Les nuages dans le climat belge

Niveau : initié

La Belgique connaît avant tout un climat maritime, ce qui ne l'empêche pas d'être souvent aux confins de masses d'air fort différentes. Chaque masse d'air a ses nuages propres, qui varient d'ailleurs en fonction des saisons. Les séparations des masses d'air sont aussi caractérisées par des nuages bien précis. Un petit tour d'horizon des nuages (ou systèmes nuageux) en fonction des situations atmosphériques les plus fréquentes vous est donc proposé.

Pour vous faire une idée visuelle des nuages, un lien utile vous est suggéré : Atlas de nuages de Karlsruhe (Der Karlsruher Wolkenatlas)

Hohe Wolken = nuages élevés (cirrus, cirrostratus, cirrocumulus)
Mittelhohe Wolken = nuages moyens (altostratus, altocumulus)
Tiefe Wolken = nuages bas (stratus, stratocumulus, nimbostratus)
Vertikale Wolken = nuages à développement vertical (cumulus, cumulonimbus)

Les courants océaniques d'ouest

Ces courants sont caractérisés par une alternance de deux masses d'air : l'air polaire maritime et l'air tropical maritime. Ces masses d'air ne nous parviennent pas comme elles étaient à l'origine. L'air polaire, en effet, s'est fortement réchauffé par le bas en passant sur l'océan, mais reste froid en altitude, d'où son instabilité. L'air tropical, par contre, s'est refroidi en remontant vers le nord, mais reste (relativement) doux en altitude, d'où sa stabilité. La différence au niveau du sol entre ces deux masses d'air est en général de 6 à 8°C, parfois moins en hiver.

Une perturbation atlantique (ou zone de pluie) est généralement composée d'un front chaud qui précède l'air tropical maritime, et d'un front froid qui précède l'air polaire maritime. Parfois, le front froid rattrape le front chaud et nous avons droit à un seul front, dit occlus.

L'air tropical, plus chaud et donc plus léger, monte au-dessus de l'air polaire qui précède. Théoriquement, nous voyons alors une succession de cirrus, cirrostratus, altostratus puis nimbostratus avec de la pluie.

Cirrostratus et altostratus
Le front occlus s'approche avec la succession classique de cirrostratus et d'altostratus.
Il fait chaud et très lourd (environ 28°) et les éléments vont bientôt se déchaîner.
Photo : R. Vilmos

Parfois, des cirrocumulus ou des altocumulus se mêlent à cette succession lorsqu'il y a de la turbulence en altitude.

Cirrus et cumulonimbus
Alors que d'un côté du ciel, on voit les cirrus, cirrostratus et altostratus (cf. photo précédente),
on voit ici les bourgeonnements de cumulonimbus.
Une heure et demie plus tard, un très violent orage éclatera
Photo: R. Vilmos

Le nimbostratus caractérise le secteur chaud de la perturbation, où, en général, il fait juste un peu plus doux. Le temps est alors venteux et pluvieux pendant plusieurs heures. Ensuite, l'air polaire plus froid arrive et soulève l'air tropical. Le nimbostratus se transforme en cumulonimbus avec des pluies plus fortes. A l'arrière du front froid, l'air instable donne une alternance d'averses et d'éclaircies avec des cumulus et des cumulonimbus. La tendance aux averses diminue par la suite à l'approche, d'abord, d'une crête anticyclonique, puis des fronts de la perturbation suivante.

En Belgique, cette succession de nuages existe également, mais elle n'est pas toujours observable depuis le sol, surtout en hiver.

En effet, avant l'arrivée d'une perturbation, la Belgique a souvent affaire à de l'air polaire maritime très dénaturé qui a stagné sur la France au sein de la crête anticyclonique. Cet air s'est généralement réchauffé et refroidi plusieurs fois lors de son parcours sur l'océan, puis sur les îles britanniques ou sur le golfe de Gascogne, avant de revenir sur la Belgique via la France par des courants de sud à sud-ouest.

