Neige

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La neige est une forme de précipitation, constituée de glace cristallisée et agglomérée en flocons pouvant être ramifiés d'une infinité de façons. Puisque les flocons sont composés de petites particules, ils peuvent avoir aussi bien une structure ouverte et donc légère qu'un aspect plus compact voisin de celui de la grêle. La neige se forme généralement par la condensation de la vapeur d'eau dans les hautes couches de l'atmosphère et tombe ensuite plus ou moins vite à terre selon sa structure.

La neige peut être aussi fabriquée à l'aide de canons à neige, qui créent en réalité de minuscules grains proches de la neige fondue. Cette technique est utilisée dans les stations de sports d'hiver pour améliorer l'état de leurs pistes.

[modifier] Aspects physiques

[modifier] Diversité des flocons

Image:SnowflakesWilsonBentley.jpg

Dans un nuage très froid, la vapeur d'eau se condense directement en cristaux de glace sur des particules en suspension (poussières, fumée...). S'il ne rencontrent que des couches de température inférieure à 0°C dans leur chute, les cristaux s'agglutinent en forme de branches glacées qui se combinent pour former des flocons de plus en plus larges. L'assemblage de ces cristaux dépend essentiellement des températures. La seule caractéristique commune à tous les flocons est la structure hexagonale liée à l'angle de 120° de la molécule d'eau. Elle provient d'une minimisation de l'énergie potentielle du cristal.

La forme des flocons varie en fonction de la température :

de 0 à -4°C : minces assiettes hexagonales
de -4 à -6°C : aiguilles
de -6 et -10°C : colonnes creuses
de -10 à -12°C : flocons à six pointes longues
de -12 à -16°C : dendrites filiformes.

La densité de la neige fraîchement tombée est très variable. Les statistiques donnent une moyenne de 110 kg par mètre cube, avec un écart type de 40 kg qui confirme le caractère dispersé de ce critère.

[modifier] Cycle de vie d'un cristal

La formation et l'évolution des cristaux intègrent :

Les multiples degrés de liberté d'assocation chimique des molécules d'eau ; l'expression de ces possibilités est favorisée par la relative lenteur de cristallisation : une dizaine de minutes à quelques heures. Ceci est à la base de l'extrême diversité des formes créées.
Les diverses conditions météorologiques rencontrées entre la formation et la disparition :

conditions du niveau de formation, avant précipitation
conditions des couches atmosphériques traversées
conditions au niveau du sol, s'il est atteint.

La faiblesse des liens des molécules d'eau rend tout cristal très sensible à toute modification de son environnement. On peut considérer le cristal de neige comme instable et qu'il doit être en phase de cristallisation pour conserver sa forme alors que des recombinaisons se produisent dès que celle-ci s'interrompt. Cette vive sensibilité rend difficile l'observation microscopique des cristaux sans précautions particulières.

Conditions du niveau de formation : les paramètres des mouvements d'air ascendants conditionnent particulièrement la durée de cristallisation et les possibilités de pénétration dans des couches différentes par leur hygrométrie, température, pression, ... A ce niveau, des cristaux peuvent fondre, se sublimer, se combiner, mais aussi se trouver recouverts d'eau en surfusion, les cristaux se couvrent de nodules d'abord invisibles mais qui peuvent dans certains cas leur donner un aspect de "fleur de mimosa". Même si l'air n'est pas ascendant, la résistance qu'il oppose demande l'agglomération de plusieurs cristaux avant que la précipitation se déclenche.
Conditions de la précipitation : la turbulescence, l'hygrométrie vont en particulier régir la disparition (fonte ou sublimation) des cristaux et flocons ou au contraire leur agglomération progressive. Des flocons partiellement liquéfiés peuvent également subir une cristallisation brutale à la rencontre d'une atmosphère plus froide ; si le phénomène est massif on parle de "grésil". La variation des paramètres météorologiques avec l'altitude se caractérise tout spécialement par la détermination de la fameuse limite pluie/neige.
Conditions de cristallisation au sol : Sous les latitudes tempérées (sol "chaud"), le fort pouvoir isolant de la neige associé encore à l'albédo rend possible la création rapide d'un gradient thermique entre le sol (pédologie) chaud et isolé et la surface réfléchissante froide ; il peut atteindre 20 degrés. Or on constate que les cristaux d'une couche de neige dans un gradient de température rentrent dans un processus de recristallisation se traduisant par un accroissement de la taille moyenne des cristaux. De ce point de vue, on considère qu'une épaisseur de quinze centimètres suffit à l'établissement d'un gradient. Les conditions de cristallisations étant bien différentes de celles de la haute atmosphère, la cristallisation au sol produit des formes nouvelles mais moins élaborées.
Autres conditions au sol. Celles-ci ne peuvent être schématisées ; il suffit de penser à la diversité tant des quantités de neige que des variations météorologiques pour imaginer les innombrables possibilités de dissipation des cristaux ; chaque communauté humaine en fonction de ses impératifs dispose d'une culture propre à décrire les formes typiques de ces éventualités.

