Des cristaux de neige en forme d'aiguilles

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.

Des cristaux de neige sur le pare-brise d'un véhicule

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.

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