La neige très fine qui tombe parfois sous un ciel bleu alors qu'il fait très froid est en fait une cristallisation presque instantanée de particules d'eau dans l'air.

Triplé glacial

«J'aimerais savoir pourquoi la neige tombe du ciel alors que le ciel est complètement bleu quand il fait très froid le matin», demande Jean-Philippe Laroche.
Notre jeune lecteur avait huit ans quand il nous a envoyé sa question, fin 2012, et nous lui avions promis une réponse avant qu'il arrive au secondaire. Alors à moins qu'il n'ait sauté quelques années, la promesse est tenue...
L'oeil aiguisé de Jean-Philippe a remarqué un phénomène réel. Lorsque le mercure reste obstinément bas - et insistons: vraiment très bas -, il peut arriver qu'il tombe une espèce neige très fine qui n'est pas simplement de la poudrerie. «C'est le genre de situation qui se produit assez fréquemment dans le Nord, par des journées très froides. Par exemple, quand un avion décolle, la vapeur d'eau de ses gaz d'échappement va se cristalliser instantanément et va faire une sorte de petit brouillard», dit le météorologue André Cantin, d'Environnement Canada.
Cela se produit parce que la quantité d'eau que l'air peut contenir diminue avec sa température. En plein été, à 30 °C par exemple, un mètre cube d'air peut contenir jusqu'à 30 grammes de vapeur d'eau; passé ce seuil, toute vapeur excédentaire est transformée en eau liquide, mais sachez que par comparaison, à - 25 °C, l'air n'est presque plus capable de contenir d'eau: à un demi-gramme environ, il devient complètement saturé et tout excédent se transforme en cristaux de glace comme ceux dont parle notre lecteur.
«L'air étant très froid, aussitôt qu'il y a des particules d'injectées dans l'air ou un mouvement de l'air qui fait qu'il y a de l'eau, possiblement surfondue, qui arrive, ça fait qu'elle va se cristalliser presque instantanément», dit M. Cantin.
En outre, comme l'air très froid est extrêmement sec, il ne contient jamais assez d'eau pour que des nuages puissent se former. D'où ce paradoxe apparent de la neige qui tombe sous un ciel bleu.
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«J'ai longtemps vécu aux abords du fleuve. Je voyais les glaces descendre et puis remonter avec les marées et une interrogation me trottait régulièrement dans la tête. Compte tenu des courants marins, des vents dominants et des marées, je me questionnais sur le parcours d'une plaque de glace (qui serait libre de tout obstacle). Quelle distance réelle parcourrait-elle en descendant, puisqu'elle remonte le fleuve avec la marée suivante. Le poids et la masse de celle-ci doivent également influencer le résultat», demande Solange St-Hilaire, sans Saint-Augustin-de-Desmaures.
Comme c'est toujours le cas avec ce genre de question, il est impossible de tenir compte de toutes les variables. Non seulement les vents changent-ils d'heure en heure, mais en outre, ajoute le chercheur en océanographie physique de l'Institut national de la recherche scientifique Yves Gratton, la vitesse des courants change selon le relief sous-marin du fleuve.
Mais si l'on s'en tient uniquement aux facteurs prévisibles, on peut avoir une idée grossière de la distance parcourue par les glaces à la dérive. À la hauteur de Québec, dit M. Gratton, le courant moyen du fleuve est d'environ 1 m/s vers l'aval. Les courants de marée sont toutefois 1,5 m/s et s'additionnent ou se soustraient au courant fluvial, selon leur sens. Celui-ci, rappelons-le, change aux six heures.
Nous avons donc un courant total qui «pousse» vers l'aval à 2,5 m/s pendant six heures, puis s'inverse à 0,5 m/s vers l'amont pendant les six heures suivantes. Comme façon de représenter les courants, c'est un peu «cru», dira-t-on avec raison, mais l'idée, ici, est simplement d'avoir un ordre de grandeur.
Donc... Pendant la marée descendante, un bloc de glace passant devant Québec parcourra ainsi 2,5 m/s x 3600 s/h x 6h = 54 kilomètres vers l'aval. À la marée montante, cependant, il rebroussera chemin et fera 0,5 m/s x 3600 s/h x 6h = 10,8 km vers l'amont. Si bien que sur un cycle de marée complet, il se sera déplacé de 54 - 10,8 = 43,2 km vers l'aval.
Sur une journée complète (donc deux cycles de marée), cela représente environ 85 km, soit à peu près la distance entre Donnacona et la pointe est de l'île d'Orléans. Mais en termes de distance totale, soit en comptant non seulement le progrès vers l'aval, mais aussi le retour vers l'amont, ce sont plutôt 2 x (54 + 10,8) = 129,6 km qui auront été franchis.
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«Nous avons la chance de pouvoir faire une patinoire sur un lac de la région chaque hiver, mais un phénomène étrange apparaît systématiquement : la température baisse, des gloussements spectaculaires et très bruyants se font entendre durant la nuit, et le lendemain notre belle surface n'est plus qu'un endroit bosselé où toute possibilité de patiner annulée. Que se passe-t-il?» demandent Pierre Boilard et une «équipe de hockeyeurs frustrés» du Lac Clair, près de Saint-Alban.
Ce qui se passe, c'est que lorsque la température diminue, la glace se contracte - comme n'importe quel autre solide, d'ailleurs. C'est du moins l'hypothèse qu'avance le chercheur en génie civil et spécialiste de la glace de l'Université Laval Brian Morse.
Pour chaque degré Celcius de refroidissement, explique-t-il, la glace perd d'environ 1/20 000e de sa longueur. À vue de nez, cela peut sembler parfaitement insignifiant, mais il faut garder à l'esprit que le Lac Clair de M. Boilard fait près de 2 km de long. Alors par une nuit où le mercure chuterait, disons, de 15 °C, la glace du lac perdrait donc 2000 m x 15/20 000 = 1,5 mètre. Ce qui est bien assez pour faire «travailler» la glace et la déformer - ainsi que lui tirer des craquements impressionnants.
De plus, dit M. Morse, il est aussi possible que le fait de déblayer une surface amplifie localement le phénomène. «La couche de neige isole la glace. L'eau du lac est autour de 0 °C, mais s'il fait - 20 °C dehors, alors la neige garde la glace relativement chaude», dit-il.