Cours météo - Le cycle de l'eau et les nuages


 

1 | Le cycle naturel de l'eau

 

L'eau est présente en grande quantité à la surface de notre planète, en effet celle-ci est recouverte à plus de 70% d'eau. Toute l'eau contenue sur Terre forme l'hydrosphère; le volume total d'eau présente sur Terre est estimé à 1 400 millions de km3. Cependant la quantité d'eau douce sur Terre ne représente que 39,2 millions de km3 seulement. Le reste de l'eau présente sur la planète se trouve dans les océans ; il s'agit d'eau salée.

Le cycle naturel de l'eau est un cycle équilibré. Les pertes et les apports d'eau entre les différents réservoirs sont sans cesse compensés car l'eau est constamment en mouvement en subissant des modifications d'état d'origine solide, liquide ou gazeux.

 

Ce cycle naturel de l'eau se déroule à la fois sur terre et dans l'atmosphère. On peut définir la dynamique terrestre de l'eau comme complexe et évolutive car celle-ci a un réel impact sur les variations de remplissage des réservoirs d'eau naturels ainsi que sur les paysages par les phénomènes d'érosion. Le temps que passe l'eau dans les différents réservoirs de l'hydrosphère est estimé en comparant les flux échangés entre les différents réservoirs et les volumes de chacun d'eux. Il y a donc deux types distincts de réservoirs: ceux qui jouent le rôle de conducteurs (cours d'eau et atmosphère) et ceux qui font office d'accumulateurs (glaciers, nappes et océans).

On peut donc estimer la durée de renouvellement moyenne de chacun d'entre eux :

 

- 1 500 à 9 600 ans pour les glaciers et les calottes glacières

- 2 500 ans pour les océans

- 1 400 ans en moyenne pour les eaux souterraines

- 17 ans pour les lacs d'eau douce

- 16 jours pour les cours d'eau

- 8 jours pour l'atmosphère

 

 

2 | Un cycle en plusieurs étapes

 

1 - L'évaporation

 

L'eau chauffée par le soleil présente dans des sols humides et dans différents plans d'eau (océans, rivières, lacs...) s'évapore. Elle se dirige ensuite dans l'atmosphère, plus précisément dans la troposphère, où sous forme de minuscules gouttelettes de vapeur d'eau. Ces dernières se rassemblent pour former des nuages. À ce phénomène d'évaporation (un liquide se transforme en vapeur) s'ajoute celui de l'évapotranspiration (rejet sous forme de gaz de l'eau des végétaux). Pour mieux comprendre le phénomène d'évapotranspiration prenons comme exemple un hectare de forêt: celui-ci libère chaque jour entre 20 et 50 tonnes d'eau. Un chêne à lui seul peut libérer quotidiennement jusqu'à 500 litres d'eau. Sans énergie solaire ces deux phénomènes n'auraient pas lieu d'être. Le soleil agit donc comme un gigantesque évaporateur : plus de 1 000 km3 de vapeur d'eau se forment ainsi chaque jour, dispersés tout autour de la Terre.

 

 

2 - La condensation

 

Les particules de vapeur qui constituent les nuages sont par la suite transportées par les vents jusqu'à ce qu'elles rencontrent des couches d'air plus froid. Sous l'effet du refroidissement, ces gouttelettes de vapeur vont se condenser pour former de plus grosses gouttes qui, désormais trop lourdes pour flotter, tombent sous forme de pluie. Si les nuages rencontrent des couches d'air beaucoup plus froid en altitude, les gouttelettes de vapeur se transforment alors directement en cristaux de glace qui, en se réunissant, forment des flocons de neige voire de la grêle en fonction de certaines conditions physiques.

 

 

3 - Les précipitations

 

Lorsque les précipitations liquides ou solides sont déversées sur les continents, environ 60 % de ces précipitations s'évaporent à nouveau. Le reste ruisselle vers les cours d'eau ou s'infiltre dans le sol pour alimenter les nappes souterraines (nappes phréatiques).

L'eau qui pénètre dans le sous-sol, soit 25 % des précipitations, peut être absorbée par les racines des plantes ou bien accomplir un long parcours souterrain dans les environnements sableux et caillouteux de la surface terrestre. Lorsque l'eau rencontre des terrains imperméables (couches argileuses ou rocheuses), elle ne peut pas descendre verticalement et coule donc horizontalement avant d'affleurer la surface ou demeure dans des réserves d'eau souterraines. L'eau à la surface de la terre (15 % des précipitations) s'écoule et forme des cours d'eau (torrents, rivières et fleuves) qui se jettent dans les mers et les océans.

