Cristal de glace
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Les cristaux de glace sont la création de cristaux par la condensation de la vapeur d'eau contenue dans l'air sans passer par la phase liquide. Elle se produit dans les nuages sous le point de congélation ou dans l'air clair à une température inférieure à -20 °C. En météorologie, les cristaux de glace forment les composantes des nuages de haut niveau, des flocons de neige et d'une précipitation de surface dans les régions arctiques (code Metar : IC).
Sommaire |
[modifier] Formation
Les cristaux de glace ne se formeront spontanément par congélation de la vapeur d'eau que lorsque la température est inférieure à -39 °C et l'air saturé. Si la température est supérieure, il faut un noyau de congélation pour démarrer le processus. Ces noyaux sont des particules ou ions en suspension qui ont des propriétés cristallines très près de celle de la glace. Ils se retrouvent naturellement en très faible concentration dans l'air, venant des sols, des mers et des poussières volcaniques.
[modifier] Nuageuse
Lorsque les cristaux se forment dans des nuages sous le point de congélation sans être plus bas que -20 °C, ils le font à partir de noyaux de congélation et augmentent graduellement de taille selon l'effet Bergeron en absorbant la vapeur d'eau environnante, et même les gouttes d'eau en surfusion, pour donner de la pluie ou de la neige plus tard dans la vie du nuage.
Cependant, les nuages de haute altitude, les cirrus, sont formés de cristaux de glace et ne donnent pas de précipitations. Comme la température à cette altitude est très basse, les cristaux ne rencontrent que d'autres cristaux et ne peuvent atteindre une masse suffisante pour tomber dans l'air sous-saturée à l'extérieur du nuage sans se sublimer. Cependant, s'ils rencontrent dans un nuage plus chaud avant leur dissipation totale, ils peuvent servir de noyaux de départ pour la formation de précipitations.
[modifier] D'air clair
Les cristaux de glace formé dans l'air clair arctique le font avec ou sans noyau de condensation. Ils tombent au sol ou restent en suspension, formant une précipitation très légère qui réduit cependant fortement la visibilité. Ce phénomène se produit généralement lors d'un apport d'humidité dans un air très sec et stable. Ainsi, si on a une inversion de température avec un mercure sous les -20°C au sol et plus chaud en altitude, la vapeur d'eau ne peut se diluer et on atteint le point de saturation rapidement. Les quelques noyaux de congélation qui existent dans cet environnement capturent rapidement cette humidité.
Si la température de surface est plus élevée, la vapeur peut rencontrer des gouttelettes surfondues et former du brouillard glacé au lieu de cristaux de glace. Si la concentration de noyau de congélation est très faible, il faudra atteindre des température plus basses pour voir apparaître les cristaux. Dans les régions très propres comme en Antarctique, ils ne se formeront que vers -25°C. Le code Metar pour ces cristaux de glace est IC.
[modifier] Types
Les cristaux de glace qui formeront des flocons de neige prennent différentes formes qui varient en fonction de la température, mais aussi du degré d'humidité :
- de 0 à -4°C : minces plaquettes hexagonales
- de -4 à -6°C : aiguilles
- de -6 et -10°C : colonnes creuses
- de -10 à -12°C : cristaux à six pointes longues
- de -12 à -16°C : dendrites filiformes.
[modifier] IC
Dans le cas de la précipitation arctique, il s'agit de colonnes ou de plaques hexagonales car leur formation est lente dûe au faible contenu en eau. En Antarctique où le phénomène est fréquent, on a noté en 1967 dans la région de la station du Plateau où la quantité équivalente en eau de précipitations annuelles n'est que de 25 mm que 70% de la précipitation annuelle était tombée sous cette forme de cristaux de glace.
[modifier] Phénomène optique
Les cristaux de glace contenu dans les nuages ou le IC ont des propriété de diffraction similaire à tout cristal. La lumière du Soleil ou de la Lune passant à travers ceux-ci est décomposée selon ses composantes et on peut voir des halos. Dans le cas des cirrus, le halos est vu lorsque le nuage est entre l'observateur et la source de lumière. Dans le cas du IC, on peut le voir de la même façon ou par réfraction à 180 degrés, c'est à dire avec la source de lumière dans le dos de l'observateur.
[modifier] Bibliographie
- Greenler, R. (1999). Rainbows, Halos, and Glories. Milwaukee: Peanut Butter Publishing, 195 pp. ISBN 0897169263. — Référence pour les effets optiques des cristaux de glace en air clair, incluants des photos prises en Antarctique
- Kenneth Libbrecht (février 2007). La formation des cristaux de neige. Pour la Science, 32-39.
- Radok, U. and R.C. Lile (1977). "A year of snow accumulation at Plateau Station", in J.A. Businger: Meteorological Studies at Plateau Station, Antarctica, Antarctic Research Series. American Geophysical Union, 17-26. ISBN 0875901255.
- Kenneth Libbrecht (2006.). Ken Libbrecht's Field Guide to Snowflakes. Voyageur Press.
- Schwerdtfeger, W. (1970). "The climate of the Antarctic", in S. Orvig: Climates of the Polar Regions, World Survey of Climatology. Elsevier, 253-355. ISBN 0444408282.
- Manuel des observations météorologiques de surface (MANOBS), 7ième Edition, Service météorologique du Canada.
