(Gros grêlon, laissant apparaitre des bulles en transparence).

Origine

Un orage se forme dans une masse d'air chaud et humide, ben au-dessus du point de congélation, et très instable. L'air ainsi soulevé va éventuellement devenir saturé, car sa température diminue avec l'altitude selon la loi des gaz parfaits. L'excédant d'humidité forme d'abord le nuage et puis des gouttes de pluie. Les grêlons croissent lorsque les gouttes de pluie contenues dans l'orage continuent leur ascension dans le fort courant ascendant et gèlent. Pour geler les gouttes doivent être sous le point de congélation et rencontrer un noyau de congélation. Si elles n'en rencontrent pas, elles sont en surfusion et pourront le rester jusqu'à un température de -39 °C, ce qui leur permet d'atteindre de très grandes altitudes dans le nuage.

Dès qu'une goutte gèle dans les niveaux supérieurs de la troposphère (couche inférieure de l'atmosphère terrestre) où la température est inférieure à -10 °C, elle devient un noyau de congélation qui peut commencer le grêlon. La pression de vapeur de saturation de la glace étant moindre que celle de l'eau à des températures sous le point de congélation, la vapeur d'eau contenue dans l'air en ascension va donc se condenser sur les noyaux de glace plus facilement que sur les gouttes liquides. Les grêlons croissent donc plus rapidement que les gouttes de pluie dans une atmosphère humide comme celle de l'orage.

De plus, les embryons de grêle cannibalisent la vapeur d'eau des gouttes surfondues dans leur entourage. En effet, à la surface des gouttes il y a toujours un échange de vapeur d'eau avec l'air environnant et le grêlon semble attirer les molécules d'eau vers lui parce qu'il leur est plus facile de s'y recondenser que sur la goutte (voir Effet Bergeron). Finalement, les gouttes de pluie qui entrent en contact avec les grêlons, gèlent instantanément sur sa surface. Le tout permet aux grêlons de croître rapidement dans les régions du nuage à fort contenu liquide. Le taux de croissance est particulièrement important autour de -13 °C.

La formation de la grêle n'a rien à voir avec celle de la neige. Cette dernière se forme dans des nuages stratiformes à faible mouvement vertical, à des températures sous zéro degré Celsius et dans une masse d'air contenant relativement peu d'humidité. Dans ces conditions, les cristaux de glace qui se forment sont très petits, et croissent lentement pour donner des flocons. Il y a peu de gouttelettes surfondues dans ces conditions.