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La glace venue du ciel

24 avril 2019, 8 Commentaire(s)
Thèmes: Climat

En Suisse, chaque année pendant la période estivale, la grêle frappe de nombreuses régions du pays. Si certains se réjouissent du spectacle, la plupart le déplore, car la grêle est l'un des phénomènes naturels les plus coûteux en Suisse, en plus des inondations et des rafales de vent. Dans une série de cinq blogs sur le sujet de la grêle, nous voulons présenter divers aspects de ce phénomène. Dans le blog d'aujourd'hui, nous discutons de l'origine de la grêle : comment cette glace qui tombe du ciel se forme-t-elle ?

Figure 1: Même des petits grêlons d'un diamètre inférieur à 1 cm peuvent causer des dégâts considérables à l'agriculture. Les traces de grêlons plus grands, à partir d'environ 2 cm de diamètre, occasionnent généralement des bosses sur les toits des véhicules et des volets des bâtiments. Source: Pixabay
Figure 1: Même des petits grêlons d'un diamètre inférieur à 1 cm peuvent causer des dégâts considérables à l'agriculture. Les traces de grêlons plus grands, à partir d'environ 2 cm de diamètre, occasionnent généralement des bosses sur les toits des véhicules et des volets des bâtiments. Source: Pixabay

L‘origine de la grêle

La grêle se forme à l'intérieur des orages autour de noyaux de cristallisation, c'est-à-dire les particules solides qui s’y trouvent, comme par exemple le pollen ou la poussière. À leur surface gèle l’eau surfondue (eau liquide à une température inférieure à 0 °C), qui a été transportée par les vents dans les régions des nuages où la température est inférieure au point de congélation. Le résultat est un embryon de grêle. Si les courants ascendants, à l'intérieur de la cellule orageuse, sont suffisamment forts, les embryons flottent et vont progressivement former un véritable grêlon, grâce à l’accumulation d’eau surfondue qui gèle à leur surface. Cependant, à l’intérieur du nuage, les grêlons sont passablement ballotés. Ils peuvent transiter dans des niveaux bas du nuage, là où la vapeur d'eau qui s'y trouve gèle. La croissance du grêlon peut donc se poursuivre également dans ces couches moins froides. Les grêlons peuvent ensuite être de nouveau emportés par les vents ascendants et catapultés vers des régions plus hautes et plus froides, là où l'eau surfondue les fera grandir davantage. Au cours de ces mouvements à l'intérieur du nuage, il peut y avoir collision entre plusieurs grêlons, ce qui va augmenter leur taille (accrétion) et parfois créer des formes très particulières. Ce n'est que lorsque le grêlon devient trop lourd pour les courants ascendants qu'il tombe au sol. Le chemin exact que suit chaque grêlon à l'intérieur du nuage, de sa formation jusqu'à sa chute, est lié aux flux d'air complexes (courants ascendants et descendants) à l'intérieur du nuage.

Magnifiques formations de glace

Si vous regardez de plus près les grêlons, vous observerez souvent des couches qui rappellent les anneaux de croissance des arbres. L'alternance de couches blanches et transparentes indique que les conditions de croissance ont varié. Dans une région de nuages plutôt sèche, l'eau gèle lentement, incorporant des poches d'air microscopiques, ce qui donne une glace blanche et aérée ("dry freezing").  Par contre, dans une région très humide du nuage, l'eau gèle plus rapidement et la glace est vitreuse et transparente ("wet freezing").

En outre, vous aurez peut-être remarqué que les grêlons ne sont presque jamais ronds et lisses. Ils peuvent même avoir de vraies pointes en surface !

Conditions météorologiques favorables à la grêle

La grêle ne se produit qu'en cas d'orages violents. Pour que ces orages se produisent, il faut une stratification instable de l'atmosphère, beaucoup d'humidité et un catalyseur, c’est-à-dire un mécanisme d'activation qui déclenche la convection dans l'atmosphère. Il peut s'agir, par exemple, de masses d'air convergeant à basse altitude, forçant l'air à s'élever. Mais la formation d'un orage ne garantit pas encore la présence de grêle. Dans les orages de courte durée, qui n'atteignent pas de très grandes altitudes, la grêle peut être totalement absente ou de très petite taille. Dans ce cas, elle fondera avant même d’arriver au sol. La durée de vie de la cellule orageuse est donc très importante. En général, on peut dire que les orages violents, avec de forts courants ascendants à l'intérieur, produisent des grêlons plus grands. Mais ce n'est pas le seul facteur décisif pour la grêle. C'est pourquoi, la prévision du diamètre de la grêle pour un orage spécifique demeure un défi et fait toujours l'objet de recherches scientifiques.

