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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 flocons de neige sont donc des amas de cristaux de glace qui
tombent d'un nuage.
Parce que la neige est composée d'eau gelée ou de
glace, elle peut également être classée comme
minéral. Un minéral est un solide homogène
naturel, formé de manière inorganique, avec une
composition chimique définie et un arrangement atomique
ordonné. La glace est d'origine naturelle, étant
donné une température inférieure à
0° Celsius. Il est homogène (d'un seul
matériau), formé de manière inorganique
et a une structure atomique ordonnée. La glace a une
composition chimique définie (H20), les
atomes d'hydrogène et d'oxygène se liant d'une
manière spécifique.
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.
Il semblerait qu'il n'y ait pas de taille limite pour les
flocons...Le plus gros flocon de neige jamais observé mesurait
quelque 38 centimètres de diamètre. Cela semble
incroyable. Pourtant, ce record est enregistré le 28 janvier
1887 au Guinness World Records Book. Et selon les scientifiques, rien
n'empêche un flocon de grandir ainsi. Il s'en forme
peut-être régulièrement de si gros qui ne sont
pas observés ou qui sont brisés par le vent avant de
nous atteindre.
Formes de flocons (les plus communes) :
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Classification des cristaux de glace dans l'atmosphère
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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 gelée blanche est un dépôt de cristaux de glace qui se forme par transformation directe de leau à létat de vapeur en glace,
Cest un phénomène de condensation solide.- le givre, stricto sensu, est un dépôt de cristaux de glace qui se forme lorsque leau en surfusion* dun nuage ou dun brouillard entre en contact avec un noyau de congélation. Un dépôt de glace se forme alors dessus, par contact.(dans le langage commun, le givre sassimile souvent à la gelée blanche).
- le grésil est une précipitation formée de pluie totalement gelée, après être passée dans une couche épaisse d'air sous zéro.
(voir aussi plus loin).- la grêle est une précipitation de masses de glace que l'on nomme grêlons (voir plus loin),
- le verglas étant la couche de glace qui se forme lorsque des gouttes de pluie gèlent brusquement au contact du sol
(voir plus loin).
* la surfusion est un état
métastable de la matière dans lequel un liquide dont la
température est sous le point de solidification demeure
à létat liquide au lieu de passer à
létat 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 neigeux.
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 leffet 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 vers l'Association Nationale pour lÉtude de la
Neige et des Avalanches [Anena] - (plus de
renseignements sur ce sujet).).
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.
Trois familles d'avalanche :
Nota : la réalité est souvent complexe, et au cours
de son trajet, une avalanche peut changer de
caractéristiques.
> voir éventuellement, ce
lien vers l'Association Nationale pour lÉtude de la
Neige et des Avalanches [Anena] - (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
quelle conserve longtemps au sein d'un manteau neigeux
lorsquelle 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).
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 dalgue microscopique qui
se développe en haute altitude, et est une espèce
dalgue verte unicellulaire du genre Chlamydomonas
qui appartient au groupe des « Algues des neiges ». Pendant
lhiver, elle se trouve sous forme de spores enfouies sous la
neige (les spores de lalgue, qui mesurent 20
à 30 micromètres, peuvent se retrouver
jusquà 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
dun 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
delle à lintérieur 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 lannée 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).
- en noir ! :
Un manteau de neige noir a recouvert trois villes de la
région de Kemerovo, aussi appelée, Kuzbass, en
Sibérie la semaine du 11 au 17 février 2019,
(rapporté par le Siberian Times). La neige, au lieu
d'être immaculée, était sombre. Elle aurait
été salie par la poussière de charbon,
échappée des mines à ciel ouvert et des usines
de traitement de cette région, grosse productrice d'or noir.
Le directeur général d'une usine locale a d'ailleurs
admis devant les médias la part de responsabilité de
son usine, dont un filtre était inopérant. Les
autorités et la population locales mettent plus largement en
cause la pollution par l'industrie du charbon, ainsi que par les
chaudières à charbon.
La neige noire est une sinistre caractéristique de la
région, souligne un représentant de l'organisation
environnementale Ecodefense (interviewé par The Guardian). La
population respire toute l'année un air contaminé par
la poussière de charbon, mais cette pollution se manifeste de
manière plus flagrante en hiver quand la neige tombe,
déclare-t-il. Les habitants et les activistes dénoncent
des risques pour la santé, sachant que cette poussière
est toxique.
(source : Futura Planète)
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Quelques remarques.
La neige affecte le son :
La neige fraîchement tombée absorbe les ondes
sonores. C'est ainsi que naît cette ambiance calme et
apaisée après une rafale. Mais si la neige fond puis
gèle à nouveau, la glace qui se forme peut, elle,
refléter les ondes sonores, rendant ainsi le son plus clair et
plus transparent.
Notez par ailleurs que si plusieurs facteurs peuvent
déclencher une avalanche, le bruit n'en fait pas partie
!.
Mais une tempête de neige, une augmentation de la vitesse du
vent ou même le pas trop zélé d'un skieur,
peuvent déclencher une avalanche soudaine et
meurtrière. Et, « vous pouvez crier aussi fort que vous
le souhaitez sans aucun risque », assure-t-on du
côté de l'Institut pour l'étude de la neige et
des avalanches.
La neige "réchauffe" :
La neige étant composée de 90 à 95 % d'air
emprisonné, c'est un excellent isolant. C'est la raison pour
laquelle de nombreux animaux s'enfoncent dans la neige en hiver pour
hiberner. C'est aussi la raison pour laquelle les igloos, qui sont
chauffés par la seule chaleur du corps, peuvent atteindre une
température bien plus chaude que celle qui règne
à l'extérieur.
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 :
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 lUnivers),
le CEN
(Centre dEtude de la
Neige, Centre National de Recherches Météorologiques -
UMR 3589)
).
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