[modifier] Évolution du manteau neigeux

Image:Bicycles snow Graz 2005.jpg La neige fraîchement tombée est sujette à l'action du vent, surtout si elle est très légère, comme la poudrerie des Québécois. Elle peut se concentrer en dunes nommées bancs de neige (Canada) ou congères (Europe). Ce n'est pas le cas de la neige de printemps, compacte et riche en eau, amenée à fondre sur place. En montagne, le vent est à l'origine de corniches qui peuvent piéger les randonneurs.

La neige n'est pas un matériau inerte. Elle est au contraire en constante évolution et ne cesse de se transformer, soumise à l'action de son propre poids qui la tasse, ainsi qu'aux différences de températures entre le jour et la nuit. Si la pente est raide, le manteau peut devenir instable et générer des avalanches.

[modifier] La métamorphose d'isothermie

Elle se déroule lorsque le gradient thermique au sein de la couche est faible, inférieur à 5°C par mètre. À cause des déséquilibres de vapeur saturante, les dendrites se detruisent au profit du centre du cristal. Les cristaux s'arrondissent et leur taille se calibre. On les appelle grains fins. Les contacts ainsi créés entre eux correspondent à la formation de ponts de glace qui soudent les cristaux les uns aux autres. C'est le phénomène de frittage. La couche de neige gagne en cohésion et en densité.

[modifier] La métamorphose de gradient moyen

Elle apparaît quand le gradient thermique au sein de la couche est compris entre 5 et 20 °C par mètre. On observe également un transfert de matière par sublimation / congélation mais la direction privilégiée est la verticale, du bas vers le haut. Les cristaux se transforment en grains à face planes.

[modifier] La métamorphose de gradient fort

Lorsque le gradient thermique est supérieur à 20 °C par mètre, le flux de vapeur au sein de la couche de neige devient très fort. Après une dizaine de jours, il y a apparition de gobelets, ou givre de profondeur, qui peuvent atteindre plusieurs millimètres de diamètre. La manteau devient alors très instable, se trouvant sur un véritable roulement à billes.

[modifier] La métamorphose de fonte

Elle se traduit par l'apparition d'eau liquide au cœur du mateau neigeux. Elle est provoquée par un chute de pluie ou un redoux prolongé. Il se forme des agglomérats dits grains ronds ("gros sel") qui rendent le manteau neigeux très instable.

[modifier] Aspects écologiques

[modifier] Bilan énergétique

L'énergie solaire contribue au réchauffement des sols de manière inégale. Un facteur important est l'albédo qui mesure la part réfléchie du rayonnement. L'albédo moyen sur Terre est de 0,28. Comme la neige fraîche est d'un blanc particulièrement pur, elle fait grimper l'albédo à 0,85. Cela implique une réflexion importante des rayons lumineux du Soleil, donc un moindre apport d'énergie. La neige ancienne gardant un albédo de 0,60, on comprend que les sols enneigés tendent à rester froids en surface, donc à garder leur manteau.

A contrario, les forêts de résineux profitent de leur albédo faible (0,12) et de la lumière réfléchie pour libérer leurs branches.

[modifier] L'eau de neige

Image:Fontedesneiges.JPG

La neige se transforme très lentement en eau. L'eau de neige pénètre donc beaucoup mieux dans le sol et profite davantage aux nappes phréatiques que l'eau de pluie.

Ce bénéfice est parfois contrarié par un radoucissement rapide accompagné de pluies, situation qui conduit souvent à des inondations parfois catastrophiques.

[modifier] Rôle protecteur

La neige est un excellent isolant, car elle renferme une grande quantité d'air. Par sa présence, les écarts de température sont diminués et le sol gèle moins en profondeur. Souris et campagnols vivent dans l'espace subnival sombre et tranquille, se déplaçant sans cesse dans un réseau de tunnels et grignotant les tiges des plantes.

De même, la végétation couverte de neige est protégée des fortes gelées. Certaines plantes d'altitude continuent leur activité pendant l'hiver. Le perce-neige est capable de traverser une certaine épaisseur de neige pour fleurir. Quand l'épaisseur est trop forte, l'allongement des tiges se fait à l'horizontale et dans tous les sens et c'est seulement quand ils sont libérés que les pédoncules se redressent.

