Grêle

La grêle

Généralités

La grêle est un type de précipitation qui se forme dans des orages particulièrement forts lorsque l'air est très humide et que les courants ascendants sont puissants. Elle prend la forme de billes de glace appelées grêlons, dont le diamètre peut varier de quelques millimètres à une dizaine de centimètres.

Formation

Lorsque les gouttes de pluie contenues dans un orage continuent leur ascension dans le fort courant ascendant engendré par celui-ci, elles finissent par entrer dans des régions où la température est inférieur à 0°C et gèlent, dès lors, les grêlons se forment. Pour geler, les gouttes doivent non seulement être sous le point de congélation mais elle doivent aussi rencontrer un noyau de congélation. Si elles n'en rencontrent pas, elles sont en surfusion et pourront le rester jusqu'à un température de -39°C, ce qui leur permet d'atteindre de très grandes altitudes dans le nuage.

Dès qu'une goutte gèle dans les niveaux supérieurs de la troposphère où la température est inférieure à -10°C, elle devient un noyau de congélation qui peut commencer le grêlon. La pression de vapeur de saturation de la glace étant moindre que celle de l'eau à des températures sous le point de congélation, la vapeur d'eau contenue dans l'air en ascension va donc se condenser sur les noyaux de glace plus facilement que sur les gouttes liquides. Les grêlons croissent 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 se trouve à attirer les molécules d'eau vers lui parce qu'il est plus facile de s'y recondenser que sur la goutte. Finalement, les gouttes de pluie qui entrent en contact avec les grêlons, gèle 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.

Structure et évolution

Une coupe transversale des gros grêlons montre qu'ils ont une structure en pelure d'oignon, soit des couches de croissance épaisses et translucides alternées avec des couches minces, blanches et opaques. 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.

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.

Finalement, 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 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 étranges.

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 si on en juge 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. 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 multi-cellulaires 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.

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 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. Ce phénomène indique également que les grêlons au sol possédait une grosseur supérieure avant la chute.