Grêle

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Gros grêlon, laissant apparaitre des bulles en transparence

La grêle est un type de précipitation qui se forme dans des cumulonimbus particulièrement forts lorsque l'air est très humide et que les courants ascendants sont puissants. Elle prend la forme de billes de glace (grêlons) dont le diamètre peut varier de quelques millimètres à plusieurs dizaines de centimètres mais dont le diamètre habituel est entre 5 et 50 millimètres[1],[2]. Les averses de grêle durent peu de temps et ne touchent que la superficie limitée traversée par l'orage. Cependant, si les nuages convectifs sont nombreux, une succession de trajectoires de grêle peut affecter une région et laisser plusieurs dizaines de tonnes de glace au sol[3].

Le code METAR de la grêle est GR.

Origine[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Orage.
Mouvement de l'air et des grêlons dans l'orage

Un orage se forme dans une masse d'air chaud et humide, bien au-dessus du point de congélation, et très instable. L'air ainsi soulevé va éventuellement devenir saturé, car sa température diminue avec l'altitude selon la loi des gaz parfaits. L'excédent d'humidité forme d'abord le nuage et puis des gouttes de pluie. Les grêlons croissent lorsque les gouttes de pluie contenues dans l'orage continuent leur ascension dans le fort courant ascendant et gèlent[4]. Pour geler, les gouttes doivent être sous le point de congélation et rencontrer un noyau de congélation.

Dès qu'une goutte gèle dans les niveaux supérieurs de la troposphère (couche inférieure de l'atmosphère terrestre) où la température est inférieure à -10 °C, elle devient un tel noyau de congélation qui peut commencer le grêlon. L'embryon se retrouve alors entouré de vapeur d'eau et de gouttes restées liquides, la surfusion pouvant exister jusqu'à une température de -39 °C. Comme la pression de vapeur de saturation de la glace est moindre que celle de l'eau à ces températures, la vapeur d'eau contenue dans l'air en ascension rapide va se condenser en priorité sur les noyaux de glace. Les grêlons croîtront donc plus rapidement que les gouttes de pluie dans une atmosphère humide comme celle de l'orage.

De plus, les embryons de grêle cannibalisent la vapeur d'eau des gouttes surfondues dans leur entourage. En effet, à la surface des gouttes il y a toujours un échange de vapeur d'eau avec l'air environnant et le grêlon semble attirer les molécules d'eau vers lui parce qu'il leur est plus facile de s'y condenser que sur la goutte (voir Effet Bergeron)[5]. Finalement, les gouttes de pluie qui entrent en contact avec les grêlons, gèlent instantanément sur sa surface.

Le tout permet aux grêlons de croître rapidement dans les régions du nuage à fort contenu liquide. Le taux de croissance est particulièrement important autour de -13 °C. Le processus se passe également dans un courant ascendant très fort qui amènera les grêlons très haut dans l'atmosphère, jusqu'à plus de 15 km d'altitude, à un vitesse ascensionnelle souvent de plus de 40 km/h.

La formation de la grêle n'a donc rien à voir avec celle de la neige. Cette dernière se forme dans des nuages stratiformes à faible mouvement vertical, à des températures sous zéro degré Celsius et dans une masse d'air contenant relativement peu d'humidité où il y a peu de gouttelettes surfondues. Dans ces conditions, les cristaux de glace qui se forment sont très petits, et croissent lentement pour donner des flocons[6].

Structure en couches[modifier | modifier le code]

La structure en couche de ces grêlons est visible

Une coupe transversale des gros grêlons montre qu'ils ont une structure en pelure d'oignon, c'est-à-dire formée de couches de croissance épaisses et translucides alternant avec des couches minces, blanches et opaques[7]. La théorie voulait antérieurement que les grêlons fussent sujets à plusieurs allers-retours, retombant dans la zone humide puis regelant dans une nouvelle phase ascendante, ce qui aurait généré les couches successives. Cependant, les recherches théoriques et sur le terrain ont démontré que ce n'était pas le cas[8].

