Formation et classification des nuages

Cirrus, cumulus... Ces termes chantés par Goethe dans ses poèmes, sont aujourd'hui familiers. Pourtant, ils n'ont été inventés qu'au début du xixe siècle. Les nuages sont longtemps restés sans noms. Trônes des dieux, les nuées, lorsqu'elles sont décrites, le sont à l'aide de qualificatifs plutôt inquiétants : les nuages sont sombres, ou menaçants. Ceux dont la vie dépendait de la prévision du temps, tels les pêcheurs et les agriculteurs, se livrèrent à des observations qui nous sont parvenues sous la forme de dictons, par exemple « Ciel pommelé femme fardée sont de courtes durées ». Pourtant, les essais de compréhension de la formation de ces phénomènes atmosphériques sont anciens, en témoigne la Météorologie d'Aristote, un traité qui commence par une étude sur la formation et la durée des nuages. Finalement, ce seront des naturalistes qui, à l'aube du xixe siècle, envisageront pour la première fois une nomenclature et un classement. Progressivement, ces travaux pionniers mèneront à la réalisation à la fin du xixe siècle d'un Atlas international des nuages dont la dernière édition, publiée par l'Organisation météorologique mondiale, paraît à la fin du xxe siècle.

Origines et premiers classificateurs

L'investigation scientifique des nuages naît au début du XIXe siècle avec les premières classifications. En 1802, dans l'Annuaire Météorologique pour l'an X, le naturaliste français Jean-Baptiste de Lamarck est le premier à classer et à nommer les différentes « formes ou figures » que peuvent prendre les nuages, en distinguant notamment cinq grandes familles et en introduisant des catégories supplémentaires dans les années qui suivent. Lamarck subdivise la plupart de ces 12 formes au moyen de qualificatifs tels que « clair », « obscur », « isolé » etc. Deux ans plus tard dans son Annuaire pour l'an XII, il introduit une sixième catégorie « nuages en barre », puis six autres formes générales de nuages sont ajoutées dans l'annuaire de 1805 : « nuages brumeux » ; « nuages terminés » ; « nuages en lambeaux » ; « nuages boursouflés » ; « nuages coureurs » ; « nuages de tonnerre ».

En revanche, l'Anglais Luke Howard publie en 1803 une classification qui sera l'origine de l'actuelle nomenclature et Howard est aujourd'hui célébré comme « l'inventeur des nuages ». Ses définitions sont plus concises et plus précises que les réflexions météorologiques de Lamarck. Le Français s'inspire des croyances populaires et exploite des données astrologiques jugées défavorablement par le monde savant de son époque et en particulier par l'empereur. Howard utilise une terminologie latinisée et internationale qui supplante en partie la nomenclature française de Lamarck. Toutefois, dans la deuxième édition de son essai parue en 1832, Howard supprime ces figures et préfère une approche centrée sur le mouvement et les transformations des nuages.

Évolution conceptuelle et mouvements des nuages

Howard décrit que les nuages peuvent se transformer et s'unir, et qu’ils présentent des modifications simples, intermédiaires et composées. Parmi les modifications intermédiaires, il distingue les cirro-cumulus et cirro-stratus; les premiers sont des petites masses arrondies, les seconds des masses horizontales ou légèrement inclinées. Les modifications composées incluent le cumulo-stratus (cirro-stratus fondu avec un cumulus) et le cumulo-cirro-stratus vel nimbus, un nuage où la pluie tombe.

Le cirrus, le cumulus et le cirro-cumulus sont similaires, dans leur évolution, aux nuages en balayures, aux nuages groupés et aux nuages pommelés décrits par Lamarck. Le stratus est assimilable au nuage en voile. Les nuages de dégroupements du naturaliste français pourraient correspondre au cumulo-stratus et au cumulo-cirro-stratus. Ainsi, bien que Howard et Lamarck observent le ciel en des lieux distincts et relativement éloignés, leurs taxinomies se rejoignent.

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Atlas international des nuages et consolidation internationale

Vers 1870, les dénominations d'Howard s'étendent chez les observateurs, mais leur sens est souvent détourné. Le premier Congrès météorologique international, réuni à Vienne en 1873, encourage des representations exactes (dessins, peintures, photographies) des formes types pour s'assurer de l'identité des formes à travers le monde. Hildebrandsson et le photographe Henri Osti d'Upsala publient un atlas avec environ 16 planches, fruit d'une collaboration intensive. L'Atlas international des nuages paraît à Hambourg en 1890 et est illustré par des photographies et des reproductions de peintures. Suite à des difficultés techniques et économiques, l'ouvrage est produit en édition limitée, mais il pose les bases d'une nomenclature universelle réconciliant les préceptes de Howard et les avancées ultérieures.

En 1891, Munich accueille une conférence météorologique internationale qui prévoit une Année internationale consacrée aux mesures des nuages et met en place un Comité de l'Atlas. Upsala accueille en 1894 une exposition de plus de 300 photographies et dessins; le Comité choisit les images à reproduire et fixe les définitions et descriptions des formes. L'Atlas paraît en 1896, puis ses rééditions en 1932 et 1939 sous le titre Atlas international des nuages et des types de ciel, rassemblant 174 planches. Une version de 1956, amplifiée et réorganisée, se destine à faciliter les traductions, et des éditions ultérieures en 1975 et 1987 approfondissent les textes et les planches. L'ensemble des éditions illustre l'évolution du système de classification, associant texte et image, et marie dessins et photographies pour représenter les formes nuagiques de manière lisible et réutilisable internationalement.

