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Lorsque nous regardons le ciel, les nuages semblent légers et aérés, mais ils sont en réalité remplis de minuscules gouttelettes d’eau et de cristaux de glace qui leur confèrent une masse mesurable. Comprendre comment les scientifiques estiment le poids d'un nuage révèle pourquoi ces structures massives planent plutôt que de tomber.
Pour calculer la masse d’un nuage, les météorologues prennent en compte deux facteurs clés :ses dimensions et la densité de sa teneur en eau. La première est mesurée par l’ombre du nuage au sol, une ombre d’un kilomètre correspondant approximativement à une profondeur de 1 000 mètres. La seconde est la masse d’eau par mètre cube, qui varie selon le type de nuage. Selon la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) et d'autres études climatologiques, les valeurs typiques sont 0,03 g/m³ pour les cirrus, 0,20 g/m³ pour les stratus et 0,50 g/m³ pour les cumulus.
Par exemple, un nuage en forme de cube mesurant 1 km de large, 1 km de long et 1 km de haut contient un volume de 1 × 10⁹ m³. En multipliant par la densité appropriée de la teneur en eau, on obtient une masse d'environ 22 tonnes pour un cirrus, 330 tonnes pour un stratus et 550 tonnes pour un cumulus.
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Même si 550 tonnes semblent lourdes, la masse est répartie sur un volume énorme, le poids par unité de surface est donc faible. De plus, les gouttelettes et les cristaux individuels sont si petits (environ un millionième de la taille d’une goutte de pluie) que la gravité seule ne peut pas les tirer vers le bas. Leur mouvement suit les mêmes principes que la poussière au soleil ou une plume dérivant dans l'air :de petites particules à faible vitesse terminale.
Enfin, les nuages sont moins denses que l’air sec qui se trouve en dessous. L’air chaud et humide flotte, un peu comme une bulle dans un liquide. À mesure que la teneur en eau d’un nuage augmente, les gouttelettes deviennent plus lourdes et finissent par atteindre le seuil de précipitation. D'ici là, le cloud reste suspendu.