Effet Bergeron

[marion]

Bonjour, j'essaie de comprendre l'effet bergeron. Mais je ne comprends pas le mécanisme déclencheur.

C'est à dire : pourquoi la pression de vapeur saturante au dessus de la glace est inférieure à celle de l'eau en surfusion ? ou pourquoi psat_Liquide>psat_Glace ? Merci pour votre aide!

Marion

[Cers]

Bonjour. Le mécanisme déclencheur de l'effet Bergeron, c'est effectivement cette différence entre pression de vapeur saturante par rapport à la glace et pression de vapeur saturante par rapport à l'eau liquide. Ainsi, à une température donnée la tension de vapeur saturante par rapport à la glace est toujours inférieure à la tension de vapeur saturante par rapport à l'eau liquide. Sur le diagramme de phase de l'eau (pression-température), chaque courbe représente l'équilibre entre deux phases ; dans notre cas, il s'agit d'étudier la courbe de vaporisation (équilibre vapeur-liquide) et la courbe de sublimation (équilibre vapeur-glace), l'une par rapport à l'autre: la première est toujours située au-dessus de la seconde et l'écart entre les deux courbes est maximum vers -12 °C (c'est aussi à cette température que l'effet Bergeron est le plus efficace).Les trois courbes du diagramme se coupent en un unique point qu'on appelle le point triple, équilibre entre les trois phases de l'eau: il se situe pour l'eau à 6,1 hPa et 0,01 °C.

Maintenant, il faut bien saisir une chose: la courbe de vaporisation en théorie, décrivant l'équilibre eau-vapeur sur une surface plane et infinie, n'existe qu'à température au-dessus du point triple (> 0,01 °C), (de même que la courbe de sublimation existe seulement à des températures inférieures à 0,01°C). Mais, dans la nature, il n'est pas toujours aisé de rencontré une surface idéalement plane infinie, même les particules (aérosols) ont un rayon de courbure plus ou moins grand. C'est pour cette raison que l'on doit prolonger la courbe de vaporisation aux températures négatives: une particule d'air sursaturée par rapport à la glace peut dans certaines conditions, si elle est saturée par rapport à l'eau liquide, contenir des microgouttelettes d'eau à température très basse (du moins, tant que la température est supérieure à -40 °C, lorsque la condensation solide homogène est impossible). On parle de surfusion. Cependant, cet état est métastable, c'est à dire thermodynamiquement instable, ce n'est pas "l'équilibre naturel" en quelque sorte. De ce fait, si des particules atmosphériques demeurent un temps dans cet état de surfusion (donc eau liquide à température négative, ce qui est très fréquent) mais que les conditions viennent à se réunir pour former la condensation solide pour quelques particules saturées (par exemple, présence de noyaux glaçogènes efficaces), il y a alors coexistence de gouttelettes d'eau (liquides) et de cristaux de glace au sein du nuage. C'est à ce stade qu'intervient le mécanisme de Bergeron. Une particule qui contient des gouttelettes est saturée par rapport à l'eau liquide, donc à fortiori sursaturée par rapport à la glace puisque la courbe de sublimation est au-dessous de la courbe de vaporisation. Il va de soi que, l'état "naturel" à température négative étant la glace, les gouttelettes d'eau vont (au moins partiellement) s'évaporer; l'air étant déjà saturé et la tension de vapeur de l'air à peu près constante, cet excédent de vapeur aussitôt se condense sur les quelques cristaux de glace déjà existants (il s'agit de condensation solide attention, donc dépôt de glace). C'est donc par ce transfert que les cristaux de glace peuvent grossir au dépend des gouttelettes d'eau qui, elles, s'évaporent.

Cordialement. Adrien.