Y a-t-il des nuages dans la stratosphère ?

Vincent Daniel

Laboratoire de Météorologie Dynamique, ENS, Paris

Benoît Urgelli

ENS Lyon / DGESCO

08/10/2001

Résumé

Classification des nuages stratosphériques et troposphériques (cirrus, stratus, cumulus, cumulonimbus, nimbus).


Question

Objet  : Atmosphère Date  : Lun, 8 Nov 1999 14:35:46 +0100 De  : Laboratoire SVT La Martinière, Lyon.

« Bonjour, pourriez-vous nous confirmer que les nuages type cirrus ou autre, ne se situent que dans la troposphère. »

Réponse

Résumé. Les nuages de type cirrus, stratus, cumulus et nimbus sont troposphériques. Les cirrus, qui sont les plus hauts, ne dépassent pas les 13 à 15 km d'altitude. Dans la stratosphère, enveloppe atmosphérique très sèche, des nuages peuvent se développer au-dessus des régions polaires.

Les nuages de type classique

Les nuages du type cumulonimbus ou cirrus ne sont présents que dans la troposphère.

Les cirrus se situent en moyenne à quelques centaines de mètres au-dessous de la stratosphère. Ils peuvent donc être considérés comme des marqueurs de la tropopause (surface délimitant la troposphère de la stratosphère). Les sommets de ces nuages sont en forme d'enclumes et s'étalent contre la tropopause.

Figure 1. Cirrus

Cirrus

Figure 2. Cirrus

Cirrus

Les cumulonimbus qui peuvent aussi atteindre des hauteurs considérables culminent à la tropopause. Ces nuages sont le siège de forts mouvements convectifs qui homogénéisent la troposphère. Ils ne peuvent pas atteindre la stratosphère car celle-ci est stratifiée (d'où stratosphère), ce qui empêche des développements convectifs. Les cirrus sont d'ailleurs souvent issus du sommet de ces tours convectives qui plafonnent à la tropopause.

Figure 3. Cumulonimbus

Cumulonimbus

Les nuages stratosphériques

L'air qui pénètre dans la stratosphère provient de la troposphère (principalement aux latitudes tropicales). Cet air qui pénètre dans la stratosphère est asséché car la tropopause tropicale est très froide. La stratosphère est donc une région très sèche. Il faut donc atteindre des températures très froides pour qu'il y ait apparition de nuages stratosphériques. Cela se produit au-dessus des régions polaires. On parle de nuages strato-polaires qui jouent un rôle important dans l'amincissement de la couche d'ozone aux pôles.

On distingue 3 types de nuages stratosphériques.

Au-dessus des régions polaires (surtout Antarctique à cause du froid hivernal -juillet, août- plus intense qu'en Arctique) se forment les nuages de nacre (nuages de type II ) (de 10 à 100 km de long) par condensation de la vapeur d'eau en glace sur des aérosols[1]. En raison de la sécheresse de la stratosphère, la température doit être inférieure à -83°C pour que la condensation de la vapeur d'eau ait lieu.

Figure 4. Nuages polaires stratosphériques de type I et II

Nuages polaires stratosphériques de type I et II

Nuages polaires stratosphériques de type I et II vus depuis le laboratoire volant du DC-8 de la NASA, à 39.000 pieds au-dessus de la région polaire au Nord de Stavanger (Norvège). Les nuages de type I sont visibles dans la partie inférieure de la photographie. Ils apparaissent sous la forme de fines strates de couleur orangée ou brune. Ils sont formés de particules d'acide nitrique trihydraté. Les nuages de type II (nuages formés de glace d'eau) sont au-dessus des nuages de type I. La taille des particules dans les nuages de type II (1 à 10 µm) est plus grande que celle des nuages de type I (inférieure à 1 µm).


Les nuages d'acide nitrique trihydraté (type I) sont également stratosphériques mais se forment à des températures supérieures (-78°C) par lent refroidissement de l'air autour d'aérosols d'acide sulfurique (d'origine biologique, anthropique ou volcanique).

Les nuages de troisième type se forment à des températures inférieures à -83°C par condensation de la vapeur d'eau sur les aérosols d'acide nitrique des nuages précédents, eux-mêmes formés sur des particules d'acide sulfurique.

Les trois types de nuages stratosphériques jouent un rôle déterminant dans la disparition de l'ozone antarctique. Ils piègent les molécules azotées de la stratosphère et leur surface active le chlore (constitutif de molécules réservoirs inertes comme l'acide chlorhydrique ou le nitrate de chlore).

C'est le chlore actif (Cl2) qui détruit l'ozone au-dessus des régions polaires au début du printemps austral (septembre, octobre), lorsque les rayons solaires réchauffent l'air et qu'un cycle catalytique de destruction de l'ozone s'active.

Bibliographie

F.Lutgens, E.Tarbuck, Foundations of Earth Science , Prentice Hall, 1996.

O. Toon, R. Turco, La diminution de l'ozone stratosphérique des pôles , Dossier Pour La Science, juin 1996.



[1] Aérosol  : suspension, dans un milieu gazeux, de particules solides ou liquides présentant une vitesse de chute négligeable. D'origine naturelle (érosion, océan, éruption volcanique...), ou humaine (activité industrielle, feux...), les aérosols atmosphériques jouent un rôle clé dans le fonctionnement du système climatique en absorbant ou diffusant une partie des rayonnements solaire et tellurique ou en intervenant dans la formation des nuages (comme surface de condensation de la vapeur d'eau), leur durée de vie et leurs propriétés optiques.

D'après le Dictionnaire des mots clés, dossier Climat du CNRS.