Chaque hiver, la neige est attendue avec impatience par les amateurs de sports d'hiver et les enfants, mais elle est redoutée en plaine, notamment par ceux qui doivent prendre le volant. Mais savez-vous comment se forme la neige et comment elle vieillit ?
La formation des cristaux de neige
La neige est un phénomène météorologique fascinant qui se produit lorsque certaines conditions atmosphériques sont réunies. Ce n'est pas seulement une question de basses températures. La formation de la neige nécessite de la vapeur d'eau, des particules en suspension dans l'air et des températures froides.
Tout commence par l'évaporation de l'eau des océans, des mers, des lacs et des rivières sous l'effet de la chaleur. Cette vapeur d'eau s'élève dans l'atmosphère. Au sein des nuages, la vapeur d'eau issue de la basse atmosphère remonte avec les mouvements ascendants vers des altitudes élevées où règnent des températures basses. Lorsque la température est suffisamment basse (généralement en dessous de 0°C), la vapeur d'eau se condense sous forme de très petites gouttes d'eau en surfusion ou de microscopiques germes de glace. C'est la naissance du cristal.
Pour qu'un cristal de glace se forme, la vapeur d'eau doit se condenser sur une particule minuscule, comme de la poussière, du sable, de la pollution, des cendres ou du pollen. Ces particules servent de noyau autour duquel les molécules d'eau peuvent se fixer et geler. C’est lorsque le refroidissement continu (environ -12 °C) que vont venir s'agglomérer ces particules d’eau sur d’autres particules contenues dans le nuage.
La vapeur d’eau continue à se condenser sur ces germes qui croissent d’une taille de quelques microns à quelques millimètres. Les cristaux, avec les températures négatives, grossissent autour de leur noyau. Ils deviennent alors plus lourds… et tombent.
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Formes des cristaux de neige
La forme d'un flocon de neige est déterminée par la température et l'humidité de l'air dans le nuage où il se forme. La température qui permet aux gouttelettes de se cristalliser autour des particules joue un rôle important dans la formation des cristaux. C'est pourquoi il existe une grande variété de formes de cristaux de neige, des étoiles aux plaquettes en passant par les aiguilles et les colonnes.
On distingue 3 formes types de neige fraîche : les étoiles, les plaquettes et les aiguilles et colonnes (ces deux dernières se trouvant ensemble dans le même type). Chaque flocon de neige a une forme unique : aucun ne présente exactement la même apparence ! Des formes aussi uniques que complexes dont l’éclosion est magnifique à voir.
Les cristaux en étoile ont une forme hexagonale. La structure hexagonale (c'est-à-dire à 6 branches) reste commune à tous les flocons. Ensuite, le taux d'humidité affecte la complexité des détails. S'ajoutent ainsi des branches supplémentaires ou des motifs plus fins par des collisions d'autres molécules d'eau durant l'étape de croissance du flocon. Résultat, il existe une infinie diversité des flocons et aucun n'est identique à un autre.
Types de neige
Il existe différents types de neige, qui se distinguent par leur teneur en eau et leur température. Ces caractéristiques influencent la façon dont la neige se comporte et affectent les activités hivernales.
- Neige sèche : La neige sèche ne contient pas d'eau liquide. Aussi appelée poudreuse, les skieurs la considèrent comme la neige parfaite. Elle tombe généralement lorsque le temps est très froid, avec des températures bien en dessous de 0°C, comme en montagne. Les flocons deviennent de la poudreuse lorsqu'ils se créent dans des conditions froides, mais peu humides. Ils tombent en gardant leur structure fragile, sans s'agglomérer entre eux. Au sol, l'air entre les flocons préserve leur forme, ce qui empêche la neige de se compacter. La poudreuse reste ainsi souple et légère, offrant une glisse fluide et un amorti naturel.
- Neige humide ou collante : La neige humide, ou collante, tombe par température légèrement positive. Elle contient un peu d'eau liquide, ce qui la rend collante ou pâteuse et assez lourde. Fréquente en plaine, ce type de neige tombe lorsque les températures sont légèrement positives. Comme elle contient un peu d'eau liquide, elle adhère très facilement à tout ce qu'elle touche, ce qui entraîne souvent des perturbations du trafic aérien, ferroviaire et routier.
- Neige mouillée : La neige mouillée tombe par des températures nettement positives (entre +1 °C et +3 °C) et contient, pour cette raison, beaucoup d'eau liquide. Cette neige, qui contient beaucoup d'eau, peut se former lorsque les températures sont légèrement positives, entre +1°C et +3°C.
