La taille d’une goutte d’eau dépend de la façon dont elle est formée et des différentes forces physiques qui vont s’appliquer sur elle. En altitude, les gouttes d’eau apparaissent après condensation de la vapeur d’eau au sein des nuages. Elles grossissent par coalescence, un phénomène physique au cours duquel les gouttes, entraînées par les mouvements verticaux de l’air, se percutent et s’agglomèrent les unes aux autres.
Dans les nuages de faible altitude (jusqu’à 2 000 m), comme les stratus bas qui engendrent de la bruine, les turbulences atmosphériques restent faibles, ce qui limite la coalescence. Résultat, les gouttes de pluie sont très petites, avec un diamètre de 0,2 à 0,5 millimètre.
En revanche, dans les nuages d’altitude moyenne (entre 2 000 et 5 000 m), générateurs de véritable pluie, où les turbulences sont plus amples, les gouttes ont un diamètre de 1 à 3 mm… et peuvent atteindre 6 mm, la taille maximale des gouttes dans les nuages !
AU-DELÀ DE 6 MM, ELLES EXPLOSENT
Cette taille est aussi la plus grande que puisse avoir durablement une goutte au moment de sa chute. “Et pour cause, explique Anne-Laure Biance, du Laboratoire de physique de la matière condensée et nanostructures de Lyon, lorsqu’elle tombe, la goutte, sphérique au départ grâce à la force de tension superficielle qui s’applique sur elle, est soumise à une autre puissance : la force ‘de friction’, due aux frottements avec l’air, qui la déforme.
Si une goutte dépasse 6 mm de diamètre, après agglomération par exemple de deux grosses gouttes, la force de friction devient rapidement supérieure à la force de tension superficielle.Conséquence, l’air aplatit la base de la goutte, s’y engouffre, la gonfle comme une bulle, et celle-ci explose en petits fragments de différentes tailles. S’ils sont encore trop gros, ces derniers subissent le même sort jusqu’à atteindre 6 mm.”
Sur Terre aussi, les gouttes ne peuvent pas dépasser 6 mm de diamètre : au-delà, elles sont aplaties par la gravité et deviennent une flaque. Mais dans l’espace, où il n’existe pas de gravité, les chercheurs ont pu observer des gouttes géantes… de plusieurs dizaines de centimètres !
Quant aux gouttes formées à partir d’une seringue ou d’une pipette, leur taille dépend notamment du diamètre de l’orifice de la seringue ou de la pipette. Elles peuvent alors atteindre 9 mm (c’est aussi la taille d’une goutte qui tombe d’un plafond !). Cependant, lors de leur chute, ces grosses gouttes seront déformées par le frottement de l’air, et elles aussi se fragmenteront en gouttes plus petites.
