Comment se forme la mer de nuages dans les vallées de montagne

QU'EST-CE QU'UNE INVERSION ?

Très souvent l’hiver, lors de conditions anticycloniques (hautes pressions = temps stable), une couverture nuageuse de basse altitude se forme dans les vallées grenobloises. En plaine, règne alors un temps nuageux, froid et humide, tandis qu’en montagne, au-dessus de la mer de nuages, le soleil brille dans une atmosphère douce et sèche.

        Contrairement à une situation habituelle (Fig. 1), l’air est plus chaud en montagne qu’en plaine (de 10 voire 20°C). Les températures qui normalement décroissent lorsque l’altitude augmente, se trouvent ici dans une situation inversée (Fig. 2). Les météorologistes appellent ce phénomène INVERSION.

Fig. 1
Situation habituelle

Fig. 2
Inversion des températures

COMMENT SE FORME L'INVERSION ?

        L’air froid est plus dense que l’air chaud. Lorsqu’une couche d’air froid est dominée par une couche d’air plus chaud, l’atmosphère présente un équilibre stable si rien ne vient perturber cette situation. La couche d’air froid, lourde, reste naturellement sous la couche d’air chaud, plus légère.

        En effet, l’air froid est contracté, c’est à dire qu’un volume d’air donné contient davantage de molécules. La masse volumique est augmentée ; la densité est augmentée :
         L’air froid est « lourd ».

        L’air chaud est dilaté, c’est à dire qu’un volume d’air donné contient moins de molécules. La masse volumique est diminuée ; la densité est diminuée :
         L’air chaud est « léger ».

        Lorsque de l’air froid « lourd » se trouve sous de l’air plus chaud « léger » (« lourd » dessous, « léger » dessus) l’équilibre est très stable.

        Au début de l’inversion, les vallées contiennent une couche d’air froid « lourd » emprisonné par les montagnes environnantes. Cette couche forme un véritable lac d’air froid. Au-dessus de ce lac, se trouve une couche d’air plus chaud « léger ».

        Non seulement l’inversion forme un équilibre très stable, mais en plus ce phénomène va s’entretenir.

COMMENT SE FORMENT LES NUAGES ?

Dans les vallées, le soleil hivernal est trop faible pour réchauffer le lac d’air froid. Et l'anticyclone plaque l'humidité au sol. Comme il n'y a pas d'évaporation, l'eau contenue dans l’air froid devient vite saturante ; elle se condense : dans le lac d’air froid, se forme une mer de nuages (Fig. 3).

Ce phénomène s’entretient : la nappe d’air froid grossit au fil des jours, tant que se maintient l’anticyclone. De quelques dizaines de mètres à l’origine, la couche d’air froid enfle jusqu’à atteindre une épaisseur de plusieurs centaines de mètres (entre 500 et 1 500 m) (Fig. 4 et Fig. 5).

Anticyclone, hautes pressions, temps stable ne sont donc pas toujours synonymes de « beau temps général ». Certes le soleil est radieux en montagne, mais au-dessous de l’inversion persistent frimas, nuages bas, brouillard et pollution.

Fig. 3
Inversion des températures : formation d'une mer de nuages

Plusieurs couches se forment :
- Couche n°1 : Au niveau du sol de la vallée, l'air est humide et très froid par rayonnement. La température augmente rapidement en quelques dizaines de mètres de hauteur. Mais elle reste froide.
- Couche n°2 : Au-dessus de la couche n°1, de l'air froid et humide occupe une épaisseur comprise entre 100 et 1 600 m environ (moyenne entre 800 et 1 200 m). La température de cette couche est relativement homogène : elle ne baisse que très peu du bas vers le haut.
- Couche n°3 : C'est la mer de nuages, d'une épaisseur comprise entre 100 et 200 m, qui forme la surface d'inversion. L'humidité relative est de 100% : sur les pentes, le brouillard est dense et givrant. Du bas vers le haut de cette couche, la température baisse.
- De juste avant à juste après la limite supérieure des nuages, la température augmente énormément de 10 à 15°C (ou même 20°C relevés lors de l'hiver 1989-1990).
- Couche n°4 : Avec ses quelques centaines de mètres, cette couche exposée au soleil est formée d'air doux et sec. La luminosité et la visibilité sont excellentes. L'humidité relative est de 30 à 40% et parfois moins. Dans cette couche, lorsque l'altitude augmente, la température diminue "normalement".

COMMENT S'ENTRETIENT L'INVERSION ?

Une fois constituée, l’inversion s’entretient de 3 façons, à condition que le temps reste stable (anticyclone = hautes pressions) :

1. Absence de réchauffement en journée.

Le soleil hivernal est bien trop faible pour réchauffer la couche d’air froid : celle-ci persiste.

2. Écoulement d’air froid par les pentes.

La nuit, les versants montagneux se refroidissent et abaissent ainsi la température de l’air qui les environne. Cet air froid, donc « lourd », ruisselle vers les vallées où il s’accumule et augmente ainsi la profondeur du lac d’air froid déjà constitué. Dans cette nappe inférieure, l’air devient de plus en plus froid. (Fig. 5)

3. Perte de chaleur par rayonnement de la mer de nuages.

Comme l’anticyclone persiste, le ciel reste dégagé en altitude. La couche de nuages qui plafonne sous l’inversion perd donc de la chaleur par rayonnement vers l’espace. La face supérieure de la mer de nuages se refroidit et fabrique ainsi de l’air froid « lourd » qui « tombe » dans le lac d’air froid où la température baisse de plus en plus. L’épaisseur de cette couche inférieure augmente. Les météorologistes appellent SUBSIDENCE (du latin subsiderer, tomber au fond) ce mouvement d’air descendant. (Fig. 4 et Fig. 5)

La froidure et l’épaisseur du lac d’air froid augmente de jour en jour.

Fig. 4
Augmentation diurne du volume du "lac d'air froid"

Fig. 5
Augmentation nocturne du volume du "lac d'air froid"

COMMENT PREND FIN L'INVERSION ?

Seule l’arrivée d’une perturbation active, et donc de vents forts, rompt l’équilibre très stable de l’inversion. Le vent chasse alors l’air froid de la couche inférieure.

BIBLIOGRAPHIE

THILLET Jean-Jacques (1997)
La météo de montagne
Collection « Les guides du Club Alpin Français »
Éditions du Seuil
p 25-26, p 45-47, p 123-125, p 145-148

THILLET Jean-Jacques, SCHUELLER Dominique (2009)
Petit manuel de météo montagne
Éditions Glénat
p 21-23, p 66