Les Inuits ont tiré profit de cette propriété pour leur maison de neige, l'igloo. De structure hémisphérique, l'habitation est construite en disposant des blocs de neige durcie. Le sommet est réservé à un bloc de glace translucide et le tout est consolidé avec de l'eau glacée. Même par -40 °C, la température intérieure au sol est de -5 °C. Toutefois, l'igloo n'est qu'une résidence de chasse temporaire et non la maison réelle de l'Inuit.

[modifier] Aspects géographiques

[modifier] Zones de neige

Il ne neige quasiment pas dans les régions équatoriales et tropicales. On a coutume de considérer que les 35es parallèles délimitent cette région où seules les montagnes reçoivent de la neige. Le Cayambe, sommet équatorien de 5 790 m, est régulièrement enneigé bien qu'il soit exactement à la latitude 0.

Plus on se rapproche des pôles, plus la nivosité augmente. Toutefois, la quantité de neige tombant dans les régions polaires est faible car le froid y est trop vif. Par ailleurs, les zones côtières sont relativement épargnées par la neige.

C'est donc dans les régions tempérées, continentales et montagneuses qu'on relève des chutes record, comme les 130 cm en 24 h à la station suisse de Klosters en janvier 1982, ou les 193 cm en 24 h mesurés à Silver Lake (Colorado) en avril 1921.

[modifier] Neiges éternelles

Quand la couverture neigeuse ne parvient pas à fondre totalement à la saison chaude, on parle de neiges éternelles. Cette situation existe sur la plupart des hauts sommets et près des pôles. Tassées et fondant partiellement, ces neiges se transforment en névés puis en glaciers. La glace continentale des pôles s'appelle inlandsis, les icebergs qui s'en détachent sont donc constitués d'eau douce au contraire de la banquise salée.

Le cas du Kilimandjaro, point culminant de l'Afrique, est révélateur du réchauffement de la planète. Les scientifiques estiment qu'il pourrait perdre ce qui lui reste de calotte glaciaire et de neiges éternelles d'ici 2020. En un siècle, la calotte de glace a perdu 82%. Les neiges éternelles du Kilimandjaro pourraient mourir à l'âge de 11 700 ans !

[modifier] Aspects économiques

[modifier] Inconvénients

La neige perturbe la circulation des véhicules, surtout quand elle tombe dans des régions inhabituelles. En France, les routes sont classées en quatre niveaux de priorité, les routes de niveau 1 étant traitées 24 h sur 24 si nécessaire. Un traitement préventif est possible par épandage de saumure. Le traitement curatif est basé sur le raclage suivi d'un salage. La quantité de sel est limitée en raison de la pollution engendrée. On utilise un chasse-neige pour déblayer les routes.

En hiver, de nombreux cols sont fermés à la circulation de façon plus ou moins durable ou restreints aux véhicules équipés. Les cols les plus élevés ont une fermeture annuelle programmée.

Obligation des particuliers : Dans certains lieux, en cas de chute de neige, chacun est tenu de déblayer le trottoir devant son habitation. Le contrevenant peut être déclaré responsable si un accident survient à un piéton.

[modifier] Avantages

L'arrivée de la neige est source d'excitation chez les plus jeunes, pour qui la construction de bonshommes de neige ou la bataille de boules de neige sont des activités ludiques immédiates.

La neige offre de larges domaines glissants. Elle permet ainsi de nombreux loisirs plus ou moins sportifs : ski alpin, ski de fond, ski extrême, luge, snowboard, raquette à neige. Dans les stations, les pistes sont damées et des moyens de transport sont prévus pour amener les skieurs (téléskis, télésièges, téléphériques). L'engouement pour ces loisirs a motivé l'invention du canon à neige pour allonger la période du ski.

Les propriétés de glisse sont utilisées dans les régions arctiques pour le déplacement et le transport par traîneau ou moto-neige.

[modifier] Autres allusions

La neige se retrouve dans plusieurs expressions :

« Blanc comme neige », au sens propre (couleur) ou figuré (innocence).
« Cheveux de neige », cheveux blancs.
« Fondre comme neige au soleil », disparaître rapidement.
« Les neiges d'antan », celles de l'an passé, donc une chose oubliée.

Et par analogie :

La neige carbonique est la forme solide du dioxyde de carbone C O₂.
Les œufs à la neige sont des blancs d'œufs battus et pochés, servis avec une crème.
En argot, la neige désigne la cocaïne.
Neige est le titre d'une série de bande dessinée de Didier Convard et Gine.
Blanche-Neige est un personnage des contes des frères Grimm.