Le brouillard: formation et types

Phénomène basique et assez courant en automne et en hiver, le brouillard est un phénomène pourtant régi par des lois physiques assez complexes et est surtout l'un des phénomènes météorologiques les plus difficilement prévisibles. En effet, sa formation est souvent due à des particularités locales que les modèles ne parviennent pas encore à intégrer malgré les progrès de la prévision numérique engrangés ces dernières années. Cet article permet de comprendre comment le brouillard se forme et quels sont les différents types.

Brouillard dans l'Entre-Sambre-et-Meuse (auteur: H. Vicenzi)

Brouillard ou brume?

Les deux termes sont souvent utilisés sans distinction pour désigner le phénomène. Or, dans le vocabulaire météorologique, ils désignent deux comportements différents:

• On parle de brume lorsque la visibilité est supérieure à 1 km. Cette brume peut aussi survenir pendant les journées d'été avec peu de vent, mais celle-ci ne se forme pas alors traditionnellement. Il s'agit plutôt d'une concentration de poussières et de particules de pollution. Dans ce cas, on parle de brume sèche.
• On parle de brouillard lorsque la visibilité est inférieure à 1 km. Il s'agit d'une concentration de minuscules gouttelettes d'eau maintenues en suspension dans l'air par la turbulence de ce dernier mais aussi par le jeu des charges électrostatiques identiques de ces gouttes, les maintenant séparées les unes des autres. Le brouillard n'est rien d'autre qu'un nuage touchant le sol, très souvent du type stratus.

Formation

Le brouillard étant un nuage, il nécessite la même condition de formation, à savoir un air saturé en humidité. L'humidité relative est alors de 100 %. Cela signifie que l'air, d'une température donnée, ne peut plus contenir davantage d'eau sans que l'humidité se condense en nuages, voire en précipitations. Cette condition peut être atteinte de deux manières:

• Soit par refroidissement de l'air, sans changement de la quantité absolue (réelle) d'humidité. La physique nous dit qu'un air plus froid peut contenir moins d'humidité dans l'absolu. Considérons ici deux données: d'une part la quantité d'humidité réelle de l'air (appelons-la Qr), et d'autre part la quantité maximale d'humidité que ce même air peut contenir (appelons-la Qm). Qr ne va donc pas changer tout au long du processus de refroidissement de l'air. Par contre, Qm diminue. A force de refroidissement, Qm finit par être égal à Qr, l'humidité relative atteint 100 %, l'air devient donc saturé en humidité. Il ne peut se refroidir davantage sans condenser une partie de l'humidité, formant des gouttelettes, et donc du brouillard.
• Soit par augmentation de l'humidité réelle de l'air, sans changement de température. Cela peut provenir de l'évaporation d'un sol gorgé d'eau ou d'une étendue d'eau. Ici, Qm ne bouge pas, c'est Qr qui grimpe. Une nouvelle fois, lorsque Qr finit par être égal à Qm, nous assistons à la saturation de l'air et à la formation de brouillard.

Un autre paramètre est essentiel pour la formation du brouillard: un vent faible ou inexistant qui ne remue pas l'air en refroidissement.

Types de brouillard

Le brouillard de rayonnement

Il est indissociable du phénomène d'inversion présenté quelques mois auparavant (article sur l'inversion de température). Ce brouillard se développe selon le premier mode de formation expliqué ci-dessus et survient la nuit et tôt le matin. En cours de nuit, le sol rayonne en infrarouge, et se refroidit plus rapidement que l'air. Néanmoins, les premiers mètres de la troposphère se refroidissent également suite au contact avec le sol. Il se forme ainsi une couche près du sol plus froide que l'air au-dessus. Si cette couche d'air se refroidit suffisamment jusqu'à saturation, du brouillard finit par se former. Ce brouillard peut présenter une très grande densité et une visibilité très réduite, mais il peut être assez réduit en hauteur. Ainsi, il arrive qu'en circulant dans ce brouillard, on puisse voir la lune et les étoiles au-dessus alors que la visibilité horizontale est très réduite.

Ce brouillard se forme donc la nuit et peut survenir en toute saison. Sa dissipation s'effectue généralement en matinée grâce à l'élévation de la température. Toutefois, en hiver, il peut arriver que le soleil ne soit pas suffisant pour réchauffer la couche d'air prise par le brouillard. Celui-ci subsiste alors toute la journée.

Le brouillard d'advection

Ce brouillard se forme lorsqu'une masse d'air doux et humide arrive sur un sol froid. Le bas de la couche d'air se refroidit suite au contact avec le sol, et si la baisse de température est suffisante, du brouillard se forme. Cela se produit souvent en hiver lorsqu'un front chaud arrive au-dessus de régions ayant été soumises à un temps froid d'assez longue durée auparavant.

Le mode de formation de ce brouillard est donc mixte: à la fois une diminution de température et un apport supplémentaire d'humidité.

L'inverse (air froid sur sol chaud) existe aussi, mais est plus rare chez nous.

Le brouillard d'évaporation

Il se forme généralement après le passage d'une perturbation active ou d'orages très pluvieux. Le sol et la végétation gorgés d'eau restitue de l'humidité dans l'atmosphère. Si cet apport d'humidité (deuxième mode de formation) est important, du brouillard peut se former. Généralement, ce brouillard est peu épais et assez localisé.

Ce brouillard se forme aussi au-dessus des étangs et lacs, lorsque ceux-ci présentent des températures plus élevées que celles de l'air. L'humidité de l'évaporation se condense immédiatement en brouillard, sous forme de touffes laissant l'impression que l'étendue d'eau "fume".

Brouillard de précipitations

Ce brouillard accompagne parfois les fronts chauds en automne et en hiver, lorsque des précipitations continues tombent dans un air plus froid près du sol. Ces précipitations surchargent cet air en humidité, menant à la formation d'un brouillard rarement dense, mais néanmoins visible, troublant la visibilité.

Brouillard d'inversion de subsidence

Il se produit à la fin de l'automne et en hiver par temps anticyclonique. L'anticyclone entraîne une descente d'air. Celui-ci se réchauffe par compression adiabatique, et peut se retrouver ainsi plus chaud que l'air plus froid près du sol sur lequel il vient butter. Des nuages se forment au contact entre les deux masses d'air. Si la limite s'abaisse près du sol, du brouillard peut se former, d'autant plus que l'humidité reste piégée dans les basses couches de la troposphère.

Brouillard givrant

Il ne s'agit pas d'un type de brouillard à proprement parler. Il s'agit d'un brouillard dont les gouttelettes gèlent en touchant des surfaces à températures négatives. Même lorsque l'air est lui-même à température négative, les gouttelettes restent liquides (phénomène de surfusion). Elles se congèlent toutefois lorsqu'elles entrent en contact avec des surfaces. Une couche de givre de plusieurs millimètres, voire centimètres pour les cas extrêmes, peut se former.

Pourquoi du brouillard dans les vallées?

Une nouvelle fois, le phénomène d'inversion de température est en cause. La couche d'air plus froid se formant près du sol a tendance à couler vers les points les plus bas lorsque ceux-ci sont présents. L'air froid s'accumule donc dans les vallées, et l'humidité de cet air peut se condenser si celui-ci arrive à saturation; la vallée se remplit ainsi de brouillard.