1.2.1 Le givre, le grésil et le verglas
Les météorologues subdivisent les divers phénomènes d’accumulation de glace à la surface des objets en deux catégories.
Dans la première catégorie, les objets accumulent la glace directement à partir de l’humidité contenue dans l’air qui les entoure : c’est le givre. Dans la deuxième, les objets reçoivent des précipitations qui gèlent à leur contact : c’est le verglas.
Le givre
Le givre est un dépôt granuleux. Constitué de glace blanche, sa densité est généralement moindre que celle du verglas. Il se produit lorsque l’humidité relative est très élevée dans l’air qui est en contact avec les objets. Cette transformation arrive notamment sur les objets qui sont au niveau des nuages ou dans le brouillard. La vapeur d’eau peut alors se sublimer directement sur les objets et les gouttelettes en surfusion9 du brouillard peuvent s’y déposer.
L’accumulation de glace est généralement lente mais elle peut persister pendant de nombreuses heures et même pendant plusieurs jours.
Le grésil et la pluie verglaçante
Quant aux précipitations, les conditions différeront selon que la région sera montagneuse ou qu’il s’agisse d’une vallée. En effet, la topographie constitue un facteur qui influence la nature des précipitations reçues au sol et, par conséquent, les risques de verglas.
8. Ce mécanisme a été décrit par T. Bergeron en 1933.
9. État d’une substance qui reste liquide au-dessous de sa température de solidification.
Les variations de température
menant à trois types de précipitation au sol
La température varie de façon régulière dans l’atmosphère : très froide en altitude (–10 °C à –25 °C à 3,5 km), elle augmente à peu près régulièrement jusqu’à ce qu’elle atteigne les niveaux des températures plus chaudes qui prévalent au niveau du sol.
Les précipitations illustrées correspondent à de la neige (courbe de gauche), de la neige fondante (courbe centrale) et de la pluie (courbe de droite). Pour des précipitations neigeuses, avec, par exemple, une température au sol de –2 °C, les flocons de neige, qui ne traversent aucune zones de températures supérieures à 0 °C, ne fondent pas et il neige au sol. Pour des précipitations de neige fondante, la principale différence se situe au niveau de la température de surface, fixée ici à 1 °C, l’épaisseur de la couche d’air chaud que les flocons de neige traversent n’est pas suffisante pour qu’ils aient le temps de fondre complètement ; ils ne fondent que partiellement et il tombe de la neige fondante au sol. Pour les précipitations de pluie verglaçante, la température de surface, ici fixée à 6 °C, fait en sorte que l’épaisseur de la couche d’air chaud est maintenant suffisante pour faire fondre complètement les flocons de neige qui y tombent ; ils fondent complètement et il pleut.
Par ailleurs, c’est lorsque la température au sol est relativement basse – au-dessous du point de congélation – et qu’il y a un front chaud en altitude qu’il y a risque de grésil ou de pluie verglaçante.
Livre 1 Les phénomènes atmosphériques 13
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
Hauteur (km)
–30 –25 –20 –15 –10 –5 0 5 10 T (°C)
Neige Neige mouillée Pluie
Graphique 2
La présence d’un front chaud et les variations de température menant à divers types de précipitation au sol
Les variations de température en fonction de l’altitude correspondent à la présence d’un front chaud. La présence d’un tel système météorologique provoque une hausse des températures entre 0,5 km et 1 km d’altitude.
Les précipitations neigeuses (courbe de gauche) correspondent à une hausse des températures qui, malgré le front chaud, n’est pas assez élevée pour les faire augmenter à des valeurs supérieures à 0 °C et il neige. Cependant, il peut y avoir une couche atmosphérique où les températures excèdent 0 °C (seconde courbe à partir de la gauche) et, si cette couche est suffisamment épaisse pour que les flocons de neige qui la traversent aient le temps de fondre complètement pour devenir des gouttes de pluie, il peut y avoir du grésil. En effet, en s’approchant du sol, les gouttes de pluie traversent une zone plus froide où elles peuvent se refroidir jusque sous le point de congélation. Si la couche atmosphérique est suffisamment froide et profonde pour faire geler les gouttes de pluie, il peut y avoir formation de grésil.
