Les nuages peuvent être classifiés en fonction de plusieurs facteurs. Une classification générale et précise de chaque type de nuage permet ainsi l'observateur à identifier les nuages dans le ciel. De plus, plusieurs outils peuvent aider l’observateur à reconnaître les nuages. Nous verrons plus loin lesquels le sont.

III : L'identification des nuages

A) La classification

1) Aspect des nuages

L'aspect d'un nuage dépend:

• de la nature et de la densité de ses constituants. La transparence indique que le nuage contient peu de matière et inversement qu’un nuage opaque signifie qu’il est épais.

• Des mouvements atmosphériques présents dans le nuage, qui ont une influence sur la stabilité ou non de l’atmosphère.

• de l'éclairage auquel le nuage est soumis: la position du soleil dans le ciel comme à l’aube ou au crépuscule, ou une réflexion lumineuse venant du sol. La position de l’observateur peut aussi avoir un rôle dans l’apparence qu’aura le nuage pour celui qui le regarde. Les nuages peuvent être de couleur grise, jaune ou oranges en fonction de la présence ou non d’impuretés dans l’atmosphère.

• de la présence ou non d’impuretés dans l’atmosphère: les nuages peuvent être de couleur grise, jaune ou oranges (par réfraction de la lumière).

Pourquoi les nuages sont-ils blancs ?
Les nuages sont chargés d’eau présente sous forme de gouttelettes ou de cristaux de glace qui sont beaucoup plus gros que les molécules d’air : ils diffusent chacune des 7 couleurs composant la lumière du soleil. Ce mélange de tous les rayons lumineux nous apparaît avec une couleur blanche. Certains nuages d’orages apparaissent tout noir tellement ils sont épais ou chargés d’eau : la lumière ne peut s’en échapper : c’est la diffusion de Mie.

2) Pourquoi et comment classer les nuages ?

Les formes, les altitudes, les épaisseurs, les aspects des nuages sont si divers et variés que très vite on décida de les classer. Ce fut en 1802 qu’un pharmacien britannique nommé Luke Howard proposa une classification des nuages qui fut adoptée par la communauté internationale. Cette classification fut approuvée en 1956 par l’Organisation Mondiale de la Météorologie.

Les nuages sont classés en deux catégories :

• le nuages stratiformes qui se développent en couches ou strates dans un air stable,

• le nuages cumuliformes qui naissent d’un développement vertical

Ils sont ensuite classés en quatre groupes en fonction de leur l’altitude :
-Les nuages qui occupent l’étage supérieur, c'est-à-dire à une altitude de plus de 6000 mètres, possèdent un préfixe cirro- (de cirrus, filament).
-Les nuages d’altitude intermédiaire, c'est-à-dire à une altitude de 2000 mètres occupent l’étage moyen et possèdent le préfixe alto- (de altus, haut)
-Les nuages les plus bas, qui se trouvent entre le sol et 2000 mètres d’altitude, occupent l’étage inférieur et sont possèdent le préfixe strato- (de stratus, étendu)
-Le quatrième groupe réunit les nuages cumuliformes.

• Cirrus (Ci) : Nuages détachés sous forme de délicats filaments blancs composés de bancs ou d'étroites bandes blanches ou en majeure partie blanche. Ces nuages ont un aspect fibreux (chevelu), un éclat soyeux ou les deux. Leurs précipitations n'atteignent presque jamais le sol.

• Cirrostratus (Cs) : Voile nuageux transparent et blanchâtre, d'aspect fibreux (chevelu) ou lisse, couvrant le ciel en totalité ou en partie et donnant le plus généralement lieu à des phénomènes de halo. Le halo est un anneau de lumière entourant le Soleil. On l'observe lorsqu'une partie de la lumière envoyée par le Soleil est déviée par réfraction en pénétrant dans des cristaux de glace. Leurs précipitations n'atteignent presque jamais le sol.

• Cirrocumulus (Cc) : Banc, nappe ou couche mince de nuages blancs sans ombre propre composés de très petits éléments en forme de granules, de rides, etc., soudés ou non et disposés plus ou moins régulièrement. Ils n'apportent pas de précipitations.