Les nuages aujourd’hui: genres, espèces et variétés

L’Atlas international des nuages reconnaît dix grands genres, définis selon l’emplacement et l’apparence des nuages dans le ciel. Ces genres se subdivisent en espèces, qui décrivent la forme et la structure interne, et en variétés, qui décrivent des aspects supplémentaires comme la disposition ou la transparence. Les nuages se répartissent en trois niveaux de hauteur: haute (cirrus, cirrostratus, cirrocumulus), moyenne (altostratus, altocumulus) et basse (stratus, stratocumulus, nimbostratus), avec les cumulus et cumulonimbus qui présentent un développement vertical notable traversant les couches. Le nuage Cirrus, composé de cristaux de glace, apparaît en filaments fins ou bandes étroites; Cirrostratus est une nappe translucide au-dessus, parfois amenant des halos. Cirrocumulus se présente en petits motifs, semblant à des écailles, et est souvent lié à des conditions calmes mais instables. Altocumulus, Altostratus et Nimbostratus forment les couches moyennes et modulent les précipitations; le Nimbostratus est typiquement sombre et pluvieux, alors que l’Altostratus peut être translucide et partiellement transparent.

Les nuages bas présentent Stratus et Stratocumulus; le Stratus forme une couche uniforme, souvent sans fortes précipitations, tandis que le Stratocumulus se compose de dalles et de plaques qui peuvent produire bruine ou pluie légère. Les genres verticaux incluent Cumulus et Cumulonimbus, qui se développent verticalement; le Cumulus est le nuage de beau temps à contours nets et bourgeonnants, alors que le Cumulonimbus est dense, imposant et peut engendrer orages violents. Des variétés telles que Arcus et Mamma (mammatus) ajoutent des particularités comme des arcs sombres près des orages ou des indentations mammaires à la base des nuages.

Des formes particulières existent encore: Lenticularis (nuage lenticulaire), lié au soulèvement orographique et souvent signe de vents forts en altitude; Asperitas (ondulé et tumultueux), ajouté en 2017; Iridescent (iridescent) qui diffuse des couleurs comme un arc-en-ciel par diffraction; Noctilucent (nuages noctulsents ou noctiluques) en haute altitude près de la mésosphère, visibles au crépuscule. Des phénomènes comme les virgas (nuages en forme de méduse) et d’autres structures nuagiques (Cavum, volutes de virga) enrichissent le lexique des observers et des naturalistes.

Formation et mécanismes: comment naissent les nuages?

Un nuage est composé d’air, de vapeur d’eau et de particules d’eau liquide ou de glace en suspension. Les hydrométéores se forment lorsque l’eau passe de l’état gazeux à l’état liquide ou solide autour de noyaux de condensation (aérosols). Le refroidissement, provoqué par l’élévation de masses d’air (détente adiabatique) ou par contact avec une surface plus froide, mène à la condensation et à la formation des gouttelettes et des cristaux qui composent les nuages. L’ascendance convective peut générer des cumulus et, si la convection est forte, des cumulonimbus entraînant orages et précipitations.

Le paragraphe sur les mécanismes de condensation explique aussi le rôle des aérosols et l’hypothèse Köhler dans la nucléation des gouttelettes, ainsi que les mécanismes secondaires de formation de glace comme le processus Hallett-Mossop et d’autres voies de production secondaire. L’interaction complexe des échanges d’eau par condensation et évaporation, les collisions et la sédimentation des hydrométéores conduisent à l’évolution des nuages et à l’apparition des précipitations.

Nuages et climat: rétroactions et implications

Les nuages influencent le bilan énergétique de la Terre: le jour, ils réfléchissent et absorbent une partie du rayonnement solaire; la nuit, ils émettent et réfractent le rayonnement infrarouge, modulant le refroidissement de la surface. Par leurs mouvements et leurs formations, ils déplacent et organisent les masses d’air, générant des ondes et des cellules convectives qui mobilisent l’énergie dans l’atmosphère.

Des incendies majeurs peuvent influencer la formation de nuages et les conditions atmosphériques lointaines: les panaches de fumée et de suie peuvent affecter la stratosphère et déclencher des orages à grande échelle. Des analyses récentes soulignent l’impact potentiel des feux sur les dynamiques atmosphériques et les processus de nuages, complétant le cadre des observations atmosphériques et des modèles climatiques.

Tableaux et schémas utiles

Tableau récapitulatif simplifié des genres et de leurs associations (à titre indicatif, selon les familles):

Important: les espèces et variétés décrites dans les genres permettent d’identifier les conditions météorologiques en cours ou à venir, du beau temps aux orages violents.

Impact de l’imagerie et de la documentation visuelle

La dimension visuelle demeure centrale dans la classification moderne. La photographie et le dessin se sont mêlées pour offrir des représentations hybrides qui facilitent la comparaison et la diffusion des connaissances. Aujourd’hui, les images et les vidéos enrichissent les observations et permettent de constituer des archives mondiales cohérentes, soutenant la formation et l’éducation populaire sur les nuages.

En résumé, l’histoire des nuages est une progression collective des observations empiriques et des outils conceptuels, qui transforme des observations quotidiennes en une science précise: l’Atlas international des nuages et les systèmes de classification actuels s’appuient sur des siècles d’efforts conjoints entre naturalistes, météorologues et artistes.

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