 

Le cycle de l'eau et des nuages


 

3 | Les nuages

 

A. Comment se forment t-ils ?
 

Les nuages correspondent à un assemblage de fines gouttelettes liquides ou de cristaux de glace en suspension dans l'atmosphère. Ces gouttelettes liquides ont un diamètre variant de 1 à 100 micromètres, plus généralement de 5 à 30 micromètres et sont relativement nombreuses sur chaque parcelle de l’atmosphère, on en dénombre jusqu’à 1 500 par cm3. La durée de vie d'un nuage n'est pas éternelle. Il faut aussi savoir qu’un nuage n’est pas fixe et qu’il n’est pas constitué tout au long de sa vie des mêmes gouttelettes ou cristaux. Celles-ci se régénèrent ou à l’inverse peuvent disparaître en s’évaporant.

 

Chaque gouttelette, sous l’effet de son poids et donc de la gravité, aura tendance à perdre de l’altitude même si elle demeure très fine. Seulement, elles finissent par se cogner les unes aux autres car elles n'ont pas forcément le même diamètre. De plus, ce phénomène est d’autant plus marqué que la condensation a tendance à libérer de la chaleur renforçant grandement l’instabilité. Des mouvements ascendants s’établissent pour permettre de contrer l’effet de la pesanteur en empêchant la chute des gouttelettes ou en les obligeant à gagner de l’altitude. C’est justement cette anarchie qui contribue par la suite au phénomène de coalescence des gouttelettes. Celles-ci deviennent alors plus lourdes et tant que les courants ascendants compensent la chute de celles-ci, elles restent alors en suspension.

 

Ce phénomène de coalescence se produit répétitivement ; ces gouttelettes vont finir par être trop lourdes et vont tomber naturellement.

Il s’agit des précipitations.

 

Il existe différents types de nuages qui se développent en fonction de l'état de la troposphère. Voici quelques uns d'entre eux représentés ci-dessous :

 

Les nuages en fonction de l'altitude

La classification des nuages en fonction de leur altitude

 

 

B. Comment observe-t-on les nuages ?

 

Observer les nuages n'est pas chose complexe, il suffit de lever les yeux au ciel. Seulement dans ce cas là, l'observation des nuages au sol demeure trop locale et une vue d'ensemble s'avère donc impossible. C'est donc dans ce but qu'en météorologie nous disposons d'images satellites assez complètes permettant de distinguer les nuages sur de très grands espaces et donc à plusieurs échelles (régionale, nationale, continentale et mondiale). Il existe donc différents types d'images satellites :

 

 

- L'image satellite visible

 

Cette imagerie satellite est disponible uniquement le jour. Elle permet de différencier des surfaces d’albédos différents. Mais qu'est-ce que l'albédo ? L'albédo est par définition le rapport entre l'énergie solaire réfléchie par une surface et l'énergie solaire reçue après réflexion. Plus l’énergie réfléchie par une surface est forte alors plus son albédo est élevée.

Ainsi on a : [ Amiroir > Aneige > Aglace> Amer > Alac ]

 

Sur une image satellite visible, les zones où l’albédo est fort sont codées par des pixels blancs et les zones où l’albédo est faible codées par des pixels plus sombres. Donc les nuages ou la neige apparaîtront en blanc, car ils ont un pouvoir réfléchissant fort alors que les terres et les océans/mers ont un albédo plus faible : ils apparaîtront à l'inverse de couleur noire ou gris foncé.

 

 

- L'image satellite infrarouge

 

Il s'agit d'une imagerie satellite basée sur le rayonnement infrarouge. Les images obtenues par satellites sont colorées en fonction du rayonnement émis par la surface. Par exemple, les nuances de blancs sont associées aux zones à faible rayonnement (zones de basse température). Au contraire les nuances plus sombres appartiennent aux zones de fort rayonnement (hautes températures). Ce type d'imagerie satellite est disponible en journée ainsi que la nuit. Il est intéressant d'utiliser les images satellite infrarouge pour différencier les couches nuageuses présentes dans la troposphère. Il est possible de coloriser ces images satellites pour plus de clarté avec des nuances plus contrastées.

 

Image satellite infrarouge

Image satellite infrarouge - Sat24

 

 

- Les images satellite de vapeur d'eau

 

Ces images satellites nous informent sur la présence de vapeur d'eau dans la haute troposphère. Elles permettent d'obtenir une vue générale de la couverture nuageuse sur trois grandes superficies telles que les pays, les continents et même la planète entière.

 

Image satellite de vapeur d'eau

Image satellite de vapeur d'eau

 


 

Vous souhaitez en savoir davantage sur le cycle de l'eau et les nuages ?

Voici une vidéo qui va vous éclairer... En cas de questions, n'hésitez pas à nous contacter via notre interface de contact.

 

 

 

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