Dans le cas où la couche d’air froid traversée par les gouttes de pluies ne serait pas assez froide et ni assez profonde pour faire geler les gouttes de pluie (troisième courbe à partir de la gauche), elles gèlent de façon presque instantanée en frappant tout objet dont la température est inférieure à 0 °C, et il y a de la pluie verglaçante. Pour qu’il n’y ait pas de verglas, il faut que l’air au niveau du sol soit à une température supérieure à 0 °C (courbe de droite) ; alors, les gouttes de pluie ne gèlent pas et il ne fait que pleuvoir.
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
Hauteur (km)
–25 –20 –15 –10 –5 0 5 10 T (°C)
Neige Grésil Pluie verglaçante Pluie
météorologiques particulières.
• Des cristaux de neige se développent dans la partie supérieure des nuages où la température est inférieure au point de congélation.
• Les cristaux de neige s’agglomèrent en flocons de neige.
• Les flocons tombent et atteignent une zone où la température est légèrement supérieure au point de congélation ; si la couche est suffisamment épaisse et suffisamment chaude, ils fondent et croissent rapidement en interceptant les gouttes d’eau des nuages.
• En continuant de tomber vers le sol, les gouttes de pluie entrent en contact avec une région où la température de l’air est à nouveau inférieure au point de congélation et les gouttes d’eau deviennent en surfusion. Si la couche atmosphérique qu’elles traversent est assez froide ou assez épaisse, les gouttes peuvent geler et se transformer en grains de glace (grésil). Sinon, c’est la pluie verglaçante, qui gèle rapidement dès qu’elle frappe une surface froide.
Les quantités de précipitation verglaçante dépendent de façon critique des caractéristiques (épaisseur, température, etc.) de la couche d’air froid près du sol et de la couche d’air chaud juste au-dessus.
La bruine verglaçante
La bruine se produit lorsque la base d’un nuage est très près du sol (stratus) ou au niveau du sol (brouillard). Les gouttelettes d’eau composant la bruine possèdent un diamètre de moins de 0,5 mm et, généralement, elles tombent lentement vers le sol. Il s’agit d’un type de précipitation fréquente en terrain élevé ainsi que près des grandes étendues d’eau. Les faibles dimensions des gouttelettes de bruine leur permettent de rester en surfusion jusqu’à des températures très basses (inférieures à –10 °C).
Lorsque la température de l’air descend sous le point de congélation, de la bruine verglaçante se produit alors. Le phénomène de formation de la bruine verglaçante est différent de celui de la pluie verglaçante.
Tableau 1
Les caractéristiques de la pluie verglaçante et de la bruine verglaçante
Paramètres Pluie verglaçante Bruine verglaçante
Température au sol Entre –5 °C et 0 °C Entre –12 °C et 0 °C
Couche atmosphérique Nécessaire Non nécessaire
plus chaude que 0 °C
Base des nuages Au-dessus de 500 m Au sol ou très près
État des nuages Généralement épais Peuvent être minces
Types de nuage Nimbostratus, cumulus Stratus
bourgeonnants, cumulonimbus
Diamètre des gouttes Plus de 0,5 mm Moins de 0,5 mm
Taux d’accumulation Peut être très élevé De faible à modéré
Durée Souvent moins de 12 heures par épisode Peut persister pendant plusieurs jours (surtout en terrain montagneux)
Livre 1 Les phénomènes atmosphériques 15
Pour qu’il y ait de la pluie verglaçante, il faut avoir des nuages assez épais ainsi qu’une couche atmosphérique suffisamment chaude pour que les flocons de neige aient le temps de fondre dans leur chute. Le nuage qui produit de la bruine peut être relativement mince et la température dans celui-ci peut rester partout sous le point de congélation, car ce sont des gouttelettes d’eau en surfusion qui participent à la précipitation. Les conditions qui produisent de la pluie verglaçante peuvent également générer de la bruine verglaçante lorsque le diamètre des gouttes est suffisamment petit. Toutefois, l’inverse n’est pas vrai : les conditions propices à la formation de bruine verglaçante ne peuvent pas produire de pluie verglaçante.
1.2.2 La pluie verglaçante dans une vallée
La pluie verglaçante peut être accentuée, en fréquence et en sévérité, par les effets de la topographie. C’est le cas pour les vallées où peut se retrouver de l’air froid (à 0 °C ou moins), accentuant les risques de précipitations verglaçantes lorsque arrive un front chaud.