- Pluie verglaçante : While falling into the atmosphere, if snowflakes cross an air mass where temperature is positive and then cross an air mass where temperature is negative, they will transform into freezing rain. Dans le cas où les flocons de neige traversent une couche d’air où la température positive puis passent dans une couche d’air près du sol où la température est de nouveau négative, alors on observe de la pluie en état dit « de surfusion ». On appelle cela des pluies verglaçantes.
Métamorphose de la neige
Une fois au sol, la neige subit une métamorphose continue sous l'influence de différents facteurs tels que le vent, la température, le soleil et la pluie. Ces transformations modifient la structure et la cohésion de la neige, créant différentes couches aux propriétés variées.
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- Cohésion de feutrage : les dendrites (extrémités des cristaux de neige fraiche), s’enchevêtrent les unes aux autres. La cohésion est fragile.
- Cohésion de frittage : des ponts de glace se créent entre les grains. La cohésion est bonne.
- Cohésion de regel : Le manteau neigeux a subit une humidification (augmentation de température, pluie) puis un refroidissement. Il se peut qu’il n’y ait aucune cohésion entre les grains (gobelets, faces planes).
En observant la neige à la loupe binoculaire on distingue plusieurs formes de petits grains aux formes variées :
- Grains fins en couches compactes : le vent a brisé les cristaux qui se redéposent en petites particules qui forment des rides comme le sable fin et des corniches sur les sommets.
- Grains à faces planes : il s’agit d’une vieille neige où les liaisons entre grains sont très faibles. Enfouie sous une neige fraiche elle est très fragile et peut déclencher une avalanche par plaque.
- Grains ronds : il s’agit là d’une neige qui a été mouillée sous l’effet du soleil ou de la pluie. Elle forme soit des couches molles si la température est douce et la neige contient de l’eau liquide, soit des couches dures si la neige a regelée : c’est la « neige de printemps ».
La neige et les prévisions météorologiques
La prévision des chutes de neige est un défi pour les météorologues, car elle dépend de nombreux facteurs complexes. La température est le paramètre le plus important, mais il est également essentiel de prendre en compte l'humidité, le vent et la structure thermique de l'atmosphère.
Les météorologues surveillent l’activité et le comportement de cette perturbation grâce à divers paramètres et aux images satellite. Ensuite, ils prennent en compte l’évolution des températures du sol et de l’air. A Météo Centre, ils utilisent divers modèles météo (Arôme, Arpège, ICON, WRF ou encore ECMWF) pour réaliser leurs prévisions. Un important temps d’analyse et de comparaison des modèles leur est requis pour réaliser la meilleure prévision possible et mieux appréhender les risques de verglas par exemple. Le « live » permet également des réajustements de leurs prévisions.
Dans le cas où la température reste proche de 0°C, la prévision peut devenir difficile. En effet, l’eau peut aussi bien passer à l’état liquide qu’à l’état solide. Lorsque deux masses d’air rentrent en conflit (froid d’un côté et doux et humide de l’autre), on observe la formation d’une perturbation.
Impact de la neige
La neige a un impact important sur l'environnement, l'économie et la société. Elle est essentielle pour l'approvisionnement en eau, car elle fond au printemps et alimente les rivières et les nappes phréatiques. La neige est également importante pour l'agriculture, car elle protège les cultures du gel et fournit de l'humidité au sol.
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Cependant, la neige peut également causer des problèmes. De fortes chutes de neige peuvent perturber les transports, endommager les bâtiments et provoquer des avalanches. La neige collante adhère très facilement à tout ce qu'elle rencontre en tombant : câbles électriques, caténaires de la SNCF, etc. Lorsqu'il en tombe plusieurs centimètres, elle provoque de sérieux dégâts : sous le poids de cette neige lourde, les toitures et les serres peuvent s'effondrer et les branches des arbres se rompre. Ce type de situation est assez fréquent dans le sud de la France.
La neige et le changement climatique
Le réchauffement climatique a un impact sur les chutes de neige. En général, les températures plus chaudes entraînent une diminution des chutes de neige et une fonte plus précoce de la neige au printemps. Cela peut avoir des conséquences importantes pour l'approvisionnement en eau, l'agriculture et les sports d'hiver.
En haute montagne, la neige reste accrochée par endroits, au sommet des montagnes, sur les versants nord, peu exposés au soleil. Les neiges éternelles le sont de moins en moins. En cause, le réchauffement de la planète, qui provoque la fonte des glaciers. Expliquer à vos enfants pourquoi les grands glaciers fondent est un moyen de les sensibiliser aux effets du dérèglement climatique. Ils seront ainsi mieux préparés aux changements qui les attendent. La fonte des glaces au Groenland et en Antarctique est particulièrement visible, et s’est beaucoup accélérée pendant les dernières décennies.
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