En fait, le grêlon en ascension traverse des zones du nuage où la concentration d'humidité et de gouttelettes en surfusion varie. Son taux de croissance change selon les variations rencontrées. Le taux d'accrétion des gouttelettes est un autre facteur de croissance. Ces dernières s'agglomèrent par contact avec le grêlon. Ainsi lorsque le grêlon passe dans une zone riche en gouttelettes, il va acquérir une couche translucide en les capturant, alors que dans les régions de l'orage où c'est surtout de la vapeur d'eau qui est disponible, il se formera une couche de givre blanc opaque.

Un gros grêlon formé de la fusion de plusieurs plus petits

De plus, le grêlon se meut verticalement à une vitesse variable qui dépend de sa position dans le courant ascendant ainsi que de son poids. C'est ce qui va faire varier l'épaisseur des couches car le taux de capture des gouttelettes surfondues (accrétion) dépend des vitesses relatives entre celles-ci et le grêlon, certaines vitesses d'ascension la favorisant. La croissance des grêlons amène le relâchement de chaleur latente, ce qui peut garder l'extérieur du grêlon liquide, le rendant plus "collant". Les grêlons peuvent alors s'agglomérer à deux ou plusieurs, selon les collisions, pour en former de plus gros, aux formes irrégulières[9].

Le grêlon s'élève donc jusqu'à ce que son poids ne puisse plus être supporté par le courant ascendant, ce qui prend au moins une trentaine de minutes compte tenu de la force de ces courants dans un orage à grêle dont le sommet est généralement à plus de 10 km de hauteur. Puis il se met à redescendre vers le sol tout en continuant sa croissance par les mêmes procédés jusqu'à ce qu'il sorte du nuage[8]. Ce trajet unique dans l'orage est donc suffisant pour expliquer la configuration en couches de la grêle. Le seul cas où on peut parler de trajets multiples est celui des orages multicellulaires où un grêlon peut être éjecté du sommet de la cellule-mère et être repris dans le courant ascendant d'une cellule-fille plus intense, mais il s'agit là d'un cas exceptionnel[8].

Chute[modifier | modifier le code]

La grosseur maximale des grêlons dans le nuage n'est pas celle que l'on retrouve au sol. En effet, une fois qu'il quitte le nuage, le grêlon commence à se sublimer car l'air n'y est plus à saturation. Lorsqu'il passe dans la couche où la température dépasse le point de congélation, il se met aussi à fondre et à s'évaporer. Ce que l'on retrouve au sol est donc ce qui n'a pu se transformer et dépend de la hauteur du niveau de congélation.

La vitesse de chute des grêlons dépend de l'accélération terrestre (9,8 m/s2) qui l'attire au sol, de la poussée d'Archimède qui s'y oppose, de la collision avec d'autres grêlons et les gouttes de pluie, de la composante verticale du vent (le vent ascendant) et de la viscosité de l'air. Lorsque les forces s'équilibrent, l'accélération cesse et le grêlon a alors atteint sa vitesse terminale. Celle-ci est difficile à déterminer théoriquement puisque tous ces paramètres ne sont connus que de façon imperfecte et qu'un grêlon n'est pas une sphère parfaite. Des estimés in situ montrent qu'un grêlon de 1 cm tombe en général à environ 9 m/s et qu'un de 8 cm le fait à 48 m/s[10].

Petite grêle[modifier | modifier le code]

Les cumulus bourgeonnants (nuages d'averses), avec un courant ascendant beaucoup plus faible et un sommet moins froid, peuvent donner de la très petite grêle (moins de 5 mm) par un processus similaire. Cette petite grêle est parfois nommée grésil.

Dégâts[modifier | modifier le code]

Dégâts causés par la grêle sur des pommiers.

