Virga

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Virga sous un nimbostratus

Le terme virga (du latin virga, ae : branche verte, tige, baguette et le dérivé virgule) désigne en météorologie toute forme de précipitation n'atteignant pas le sol[1]. Selon la température, il est formé de cristaux de glace qui se subliment ou de gouttes liquides qui s'évaporent sous un nuage en passant dans une couche épaisse d'air non saturé[2]. On peut retrouver de la virga sous tous les types de nuages donnant des précipitations, quelle que soit leur altitude.

Principe de formation[modifier | modifier le code]

Articles détaillés : Physique des nuages et Précipitations.

La couche externe de précipitations tombant d'un nuage dans de l'air non-saturé n'est pas en équilibre de pression partielle de vapeur d'eau avec l'air ambiant et perd graduellement des molécules[2]. Parce que la disparition de la précipitation se produit graduellement sous le nuage et de l'extérieur (non saturé) vers l'intérieur de l'axe (saturé), la zone s'étire en cône. Ce dernier prend la forme d'une virgule, d'où le nom, suite au cisaillement des vents sous le nuage et la variation de la vitesse terminale de chute selon le diamètre des gouttes/cristaux[2].

Comme il faut que les précipitations tombent dans de l'air non saturé, ce phénomène se produit sous des nuages ayant une base élevée et dans des régions où l'humidité relative est faible. Plus le taux de précipitations sous le nuage est élevé, plus les deux variables doivent être importantes. Dans les régions maritimes, ceci se produit donc surtout pour des nuages de faible extension verticale plus ou moins isolés, par exemple sous de petits cumulus bourgeonnants. Dans les régions continentales, comme les Grandes Plaines d'Amérique du Nord ou le Moyen-Orient, elles sont très communes même sous les cumulonimbus.

Cependant, les premières précipitations provenant d'un front chaud partout sur le globe tombent d'un nimbostratus et commencent en virga car l'air est encore sec à bas niveau. Cet air s'humidifie par l'apport des précipitations et vus sur un profileur de vents, les échos provenant de la base de la virga descendent graduellement vers le sol à mesure que le front s'approche. Ils parviendront à un moment donné à toucher le sol et il n'y aura alors plus de virga mais de la pluie ou de la neige.

La virga est aussi très courante sous les nuages élevés de la famille des cirrus car la couche humide dans lesquels se forment ces nuages est relativement mince. Finalement, la virga de neige est également plus courante que celle de pluie puisque les cristaux de glace sont très petits et que de l'air est plus sec en hiver qu'en été.

Effets[modifier | modifier le code]

Bien que la virga ne produise pas d'accumulations de pluie ou de neige au sol, elle peut avoir différents effets non négligeables :

  • une virga de cristaux de glace venant d'un cirrus peut ensemencer d'autres nuages plus bas dans la troposphère si quelques cristaux subsistent, particulièrement en condition de soulèvement orographique[2],[3] ;
  • la production de virga de fortes pluies qui se produit sous un nuage d'orage (cumulonimbus) dans des régions sèches, comme les Grandes Plaines américaines, peut mener à un très fort courant descendant. Ce dernier donnera une rafale descendante violente au sol, parfois accompagnée d'un réchauffement soudain[4] ;
  • la différence de mouvement vers le haut et le bas, entre les zones de virga et celles sans précipitations, vont créer des conditions de turbulence sous le nuage qui peuvent être dangereuses aux aéronefs[5].

Thermodynamique[modifier | modifier le code]

Pour expliquer les mouvements verticaux ci-dessus, il faut considérer que l'énergie nécessaire à l'évaporation de la pluie ou la sublimation de la neige sous un nuage est prise de l'air entourant la précipitation, ce qui le refroidit. Par la loi des gaz parfaits, cette particule d'air devient plus dense que l'air environnant et doit descendre selon la poussée d'Archimède[4]. Cela produit donc un courant descendant dont la vitesse dépend de la quantité de pluie évaporée. D'autre part, si le taux de précipitation varie spatialement sous le nuage, le refroidissement sera inégal et on retrouvera des taux de descente de l'air qui varient également de point en point[5]. Finalement, les zones sans précipitations sous le nuage seront plus chaudes que celles de virga et on aura donc un mouvement convectif vers le haut dans ces zones[5].