Termes: grêle, grésil et pluie verglaçante

La distinction entre les différents types de précipitations gelées n'est pas si facile et la définition des termes dans les différentes langues n'est pas toujours univoque. Avec les définitions suivantes, nous essayons d'en donner une vue d'ensemble:

Grêle :(en: hail, de: Hagel): on parle de grêle à partir d’un diamètre de 5 mm.

Grésil : il est formé par le gel d’eau surfondue sur un flocon de neige. Il a un aspect semblable à celui de la grêle, mais, par définition, son diamètre est inférieur à 5 mm et apparaît surtout en hiver. On peut distinguer entre des grains opaques (fr: neige roulée, en: snow pellet, de: Reifgraupel) et des grains translucides avec noyau opaque (fr: granules de glace, en: ice pellet, de: Frostgraupel).

Pluie verglaçante :(en: freezing rain, de: Eisregen) : elle se forme lorsqu'il y a de l'air à des températures inférieures au point de congélation près du sol et de l'air plus chaud dans la couche immédiatement au-dessus. La neige qui tombe du nuage traverse d'abord une couche chaude, qui la transforme en goutte de pluie, puis une couche froide, pour devenir une goutte de pluie surfondue. Ces gouttes gèlent au contact du sol ou d’un objet froid.

Les régions les plus touchées par la grêle en Suisse feront l'objet de notre prochain blog de la série.

Commentaires (8)

  1. Dousse Roland, 22.06.2019, 19:34

    Un autre phénomène météorologique « glaçant «  et que j’ai pu observer à la frontière Ukraine-Roumanie lors d’un orage il y a une dizaine de jours m’a sidéré: ciel assombri, puis presque la nuit totale, fortes averses de pluie avec non pas des grêlons mais des bouts de glace, un peu comme des fragments de vitre brisée. La glace était translucide, mais les morceaux moins nombreux que les grêlons. À quoi ai-je assisté ? Aucune idée et les gens de la région n’en savait pas plus que moi.
    Alors, après les grêlons, le grésil et la pluie verglaçante y aurait-il une quatrième catégorie d’objets chutant du ciel ?

    1. MétéoSuisse, 22.06.2019, 21:37

      Des photos ont circulé ces derniers jours sur les réseaux sociaux avec des grêlons géants tombés en Europe orientale suite à de très violents orages. Ce que vous avez vu est probablement des grêlons malgré tout, car le ciel assombri est la marque d’un cumulonimbus.

  2. Claude Guignard, 24.04.2019, 21:33

    On reste étonné, non pas par la formation de la grêle facile à comprendre, mais par la puissance des courants ascendants qui permennent à des grêlons qui peuvent être d'un poids relativement considerable de ne pas tomber plus rapidement et encore les soutenir. Quelle est la vitesse d'un courant ascendant nécessaire pour empêcher par ex un grêlon de 1cm de diamètre de ne pas tomber ? Or des grêlons de ce diamètre ne sont pas rares. Que dire de ceux gros comme des noix ?

    1. Simona (MeteoSuisse), 26.04.2019, 17:25

      C'est une histoire relativement compliquée, parce qu'il faut tenir compte de différents facteurs comme la densité de la glace du grêlon et la densité de l'air. La vitesse du courant pour empêcher qu'un grêlon de 1 cm de diamètre ne tombe pas a été estimée être entre 13 et 18 m/s pour des grêlons "solides". La vitesse terminale de très gros grêlons, c'est-à-dire la vitesse que doit être compensée par le courant ascendant, peut être aussi vite que 50 m/s.

      Vous trouverez plus de détails dans la référence suivante:
      Knight, Charles, and Nancy Knight, 2001: Hailstorms. In Severe Convective Storms, C. A. Doswell III, Ed., Meteorological Monographs, volume 28, No. 50. Published by the American Meteorological Society

  3. Dominique HENNEQUIN, 24.04.2019, 14:19

    On pourrait relater les énormes grêlons tombés vers Plainpalais à Genève dans le milieu des années 80 en Août. Ils atteignaient 8 à 12cm et avaient la forme de citrons!

    1. Pierre Ingold, 25.04.2019, 08:31

      Je m'en souviens aussi. Il y avait eu des milliers de voitures complètement cabossées qui avaient fait le bonheur des carrossiers !

    2. Valerie, 25.04.2019, 10:27

      Sans parler du nuage de juillet 2005 arrivé depuis la France a 160 km par heure passant par Blonay qui a fait des dégâts monstrueux et sur son passage à même tué plusieurs vaches ainsi que d autres animaux sans parler des dégâts matériels, d ou la violence de ces grêlons

    3. François Bocherens, 25.04.2019, 15:51

      Selon mes archives, ce gros orage de grêle sur Genève s'est produit dans l'après-midi du lundi 18 août 1986, après un week-end caniculaire et à l'approche d'un front froid. Il y eut passablement d'intempéries en Suisse romande ce soir-là (arbres arrachés, lignes ferroviaires coupées, etc).