Des nuages formant des ondes de gravité.
Si les ondes gravitationnelles correspondent à des dilatations/compression dans la structure de l’espace-temps, résultats de la collision de trou-noirs ou autres phénomènes extrêmes du genre, et visibles qu’avec des interféromètres laser suffisamment sensibles pour détecter une variation de longueur de la taille d’un proton sur une distance de 4 kilomètres ; les ondes de gravité, elles, n’ont rien à voir avec tout ça.

À vrai dire, vous en avez déjà vu : les vagues sur l’eau sont un exemple d’ondes de gravité ! Les vagues sont la propagation d’une perturbation de surface sur l’eau, laquelle est soumise à un champ de gravité uniforme.

À cause de cette gravité uniforme, l’eau dans une flaque va tendre vers une surface parfaitement plane.
Si maintenant on jette un caillou dans cette eau, l’on crée une perturbation à sa surface. Plus précisément, l’impact du caillou crée une zone sur la surface où l’eau sera plus basse que le reste.
L’eau alentour va alors, par gravité, combler ce vide, laissant un autre vide derrière elle, qui sera comblée par l’eau encore derrière, et ainsi de suite : on voit alors naître des ondes qui vont se propager.

Ce genre de phénomène intervient sur tout fluide soumis à un champ de pesanteur, et peut être rendu visible quand il y a plusieurs fluides disposées en plusieurs couches. En l’occurrence, les différentes couches dans l’atmosphère peuvent donner lieu à des ondes de gravité visibles, par exemple : dans les nuages !

Si l’on voit des nuages en forme de lignes parallèles, c’est dû à des ondes de gravité, comme dans la photo d’en-tête.

Les nuages naissent de l’air humide et chaud, moins dense, qui s’élève dans l’atmosphère.

Comme il fait plus froid en altitude, il arrive un moment où l’air sature en humidité et où l’eau commence à se liquéfier et à former des micro-gouttelettes, donnant alors naissance à un nuage.
Sur les cumulus ou cumulonimbus ceci est visible par la face inférieure du nuage qui est parfaitement plane : la température à cet endroit précis est telle que l’humidité commence à condenser et le nuage commence à se former et à devenir visible. Le phénomène est particulièrement notable en zone de grande plaine.

Les choses deviennent intéressantes quand le nuage est plat, comme une fine couverture située exactement à l’altitude où l’air sature de son humidité. Si la température est juste bonne, alors le nuage n’est pas visible : la zone de saturation est située juste au-dessus de la couche d’air humide.
La masse d’air se déplaçant avec le vent, il suffit alors d’un élément de relief (colline, montagne…) pour induire une perturbation sur cette couche nuageuse :

Formation des ondes de gravité.
Cette perturbation va alors pouvoir provoquer une vague sur cette couverture nuageuse.

Or, si les bonnes conditions sont réunies, il arrive que la crête basse du nuage passe au-dessous de la région de saturation : la condensation disparaît uniquement au niveau des crêtes et l’on voit des nuages en formes de bandes parallèles, rendant compte des oscillations des couches d’air à cet endroit.

Formation des ondes de gravité dans les nuages.
Le phénomène est parfois très bien visible de l’espace, particulièrement sur une île située en pleine mer où l’air est humide et la topographie forcément très plate, dérangée seulement par cette île :

Onde de gravité vue depuis l’espace.
La présence de l’île perturbe la couverture nuageuse et provoque des ondes de gravité rendues visibles par les nuages en zébra. (image : Nasa)

La formation des nuages lenticulaires a la même origine : le relief pousse les masses d’air vers le haut, où l’humidité condense et forme un nuage, puis, une fois que l’air a passé la montagne, elle redescend, se réchauffe et l’eau repasse sous forme gazeuse et invisible : il apparaît donc un nuage voilé très fin au-dessus des collines et disparaissant immédiatement après.

Dans ma région pleine de collines, cela se voit très bien. Sur la photo suivante, chaque nuage lenticulaire (en forme de lentille) se trouve au-dessus d’une colline :

Des nuages lenticulaires au dessus des colines.
Il n’y a pas vraiment d’implications de ces nuages sur la météo locale, si ce n’est qu’il fait plus ou moins frais lors du passage ou lors de la formation d’un nuage.
Les pilotes de planeurs, ou même d’avions, doivent savoir reconnaître ces structures nuageuses pour en tenir compte : voir un nuage lenticulaire à un endroit implique généralement la présence d’une montagne juste en dessous, ou encore la présence de courants d’air ascendants d’un côté puis descendants de l’autre (et ces courants descendants, très froids donc particulièrement rapides, peuvent être dangereux, surtout s’il y a plusieurs montagnes ou collines à la suite).

image d’en-tête de Anders Sandberg

4 commentaires

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Juju wrote:

La photo de l'ile est magnifique.
La formation de condensation ou non derrière les avions est-elle du même ordre ?

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Le Hollandais Volant wrote:

@Juju : Tout à fait ! Les avions brûlent les hydrocarbures dont le produit de combustion est de l’eau et du dioxyde de carbone.
L’eau condense en glace et en neige et devient visible derrière l’avion.

Il fait environ −40 °C là où les avions de ligne volent, et la glace se forme donc très rapidement.

Si l’avion vole moins haut, il n’y a pas de trainée : au décollage ou à l’atterrissage par par exemple.
Si l’avion traverse une région particulièrement sèche (hygrométrie très basse), l’eau même très froide, peut rester à l’état gazeuse et donc invisible.

C’est aussi pour ça que les trainées disparaissent plus ou moins rapidement : une fois la glace formée et la trainée visible, celle-ci finit par se dissiper et donc « diluer » la glace dans l’air. La glace se sublime lentement (passe directement de glace à vapeur) et la traînée s’estompe.
Si l’air était saturée en eau, autant d’eau se sublimerait qu’il ne s’en condenserait et les cristaux ne perdent pas en taille.

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Juju wrote:

Dans ces conditions, peut-on penser que ces trainées donnent une indication météo ?
La présence d'humidité plus importante dans les hautes couches, peut-elle indiquer une dégradation pluvieuse de la météo à venir ?

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Le Hollandais Volant wrote:

@Juju : je n’y avais pas pensé, mais ça pourrait.

Cela dit, si l’air est déjà proche de la saturation, il y aurait déjà des nuages à cet endroit, donc pas besoin d’attendre le passage d’un avion.

À la limite ça peut donner des indications sur la température et le vent. Si l’air est sec mais très froid et sans vent, la traînée subsiste plus longtemps que si l’air est moins froid ou s’il y a du vent.


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