La neige
Remarque préliminaire : tout ce qui provient de l'atmosphère, sous forme de chutes d'eau liquide ou solide est une : précipitation,
(phénomène chimique par suite duquel un corps se sépare du liquide ou il était dissous)

On pourrait par exemple, utiliser le mot hydrométéore pour parler de toutes les particules d'eau (gouttelettes, gouttes, neige, grêle, etc.) qu'on trouve donc dans l'atmosphère.

Étapes de la formation de la neige.
La formation de la neige exige 3 conditions :

Lorsque la vapeur d'eau monte en altitude, elle se condense sur les petites particules présentes dans l'air et forme de fines gouttelettes d'eau ou des cristaux de glace. Ceux-ci se forment à l'intérieur de nuages très froids.
Un amas de ces gouttelettes ou de ces cristaux forment un nuage. Les cristaux grossissent à cause de l'accumulation de glace. Ils deviennent lourds et lorsqu'ils sont assez pesants, ils traversent le nuage et tombent.
Même si la température dans le nuage est inférieure à 0 °C, les gouttelettes d'eau ne gèlent pas tout de suite : on dit qu'elles sont surfondues. Dès qu'un cristal de glace apparaît, les gouttelettes viennent s'y agglutiner.
Le cristal se met alors à grossir, devient lourd et tombe en capturant dans sa chute d'autres gouttelettes : un flocon de neige est alors formé.

Les cristaux (ou flocons).
Il existe certaines conditions pour la formation des cristaux :

L'humidité de l'air se condense en se cristallisant. Les cristaux sont très petits.
La grosseur des cristaux dépend de la température et de la pression de saturation de vapeur d'eau (humidité relative).
Les cristaux peuvent se présenter sous plusieurs formes, mais ils sont toujours de symétrie hexagonale.
Un flocon de neige a donc souvent la forme d'une étoile, mais selon la température à laquelle il se développe, il peut aussi prendre bien d'autres formes.

(voir, ici, une image aggrandi d'un flocon, Michael Peres, Rochester-New York).

Aiguilles, prismes, étoiles, lamelles. Il n'y a pas deux flocons semblables, mais toujours de forme hexagonale. Lorsque les molécules s'associent, il y a plusieurs combinaisons possibles, mais toujours en forme de V, et ce à cause de la structure de la molécule d'eau (revoir ces pages sur la Composition de l'eau).

Les formes indiquent la température à laquelle le flocon a été formé et la température des couches d'air qu'il a traversées, jusqu'au sol.

Formes de flocons (les plus communes) :

Température de formation (°C)
Formes des flocons
-4 à 0
assiettes minces hexagonales
-6 à -4
aiguilles
-10 à -6
colonnes creuses
-12 à 0
6 pointes
-12 à -16
dendrites*
* prolongements du corps cellulaire des neurones.
Ces dendrites peuvent se diviser par dichotomies successives, s'affinant ainsi de leur origine trapue vers la périphérie, ce qui leur confère un aspect arborescent.


Classification des cristaux de glace dans l'atmosphère :
Leur base a la forme d'un prisme hexagonal. Si le développement se fait en hauteur, ce sont des colonnes. Si le développement se fait en longueur, on parle alors de plaquettes.
Si finalement, ils se développent dans le sens des sommets de l'hexagonale, ce sont alors des dendrites ou des étoiles.

A noter :

*la surfusion est un état métastable de la matière dans lequel un liquide dont la température est sous le point de solidification demeure à l’état liquide au lieu de passer à l’état solide.
Une fois déposée au sol, sous forme de manteau (voir plus loin), la neige se maintient de façon plus ou moins durable.

Intensité des précipitations.

Il est important de distinguer la hauteur d'une chute et la hauteur du tapis neigeux cumulé et conservé.
Pour mesurer la quantité de neige tombée depuis la dernière chute de neige on utilise un nivomètre
(il est est utilisé surtout dans les régions où il pleut rarement en hiver et où toute précipitation est sous forme de neige).
La table à neige sert à mesurer l'épaisseur de neige cumulée (grand espace plat, loin de bâtisses et d'arbres où le vent aura peu d'emprise), et également on utilise l'échelle à neige : les mesures prises avec cet appareil servent fréquemment dans les stations de ski (alpin et de fond) pour évaluer les conditions de la surface de neige.
Facteurs qui compliquent les mesures :


