Sciences · Terre et climat
La formation de la neige
La neige se forme dans les nuages lorsque la vapeur d’eau se transforme directement en cristaux de glace autour de minuscules particules, sous 0 °C. Ces cristaux s’assemblent en flocons qui tombent si l’air reste assez froid jusqu’au sol.
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Chaque flocon de neige est un assemblage de cristaux de glace, eux-mêmes nés d’une particule de poussière ou de pollen dans un nuage. Leur forme, d’une variété infinie, obéit pourtant à des règles précises : elle dépend de la température et de l’humidité rencontrées pendant leur croissance. La neige joue un rôle majeur dans le climat, les réserves d’eau et l’alimentation des glaciers.
De la vapeur au cristal
Des gouttelettes qui ne gèlent pas
Dans un nuage, l’eau peut rester liquide jusqu’à −40 °C environ : on parle de gouttelettes surfondues. Pour geler, elles ont besoin d’un support, un noyau glaçogène : particule d’argile, poussière minérale, pollen, bactérie. Ces noyaux sont rares, surtout au-dessus de −10 °C.
Le processus de Bergeron
Une fois formés, les premiers cristaux de glace grossissent très vite aux dépens des gouttelettes voisines. En effet, à une même température négative, l’air saturé par rapport à l’eau liquide est sursaturé par rapport à la glace : la vapeur se dépose sur les cristaux, tandis que les gouttelettes s’évaporent. Ce mécanisme, décrit par Tor Bergeron et Walter Findeisen dans les années 1930, est à l’origine de la plupart des précipitations aux latitudes moyennes, y compris de la pluie, qui commence souvent sous forme de neige fondue en tombant.
Pourquoi six branches ?
Les molécules d’eau s’assemblent dans la glace selon un réseau hexagonal. Cette symétrie d’ordre 6 se retrouve à l’échelle du cristal visible. Les branches poussent plus vite aux pointes de l’hexagone, qui captent davantage de vapeur : ainsi naissent les étoiles dendritiques. Comme les six branches d’un même cristal ont traversé exactement les mêmes conditions, elles se ressemblent.
La forme dépend de la température
Le physicien japonais Ukichiro Nakaya a été le premier, dans les années 1930, à fabriquer des cristaux de neige en laboratoire. Il a établi un diagramme reliant leur forme à la température et à l’humidité :
| Température de croissance | Forme dominante |
|---|---|
| 0 à −3 °C | Plaquettes hexagonales fines |
| −3 à −8 °C | Aiguilles et colonnes |
| −8 à −22 °C | Plaquettes et étoiles ; les grandes dendrites se forment surtout vers −15 °C dans un air très humide |
| En dessous de −22 °C | Petites colonnes et plaquettes |
Nakaya disait que les cristaux de neige sont des « lettres envoyées du ciel » : en lisant leur forme, on peut retracer les conditions du nuage. Plus l’air est humide, plus les formes sont ramifiées.
Deux flocons identiques ?
Le fermier américain Wilson Bentley a réalisé en 1885 la première photographie d’un cristal de neige, et en a photographié plus de 5 000 au cours de sa vie. L’idée qu’il n’existe pas deux flocons identiques vient de son travail. Physiquement, elle est très probable : chaque cristal contient des milliards de milliards de molécules et suit une trajectoire unique dans le nuage. De petits cristaux simples, en revanche, peuvent se ressembler presque parfaitement.
Le flocon proprement dit est souvent un agrégat de plusieurs cristaux soudés entre eux. Les gros flocons, qui peuvent dépasser quelques centimètres, se forment quand la température est proche de 0 °C : les cristaux, légèrement humides, s’agglutinent facilement.
Il peut neiger au-dessus de 0 °C
Pour que la neige atteigne le sol, l’air sous le nuage doit rester froid. Mais il peut neiger avec une température de l’air au sol de 1 à 2 °C, voire un peu plus, si l’air est sec : en fondant ou en s’évaporant partiellement, les flocons refroidissent l’air qu’ils traversent. À l’inverse, un air humide à 1 °C donne plutôt une pluie mêlée de neige.
La limite pluie-neige est l’altitude au-dessus de laquelle les précipitations tombent sous forme de neige. Elle est essentielle pour les prévisions en montagne.
Les différentes neiges
| Type | Caractéristiques |
|---|---|
| Neige poudreuse | Légère et sèche, tombée par temps froid ; recherchée par les skieurs |
| Neige mouillée ou lourde | Dense, collante, tombée près de 0 °C ; elle casse branches et lignes électriques |
| Neige roulée | Petits grains blancs et ronds, cristaux recouverts de gouttelettes gelées |
| Neige de culture | Produite par des enneigeurs qui pulvérisent de l’eau dans l’air froid ; elle forme des grains ronds plutôt que des étoiles |
Au sol, la neige se transforme : ses cristaux s’arrondissent, se soudent, fondent et regèlent. Sur les glaciers, elle devient névé puis glace en quelques années ou décennies.
Les ordres de grandeur
- Densité : 1 cm de pluie correspond en moyenne à environ 10 cm de neige fraîche, mais le rapport varie de 1 pour 5 pour une neige très mouillée à 1 pour 20 ou plus pour une poudreuse.
- Vitesse de chute : un flocon tombe lentement, autour de 1 m/s, contre plusieurs mètres par seconde pour une goutte de pluie.
- Albédo : la neige fraîche réfléchit 80 à 90 % de la lumière solaire, ce qui refroidit les régions enneigées et explique le risque de coup de soleil en montagne.
- Isolation : riche en air, la neige est un bon isolant ; elle protège les plantes et les animaux du gel, et permet de construire des igloos.
- Silence : la neige fraîche absorbe les sons, d’où le calme ouaté des paysages enneigés.
Pourquoi la neige est-elle blanche ?
La glace est transparente. Mais un tapis de neige est formé d’innombrables cristaux aux faces orientées dans toutes les directions : la lumière y est réfléchie et diffusée un grand nombre de fois, de façon égale pour toutes les couleurs. Le résultat est un blanc éclatant (voir lumière). Une neige très épaisse ou tassée peut apparaître légèrement bleutée dans les trous, car la glace absorbe un peu le rouge.
Questions fréquentes
Peut-il faire trop froid pour neiger ?
Pas vraiment, mais par grand froid, l’air contient très peu de vapeur d’eau : les chutes de neige sont alors faibles, en petits cristaux. Les plus fortes chutes se produisent souvent entre −10 °C et 0 °C.
Pourquoi la neige crisse-t-elle sous les pas ?
Par temps froid, en dessous d’environ −10 °C, les cristaux se brisent sous la pression au lieu de fondre légèrement, ce qui produit ce crissement caractéristique.
La neige recule-t-elle avec le réchauffement ?
En moyenne, oui : selon le GIEC, la couverture neigeuse de printemps de l’hémisphère Nord diminue depuis 1950, et l’enneigement des moyennes montagnes européennes recule. Des chutes de neige abondantes restent possibles localement, car un air plus chaud peut aussi porter plus d’humidité.