On retrouve ces variations successives dans la structure verticale de l'atmosphère, où alternent des couches instables et des couches nettement plus stables. Il s'ensuit que les cumulus ont tendance à s'étaler en atteignant une couche plus stable, formant ainsi des stratocumulus. De plus, le renforcement du vent à l'avant de la perturbation génère de la turbulence, ce qui favorise également la formation de ces stratocumulus.

Stratocumulus cumulogenitus
Stratocumulus provenant de l'étalement de cumulus dans une masse d'air polaire maritime se stabilisant à l'approche d'une perturbation
Photo : R. Vilmos

Les cirrus et cirrostratus de la perturbation passent au-dessus des nappes de stratocumulus, et ne sont donc pas toujours visibles depuis le sol. Lorsque l'altostratus arrive, la masse des stratocumulus s'assombrit davantage. Lors des premières gouttes de pluie, ces stratocumulus se doublent alors de cumulus fractus et de stratus fractus (pannus) qui se forment encore plus bas et qui donnent l'impression de "courir" très vite dans le ciel. A la fin, le tout fusionne pour former le nimbostratus.

Nimbostratus et cumulus fractus
Après l'une des plus longues et plus fortes canicules qu’a connu la Belgique,
le temps perturbé atlantique nous revient en cette fin juillet 2006
avec ses nimbostratus doublés de cumulus fractus en raison des précipitations.
Lors du passage de la zone de pluie, la température passe de 26 à 20°C.
Photo : R. Vilmos

A l'arrière de la perturbation, la formation des cumulonimbus est souvent fort vite freinée par une stabilisation de l'air. Les éclaircies disparaissent sous l'étalement des cumulus, les averses se font plus faibles, tout en restant désagréables, puis disparaissent et le cycle recommence avec l'arrivée de la perturbation suivante. Cet ensemble donne un caractère assez gris au temps d'hiver. Toutefois, lors de l'arrivée de la première perturbation après une période de beau temps sec (air continental), la succession des cirrus, cirrostratus et altostratus est souvent bien visible. De même, après le passage de la dernière perturbation, lors d'une importante arrivée d'air polaire, les cumulus et les cumulonimbus se développent bien et sont séparés par de belles éclaircies. Parfois, des bancs de cirrocumulus et d'altocumulus se forment dans ces éclaircies et, plus rarement, des altocumulus lenticularis.

Altocumulus lenticularis et cumulus mediocris
Des mouvements en ondes, à moyenne altitude, forment ces nuages lenticulaires.
Plus bas, les mouvement convectifs forment des cumulus. L'air est maritime, avec 24°C
Photo : R. Vilmos

En été, la succession typique des nuages de la perturbation est généralement plus visible, même entre les perturbations. En journée, le sol réchauffé par le soleil, même à travers les cirrostratus et les altostratus, éliminent les couches de stabilité, en dehors de celle du front chaud proprement dit, et les stratocumulus se forment plus difficilement. Il est alors typique d'observer, entre deux perturbations, des cumulus congestus surmontés de cirrus et de cirrostratus. Lorsque vient l'altostratus, les cumulus se développent moins, deviennent mediocris, puis humilis avant de disparaître. Ils seront remplacés par des cumulus fractus dès les premières précipitations.

Cumulus congestus
Petit cumulus congestus, à la limite du cumulus mediocris, qui n'atteindra jamais le stade de cumulonimbus
Photo : R. Vilmos

A l'arrière de la perturbation, donc du nimbostratus, l'air est généralement plus instable aussi en été, et les nuages convectifs se forment mieux, avec moins d'étalement en stratocumulus. Lorsque le sol est suffisamment chaud, souvent après une longue période de temps chaud, le secteur chaud de la perturbation risque de devenir lui-même instable et des cumulonimbus se forment à l'intérieur du nimbostratus (embedded Cb).

