Qu'entend-on par instabilité ?

L’instabilité se produit lorsque la température d’une parcelle d’air soulevée est supérieure à celle de l'air environnant qu'elle rencontre en s'élevant. L’air étant alors plus chaud à l’intérieur de cette parcelle d’air que dans son environnement, elle va s’élever à la façon d’une montgolfière, via le principe d'Archimède*.

On rencontrera donc souvent des conditions d'instabilité quand de l'air en surface sera nettement plus chaud que l'air situé dans les couches supérieures, surtout si on note une rapide décroissance de la température avec l'altitude dans ces couches supérieures. Au fur et à mesure de son ascension, notre parcelle d’air va se refroidir (même si elle reste plus chaude que l’air environnant) et engendrer de la condensation*, laquelle provoque alors la formation de gouttelettes d’eau et donc la formation d'un nuage appelé cumulus*.

Ce nuage va continuer à se développer tant que la parcelle d’air demeurera plus chaude que son environnement. C’est ce que l’on nomme ‘’convection’’. Si l’instabilité se prolonge, le cumulus finira par atteindre le stade du cumulonimbus.
 

Il faut savoir que cette parcelle d’air ne peut pas monter indéfiniment. En effet, lorsqu’il atteint le niveau de la tropopause qui correspond au sommet de la troposphère, l’air ne peut plus continuer à s’élever car il va être "bloqué" à ce niveau par une couche d’inversion (zone où la température s’accroît avec l’altitude au lieu de s’abaisser).

Le nuage va donc commencer à s’étaler sous cette couche d’inversion, prenant une forme caractéristique d'enclume*. Si l’instabilité est très forte, les courants ascendants (c'est-àdire les mouvements d’air verticaux à l’intérieur du nuage orageux) peuvent cependant parvenir à percer cette couche d’inversion, en raison de la force d’inertie*, et le nuage orageux continuera alors à s’élever en formant des dômes (overshootings) jusqu'à atteindre de très hautes altitudes. La taille du nuage orageux va donc dépendre de la vigueur du courant ascendant. A ce stade, le nuage orageux n’est composé que d’un seul courant ascendant principal.
 

Mais lorsque le nuage a atteint une hauteur maximale, l’air humide situé dans la partie supérieure du nuage va se transformer en cristaux de glace. Ces cristaux vont s’agglutiner les uns aux autres et devenir de plus en plus gros. Lorsqu’ils seront devenus trop "lourds" et que le courant ascendant ne sera plus capable de supporter ce poids, ils vont se mettre à redescendre vers la base du nuage pour s’y transformer en précipitations, que ce soit sous forme solide (grêle) ou liquide (pluie). C’est ce que l’on nomme "le courant descendant".


Notre nuage orageux est ainsi devenu opérationnel avec un courant ascendant qui apporte humidité et chaleur et un courant descendant qui refoule vers le sol les précipitations sous forme solide ou liquide. A l’intérieur du nuage orageux, les gouttelettes d’eau et les cristaux de glace vont se heurter et provoquer l’électrisation du nuage (voir paragraphe sur la foudre). Le nuage orageux va ensuite se déplacer en fonction du flux d’altitude*.


Notes

• Principe d’Archimède : Tout corps plongé dans un fluide (liquide ou gazeux) reçoit de la part de ce fluide une poussée verticale ascendante égale au poids du volume de fluide déplacé.


• Condensation : Phénomène physique de changement d'état de la matière qui passe d'un état dilué (gaz) à un état condensé (solide ou liquide).


• Cumulus : Nuage à fort développement vertical et qui peut atteindre une altitude de plusieurs kilomètres. Il se forme en présence d’une instabilité de l’air dans les couches basses et moyennes de l’atmosphère.


• Enclume : Partie supérieure d’un cumulonimbus prenant la forme typique d’une enclume.


• Inertie : Résistance opposée au mouvement par un corps, grâce à sa masse.


• Flux d'altitude : Direction prise par le vent à une altitude d’environ 5000 mètres.

Schéma

• Source : Wikipedia