• Altostratus (As) : Nappe ou couche nuageuse grisâtre ou bleuâtre, d'aspect strié, fibreux ou en uniforme couvrant entièrement ou partiellement le ciel et présentant des parties suffisamment minces pour laisser voir le soleil, au moins vaguement, comme au travers d'un verre dépoli. Il ne présente pas de phénomène de halo. Ils donnent de la neige en hiver.

• Altocumulus (Ac) : Banc, nappe ou couche de nuages blancs et gris ayant généralement des ombres propres et composés de lamelles, de galets, de rouleaux, etc., d'aspect parfois partiellement fibreux ou flou, soudés ou non. Ils n'apportent pas de précipitations.

• Stratus (St) : Couche nuageuse, généralement grise, à base assez uniforme pouvant donner lieu à de la bruine, des cristaux de glace ou de la neige en grains. Lorsque le soleil est visible à travers ces nuages, on distingue facilement son contour. Il se présente parfois en bandes déchiquetées. Leurs précipitations sont rares.

• Stratocumulus (Sc): Banc, nappe ou couche de nuages gris ou blanchâtre, ou les deux à la fois, ayant presque toujours des parties foncées, formées de dalles, de galets, de rouleux, etc., d'aspect non fibreux, soudés ou non; la plupart des petits éléments de forme régulière. Ils n'apportent que rarement des précipitations.

• Cumulus (Cu) : Nuages détachés, normalement denses et aux contours bien délimités, se développant verticalement sous forme de mamelons, de dômes et de tours, dont la partie supérieure bourgeonnante a souvent l'aspect d'un chou-fleurs. Les parties du nuage éclairées par le soleil sont d'un blanc éclatant; la base est relativement foncée et horizontale. Ils apportent rarement des précipitations.

• Cumulonimbus (Cb) Nuage dense à extension verticale considérable en forme de montage ou de tour immense. Sa partie supérieure est presque toujours aplatie; celle-ci prend la forme d'une enclume ou d'un panache. Il apporte des fortes pluies voire même de la grêle. C'est le nuage d'orage.

• Nimbostratus (Ns) Couche nuageuse grise, souvent foncée dont l'aspect est rendu flou par des chutes de pluie plus ou moins continues, qui, dans la plupart des cas atteignent le sol. Il masque complètement le soleil sur toute son étendue. Ils apportent de la pluie ou de la neige.

(Source FFME)

Une image pour résumer :

Nous avons donc vu comment classer les nuages, nous allons maintenant vous expliquer comment les satellites identifient les nuages

B) L'identification des nuages

1) Par les satellites

Pour prévoir le temps, l’être humain utilise les satellites météorologiques.

Ils ont comme mission principale de prendre des données pour la surveillance du temps et du climat. Avec chaque nouvel envoie de satellite, les matériels présents à bord deviennent de plus en plus performants et qui permettent de diviser l’information en plus de canaux afin de pouvoir les utiliser pour différencier les divers phénomènes météorologiques : nuages, précipitations, vents, brouillard, etc.

Plusieurs pays lancent et maintiennent des satellites météorologiques : les Etats-Unis (NASA), les pays européens avec l’agence spatiale européenne (ESA), l’Inde, la Chine, la Russie ou encore le Japon. Ensemble, tous ces satellites entourent le globe et donnent une couverture totale de l’atmosphère.

Le premier satellite météorologique, le Vanguard 2, fut lancé le 17 février 1959 pour mesurer les nuages. Mais lors de son envoi, son axe de rotation fut mal orienté et il ne put donner que peu d’informations. Le TIROS-1 fut le premier succès dans ce domaine. La NASA le lança le 1er avril 1960.

Il existe deux types de satellites météorologiques : les satellites circumpolaire qui orbitent à basse altitude ( 720/800km) et les géostationnaires. C’est surtout de type de satellite qui nous intéresse et que nous allons étudier.