Altostratus et cumulus
Les rayons du soleil qui filtrent à travers l'altostratus réchauffent malgré tout le sol et permettent une légère convection, matérialisée par ces cumulus en-dessous de l'altostratus. Mais les couches moyennes sont instables aussi, on voit des zones plus sombres qui laissent deviner des embedded cumulonimbus. D'ailleurs des averses isolées sont signalées en Belgique.
Photo : R. Vilmos

Lorsque seules les franges des perturbations passent par la Belgique, on observe souvent de nombreux altocumulus translucidus, parfois perlucidus. Des cirrus, cirrostratus et cirrocumulus peuvent alors coexister en quantités variables.

Altostratus translucidus
Une perturbation s'approche de notre pays. L'air tropical devient progressivement plus maritime.
Le ciel restera d'ailleurs très nuageux à couvert toute la journée. Malgré tout, il fera encore chaud avec près de 29°C.
Photo : R. Vilmos

Les courants continentaux

Ces courants atteignent la Belgique généralement lorsqu'un anticyclone se forme au nord de nos régions, sur les Iles Britanniques, la Mer du Nord ou la Scandinavie. Les dépressions et les perturbations qui y sont associées se scindent alors en deux. L'une des branches se dirige vers l'Atlantique Nord et l'autre branche, vers la Méditerranée. Elles n'atteignent plus notre pays.

Le vent souffle le plus souvent de nord-est ou d'est. Il fait froid en hiver et chaud en été. La formation des nuages, toutefois, dépend de la position exacte de l'anticyclone et des dépressions en Méditerranée. La branche nord des perturbations n'intéresse plus le climat belge.

Lorsque l'influence anticyclonique est prédominante, il fait généralement beau. L'air étant sec, les brouillards et les stratus ne persistent généralement pas en hiver, toutefois le temps reste parfois assez brumeux (brume sèche). En été, il est alors typique d'observer des cumulus humilis l'après-midi, sous l'inversion de subsidence. Parfois, on observe aussi quelques cirrus, souvent uncinus ou spissatus.

Cirrus uncinus
Pendant la canicule (il fait 32°C), on voit des cirrus uncinus dans le ciel
Photo: R. Vilmos

Lorsque l'influence dépressionnaire est prédominante, les perturbations méditerranéennes ne nous atteignent certes pas, mais l'influence sur les nuages est néanmoins bien visible.

En hiver, le vent a tendance à souffler plus fort, il fait généralement beau avec toutefois un risque de nombreux cirrus, voire des cirrostratus et des altocumulus (frange des perturbations). En été, l'absence de l'inversion de subsidence ne freine plus le développement des cumulus. On observe alors typiquement des cumulus congestus en après-midi. Si le temps est suffisamment chaud, avec l'humidité résiduelle du continent, des orages de chaleur peuvent se former en soirée.

Cumulus Congestus
Belle tour convective formée en fin de journée
Photo : P. Hansoul

L'air tropical continental

Ces masses d'air arrivent sur la Belgique lorsqu'un anticyclone s'est formé sur l'Europe centrale et une dépression sur le Golfe de Gascogne, sur la Manche ou près de l'Irlande.

Du point de vue de la formation des nuages convectifs, cette masse d'air se comporte exactement comme l'air continental, sauf en hiver où les inversions thermiques près du sol sont plus fréquentes. Le risque de brume sèche, mais aussi de brouillards et de stratus est alors un peu plus élevé.

En été, le développement ou non de cumulus congestus dépendra de la proximité, d'une part, de l'anticyclone et, d'autre part, de la dépression. Mais ce qui est caractéristique en toute saison par cette masse d'air, c'est la présence d'altocumulus.

