Les manuels de météorologie nous enseignent que les particules de glace d’eau constituant les nuages se forment soit par solidification de gouttelettes, soit par « nucléation hétérogène » en condensant la vapeur d’eau sur des noyaux préexistants, par exemple des poussières. Bien que la formation de nuages de glace directement à partir des molécules d’eau par « nucléation homogène » (sans particules préexistantes) soit théoriquement possible, elle est généralement considérée comme non viable dans la nature car elle nécessite des niveaux d’humidité extrêmement élevés, très au-delà du point de condensation.

Une étude menée par des chercheuses et chercheurs du Laboratoire de Météorologie Dynamique (LMD-IPSL, CNRS/Sorbonne Université/École polytechnique/ENS Paris) et du Laboratoire Atmosphères, Observations Spatiales (LATMOS-IPSL, CNRS/Sorbonne Université/UVSQ Université Paris-Saclay) de l’Institut Pierre Simon Laplace a révélé que les étonnantes caractéristiques d’un long nuage de glace d’eau martien étendu sur presque 2000 km ne pouvaient s’expliquer que par la nucléation homogène.

Le long nuage en aval du Volcan Arsia Mons sur Mars, explicable par un processus de condensation directe des molécules d’eau sans noyau préexistants, jamais observé jusqu’à présent et considéré comme improbable sur Mars et sur Terre. © ESA / DLR / FU Berlin / A. Cowart, CC BY-SA 3.0 IGO

Ce nuage de glace d’eau singulier se forme chaque matin autour du solstice d’été austral en aval du grand volcan martien Arsia Mons. Dès sa découverte, il était clair qu’il s’agissait d’un nuage orographique, formé comme sur Terre par le refroidissement induit par la perturbation du vent par le relief. Cependant, il restait étonnant que les particules de glace ainsi formées ne se sublimaient pas une fois sortie de la perturbation, et restaient visibles sur des centaines de kilomètres. Les premières tentatives pour reproduire le phénomène dans un modèle météorologique régional de Mars, incluant les équations traditionnelles de la condensation sur les poussières, échouèrent à recréer l’énigmatique nuage allongé. Ces simulations préliminaires montrèrent cependant que le refroidissement induit par le relief était tel que la vapeur d’eau était localement et momentanément extrêmement « sursaturée ». Cette sursaturation était trop brève pour permettre à des particules de glaces d’eau de croître sur les poussières, mais théoriquement suffisante pour permettre la condensation de la vapeur d’eau sans noyau de condensation ! Ce processus de nucléation homogène directement à partir de la phase vapeur a été mis en équation et inclus dans le modèle météorologique. Un nuage allongé s’est alors formé spontanément en présentant des caractéristiques morphologiques et d’évolution temporelle analogues à celle du nuage observé.

Pour les scientifiques, ces résultats montrent que la nucléation homogène de la glace à partir de vapeur d’eau peut se produire dans une atmosphère planétaire et que les nuages allongés au-dessus du volcan Arsia Mons en sont une manifestation naturelle spectaculaire. Les manuels de météorologie vont pouvoir être complétés, et on peut s’interroger sur le rôle que pourrait jouer ce processus aujourd’hui négligé dans la formation de certains nuages sur d’autres planètes, et en particulier la Terre.

Pour en savoir plus

Référence
Jorge Hernández-Bernal, Anni Määttänen, Aymeric Spiga, François Forget. Homogeneous ice nucleation from water vapour suggested by elongated clouds on Mars. Nature Geoscience, October 7 2026. http://doi.org/10.1038/s41561-026-02089-9

Contacts

– François Forget, LMD-IPSL •
– Jorge Hernandez-Bernal, LMD-IPSL •
– Anni Määttänen, LATMOS •
– Aymeric Spiga, LMD-IPSL •