Situés directement au-dessus de l’équateur et à une distance de 36 000 km, ils orbitent de façon synchrone avec la Terre. Les satellites géostationnaires peuvent donc prendre des informations en continu de la même portion du globe, surtout dans les spectres visibles et infrarouges.

Ces informations sont utilisées par les météorologues pour suivre les systèmes météorologique en plus d’extraire des données dérivées comme la température pour connaître la structure de l’atmosphère et des nuages, donnée qui servira pour les prévisions numériques. Les médias utilisent également les images météorologiques pour leurs bulletins météo.

Les américains détiennent la série GOES qui couvrent les Amériques et une partie de l’Atlantique et du Pacifique. Les satellites européens sont METOSAT avec les numeros 6, 7 et 8 couvrant l’atlantique.

METEOSAT est capable de fournir une image complète du globe toutes les demi-heures ; son successeur, MSG, peut le faire toutes les quinze minutes.

Pour la mesure du rayonnement, l'imageur possède plusieurs canaux, qui correspondent chacun à une bande particulière de longueurs d'onde électromagnétiques. L'imageur de Météosat possède 3 canaux :

le canal visible, l'imageur " voit " à peu près ce que verrait l'œil humain : la lumière solaire réfléchie par la surface terrestre ou les nuages. Plus les nuages sont épais, plus la réflexion est forte et plus l'image est blanche. Ce canal n'est utilisable que lorsqu'il fait jour.

le canal infrarouge, l'imageur mesure la température de la cible, cela de jour comme de nuit. S'il n'y a pas de nuages sur la ligne de visée, la cible est la surface terrestre ; s'il y a des nuages, la cible est leur sommet. On en déduit l'altitude du sommet des nuages car plus il est situé haut dans l'atmosphère, plus il est froid et plus l'image est blanche.

le canal vapeur d'eau, l'imageur mesure la quantité de vapeur d'eau présente dans la moyenne troposphère.

L'imageur de MSG est plus perfectionné que celui de Météosat : il possède 12 canaux, ce qui lui permet de mesurer des paramètres atmosphériques complémentaires comme l'ozone, les aérosols ou la stabilité.

Muni de son imageur, le satellite géostationnaire constitue pour les météorologistes un formidable outil de surveillance et de prévision immédiate du temps. Ils indiquent régulièrement où se trouvent les principales masses nuageuses (perturbations, orages, cyclones…) et quels types de nuages les composent. Comme, le géostationnaire surveille toujours la même partie du globe terrestre, on peut " animer " une séquence d'images, ce qui donne une idée très précise de l'évolution et du déplacement des masses nuageuses. Grâce au satellite géostationnaire, les météorologistes sont maintenant capables d'alerter les populations lorsqu'un cyclone tropical se rapproche dangereusement d'une région habitée.

En avril 2006, français et américains s’associèrent pour envoyer en mission dans l’espace CALIPSO (Cloud Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations). La mission a été sélectionnée par la NASA dans le cadre du programme Earth System Science Pathfinder (ESSP) pour fournir un jeu de données unique autour des profils verticaux de l'atmosphère mesurés par un Lidar embarqué sur satellite.

Le satellite CALIPSO, qui utilise une plate-forme PROTEUS, embarque une charge utile composée d'un Lidar à rétrodiffusion, instrument principal équipé d'un télescope de 1 mètre, une caméra visible, et un imageur infrarouge fourni par le CNES.

Le LIDAR (Light Detection And Ranging), ou encore appelé télédétection par laser aéroporté, fonctionne comme un radar, à la seule différence qu'il utilise un faisceau laser pour sonder l'atmosphère. En traversant l’atmosphère, le faisceau est dispersé par les molécules et particules présentes dans l’air. Le laser réfléchi est alors collecté par un télescope qui l’enverra à une chaine de traitement qui traduira les messages reçus. De cette manière il est possible d'évaluer l'altitude des aérosols, y compris d'observer des couches de brume ou de cirrus qui demeurent invisibles à l'œil nu en raison de leur faible densité.

Voici deux fonctions du LIDAR parmi les multiples applications du Lidar. A gauche la mesure du profil de la température dans l'atmosphère. A droite une image d'un front contenant des cumulonimbus dans une nappe d'altostratus et de cirrus. Documents ISRO et NOAA/ETL.

