Effet Bergeron

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L'effet Bergeron est un processus de micro-physique en météorologie, décrit par Tor Bergeron en 1935, qui explique la croissance des cristaux de glace dans les nuages à des températures sous le point de congélation.

Dans l'atmosphère, la croissance la plus rapide des précipitations se produit dans la partie du nuage sous le point de congélation avec un maximum d'efficacité autour de -10 °C à -15 °C. À cette température, les trois phases de la molécule d'eau coexistent au sein de l'air : de la vapeur d'eau, des gouttelettes en surfusion et des cristaux de glace. Partant de cette observation, Bergeron a proposé une explication du mécanisme de déclenchement des précipitations qui se fonde sur les différences entre les pressions de vapeur saturante de la vapeur d'eau par rapport à l'eau liquide, soit $e w (T)$ , et par rapport à la glace, soit $e i (T)$ . En effet, sous le point de congélation on a toujours :

$\, e_i(T) < e_w(T)$ .

Pour une pression partielle $e (T)$ de la vapeur d'eau restant à peu près constante dans l'air environnant mais inférieure à $e w (T)$ , il y aura évaporation graduelle des gouttelettes. En même temps, $e i (T)$ sera lui saturé et l'excédent de vapeur d'eau ira se condenser sur les cristaux de glace pour garder l'équilibre de $e (T)$ . L'effet Bergeron consiste ainsi en un transfert continuel de l'eau liquide des gouttelettes en surfusion vers l'eau solide des cristaux de glace au sein du nuage. Le poids des cristaux de glace finit alors par atteindre une valeur suffisante pour amorcer leur chute et donc la précipitation.

Un phénomène analogue à celui de l'effet Bergeron peut se produire, avec ou en l'absence de cristaux de glace, lorsque coexistent des gouttelettes sphériques de tailles nettement différentes. Ce phénomène est lié à la cohésion interne des gouttelettes à l'échelle microscopique. En effet, la diminution de rayon (R) d'une gouttelette à une température donnée a pour conséquence l'augmentation de sa tension de surface ce qui augmente la pression de vapeur saturante par rapport à elle. La valeur véritable $e w (T, R)$ est inversement proportionnelle à R et donc les plus grosses gouttelettes peuvent cannibaliser les plus petites comme les cristaux de glace le font des gouttelettes surfondues.

Bien que l'effet Bergeron semble bien adapté à la description de la plupart des "départs" de précipitation, il fournit des valeurs généralement trop longues quant à la durée de formation d'une goutte de pluie ou d'un cristal de neige de taille normale. Cette durée, de l'ordre de quelques heures, peut alors être convenablement expliquée par l'intervention d'un autre phénomène, la coalescence, qui provoque la collision et l'agglomération d'un très grand nombre de gouttelettes (éventuellement en surfusion) et de cristaux de glace (éventuellement fondus) au cours de leur chute.