour la congélation ou la condensation solide dépend notamment de la
température. A une température négative mais supérieure à -4 °C, la majorité
des noyaux glaciogènes sont inactifs. Ainsi, même si la température est
inférieure au point de congélation, un nuage froid peut être composé
exclusivement de gouttelettes d'eau surfondue, et il est possible d'observer
de la bruine ou de la pluie. Dans les nuages plus froids, la glace coexiste
souvent avec l'eau liquide. Des cristaux de glace peuvent se former par
congélation selon deux processus : (1) la congélation quasi-instantanée de
gouttelettes d'eau résultant de la condensation liquide autour de noyaux de
congélation, ou (2) la congélation de gouttelettes d'eau surfondue entrant en
contact avec des noyaux de congélation.
Les aiguilles se développent à une température voisine de -5 °C. Les profils
verticaux le jour de la photo montraient bien une couche d'air saturé peu
épaisse près de la surface, surmontée par une inversion thermique. Les nuages
étant véritablement peu épais, seules de faibles précipitations étaient
possibles. Le développement des dendrites requiert une température plus basse
dans les nuages, comprise entre -10 et -20 °C environ. Dans cet intervalle de
températures, la nucléation par déposition directe de vapeur d'eau est
possible et les cristaux grossissent tout en adoptant une forme hexagonale.