Précipitation, ensemble des particules d’eau liquides et solides qui tombent des nuages et atteignent le sol. Ces particules comprennent la bruine, la pluie, la neige, le grésil, les cristaux de glace et la grêle. (Cet article contient un bref traitement des précipitations. Pour une couverture plus étendue, voir climat : Précipitations.)
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La différence essentielle entre une particule de précipitation et une particule de nuage est une question de taille. Une goutte de pluie moyenne a une masse équivalente à environ un million de gouttelettes de nuage. En raison de leur grande taille, les particules de précipitation ont des vitesses de chute importantes et sont capables de survivre à la chute du nuage vers le sol.
La transition d’un nuage contenant uniquement des gouttelettes de nuage à un nuage contenant un mélange de gouttelettes de nuage et de particules de précipitation implique deux étapes fondamentalement différentes : la formation d’éléments de précipitation naissants directement à partir de l’état de vapeur et la croissance ultérieure de ces éléments par agrégation et collision avec les gouttelettes de nuage. Les éléments de précipitation initiaux peuvent être soit des cristaux de glace, soit des gouttelettes de solution chimique.
Le développement des précipitations par la croissance des cristaux de glace dépend du fait que les gouttelettes de nuage peuvent geler spontanément à des températures inférieures à environ -40 °C, ou -40 °F. (La réduction des gouttelettes de nuage à des températures inférieures au point de congélation normal est appelée surfusion). Dans les nuages surfondues, des cristaux de glace peuvent se former par sublimation de la vapeur d’eau sur certaines particules de poussière atmosphérique appelées noyaux de sublimation. Dans les nuages naturels, les cristaux de glace se forment à des températures inférieures à environ -15 °C (+5 °F). La température exacte de formation des cristaux de glace dépend largement de la nature physico-chimique du noyau de sublimation.
Vincent J. Schaefer
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Une fois que des cristaux de glace se sont formés au sein d’un nuage surfondu, ils continuent de croître tant que leur température est inférieure au point de congélation. Les taux de croissance dépendent principalement de la température et du degré de saturation en vapeur de l’air ambiant. Les cristaux se développent au détriment des gouttelettes d’eau. Dans des conditions favorables, par exemple dans un gros cumulus à croissance rapide, un cristal de glace atteint une taille d’environ 0,13 millimètre (0,005 pouce) en trois à cinq minutes après sa formation. À cette taille, le taux de croissance par sublimation ralentit, et la croissance ultérieure se fait en grande partie par agrégation et collision avec les gouttelettes du nuage.
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Les petites gouttes de solution sont également importantes comme particules de précipitations naissantes. L’atmosphère contient de nombreuses petites particules de substances chimiques solubles. Les deux plus courantes sont le chlorure de sodium balayé par les océans et les composés contenant des sulfates formés par des réactions gazeuses dans l’atmosphère. Ces particules, appelées noyaux de condensation, recueillent de l’eau en raison de leur nature hygroscopique et, à des humidités relatives supérieures à environ 80 %, existent sous forme de gouttelettes de solution. Dans les masses d’air maritime tropical, le nombre de noyaux de condensation est souvent très élevé. Les nuages qui se forment dans un tel air peuvent développer un certain nombre de grosses gouttelettes de solution bien avant que le sommet des nuages n’atteigne des températures favorables à la formation de cristaux de glace.
Que la particule de précipitation initiale soit un cristal de glace ou une gouttelette formée sur un noyau de condensation, l’essentiel de la croissance de la particule de précipitation se fait par les mécanismes de collision et de coalescence. En raison de leur taille plus importante, les éléments de précipitation naissants tombent plus rapidement que les gouttelettes de nuage. Par conséquent, ils entrent en collision avec les gouttelettes situées sur leur trajectoire de chute. Le taux de croissance d’une particule de précipitation par collision et coalescence est régi par les tailles relatives de la particule et des gouttelettes de nuage dans la trajectoire de chute qui sont effectivement frappées par la particule de précipitation et par la fraction de ces gouttelettes qui coalescent effectivement avec la particule après la collision.