Les mesures effectuées au Lidar peuvent être obtenues avec de hautes résolutions spatiales qui permettent de détailler la structure des couches nuageuses ou leur évolution. Le LIDAR installé à bord du CALIPSO peut ainsi travailler avec des LIDARs se trouvant au sol ce qui leur permettra d’être complémentaires : un Lidar embarqué à bord d'un satellite fournira une information globale à faible résolution tandis que les LIDARs au sol révéleront les détails au-dessus des sites sélectionnés.

Voici d’autres images LIDAR.

Un altostratus

Cumulus avec indications des courants ascendants et descendants

2) Par les radars météorologiques.

Utilisés à l'origine pour détecter les avions, les radars sont devenus au début des années 60 un moyen d'observation irremplaçable pour détecter et quantifier les précipitations.

Qu'est-ce qu'un radar météorologique ?

Les radars météorologiques permettent de localiser les précipitations (pluie, neige, grêle) et de mesurer leur intensité en temps réel.Ils ont une portée d'environ 100 km pour la mesure et de 150 à 200 km.

Un radar est constitué d'une antenne parabolique, d'un système d'émission-réception et d'un calculateur. Il est utilisé principalement pour les prévisions à courte échéance.

Comment fonctionne un radar ?

L'antenne parabolique du radar tourne et émet un faisceau d'ondes électromagnétiques. Ces ondes sont rétrodiffusées par les gouttes de pluie, les grêlons ou la neige. Le radar calcule alors la distance qui le sépare des gouttes. Il localise ainsi les zones de précipitations à des distances atteignant 200 km.

L'image radar est perturbée par des obstacles fixes comme les montagnes ou les constructions au voisinage immédiat de l'antenne. L'implantation des radars doit donc prendre en compte ces éléments afin d'assurer à cet instrument une efficacité optimale.

Le signal émis par chacun des radars est d'abord traité par un ordinateur. Celui-ci élabore une image des précipitations toutes les cinq minutes et la transmet à un calculateur.

L'image radar complète les images satellitaires et permet donc aux météorologues d’avoir plus de précision et d’informations pour leurs prévisions.

C) Interpréter les symboles météorologiques

Sur les cartes d'analyse chaque station est représentée par un ensemble de symboles que le météorologue peut interpréter.

Voici ce qu’on peut lire sur une information donnée par un satellite et son interprétation :

 "Nébulosité complète du ciel, avec une température de l’air de 24 °C, point de rosée à 24°C. Le vent de nord-est entre 10 et 15 nœuds, la pression à 1003,8 millibars en baisse de 1,1 millibar depuis trois heures. Des averses de pluie sévissent et les nuages bas sont des stratus, la visibilité est réduite à moins d’un kilomètre. Dans l’heure qui précédait l’observation, le temps était au brouillard. »

Afin de mieux comprendre l'on peut représenter cette station météo avec l'aide d'une grille

• Ch : Type de nuage élévé

• Cm : Type de nuage moyen

• Ce : Type de nuage bas

• N : Nébulosité du ciel

• PPP : Pression atmosphérique indiquée en millibars mais seulement les trois derniers chiffres sont présentés : une pression de 1002,1 sera présentée 021 alors qu'une pression à 1021,1 sera présentée 211.

• ww : Temps qu'il fait au moment de l'observation.

• w : Temps passé dans la dernière heure au moment de l'observation.

• vv : Visibilité (en kilomètre).

• TdTd : Point de rosée en degré celcius.

• TT : Température de l'air.

Nébulosité (cercle central) :

Voici quelques symboles météorologiques qui sont utiles pour les chercheurs dans leurs recherches et dans l’élaboration de leurs prévisions numériques du temps.

La classification des nuages est un outil indispensable aux météorologues. L’avancée technologique permet la création de nouvelles méthodes pour la prévision du temps.

Eleve de 1ere S4 du lycée Victor Duruy TPE Maths-Physique

Pour nous contacter :

Retourner en haut de la page