Altocumulus
Quelques altocumulus floccus du matin du 26 juillet 2006
Photo : R. Vilmos

Ceux-ci ont souvent un aspect lenticulaire. C'est notamment dû au fait que l'air passe au-dessus des Alpes ou des montagnes de la Provence, ce qui entraîne des mouvements d'ondes qui persistent parfois jusqu'au-dessus de nos régions. Lorsque la dépression s'approche, le flux d'air a tendance à devenir encore plus chaud dans les basses couches, mais plus froid dans les hautes couches (détente adiabatique en raison de la baisse de pression). On observe alors souvent des altocumulus floccus ou castellanus. Les orages qui éclatent parfois peuvent être des orages de chaleur, mais peuvent aussi être des orages frontaux. Dans le deuxième cas, ces orages mettent fin à la vague de chaleur.

Cirrus floccus et altocumulus castellanus
L'instabilité dans les couches moyennes est encore plus forte.
Des altocumulus castellanus (ici stade initial) bourgeonnent rapidement.
On observera de l'orage moins de deux heures plus tard, mais avec peu ou pas de précipitations.
Quelques coups de vents seront toutefois présents. Au moment de la photo, il faisait encore plus de 30°C.
Photo : R. Vilmos

Les courants polaires directs

En Belgique, il s'agit toujours de courants maritimes, qui traversent la (quasi) totalité de la Mer du Nord. Ces courants, qui nous arrivent du nord, sont plus froids que l'air polaire maritime d'ouest ou de nord-ouest. En altitude, ce froid est encore plus marqué, ce qui fait que l'instabilité est plus forte aussi. La nuit, toutefois, le sol se refroidit suffisamment à l'intérieur des terres pour que les averses diminuent, voire cessent. Mais l'air reste turbulent, partiellement instable ce qui fait que les brumes et stratus ne se forment pas. Les stratocumulus ne sont pas nombreux non plus, sauf parfois en hiver. Le ciel est donc le plus souvent serein.

Il est alors typique d'observer du beau temps le matin. Ensuite, les cumulus se développent rapidement et forment des cumulonimbus dès la matinée.

Ciel serein
avec formation de cumulus qui se transformeront en cumulonimbus
Photo : Christiane Lefèvre

Ces cumulonimbus, accompagnés d'averses de pluie, de grêle ou de neige selon la saison, alternent alors avec de belles éclaircies et un ciel très bleu. Parfois, on y observe quelques nuages lenticulaires. Au début de l'hiver, toutefois, le soleil peut rester trop faible en journée pour tout à fait empêcher l'étalement des nuages à l'intérieur des terres.

Attention : les fortes averses nocturnes qui peuvent se produire malgré tout sont souvent le produit d'un front froid secondaire, qui sépare deux masses d'air polaire dont la deuxième est encore plus froide que la première.

L'air maritime sous influence anticyclonique

Cette situation se présente lorsqu'un puissant anticyclone se forme au voisinage de l'Irlande. L'air nous arrive alors de nord-ouest. Cet air n'est pas perturbé, mais humide. En traversant la Mer du Nord, cet air a tendance à devenir quelque peu turbulent et forme de vastes nappes de stratocumulus. Ces stratocumulus se doublent parfois de cumulus ou de cumulus fractus à un niveau plus bas. L'inversion de subsidence empêche tout développement vertical au-delà de la couche de stratocumulus, ce qui fait que le temps reste très gris, mais avec peu ou pas de précipitations.

Stratocumulus doublés de cumulus
Ciel typiquement belge entre deux perturbations. Des couches stables et instables alternent.
Le développement des cumulus se trouve arrêté en-dessous des nappes de stratocumulus.
Grâce au soleil d'été, des éclaircies se manifestent plus tard en journée avec également un risque d'averse.
Si l'on était en hiver, la grisaille persisterait.
Photo : R. Vilmos

En hiver, cet air se stabilise à l'intérieur des terres et des stratus de turbulence risquent de se former à basse altitude. En été, cet air se réchauffe quelque peu en journée toujours à l'intérieur des terres, et le plafond des stratocumulus s'élève quelque peu, avec parfois quelques éclaircies. Des cumulus se développent alors, mais ils sont arrêtés par l'inversion de subsidence et s'étalement à nouveau. La couche de stratocumulus se reforme alors, avec cette fois-ci des stratocumulus cumulogenitus.

