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La glace venue du ciel
En Suisse, chaque année pendant la période estivale, la grêle frappe de nombreuses régions du pays. Si certains se réjouissent du spectacle, la plupart le déplore, car la grêle est l'un des phénomènes naturels les plus coûteux en Suisse, en plus des inondations et des rafales de vent. Dans une série de cinq blogs sur le sujet de la grêle, nous voulons présenter divers aspects de ce phénomène. Dans le blog d'aujourd'hui, nous discutons de l'origine de la grêle : comment cette glace qui tombe du ciel se forme-t-elle ?
L‘origine de la grêle
La grêle se forme à l'intérieur des orages autour de noyaux de cristallisation, c'est-à-dire les particules solides qui s’y trouvent, comme par exemple le pollen ou la poussière. À leur surface gèle l’eau surfondue (eau liquide à une température inférieure à 0 °C), qui a été transportée par les vents dans les régions des nuages où la température est inférieure au point de congélation. Le résultat est un embryon de grêle. Si les courants ascendants, à l'intérieur de la cellule orageuse, sont suffisamment forts, les embryons flottent et vont progressivement former un véritable grêlon, grâce à l’accumulation d’eau surfondue qui gèle à leur surface. Cependant, à l’intérieur du nuage, les grêlons sont passablement ballotés. Ils peuvent transiter dans des niveaux bas du nuage, là où la vapeur d'eau qui s'y trouve gèle. La croissance du grêlon peut donc se poursuivre également dans ces couches moins froides. Les grêlons peuvent ensuite être de nouveau emportés par les vents ascendants et catapultés vers des régions plus hautes et plus froides, là où l'eau surfondue les fera grandir davantage. Au cours de ces mouvements à l'intérieur du nuage, il peut y avoir collision entre plusieurs grêlons, ce qui va augmenter leur taille (accrétion) et parfois créer des formes très particulières. Ce n'est que lorsque le grêlon devient trop lourd pour les courants ascendants qu'il tombe au sol. Le chemin exact que suit chaque grêlon à l'intérieur du nuage, de sa formation jusqu'à sa chute, est lié aux flux d'air complexes (courants ascendants et descendants) à l'intérieur du nuage.
Magnifiques formations de glace
Si vous regardez de plus près les grêlons, vous observerez souvent des couches qui rappellent les anneaux de croissance des arbres. L'alternance de couches blanches et transparentes indique que les conditions de croissance ont varié. Dans une région de nuages plutôt sèche, l'eau gèle lentement, incorporant des poches d'air microscopiques, ce qui donne une glace blanche et aérée ("dry freezing"). Par contre, dans une région très humide du nuage, l'eau gèle plus rapidement et la glace est vitreuse et transparente ("wet freezing").
En outre, vous aurez peut-être remarqué que les grêlons ne sont presque jamais ronds et lisses. Ils peuvent même avoir de vraies pointes en surface !
Conditions météorologiques favorables à la grêle
La grêle ne se produit qu'en cas d'orages violents. Pour que ces orages se produisent, il faut une stratification instable de l'atmosphère, beaucoup d'humidité et un catalyseur, c’est-à-dire un mécanisme d'activation qui déclenche la convection dans l'atmosphère. Il peut s'agir, par exemple, de masses d'air convergeant à basse altitude, forçant l'air à s'élever. Mais la formation d'un orage ne garantit pas encore la présence de grêle. Dans les orages de courte durée, qui n'atteignent pas de très grandes altitudes, la grêle peut être totalement absente ou de très petite taille. Dans ce cas, elle fondera avant même d’arriver au sol. La durée de vie de la cellule orageuse est donc très importante. En général, on peut dire que les orages violents, avec de forts courants ascendants à l'intérieur, produisent des grêlons plus grands. Mais ce n'est pas le seul facteur décisif pour la grêle. C'est pourquoi, la prévision du diamètre de la grêle pour un orage spécifique demeure un défi et fait toujours l'objet de recherches scientifiques.
Termes: grêle, grésil et pluie verglaçante
La distinction entre les différents types de précipitations gelées n'est pas si facile et la définition des termes dans les différentes langues n'est pas toujours univoque. Avec les définitions suivantes, nous essayons d'en donner une vue d'ensemble:
Grêle :(en: hail, de: Hagel): on parle de grêle à partir d’un diamètre de 5 mm.
Grésil : il est formé par le gel d’eau surfondue sur un flocon de neige. Il a un aspect semblable à celui de la grêle, mais, par définition, son diamètre est inférieur à 5 mm et apparaît surtout en hiver. On peut distinguer entre des grains opaques (fr: neige roulée, en: snow pellet, de: Reifgraupel) et des grains translucides avec noyau opaque (fr: granules de glace, en: ice pellet, de: Frostgraupel).
Pluie verglaçante :(en: freezing rain, de: Eisregen) : elle se forme lorsqu'il y a de l'air à des températures inférieures au point de congélation près du sol et de l'air plus chaud dans la couche immédiatement au-dessus. La neige qui tombe du nuage traverse d'abord une couche chaude, qui la transforme en goutte de pluie, puis une couche froide, pour devenir une goutte de pluie surfondue. Ces gouttes gèlent au contact du sol ou d’un objet froid.
Les régions les plus touchées par la grêle en Suisse feront l'objet de notre prochain blog de la série.