Gel (phénomène météorologique)

Le gel est un événement météorologique dont l'extension sur une région donnée et à une époque déterminée de l'année a trois causes possibles[1] :

• Advection d'air froid : se produisant en hiver, une masse d'air sous le point de congélation envahit la région. Ce gel d'advection donne la gelée noire lorsque la végétation que le vent endommage prend un aspect noirci ;
• Rayonnement : fréquent surtout au printemps et en automne, il est lié au refroidissement du sol qui se produit par ciel dégagé et vents calmes ou faibles la nuit. Le gel de rayonnement est grand producteur de gelée blanche alors que la vapeur d'eau contenue dans l'air se dépose sur les objets ;
• Évaporation : l'eau d'un sol humide surmonté d'un air relativement sec s'évapore dans ce dernier. Cette transformation nécessite de l'énergie qui sera fournie par l'air sec et ce dernier se refroidira.

Fontaine gelée sur le front de la Première Guerre mondiale, dessin de François Flameng, L'Illustration, 12 octobre 1918.

En climatologie, un jour de gel désigne une journée dont la température minimale est en dessous de 0 degrés Celsius (32 °F)[2] - [3].

Le « nombre de jours de gel » par an est l'un des indicateurs climatiques et du changement climatique, utilisé dans les pays ou régions où il fait assez froid pour faire geler l'eau en hiver (ou en altitude). L’évolution du nombre de jours de gel en France métropolitaine est ainsi suivi depuis le début des années 1950 ; dans ce pays, quelques régions ne connaissent que très peu de jours de gel par an en moyenne, c'est le cas notamment des régions côtières (Manche, Atlantique, Méditerranée), alors que d'autres connaissent plus de 100 jours de gel par an en moyenne, c'est le cas des massifs montagneux[4].

Une journée sans dégel, dit aussi jour de glace, est une journée durant laquelle la température maximale reste inférieure ou égale à 0 °C, c'est-à-dire où le gel persiste (au moins) la journée entière[9]. À l'intérieur de l'Antarctique, la température n'est jamais au-dessus du point de congélation et donc l'année entière est sans dégel, seules les régions côtières sont parfois en dégel lors de l'été austral. Dans les zones arctiques et alpines, les jours correspondants à cette définition s'étendent sur plusieurs mois d'un long hiver avec de rares courtes périodes de dégel. Plus on s'approche de l'équateur et des océans non gelés moins les jours sans dégel sont courants.

La rivière Zanskar en Jammu-et-Cachemire (Inde) est utilisée comme piste quand elle est gelée.

La formation de glace sur un cours d'eau, d'abord sous forme de frasil puis de couverture de glace continue, peut avoir de graves conséquences : elle paralyse le transport fluvial et a aussi des effets importants sur les populations de poissons. S'il se produit un redoux, on peut assister au fractionnement de la couche de glace lors du dégel et des blocs de différents formats dérivent alors avec le courant. Ils forment des amas en aval lorsqu'ils rencontrent un obstacle pour former une embâcle[12] - [13].

Une telle situation peut endommager les ponts, les barrages hydroélectriques et autres installations riveraines. Dans des régions froides comme le nord du Canada, l'embâcle se limite généralement à une étendue assez faible, de quelques dizaines de kilomètres, mais ses conséquences peuvent se faire sentir sur des centaines de kilomètres par des inondations et des blocs de glace à la dérive lors de la débâcle[12].

Cependant, le gel peut favoriser le transport terrestre et l'accès à certaines communautés reculées en l'absence de routes carrossables[12]. En géologie, l'englacement et les embâcles entraînent aussi un surcreusement du lit du cours d'eau[13].

Parmi les enjeux liés à la prévision, la maitrise ou la connaissance du phénomène figurent :

Enjeux de sécurité

Le gel va permettre l'accumulation de verglas en cas de pluie ce qui est source d'accident.

Enjeux pour les infrastructures

Certaines routes sont "hors-gel" et d'autres non, les réseaux électriques et lignes à haute-tension peuvent être dégradées par les stalactites et amas de glaces qui peuvent s'y accrocher dans certaines circonstances météorologiques.

Enjeux environnementaux

Un gel brutal ou des gelées anormalement précoces ou tardives peuvent tuer un grand nombre de plantes, arbres et animaux, et contribuer à des crues de fontes des neiges suivies de sécheresses estivales et une modification du régime des eaux préjudiciable à certaines espèces aquatiques[14]. Des techniques de minimisation des effets du gel de radiation et d'évaporation sur les plantes existent et reposent sur la pose de brise-vent en amont d'un champ et la diminution active des pertes de chaleur dans le voisinage immédiat des cultures (écrans en couverture, aspersion et brouillards artificiels, chauffage localisé, brassage vers le sol de l'air situé dans la couche d'inversion de température, etc.)[2].

Enjeux de transport

Le gel peut aussi jouer un rôle utilitaire et permettre à des véhicules de rouler sur des sols forestier sans trop les endommager (ainsi au Canada est-il depuis 1981 interdit d'utiliser une catégorie de pistes forestières administrativement nommées « chemins sans mise en forme » et autrefois dites « chemins d'hiver » ou « chemins temporaires » [15] si le sol n'est pas gelé au moins sur 35 cm, ceci afin de protéger les sols humides ou limoneux particulièrement vulnérables au tassement et à l'érosion[16] ;

Enjeux d'aménagement dans les zones de pergélisol

Si le pergélisol fond, les routes, piste atterrissage[17], voies ferrées, remblais posés sur le pergélisol[18] ou déblais creusés dans ce même pergélisol et habitations construites sans fondations peuvent rapidement et dangereusement se dégrader, principalement en Sibérie ou dans le Nunavik (où dans la perspective du dérèglement climatique le pergélisol fait l'objet d'un suivi et de cartographies[19]), ainsi que dans les alpes[20].

Le point de givrage de l'air est la température à laquelle, tout en gardant inchangées les conditions barométriques courantes, l'air devient saturé de vapeur d'eau par rapport à la glace (humidité relative de 100 %). Il est donc l'équivalent du point de rosée pour la condensation de la vapeur d'eau directement en cristaux de glace, et non en micro-gouttelettes, lors de conditions de gel. C'est le phénomène de déposition, qui survient lorsque le point de givre est atteint, qui créé la gelée blanche et le brouillard glacé[21].

Le givre, un autre sens de gelée, est une vapeur d'eau qui se dépose sous forme solide sur une surface plus froide que l'air ambiant et dont la température est inférieure au point de congélation. On parle de gel meurtrier lorsque la gelée peut mettre fin à la croissance des plantes.

Le dégel est l'inverse du gel, soit une augmentation de la température au-dessus du point de congélation.

• Seuil du gel