Qu’est-ce qu'un nuage orageux, ou cumulonimbus ?

Le nuagenuage orageux est le plus vigoureux des nuages. On l'appelle cumulonimbuscumulonimbus ou roi des nuages. Les cumulonimbus se présentent rarement sous forme isolée, mais plutôt en agrégats. Ils diffèrent des autres nuages d'averses à la fois par l'échelle de leur extension tant verticale qu'horizontale et par leur aptitude à donner naissance à des phénomènes électriques.

Cumulonimbus calvus. © Jacek Ruzyczka - CC BY-SA 4.0

Nuage orageux à Garajau, Madère. © Don Amaro, CC by-sa 2.0

Un cumulonimbus isolé a la forme d'une énorme tour verticale surmontée d'une zone supérieure en forme d'enclume et appelée enclume, située à une altitude variant entre 6 et 18 km, parfois davantage. Les cumulonimbus sont pratiquement tous observés dans la troposphèretroposphère où la température décroît, en moyenne, jusqu'à la tropopausetropopause, sa limite supérieure.

Couches atmosphériques (en km), régions électriques et cumulonimbus typique. © Christian Bouquegneau

La tropopause et son altitude variable

D'environ 10 km aux pôles, la tropopause peut dépasser 17 km sous les tropiquestropiques. La hauteur des cumulonimbus est liée à l'altitude de la tropopause, fonction de la température. Elle varie avec la latitudelatitude et diffère selon les saisonssaisons ; elle atteint 17 km sous les tropiques ; toutefois, dans les régions tempérées, à des latitudes moyennes, de 12 km l'été, elle décroît jusqu'à 6 km l'hiverhiver. La base d'un cumulonimbus, quasi horizontale est située généralement entre 1 et 2 km du sol ; cette partie du nuage occupe une surface de quelque 10 km de diamètre.

Répartition des charges électriques dans un cumulonimbus isolé (tripôle). ©. Christian Bouquegneau

Dans la phase de maturité du cumulonimbus, un certain équilibre électrique (tripôle) s'établit entre l'énorme charge électrique positive, de 10 à 50 C (coulombscoulombs), voire jusqu'à 300 C, assez diffuse de sa partie supérieure, et la charge électrique négative, tout aussi énorme, relativement concentrée verticalement (sur 1 km environ) dans sa partie médiane et séparée de la charge positive supérieure par une zone quasi neutre, ainsi que sous forme d'une petite poche positive, de l'ordre de 10 % de la charge positive supérieure (souvent comprise entre 1 et 5 C, parfois davantage), qui se maintient dans la partie inférieure du nuage en dessous de l'isotherme de 0 °C.