La grêle est un phénomène destructeur pour les récoltes et la propriété. De plus, les plus gros grêlons sont dangereux pour les personnes et les animaux. Les arbres ayant subi de fortes averses de grêle sont plus vulnérables à certaines infestations par des parasites (dont champignons)[11].

Mitigation[modifier | modifier le code]

On utilise parfois l'ensemencement des nuages pour tenter de minimiser les dégâts causés par la grêle. En augmentant le nombre de noyaux de congélation on espère augmenter le nombre de grêlons aux dépens de leur taille. L'iodure d'argent est le plus souvent utilisé pour cela. Mais les météorologues sont partagés sur l'efficacité de cette méthode[3].

L'efficacité du canon anti-grêle est controversée et n'a pas été démontrée, de plus les météorologues ne comprennent pas comment il pourrait agir[12] ; cependant il est toujours utilisé par certains cultivateurs dans plusieurs pays.

Extrêmes[modifier | modifier le code]

Le plus gros grêlon jamais rapporté aux États-Unis : diamètre de 20,3 cm et 47,3 cm de circonférence.

Records homologués par l'Organisation météorologique mondiale (OMM) et le National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA):

Non homologués par l'OMM :

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Organisation météorologique mondiale, « Grêle », Glossaire de la météorologie, Eumetcal (consulté le 2011-05-12)
  2. a et b (en) National Weather Service, « South Dakota Storm Produces Record Hailstone », NOAA News,‎ 30e juillet 2010 (consulté le 2010-11-22)
  3. a et b « Grêle », Comprendre la météo, Météo-France (consulté le 2011-05-12)
  4. « Grêlon », Comprendre la météo, Météo-France (consulté le 2011-05-12)
  5. (fr) « Effet Bergeron », Comprendre la météo, Météo-France (consulté le 2011-05-12)
  6. « Neige », Comprendre la météo, Météo-France (consulté le 2011-05-12)
  7. Organisation météorologique mondiale, « Grêlon », Glossaire de la météorologie, Eumetcal (consulté le 2011-05-12)
  8. a, b et c (en) Stephan P. Nelson, « The Influence of Storm Flow Struce on Hail Growth », Journal of Atmospheric Sciences, Boston, MA, AMS, vol. 40, no 8,‎ août 2003, p. 1965-1983 (ISSN 1520-0469, lien <1965:TIOSFS>2.0.CO;2 DOI?, lire en ligne)
  9. (en) Julian C. Brimelow, Gerhard W. Reuter et Eugene R. Poolman, « Modeling Maximum Hail Size in Alberta Thunderstorms », Weather and Forecasting, vol. 17, no 5,‎ octobre 2002, p. 1048–1062 (ISSN 1520-0434, lien <1048:MMHSIA>2.0.CO;2 DOI?, lire en ligne)
  10. (en) « Hail Basics », Severe Weather 101, sur National Severe Storms Laboratory, National Oceanic and Atmospheric Administration (consulté le 25 mars 2014)
  11. IMAAPRAT, Actualité phytosanitaire ; Bilan phytosanitaire 2011 ; Lettre du DSF n°43 - décembre 2011, DEC 2011
  12. (en) « Cannons both hailed and blasted », Rocky Mountain News, 10 juillet 2006 (consulté le 2007-09-14)
  13. (en) BBC Weather, « Hail », BBC News (consulté le 2008-08-29)
  14. (en) « Global Weather & Climate Extremes », Université d'État de l'Arizona,‎ 2009 (consulté le 2009-07-26)
  15. « L'apocalypse du 11 août 1958 », Dernières Nouvelles d'Alsace,‎ 10 août 2008 (lire en ligne)
  16. (fr) « Bilan climatique du mois de mai 2009 (France) », Les infos, La Chaîne météo,‎ 7 juin 2009 (consulté le 7 mars 2012)
  17. (fr) « Les violents orages du 25 mai 2009 », Keraunos, Observatoire Français des Tornades et des Orages Violents (consulté le 7 mars 2012)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Bibliographie[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]