Sur Terre, les conditions de température et de pression permettent à l’eau d’exister naturellement sous forme liquide, solide et gazeuse. Les interactions entre ces trois états sont, entre autres, à l’origine de la pluie.
Dans leur ouvrage *Balade sous la pluie*, paru en 2025 aux Presses des Ponts, Auguste Gires et Eleonora Dallan expliquent comment se forment physiquement les gouttes de pluie dans les nuages. Ils soulignent que les cumulus, ces nuages cotonneux de basse altitude, semblent se former à une altitude similaire en raison des processus de génération des nuages et des précipitations.
Une histoire d’altitude
Le phénomène débute par l’évaporation de l’eau liquide à la surface de la Terre, sous l’action du Soleil. La vapeur d’eau se mélange à l’air ambiant près de la surface. Cet air, chauffé par le soleil, devient plus léger que l’air environnant, ce qui facilite sa montée. En montant, l’air chaud se refroidit progressivement, entraînant une diminution de la capacité de l’air à contenir de la vapeur d’eau, selon la relation de Clausius-Clapeyron.
À une certaine altitude, l’air devient saturé, atteignant le point de rosée, et une partie de l’eau se condense pour former des gouttelettes de nuages, généralement autour de noyaux de condensation tels que la poussière ou la glace. Ces gouttelettes, mesurant environ 0,02 millimètre, restent en suspension dans l’air, formant ainsi un nuage.
Une teneur variable en eau liquide
La quantité d’eau liquide dans les nuages varie considérablement selon leur type, exprimée en grammes d’eau par mètre cube d’air (g/m³). Par exemple, les nuages cirrus, qui ne produisent pas de précipitations, peuvent contenir environ 0,06 g/m³, tandis que les stratocumulus, qui engendrent des pluies, peuvent atteindre jusqu’à 0,4 g/m³. Les cumulonimbus, qui seront abordés dans des études ultérieures, contiennent encore plus d’eau.
Pour que la pluie se forme, les gouttelettes doivent grossir suffisamment pour devenir lourdes et tomber. Cela se produit par deux processus principaux : la croissance des cristaux de glace dans des nuages en phase mixte et la coalescence des gouttelettes, qui fusionnent en raison de collisions.
*Auguste Gires, ingénieur en chef des Eaux, Ponts et Forêts, chercheur au laboratoire Hydrology, Meteorology and Complexity (HM & Co), École nationale des ponts et chaussées (ENPC) ; Eleonora Dallan, ingénieure en environnement et enseignante-chercheuse au département Tesaf (Terre, environnement, agriculture et forêts), University of Padua.
