La neige : Formation et chute

La neige, fascinante, magique, en un spectacle féérique, fait de nous de grands enfants quand tombent les flocons blancs !

Photo : Patrick Francioli

Neige : précipitation sous forme solide, c’est-à-dire précipitation de cristaux de glace à symétrie hexagonale agglomérés qui tombent des nuages sous forme de flocons lorsque la masse d’air a une température négative proche de 0°C.

Mais qu’en est-il exactement ?
Après cette introduction poétique et scientifique, nous aborderons dans ce dossier différents points :

1. La neige fraîche
   1. Formation
   2. Chute de neige
2. La neige au sol
   1. Evolution
   2. Echanges neige-atmosphère

 

1. La neige fraîche

1.1 Formation

Pour que se forment des cristaux de glace, 3 conditions sont au préalable requises :

• la présence de vapeur d’eau en suffisance dans l’atmosphère
• une température sous le point de congélation en altitude
• la présence d’un support, c’est-à-dire des particules solides microscopiques en suspension dans l’atmosphère (poussière, fumée, …)

Comment ces trois conditions concomitantes peuvent-elles engendrer la formation de micro-cristaux de glace?

Lorsque deux masses d’air de température différente se rencontrent, la plus froide s’engouffre sous la plus chaude forçant celle-ci à s’élever davantage. De même lorsqu’une masse d’air rencontre un obstacle, tel une montagne, elle est forcée pour la franchir de s’élever. En s’élevant cette masse d’air se refroidit.
Si la masse chaude contient de la vapeur d’eau, il se forme des nuages par condensation de la vapeur d’eau en excès en fines gouttelettes car plus la masse d’air refroidit, moins elle peut contenir de vapeur d’eau. Des précipitations liquides ou solides, appelées hydrométéores, peuvent éventuellement naître de ces nuages, selon l’altitude et la température atteintes par ces masses nuageuses et selon la quantité de vapeur d’eau qu’elles contiennent.

Dans la formation de la neige, il faut que la masse d’air soit saturée en vapeur d’eau.
Au fur et à mesure de l’élévation de la masse nuageuse humide, la diminution de pression entraîne une dilatation de la masse nuageuse.
Et simultanément, sous l’effet d’une diminution de la température sous le point de congélation, deux phénomènes se produisent :

• les micro-goutelettes d’eau restent en surfusion, c’est-à-dire liquides, malgré les températures négatives.
• la vapeur d’eau subit le phénomène de condensation solide, c’est-à-dire le passage de l’état gazeux à l’état solide sans passage par l’état liquide.

Pour que le phénomène de condensation solide puisse avoir lieu, il faut un support (tout comme pour l’apparition de la buée sur les carreaux par exemple) et c’est ici qu’interviennent les éléments microscopiques atmosphériques (0,1 à 10 microns),

• les noyaux de condensation : poussière, particules organiques, fumées, …
• les noyaux de congélation : formés à une température de –12°C par la congélation d’une gouttelette en surfusion présentant une forme cristalline proche de celle de la glace.

C’est sur ces noyaux que viennent se fixer les molécules de vapeur d’eau sous une forme cristalline due à l’agencement géométrique particulier des molécules d’eau lors de leur solidification pour former des micro-cristaux de forme hexagonale aussi appelés « germes »

 

Comment les cristaux de neige vont-ils se former ?

Les facteurs qui influencent la formation des cristaux sont les mouvements internes, la variation de la saturation en vapeur d’eau, la température et l’existence d’un champ électrique.

A partir d’un germe, va se façonner un cristal de glace qui ne va cesser de grandir au gré des turbulences inhérentes à cette masse en mouvement. En effet, grâce à des mouvements internes, les micro-gouttelettes en surfusion passent à l’état de vapeur au fur et à mesure que la saturation en vapeur d’eau le leur permet et constituent ainsi de la matière qui peut être directement fixée sur le micro-cristal qui les rencontre.
Cette fixation ne se fait pas n’importe comment. En effet c’est surtout en fonction de la température rencontrée que certaines parties du germe seront favorisées dans leur développement.

On peut résumer ces principaux développements :

les bases se développent à des t° de –6 à –10°C formant des cristaux de type aiguille ou colonne
les faces latérales se développent à des t° de –10 à –12°C formant des cristaux de type plaquettes
les arêtes se développent à des t° de –12 à –18°C formant des cristaux de type étoiles

Un autre facteur qui intervient dans le façonnage des cristaux est le champ électrique dans lequel ils évoluent étant donné que les molécules d’eau sont polarisables. Ce champ peut accroître la croissance des cristaux ou induire par exemple des déformations dans la croissance.

Il est à noter que les cristaux en formation peuvent séjourner dans différentes zones de température et donner ainsi naissance à des formes extrêmement complexes variables suivant la durée de leur séjour dans chaque zone. Ce qui fait dire que chaque cristal est unique en son genre.

Il faut aussi citer quelques cas particuliers comme le cristal de glace donnant la neige roulée. Le cristal de base est soumis à de telles turbulences qu’il rencontre des gouttelettes en surfusion congelant à son contact et formant une gangue de petites particules sphériques.

Une classification a eté établie par l’OMM (Organisation Mondiale de la Météorologie)

1.2 Chute de neige

Pourquoi neige-t-il ?

Les cristaux de neige au fur et à mesure de leur croissance (de 0,005mm à plusieurs mm de diamètre) s’alourdissent et descendent dans la masse nuageuse, tout en rencontrant d’autres cristaux auxquels ils s’agglomèrent lorsque la T° avoisine le 0°C pour former des flocons. Soumis aux courants ascendants, ces flocons subissent des croissances successives jusqu’au moment où ils sont assez lourds et tombent du nuage en subissant l’action combinée du vent et de la température.

Le vent exerce une action mécanique sur les cristaux par les chocs qu’il provoque entre eux brisant certaines croissances cristallines fragiles. Des ponts de glace peuvent s’établir entre ces particules par la présence de vapeur d’eau venant se glisser entre elles. Cela donnera une neige compacte et dense.

En absence de vent, par des t° inférieures à –5°C, les flocons subissent peu de modifications lors de leur chute. La neige sera peu dense. (80 à 90 kg/m³)

Par contre si la t° avoisine le 0°C, les cristaux se transforment et donnent une neige plus dense voire fondante d’autant qu’ils pourront s’humidifier au cours de leur descente. (260 à 800 kg/m³)

Leur rencontre avec une masse d’air suffisamment épaisse (500 m environ) à une température basse mais positive les fait fondre avant d’atteindre le sol.

Types	Température	Caractéristiques
neige sèche	< -5°c	contient peu d’eau liquide fréquente en haute altitude légère, poudreuse,vole sans adhérence au sol, difficile à compacter
neige humide	entre -5° et 0°c	basse et moyenne altitude forte adhérence au sol facile à compacter (boule de neige)
neige mouillée	entre 0 et +1°c	contient beaucoup d’eau liquide lourde, prélude aux plaques de glace si la température descend

A quelle température neige-t-il ?

Dans les régions de faible altitude et sous nos latitudes, la neige tombe généralement par une température sous abri comprise entre –5°C et +1°C, plus rarement quand les températures sont inférieures à –5°C et supérieures à +2°C. Cependant, on peut assister à des chutes de neige jusqu’à une température d’environ + 8°C, sous forme de courtes averses.