Manteau de neige.
Les chutes de neige qui se produisent au cours de l'hiver se déposent les unes sur les autres et se transforment sous les seuls effets des conditions météorologiques. Chaque couche peut en effet avoir des propriétés et un comportement différents : leur empilement constitue un assemblage hétérogène, le manteau neigeux.
La structure et la hauteur du manteau neigeux vont dépendre de particularités météorologiques induites par les facteurs topographiques comme l'altitude et l'exposition qui vont jouer un grand rôle (sur le niveau d'humidification, la durée d'ensoleillement, l'angle de la pente, zone d'érosion exposée au vent ou au contraire, zone d'accumulation à l'abri du vent).
Une couche de neige sera caractérisée par des paramètres physiques dont les principaux sont :

 





Les pratiquants de sports de montagnes constatent ainsi régulièrement au cours de la saison hivernale ces variations qualitatives du manteau neigeux, on parle ainsi :

Le manteau neigeux subit donc des modifications dans le temps mais aussi dans l'espace : dans les versants nord, la neige reste longtemps poudreuse puisque ces derniers ne voient pas le soleil, au contraire dans les versants sud, la neige se transforme rapidement sous l'effet de ce dernier...

Facteurs de transformation de la neige au sol :
Tout au long de l'hiver, les chutes de neige s'accumulent sur le sol puis les unes sur les autres et constituent le manteau neigeux : un empilement de couches de neige sur le sol. Chacune d'elles, plus ou moins épaisse, va ensuite évoluer, se transformer puis disparaître en fondant. Ces transformations se produisent sous l’effet de facteurs mécaniques (vent, poids de la neige) et thermiques (gradient de température : rapport entre la différence de température entre le sommet et la base de la couche de neige, et l'épaisseur de cette couche).
Par ailleurs, l'eau (sous forme liquide), qu'elle provienne de la fonte de la neige ou de la pluie, qui s'infiltre entre les grains de neige d'une couche a pour effet de les arrondir et d'en augmenter la taille, au fur et à mesure des cycles gel-dégel.
> voir éventuellement, ce lien (pour plus de renseignements sur ce sujet).
> notes sur les métamorphoses de la neige (lien externe).
Une avalanche est un déplacement gravitaire (sous l'effet de son propre poids), rapide (plus de 1m/s), d'une masse de neige sur un sol en pente, provoqué par une rupture d'équilibre dans le manteau neigeux.
> voir éventuellement, ce lien (pour plus de renseignements sur ce sujet).




Neige artificielle.
Dans les stations de sports d'hiver, on fabrique de la neige artificielle.
Cette neige se forme par la congélation de minuscules gouttelettes d'eau projetées par des canons à neige quelques mètres au-dessus du sol.



Pluie verglaçante.
La pluie verglaçante se produit en hiver, lorsqu'une couche d'air chaud s'installe entre les nuages et le sol.
Les flocons de neige qui tombent des nuages ont alors le temps de fondre complètement et de devenir des gouttelettes de pluie avant d'arriver au sol. Ces gouttelettes de pluie froide gèlent au contact du sol et des surfaces dont la température est inférieure à 0 °C.
La pluie verglaçante produit alors une mince couche de glace, qu'on appelle verglas, au sol et sur les objets. Le résultat nous offre un paysage féerique mais dévastateur pour les plantes et les fils électriques ainsi que pour la circulation routière.

Le grésil.
Le grésil est un phénomène hivernal. Le grésil est une précipitation sous forme de petites sphères (boules) de glace translucide de 1 à 5 mm de diamètre. La couleur de la glace montre qu'elle a été formée par la solidification (congélation) lente d'une gouttelette de pluie.
Ce type de précipitation se forme lorsqu'une couche d'air chaud surmonte une couche d'air froid près du sol. Les flocons de neige tombant dans la couche chaude fondent partiellement pour devenir des gouttes de pluie dont le centre est un flocon. Ces gouttes de pluie vont ensuite traverser la couche d'air froid près du sol. La partie de neige qui reste au centre des gouttes de pluie va agir comme noyau de congélation et les gouttes de pluie gèleront sous forme de petites boules glacées avant d'atteindre le sol. Sa principale caractéristique est son absence de cohésion qu’elle conserve longtemps au sein d'un manteau neigeux lorsqu’elle est enfouie.
Le crépitement du grésil sur les vitres des fenêtres accompagne souvent la pluie verglaçante. En effet, la pluie verglaçante débute souvent par une précipitation de grésil. Le grésil se forme dans les cumulonimbus (voir éventuellement les pages spéciales sur les Nuages).

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La neige colorée en rouge...
Parfois, dans la neige, les promeneurs peuvent apercevoir de curieuses taches rouges semblables à du sang.

