MÉTÉOROLOGIE

LES GRAINS



Définition

Les grains sont des phénomènes météorologiques qui ont lieu lorsque 2 masses d'air aux propriétés différentes se rencontrent et s'accrochent sur un front (&front froid en général).
Un grain est un événement météorologique au cours duquel la vitesse du vent s'accroît de façon brusque et marquée avec un net changement de direction (45 à 90°), et qui ne dure que quelques minutes. Ce phénomène, particulièrement redouté des voiliers, est fréquemment accompagné d'averses de pluie, de neige ou d'orages1. Selon la définition de l'Organisation météorologique mondiale, les rafales de vent doivent être d'au moins 15 nœuds (28 km/h) supérieures à la vitesse moyenne du vent pendant une période d'au moins une minute1. Les grains peuvent être causés par la descente d'air des niveaux moyens lors du passage d'un front froid, d'un creux ou de nuages convectifs. Ils peuvent être isolés sous un orage ou s'étendre le long d'une ligne.

Grain Mer

Une ligne de grains ne s'accompagne pas obligatoirement de grains. De même, un grain orageux n'appartient pas forcément à une ligne de grains ; si tel est le cas, c'est un grain en ligne. Un grain noir est accompagné de nuages sombres et, souvent, de fortes pluies ; un grain blanc, au contraire, n'apporte pas de précipitations ni même parfois de nuages (sa dénomination vient de ce qu'il peut être signalé à l'horizon par un nuage blanc en ascension rapide).

Principe

L'air dans un environnement orageux est chaud et humide en bas, mais sec et froid en altitude. Lorsqu'une parcelle d'air devient plus chaude que cet environnement à un niveau donné, elle est poussée vers le haut. La condensation forme un cumulus bourgeonnant ou cumulonimbus dans lequel des précipitations se développent. Finalement le cœur de pluie devient trop pesant pour être soutenu par le courant ascendant qui crée le nuage. Elle se met alors à descendre. On voit sur l'image le cycle de vie d'un orage et les flèches montrent la direction du mouvement de l'air. Dans un orage ordinaire, cela donne un front de rafales plus ou moins fortes. Cependant, dans un orage où les précipitations sont très intenses et l'instabilité (Énergie Potentielle de Convection Disponible) importante, la rafale descendante devient extrême..
Il s'agit en quelque sorte d'un effondrement soudain des couches supérieures de l'atmosphère, une véritable avalanche d'air qui entraîne de violentes turbulences atmosphériques, de la force d'un puissant ouragan, et qui dure de quelques secondes à plusieurs dizaines de minutes. C'est ce vent rabattant d'une extrême violence que l'on appelle rafale descendante.
Ce sont ces rafales descendantes qui causent les grains. On les classe en macro-rafales (plus de 2,5 km) ou micro-rafales (moins de 2,5 km) selon la largeur du corridor de dommages.
Une rafale descendante humide se produit quand l'air est humide dans toute la couche, entre le sol et les niveaux moyens de l'atmosphère, où la descente se produit. De plus, l'air des hauts niveaux, qui peut entrer dans l'orage, est plus froid que celui-ci. Il est donc en équilibre négatif (poussée d'Archimède) et va lui aussi descendre. Le vent ainsi rabattu s'accompagne alors de pluie. C'est ce qu'on appelle un grain noir.
Une rafale descendante sèche se produit dans un environnement très sec dans les bas niveaux sous l'orage. Les précipitations descendantes s'évaporent alors avant d'atteindre le sol. La parcelle d'air qui contenait ces précipitations est alors plus froide que l'environnement, par perte de chaleur due à l'évaporation, et accélère vers le bas. Il y a donc rafale sans pluie et c'est ce qu'on appelle un grain blanc en référence au fait que le ciel qui l'accompagne est parfaitement clair, et que de ce fait, il ne peut être signalé à l'horizon que par un nuage blanc en ascension rapide, ou par l'écume qu'il génère au sommet des vagues. Ce type de grain est très brusque, éclate sans aucun signe annonciateur, et peut être d'une violence inouïe.

Ligne de grains

Ligne de grains sur le Massif central se déplaçant vers l'est de la FRANCE. En rouge les cellules orageuses.

Grain Ligne

Lorsque des orages isolés se rassemblent en une ligne et que cette ligne se déplace avec le vent moyen dans l’atmosphère, on a affaire à une ligne de grains dont l’extrême est le Derecho. En général, ces lignes orageuses se développent à l'avant d'un front froid ou d'un creux barométrique très marqué et peuvent se déplacer plus vite que celui-ci.
Un tel grain produit un front de rafales qui s’organise en ligne à l’avant de la convection. Il est renforcé par la subsidence du courant-jet des niveaux moyens qui est rabattu vers le sol. En effet, l'entrée de ce dernier dans le nuage y amène de l'air froid et sec environnant, ce qui forme un équilibre négatif selon la poussée d'Archimède.
Ci-dessous une coupe verticale à travers une ligne de grain (orage) ou un système convectif de méso-échelle.

Grain coupe

On y voit la circulation de l'air et les zones de précipitations :
- un courant-jet entrant arrière ;
- un flux ascendant de l'avant vers l'arrière ;
- une dépression dans le sillage, à la surface à la bordure arrière de la pluie stratiforme, associée au réchauffement de l'air non saturé du courant-jet entrant arrière ;
- un anticyclone de méso-échelle sous la zone de pluie torrentielle convective ;
- une faible dépression due au réchauffement de l'air par compensation à l'avant du front de rafales ;
- une faible dépression au niveau moyen de l'atmosphère (D3), apparemment due aux effets hydrostatiques, dans le flux ascendant près de la zone convective ;
- une dépression de méso-échelle près de la zone de fonte (bande brillante) (D4) plus étendue que la précédente ;
- Anticyclone (A) au sommet du nuage, particulièrement important avec un complexe convectif de méso-échelle.
Source : wikimedia.org - Whidou - Travail personnel

Selon l'énergie disponible et le cisaillement des vents avec l'altitude, une ligne de grains donnera des vents plus ou moins forts le long de la ligne. Ces vents peuvent être dévastateurs. Les pluies diluviennes ne durent que très peu de temps au passage de la ligne mais des quantités importantes peuvent persister dans la partie stratiforme à l'arrière. Les autres phénomènes violents comme la grêle et les tornades sont plus rares.

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