Stratocumulus cumulogenitus
L'arrêt de la convection, le soir, provoque l'étalement des cumulus en stratocumulus cumulogenitus.
Photo : R. Vilmos

Un cas particulier : la "spanish plume"

Cette situation ne se présente qu'en été. Il s'agit d'air tropical désertique qui arrive sur les hauts-plateaux surchauffés de l'Espagne. Après le passage au-dessus des Pyrénées, cet air reste très chaud à moyenne altitude (on observe parfois des températures supérieures à 20°C à 1500 mètres d'altitude). Cependant, cet air ne peut nous parvenir que par le creusement d'une forte dépression à l'ouest de nos régions. Cette dépression détend l'air à plus haute altitude (5000 mètres et plus) avec comme conséquence un refroidissement adiabatique.

En même temps, une dépression thermique se forment sur l'Espagne et remonte vers nos régions dans les courants de sud-sud-ouest.

A l'avant de cette dépression, le vent tourne à l'est et nous amène un temps très sec et très chaud avec des températures largement supérieures à 30°C. Après le passage de cette dépression thermique, qui se dirige alors vers les Pays-Bas, le vent tourne à l'ouest-sud-ouest dans les basses couches, nous amenant de l'air humide et un peu plus frais. Il se forme alors une inversion de température vers 1000 ou 1500 mètres au-dessus de laquelle continue à régner l'air extrêmement chaud en provenance d'Espagne. Plus haut encore, par contre, l'air continue à se refroidir par détente à l'approche de la dépression. Il s'agit donc d'une répartition tripartite de l'atmosphère : assez chaud et humide à basse altitude, très chaud et sec à moyenne altitude, froid et (relativement) sec à haute altitude.

Dans les basses couches humides, des cumulus se forment avec une base très basse (pour l'été) et des sommets ne dépassant pas l'inversion (1000 - 1500 mètres). Toute l'humidité reste donc prisonnière des basses couches. Au niveau de l'inversion, il se forme un important cisaillement de vent appelé "wind shear": ouest-sud-ouest en-dessous, sud-sud-ouest au-dessus. Plus haut, l'air est très sec mais proche de l'instabilité absolue jusqu'à une très haute altitude. Comme nuages, il y a tout au plus quelques altocumulus floccus ou castellanus.

Altocumulus floccus et castellanus
apparaissant au matin dans de l'air tropical direct. La journée s'annonce torride et, peut-être, orageuse.
Photo : R. Vilmos

Souvent la situation reste telle quelle et il ne se passe rien. Il fait assez chaud et lourd, on croit que l'orage va éclater mais il n'éclate pas.

Parfois, cependant, une éclaircie plus large dans les basses couches ou un accident du terrain est juste suffisant pour faire percer l'inversion par un cumulus. Et dans ce cas, cet apport d'humidité dans une couche d'air extrêmement instable transforme en quelques minutes ce cumulus humilis en vaste cumulonimbus avec des orages violents. En plus, le "wind shear" favorise alors le mouvement rotatoire et transforme à son tour cet orage en super-cellule.

Tornade
Une minute environ avant la fin de la tornade du 1er octobre 2006.
Photo : M. Macé

Presque toutes les tornades observées dans nos régions ont été causées par ce phénomène. Notamment les 24 et 25 juin 1967, des tornades dévastatrices se sont ainsi formées, traversant l'ouest de la Belgique sur leur trajectoire allant du Pas de Calais aux Pays-Bas. Les tornades les plus récentes observées furent celles d'octobre 2006.

Conclusion

Cet article n'a certainement pas repris toutes les situations possibles et toutes les formations nuageuses observées en Belgique, mais il constitue un survol des situations les plus fréquentes ou les plus caractéristiques.