Résumé :
Les nuages sont constitués d'eau liquide (ou solide), c'est-à-dire de matière visible.
Plus cette masse nuageuse est épaisse, moins elle laisse le soleil nous réchauffer.
Plus cette masse nuageuse est épaisse, moins elle laisse le soleil nous réchauffer.
Les nuages : des écrans mais pas des couvercles.
Quel est l'effet global des nuages sur la température ? La réponse est intuitive et évidente mais il est important de la développer car il existe des parties de théorie qui ont tendance à exagérer leur importance vis-à-vis du tout.
Il faut tout d'abord clairement expliquer ce qu'est un nuage, et ce que ce n'est pas : un nuage n'est pas un gaz. Un nuage est un ensemble de particules liquides ou solides en suspension dans l'air qui, lui, est fait de gaz. Les couleurs nuageuses blanches et grises sont dues à de la matière liquide ou solide, c'est-à-dire des particules visibles. Un gaz, au contraire, ne se voit jamais. Il est donc très important de ne pas faire cette confusion très courante entre :
- un gaz (toujours invisible) et
- un ensemble de particules solides ou liquides en suspension (visible), présent au côté d'un gaz, comme c'est le cas dans l'atmosphère. Le panache s'échappant d'une bouilloire n'est pas un gaz mais des gouttelettes en suspension.
L'atmosphère terrestre est essentiellement une enveloppe gazeuse. L'air sec est composé de 78.08 % N2 , 20.95 % O2 , 0.93 % Ar , 0.039 % CO2 , ainsi que des traces d'autres gaz : tous sont des gaz, donc invisibles. L'air humide contient, en plus, de l'eau (H2O) : en phase gazeuse (invisible), et en phases liquide ou solide (il s'agit alors d'un nuage).
Le soleil nous apporte une grande quantité d'énergie mais seule une partie de celle-ci vient réchauffer les masses atmosphériques, océaniques, et terrestres. La différence est l'albédo de la planète. Comme chacun peut s'en rendre compte, les nuages jouent un rôle énorme par effet d'écran visible :
Le plus efficace est de faire appel à des observations vérifiables par tous : si vous êtes face au soleil, dès qu'un nuage passe, vous ressentez moins de chaleur. C'est systématique, quel que soit le nuage. Si c'est un nuage léger qui se trouve devant le soleil, la baisse de température est alors d'autant plus légère. La baisse de température est directement proportionnelle à l'épaisseur des nuages, quelle que soit leur altitude. La constatation est simple et générale : un ciel bleu vous autorise à profiter au maximum des rayons solaires. Plus la chape nuageuse est épaisse, moins les rayons du soleil vous réchauffent. Il s'agit d'un écran purement visible, fait de matière solide ou liquide en suspension dans l'air. En témoigne, notamment, la baisse de 0.6°C de la température mondiale lorsque le volcan Pinatubo a rejeté en 1991 de grandes quantités de cendres essentiellement, c'est-à-dire des particules visibles.
Il existe une fausse croyance que les cirrus (nuages hauts) pourraient avoir un effet positif sur la température. Premièrement, comme indiqué ci-dessus, il n'y a aucune bonne raison de croire que les cirrus ne puissent pas s'inscrire, comme tous les autres nuages, dans le rapport direct entre l'épaisseur nuageuse et la baisse de température. Deuxièmement, puisque les cirrus se trouvent à une altitude élevée (entre 6000m et 13000m), c'est-à-dire là où l'atmosphère est 2 à 5 fois moins massive, les phénomènes thermiques y sont d'autant moins importants. Nous retrouvons ici une des conséquences de la force de gravité.
Aucune autre caractéristique que la présence et l'épaisseur du nuage lui-même ne peut provoquer la forte et immédiate chute de température que vous vivez lors du passage de ce nuage dense. L'effet direct et global des nuages est que, plus ils sont massifs, plus ils plongeraient une planète dans une période de refroidissement.
Remarques :
Pour être plus complet, on peut dire que par rapport à un air sec, la masse d'un nuage contient une certaine quantité de chaleur supplémentaire dans ses molécules d'eau mais cet effet n'affecte que la température du nuage lui-même et pas la température au sol.
On pourrait aussi considérer que des nuages épais jouent un rôle de couvercle de marmite mais il faut pour cela que la chaleur ait été apportée avant leur arrivée puisque les rayons chauffants du soleil ne percent pas une couche nuageuse épaisse. Et lorsque les nuages sont fins, comme les cirrus, ils laissent les rayons du soleil réchauffer la Terre : cette augmentation de température n'est pas due à un effet de couvercle mais au soleil uniquement. Vous avez déjà ressentis une certaine lourdeur et une certaine moiteur avant l'orage, alors que les nuages faisaient leur apparition. Ce sentiment oppressant n'est pas dû au couvercle de nuages au-dessus de votre tête, mais à l'atmosphère chaude et humide au sol que le vent a apporté (voir Transferts de chaleur). L'air lourd et moite vous colle à la peau. Encore une fois, l'effet ne vient pas du haut, mais du bas (voir Transferts de chaleur).
La phase gazeuse existe lorsque les molécules sont libres. Donc théoriquement, dès que deux molécules se lient, elles quittent cette phase libre pour rentrer en phase liquide (ou solide), mais on ne peut pas encore les voir à l'oeil nu. A partir d'un certain nombre de molécules liées, l'aérosol ainsi formé sera de plus en plus visible et jouera de plus en plus son rôle d'écran. Le passage de phase est immédiat mais l'effet d'écran est progressif.
Quelques sources :
http://www.techno-science.net/?onglet=glossaire&definition=5146
http://fr.wikipedia.org/wiki/Vapeur_d'eau
http://fr.wikipedia.org/wiki/Nuage
http://www.meteo.org/phenomen/nuage.htm
http://spcfa.ac-creteil.fr/spip.php?article421
http://comprendre.meteofrance.com/jsp/site/Portal.jsp?&page_id=2866&document_id=1912&portlet_id=1796
http://fr.wikipedia.org/wiki/Atmosph%C3%A8re_terrestre
http://la.climatologie.free.fr/volcan/effetvolcan.htm
http://www.cmos.ca/ProjectAtmosphere/module11_the_atmosphere_aloft_f.html
http://kordonnier.fr/IMG/pdf/2_TP16_17_TempTer.pdf
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http://www.meteo.org/phenomen/nuage.htm
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http://comprendre.meteofrance.com/jsp/site/Portal.jsp?&page_id=2866&document_id=1912&portlet_id=1796
http://fr.wikipedia.org/wiki/Atmosph%C3%A8re_terrestre
http://la.climatologie.free.fr/volcan/effetvolcan.htm
http://www.cmos.ca/ProjectAtmosphere/module11_the_atmosphere_aloft_f.html
http://kordonnier.fr/IMG/pdf/2_TP16_17_TempTer.pdf