Ces marques ne résultent pas d'un crime...mais trahissent la présence de l'algue des neiges : Chlamydomonas nivalis, qui est une espèce d’algue microscopique qui se développe en haute altitude, et est une espèce d’algue verte unicellulaire du genre Chlamydomonas qui appartient au groupe des « Algues des neiges ». Pendant l’hiver, elle se trouve sous forme de spores enfouies sous la neige (les spores de l’algue, qui mesurent 20 à 30 micromètres, peuvent se retrouver jusqu’à 25 centimètres de profondeur). Dès que les conditions deviennent plus favorables, les spores germent et se dirigent vers la surface où elles se reproduisent. Leur couleur rouge à rose vient de la production d’un pigment protecteur rouge de type caroténoïde (astaxanthine) leur a valu le nom de " sang des glaciers " . Cette pigmentation la protège des rayons ultraviolets et absorbe de la chaleur ce qui crée une pellicule liquide autour d’elle à l’intérieur de la glace. Ces algues ont par ailleurs la particularité d'avoir de minuscules flagelles qui leur permettent de se déplacer (0,3 cm/min en milieu liquide à 0 °C).
Chlamydomonas nivalis est présente partout sur la planète dans les régions au climat alpin ou polaire où la glace persiste tout au long de l’année comme par exemple dans les montagnes de la Sierra Nevada en Californie à des altitudes comprises entre 3 000 et 3 600 mètres, en Europe dans les Alpes suisses, ou bien également en péninsule Antarctique. Contrairement à la majorité des autres algues, elle apprécie le froid (Psychrophile) et a la faculté de survivre dans les milieux aqueux gelés.
(sources : Muséum national d'Histoire naturelle et Wikipedia).
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Notes sur les grêlons :
Un grêlon ne peut se former que dans les nuages avec de grands courants vers le haut. Le seul type de nuage pouvant avoir des courants assez forts pour supporter un grêlon se nomme cumulonimbus.
La taille des grêlons dépendra de la trajectoire parcourue par les embryons ou particules dans le cumulonimbus. La zone de formation à l'intérieur du nuage se nomme supercellule. Les plus gros grêlons se forment lorsque les embryons voyagent près d'un puissant courant ascendant :

  1. Les particules qui empruntent la trajectoire 1 sont transportées vers le haut par le courant ascendant, sont éjectées et leur trajectoire de chute croise de nouveau le courant ascendant. Il y a donc recirculation des particules dans la cellule de formation et, par le fait même, croissance des grêlons.
  2. Les particules qui suivent la trajectoire 2 sont très rapidement portées en altitude et éjectées de la supercellule au sommet du cumulonimbus. Ces particules sont donc plus fines du fait qu'elle sont transportées rapidement et sortent du nuage sous forme particules glacées plus petites que des grêlons.
  3. Les particules qui suivent la trajectoire 3 voyagent également aux abords du courant ascendant mais sont éjectées très rapidement. En fait, ces particules ne dépassent que de très peu l'altitude du point de congélation à l'intérieur du nuage et retombent au sol sous forme de petits grêlons ou de gouttes de pluie selon l'épaisseur de la couche d'air entre le sol et l'altitude du point de congélation.

Lorsque le grêlon est trop lourd et que les courants ascendants n'arrivent plus à le transporter vers le haut, il tombe. En tombant, la glace fond, car l'air est plus chaud vers le bas. Si elle ne fond pas complètement, on se retrouve avec des précipitations de grêle au sol.


Intérieur du grêlon :
Le grêlon possède différentes couches (on pourrait comparer l'intérieur à un oignon), de la glace opaque alternant avec de la glace translucide. Le degré de transparence d'un grêlon dépend de la vitesse à laquelle l'eau gèle sur le grêlon :

Si au contraire la glace gèle lentement, les bulles d'air ont le temps de s'échapper avant que la congélation ne soit terminée et cela produit de la glace translucide (transparente).
Taille des grêlons :
Un grêlon doit avoir un diamètre de 5 mm au minimum pour qu'on puisse l'appeler un grêlon.
Les plus gros grêlons du monde sont tombés en 1986 au Bangladesh. Ces grêlons avaient un poids de 1,02 kg et ont causé la mort de 92 personnes ("Records Guinness, 1993").
Exemple :
Les grêlons sont habituellement de forme sphérique, mais ils peuvent avoir d'autres formes plus exotiques
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Liens intéressants : l'OSUG (Observatoire des Sciences de l’Univers), l'IGE (Institut des Geosciences de l'Environnement), le CEN (Centre d’Etude de la Neige).
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