Dans une vallée, le déplacement de l’air s’effectue généralement le long de l’axe. L’effet de canalisation de la vallée s’accentue ordinairement avec l’augmentation de la vitesse des vents et il affecte ces derniers jusqu’à la hauteur moyenne des parois de la vallée.
Dans le cas de la vallée du Saint-Laurent, orientée du sud-ouest vers le nord-est et qui se rétrécit sensiblement en allant de Montréal à Québec, la canalisation des vents favorise ceux du nord-est et du sud-ouest, jusqu’à une hauteur de 300 à 400 m.
En hiver, l’air à l’est de Québec est généralement beaucoup plus froid que celui de la région montréalaise et constitue de ce fait un réservoir d’air à basse température qui peut être entraîné vers la région montréalaise par vents du nord-est. Lorsqu’un front chaud arrive ainsi sur cette dernière, il est souvent associé à une dépression dont le centre se situe à l’ouest de Montréal. Les vents dans la vallée du Saint-Laurent soufflent alors vers le centre de la dépression, c’est-à-dire qu’ils sont du nord-est. Sans l’effet de canalisation de la vallée du Saint-Laurent, les vents pourraient être du sud-est, par exemple, ce qui n’entraînerait pas d’air froid dans les bas niveaux, vers la région montréalaise. Les vents du nord-est dans la vallée du Saint-Laurent contribuent donc à accentuer le contraste thermique entre la masse d’air chaud en altitude et l’air froid du fond de la vallée. Ils peuvent également retarder ou même empêcher, dans certains cas, l’air chaud d’atteindre la région de Montréal.
Lors de l’arrivée d’un front chaud au-dessus de la vallée du Saint-Laurent, l’effet de canalisation de la vallée est de nature à augmenter la durée des précipitations verglaçantes ou du grésil par rapport à des conditions météorologiques identiques en terrain plat.
La vallée du Richelieu et la topographie de l’axe qui se prolonge jusqu’au lac Champlain viennent compliquer les prévisions : orientés dans un axe nord-sud, ils permettent à l’occasion des incursions d’air plus chaud sur la rive sud du Saint-Laurent, phénomène qui peut augmenter les risques de précipitation verglaçante dans cette région.
1.2.3 Les accumulations de glace en terrain montagneux
Lorsque le vent fait l’ascension d’un terrain montagneux, il se refroidit au taux d’environ 1 °C par 100 m. La quantité de vapeur d’eau n’étant pas affectée par l’ascension, tant que l’air n’est pas saturé, on assiste à une humidification graduelle de l’air qui finit souvent par atteindre la saturation. Comme ce soulèvement de l’air s’ajoute à celui produit par le soulèvement associé au système météorologique, ce phénomène contribue à accroître la probabilité de précipitation en terrain montagneux. On observe donc que la fréquence et la durée ainsi que les quantités
froides au niveau du sol sont favorables aux précipitations neigeuses, au détriment des précipitations pluvieuses.
Lorsque la base des nuages est plus basse que le sommet des montagnes, il y a du brouillard en terrain montagneux. En effet, le brouillard est un nuage dont la base se trouve au niveau du sol. Puisque la bruine est étroitement associée au brouillard, la présence de bruine est aussi courante en terrain montagneux. Si le brouillard se produit par des températures inférieures à 0 °C, il y a probabilité de bruine verglaçante.
Par ailleurs, lorsque arrive un front chaud en hiver, il est aussi plus probable en terrain montagneux que dans une vallée de se retrouver en milieu atmosphérique chaud. Ceci devrait tendre à réduire la probabilité de pluie verglaçante en montagne.
Pour les régions montagneuses du sud du Québec, par rapport à la vallée du Saint-Laurent, on doit s’attendre à :
• un nombre plus élevé d’heures avec précipitation, lorsque la température est sous le point de congélation ;
• de plus grandes quantités de précipitation, lorsque la température est inférieure au point de congélation ;
• une plus grande fréquence de bruine verglaçante et en quantité plus importante.
Il est toutefois difficile de se prononcer sur les quantités de pluie verglaçante et de neige mouillée en terrain montagneux, en raison notamment des différences importantes liées à l’orientation des pentes et à leur localisation géographique.