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Météorologie élémentaire

Le parc national des Smoky Mountains dans le Tennessee transpirant d'humidité juste avant l'orage. Document David Davis.

La visibilité (I)

On définit la visibilité dans une direction déterminée comme la plus grande distance à laquelle la transparence de l'air permet de distinguer parfaitement, de jour, un objet sur son arrière-plan ou d'apercevoir une lumière de nuit.

Les réductions de la visibilité sont dues à la présence de particules solides ou liquides en suspension dans l'air (poussières naturelles ou industrielles, sable, gouttelettes d'eau, cristaux de glace) ou en voie de précipitation dans l'atmosphère (grêle, neige, pluie, bruine).

Brume et brouillard

Le brouillard est un hydrométéore constitué de très petites gouttelettes d'eau, souvent invisibles à l'oeil nu, en suspension dans l'air.

Par convention, l'appellation "brouillard" est utilisée lorsque la visibilité horizontale au sol est inférieure à 1 km dans au moins une direction; l'appellation "brume" est utilisée lorsque la visibilité horizontale au sol est comprise entre 1 et 5 km.

Les brouillards résultent de la condensation de la vapeur d'eau atmosphérique en gouttelettes qui restent en suspension dans l'air en quantité suffisante pour réduire la visibilité à moins de 1 km. Le diamètre des gouttes est de l'ordre de quelques microns (1/1000e mm). Leur vitesse de chute ne dépasse pas quelques millimètres par seconde.

Notons que l'importance du refroidissement nécessaire à la production d'eau condensée en quantité suffisante pour avoir du brouillard varie fortement avec la température de l'air.

On admet en général qu'il faut 0.5 g d'eau condensée par kilogramme d'air pour qu'apparaisse un brouillard suffisamment épais. De plus, la présence d'une quantité suffisante de noyaux de condensation est nécessaire à la formation du brouillard.

Classification des brouillards

En fonction du processus physique de formation, on classe les brouillards en :

- Brouillards formés par évaporation (brouillard de lac, de rivière, de mer et brouillards frontaux)

- Brouillards formés par mélange de deux masses d'air (mélange par brassage horizontal ou vertical)

- Brouillards formés par refroidissement de l'air :

- Refroidissement adiabatique (sans échange d'énergie, brouillard de pente)

- Refroidissement non adiabatique :

- Brouillard d'advection

- Brouillard de rayonnement

Les brouillards d'évaporation

Comme son nom l'indique, ce type de brouillard est formé par un apport supplémentaire de vapeur d'eau. Cette vapeur d'eau provient de la surface liquide sous-jacente ou des précipitations.

Les brouillards de lac, de rivière, de mer, procèdent du premier processus. Ce type de brouillard se rencontre fréquemment au lever du Soleil au printemps et en été mais il disparaît, en général, assez rapidement après le lever du Soleil.

Les brouillards frontaux se forment dans l'air froid par évaporation des précipitations provenant de l'air chaud. L'évaporation des gouttes de pluie s'effectue tant que leur température demeure supérieure à la température de l'air froid, bref tant que l'air froid est saturé.

La portion supérieure de l'air froid est saturée en premier lieu. Il se forme donc une couche de nuages qui se présentent le plus souvent sous forme de fractostratus. Cette couche de nuages peut descendre jusqu'au sol et former du brouillard.

Au cours de la journée, la turbulence provoquée par le réchauffement solaire maintient la couche nuageuse au-dessus de la surface du sol. Cependant, après le coucher du Soleil, la suppression de toute turbulence par rayonnement nocturne provoque une descente brusque de la base des nuages. Ce brusque affaissement de la base constitue une des caractéristiques les plus dangereuses des brouillards frontaux.

Fairbanks, Alaska

Neuschwanstein, Bavière

Château d'Ulrich, France

Brouillards d'évaporation se formant au petit matin par temps froid dans la vallée de la Meuse, Belgique

Les brouillards de mélange

Le mélange horizontal de deux masses d'air ne peut entraîner la formation d'un brouillard très dense car la quantité d'eau condensée de cette manière est très faible; un refroidissement supplémentaire par rayonnement ou un apport de vapeur d'eau est nécessaire.

Considérons deux masses d'air nettement différentes : la première ayant une température de 10°C et un rapport de mélange de 7 g/kg (H.R.: 92 %); la seconde, une température de 20°C et un rapport de mélange de 14 g/kg (H.R.: 94 %). Leur mélange donne une masse d'air d'une température de 15°C et d'un rapport de mélange égal à 10.5 g/kg. Une telle masse d'air est saturée mais ne contient pas d'eau liquide; il n'y aura donc pas de brouillard tant qu'un refroidissement supplémentaire n'intervient pas.

Toutefois, en présence d'un grand nombre de noyaux de condensations (dans les régions industrielles par exemple) un tel mélange peut entraîner la formation de bancs de brouillards ou de brume.

Ce type de brouillard est très dangereux pour la navigation maritime car leurs manifestations sont peu suivies par les météorologistes du fait du petit nombre de relevés effectués en mer. L'imagerie satellitaire nous apporte ici une assistance très utile.

Les brouillards formés par refroidissement adiabatique

L'air stable forcé de s'élever sur un relief peut dépasser son niveau de condensation avant d'atteindre le sommet, pour autant qu'il soit suffisamment humide (chute de 10°/1000 m).

Une partie du relief peut donc être noyée dans une couche de brouillard qui, pour un observateur situé en contre-bas, apparaît sous forme de stratus. Les régions côtière élevées sont spécialement soumises à ce phénomène étant donné l'humidité importante de l'air en provenance de la mer. Un phénomène similaire peut se produire le matin sur un sol enneigé ou s'il a plut la veille au soir.

Brouillard d'advection sur le lac Michigan. Document SSEC, http://www.ssec.wisc.edu/media/May-June2002.html

A gauche, nappes de brouillard formé par refroidissement adiabatique dans la région de Fairbanks en Alaska. A droite image satellite sur laquelle on distingue du brouillard d'advection au-dessus des Grands Lacs (USA).

Les brouillards d'advection

On appelle advection le mouvement horizontal de l'air. Le brouillard d'advection se forme lors du déplacement d'une masse d'air sur une surface (terre ou mer) dont la température est inférieure à la température du point de rosée de la masse d'air.

Les conditions les plus favorables à la formation du brouillard d'advection sont :

- une humidité relative initialement élevée,

- une grande différence entre la température de la surface sous-jacente et celle de l'air,

- Un vent modéré (trop de vent provoquerait une turbulence telle que le brouillard se transformerait en stratus).

Notons que ce type de brouillard peut se former indépendamment de la couverture nuageuse et du moment de la journée. Sa disparition nécessite invariablement un changement de masse d'air s'il est formé sur mer; mais son déplacement sur un sol plus chaud provoque également sa disparition (ex. à Terre Neuve, dans le sud de la Californie)

Dans les régions montagneuses le brouillard d'advection apparaît également suite à la condensation de l'humidité (ex. dans le fond des vallées).

Ainsi que nous l'avons dit, une augmentation de la vitesse du vent transforme le brouillard en stratus.

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