Un nuage est une certaine quantité d’eau qui est suspendue dans les air et qui, quand il pleut, retombe sur terre.
Il y a deux questions auxquelles je vais répondre ici :
- pourquoi un nuage ne tombe pas ?
- combien pèse un nuage ?
Pourquoi un nuage ne tombe pas ?
Je vous le dis cash : un nuage ne tombe pas parce qu’il est plus léger que l’air !
Oui, bon, je crois qu’il faudra quelques explications en plus ici. Voyons cela.
La formation des nuages sera étudiée dans un autre article, mais pour faire court ici, disons qu’un nuage se forme grâce à l’évaporation de l’eau se trouvant à la surface du globe. L’évaporation, c’est le passage de l’état liquide à l’état de gaz : l’eau « gazeuse* » dans l’air — l’hygrométrie — ce sont des molécules d’eau qui prennent la place des molécules de l’air.
Or, la loi d'Avogadro en thermodynamique dit ceci :
Un volume de gaz comporte le même nombre de molécules, quelque soit le gaz.
Ceci signifie qu’un volume d’air humide contient autant de molécules que l’air sec. Il faut donc comprendre que certaines molécules de l’air ont laissé leur place à des molécules d’eau.
Ceci est important car la molécule d’eau a une masse molaire de 18 g/mol, et celles de l’air de 28,9 g/mol. L’eau gazeuse est donc environ 30% plus léger que l’air : quand l’eau s’évapore du sol, il est plus léger que l’air sec et grimpe.
L’humidité qui monte finit alors par se condenser en microgouttelettes en altitude, là où il fait plus froid : le nuage à proprement parler se forme et devient visible. L’air humide qui continue d’arriver en dessous maintient le nuage en l’air l’empêchant les gouttelettes de tomber.
Pour conclure : le nuage ne tombe pas pour deux raisons : le nuage flotte sur des couches d’air plus denses que lui et l’air humide continue de le pousser vers le haut, l’empêchant de tomber.
Combien pèse un nuage ?
Un nuage est plus léger que l’air : s’il se trouvait au niveau du sol et que vous pouviez vous y accrocher, il vous soulèverait comme le ferait une montgolfière. Le nuage ne peut donc pas être pesé au sens couramment employé.
En revanche, on peut bien-sûr estimer combien d’eau est contenu dans un nuage, et c’est ce que je vais faire.
Tous les nuages ne sont pas identiques : certains contiennent plus d’eau que d’autres et ils ont des tailles variables.
Pour un cumulus
Pour le premier calcul, prenons on nuage typique : un cumulus, de photo d’en-tête, ou « nuage de beau temps ».
Ces nuages se forment lorsque quand il fait beau et un peu humide mais pas excessivement chaud. Le cumulus ne produit généralement pas de pluie et ne fait que passer au dessus de nos têtes. Il se dresse sur plusieurs centaines de mètres de haut et s’étend sur autant (voire plus) en largeur. Leur teneur en eau est d’environ 0,30 grammes d’eau par mètre cube.
Pour simplifier les calculs, prenons un cumulus en forme de cube de 500 mètres de côté.
Son volume est donc de 125 000 000 m³.
La teneur en eau d’un cumulus est, je l’ai dit, de 0,30 grammes par mètre cube. Ce n’est pas beaucoup : il faut 10 m³ pour remplir une cuillère à café, mais notre nuage, si immense qu’il est, transporte tout de même 37,5 tonnes d’eau.
Ça représente 37,5 mètre cubes d’eau liquide contenus dans un cumulus de taille moyenne et flottant au dessus de votre tête. Ce n’est pas mal, non ?
Cas d’un cumulonimbus
Certains nuages peuvent être beaucoup plus gros et plus massifs : les cumulonimbus font partie des plus gros d’entre eux et sont responsables des gros orages estivaux, avec grêlons, vent, foudre et fortes pluies.
Leur hauteur peut atteindre 15 km et leur étalement en forme d’enclume se fait sur plusieurs kilomètres. Pour ne rien arranger, leur taux d’humidité est environ 10 fois plus forte que le cumulus.
La quantité d’eau contenue dans un tel nuage est par conséquent énorme : un cumulonimbus peut transporter jusqu’à 50 000 tonnes d’eau, soit autant que 20 piscines olympiques ! Assez pour recouvrir une ville entière de plusieurs centimètres d’eau en quelques minutes… eau qu’il faudra laisser évacuer, et qui fini bien souvent par saturer les égouts et les petites rivières.
Conclusion
Les nuages ne sont pas tous identiques, ni en taille, ni en teneur en eau. Les nuages typiques, les cumulus, transportent quelques dizaines de tonnes d’eau, mais certains nuages d’orage transportent plusieurs dizaines de milliers de tonnes d’humidité, qui s’abat alors au sol dans des pluies importantes.
Le nuage en lui-même ne pèse rien, dans le sens où leur poids est « négatif » : ils sont plus légers que l’air et c’est pour ça qu’ils montent ou stagnent dans le ciel. Leur masse d’eau en revanche peut être estimée. Il faut donc bien différentier la masse, le poids ainsi que les forces qui s’exercent sur le nuage et sur l’air. Et ici, la force dominante est la poussée d’Archimède qui pousse le nuage vers le haut au sein de l’air sec, qui reste également un fluide.
Ressources :