Trou de virga[modifier | modifier le code]

Trou de virga en Autriche, août 2008

Un nuage à une altitude où la température est bien sous le point de congélation, est souvent formé d'un mélange de cristaux de glace et de gouttelettes en surfusion, tel les altocumulus ou les cirrocumulus. Les gouttelettes ne peuvent souvent se changer en cristaux par manque de noyaux glacigènes si elles sont éloignées des cristaux de glace du nuage. Un apport de ces noyaux causera la congélation immédiate des gouttes qu'ils touchent et l'absorption rapide des autres gouttes environnantes par effet Bergeron[6]. Ceci diminue donc la densité du nuage qui semble s'évanouir autour de la zone affectée.

Ça se produit souvent quand un avion passe à travers un tel nuage. En effet, les émissions des réacteurs contiennent beaucoup de noyaux de congélation[7]. Le phénomène laisse un trou dans le nuage à l'endroit où est passé l'appareil et souvent un cône de virga.

Les avions commerciaux peuvent ainsi abaisser l'altitude où les nuages contiennent des cristaux de glace en permettant la formation de ceux-ci à aussi bas que -10 °C (selon la masse d'air souvent à moins de 3 km d'altitude)[7].

Sur d'autres planètes[modifier | modifier le code]

Virga de cristaux de glace sur Mars notée par le lidar de la sonde Phoenix

Les sondes spatiales ont observé que les précipitations d'acide sulfurique tombant des nuages sur Vénus s'évaporent bien avant de toucher le sol à cause de la température élevée de l'atmosphère[8]. Sur Mars, la sonde Phoenix a noté des cristaux de glace tombant de nuage à 4 km d'altitude et se sublimant en virga au-dessus de 2,5 km[9],[10].

De même, on peut en théorie rencontrer de la virga d'ammoniac ou de méthane sur les géantes gazeuses comme Jupiter.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Organisation météorologique mondiale, « Virga », Glossaire de la météorologie, sur Eumetcal (consulté le 31 août 2013)
  2. a, b, c et d (en) « Virga », Meteorology Glossary, sur American Meteorological Society (consulté le 31 août 2013)
  3. (en) B. Geerts, « Precipitation and orography », Notes de cours, sur Université du Wyoming (consulté le 2 septembre 2013)
  4. a et b Bureau of meteorology, « Phénomènes significatifs pour l'aviation: Les orages et la convection profonde (pages 27 à 30) » [PDF], Organisation météorologique mondiale (consulté le 1er septembre 2013)
  5. a, b et c (en) Atsushi Kudo, « The Generation of Turbulence below Midlevel Cloud Bases: The Effect of Cooling due to Sublimation of Snow », J. Appl. Meteor. Climatol., vol. 52, no 4,‎ avril 2013, p. 819–833 (ISSN 1558-8432, DOI 10.1175/JAMC-D-12-0232.1, lire en ligne [PDF])
  6. (en) Andrew J. Heymsfield, Patrick C. Kennedy, Steve Massie, Carl Schmitt, Zhien Wang, Samuel Haimov et Art Rangno, « Aircraft-Induced Hole Punch and Canal Clouds: Inadvertent Cloud Seeding », Bulletin of the American Meteorological Society, vol. 91,‎ 2010, p. 753–766 (DOI 10.1175/2009BAMs2905.1, Bibcode 2010BAMS...91..753H, lire en ligne [PDF])
  7. a et b (en) Chris Westbrook et Owain Davies, « Observations of a glaciating hole-punch cloud », Weather, vol. 65,‎ juillet 2010, p. 176–180 (résumé, lire en ligne [PDF])
  8. (en) « Planet Venus: Earth's 'evil twin' », sur BBC News,‎ 7 novembre 2005 (consulté le 31 août 2013)
  9. (en) Emily Lakdawalla, « Phoenix Update, Sol 123: Press briefing with carbonates, clays, and snow! », sur The Planetary Society,‎ septembre 2008 (consulté le 31 août 2013)
  10. (en) « NASA Mars Lander Sees Falling Snow, Soil Data Suggest Liquid Past », sur NASA,‎ 29 septembre 2008 (consulté le 31 août 2013)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

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