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Comment un orage se transforme-t-il en supercellule ?
Dans la première partie de cette série d'articles, nous nous sommes penchés sur la séparation des charges au sein des nuages d'orage, sur la foudre, phénomène caractéristique associé, et sur les ingrédients nécessaires à la formation d'un orage. Le présent article essaie de déterminer les types d'orages, avec quelques exemples.
Cellules isolées
Lors de la formation des orages, le vent joue un rôle important, en plus des ingrédients déjà mentionnés. L'air proche du sol, également influencé par la circulation d'un nuage d'orage, présente déjà un mouvement caractéristique. À son tour, le nuage d'orage lui-même interagit avec l'écoulement environnant de la moyenne et haute troposphère. Il peut le modifier lorsque le nuage est suffisamment gros.
Le cas le plus simple est une situation météorologique avec du vent faible à toutes les altitudes. Les ascendances et les nuages d'orage se développent alors verticalement avant de disparaître rapidement une fois les précipitations produites et le refroidissement consécutif. On parle d'une cellule individuelle. Plusieurs de celles-ci peuvent parfaitement se créer à bonne distance les unes des autres lors de leur cycle de vie plutôt limité, généralement de une à trois heures. Si la teneur en vapeur d'eau de l'air est très élevée, il peut tomber de grandes quantités de précipitations en peu de temps sur des zones très limitées (l'extension horizontale d'une cellule isolée est de l'ordre de 1 à 10 km). On parle alors d'un phénomène de crue subite (flash flood) avec, comme conséquences, une forte augmentation des rafales pendant une courte période et des inondations locales. Ces orages se forment souvent en quelques minutes. Ainsi, le temps que le météorologue l'ait détecté sur les images satellite et radar dès sa phase de croissance et qu'il puisse alerter la population, l’orage s’est déjà déclaré et il est souvent trop tard.
Cellules multiples
Si le vent augmente aux étages supérieurs de l'atmosphère, les nuages d'orage s'inclinent « vers l'aval » et sont transportés de manière « passive » par l'écoulement environnant. Ils se déplacent au cours de leur cycle de vie vers des régions où subsistent encore de l'air humide et instable et sont donc à nouveau alimentés, ce qui leur permet de se régénérer. Ainsi, leurs précipitations et le refroidissement au sol associé concernent une région plus étendue. Les nuages d'orage peuvent s'influencer mutuellement lors de leur progression, fusionner et finir par constituer des lignes s'étendant sur plusieurs centaines de kilomètres.
Dans des cas extrêmes, la chaleur latente libérée par le processus de condensation peut modifier le champ de pression synoptique de telle sorte que des systèmes de précipitations peuvent se former et qui tournent dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, semblables à des dépressions « classiques ». Ces systèmes orageux présentent une durée de vie spécialement longue, pouvant atteindre 12 à 36 heures, et peuvent toucher des régions étendues. Suivant leur degré d'organisation, on appelle ces structures constituées de plusieurs orages isolés en interaction et se régénérant constamment des orages multi-cellules (structure non-homogène, de taille modérée) ou systèmes convectifs de méso-échelle (grande taille, linéaire, parfois en rotation). Les effets de ce type d'orages au sol sont divers : ils varient de cas en cas et peuvent impliquer toute la gamme de phénomènes associés : fortes précipitations, grêle, rafales et même tornades localisées.
Supercellules
Lorsque le vent augmente fortement et change de direction avec l'altitude (cisaillement de vitesse et de direction), nous nous trouvons dans le régime de ce qu'on appelle les supercellules. Ce sont principalement des cellules isolées, qui contrairement aux cellules normales présentées plus haut, sont caractérisées par une ascendante en rotation. Ce mouvement de rotation provient du « basculement »ou « renversement » de l'air pénétrant le nuage d'orage en provenance des basses couches avec le cisaillement vertical.
Au sein du nuage, la répartition spécifique tridimensionnelle des zones d'ascendance et de subsidence favorise une circulation montante et descendante plusieurs fois renouvelée des particules précipitées. Elles ont ainsi assez de temps pour devenir des grêlons imposants de plusieurs centimètres de diamètre. Les supercellules produisent donc souvent de gros grêlons qui, en raison de la progression rapide de la cellule, se concentrent sur des corridors étroits. Mais la compréhension de la croissance des grêlons est aussi incomplète que celle de la formation de la foudre, et, en Suisse, l'expérience montre que tout fort orage de grêle n'est pas forcément une supercellule. En outre, les supercellules provoquent parfois de violentes rafales dans leurs zones de subsidence. De plus, leur structure typique d'écoulement à proximité du sol offre des conditions favorables à la formation de tornades. Là encore, on peut préciser que toute supercellule n'est pas associée à une trompe tourbillonnant vers le sol, et toute tornade n'est pas forcément associée à une supercellule. Ainsi, par définition, les trombes désormais bien connues chez nous, font partie des tornades, elles sont affectées à des catégories plus faibles que leurs cousines des grandes plaines des États-Unis. Les trombes, souvent filigranes, ne se forment que dans un environnement peu venteux, présentant une forte humidité de l'air (pour qu'il y ait condensation dans le tourbillon et que le « tuyau » soit visible) et une grande instabilité (ce qui arrive généralement chez nous en automne sur nos lacs relativement chauds). Le nuage situé au-dessus de la trombe n'est pas forcément le siège de phénomènes électriques.
Mais revenons aux supercellules : une autre caractéristique de ce type d'orage est sa durée de vie marquée. La séparation spatiale des zones d'ascendance et de subsidence ainsi que leur progression rapide permettent à ces cellules orageuses (bien que ce ne soit plus au sens primaire des « cellules » avec un seul cycle de vie ascendance-formation de précipitation- subsidence en un seul endroit, mais une structure se régénérant constamment avec de nouvelles impulsions, on continue de les appeler ainsi) de se déplacer sur de grandes distances et d'être suivies sur les écrans des radars météorologiques pendant 3 à 12 heures, et parfois même 24 heures. Elles se divisent souvent en plusieurs cellules filles, qui ne se déplacent pas passivement avec le vent moyen environnant, mais qui divergent clairement vers la gauche ou vers la droite, d'où leur appellation en anglais « right mover » et « left mover ».
Une explication assez triviale de ce phénomène peut se faire à l'aide d'une analogie footballistique, lorsque le ballon se dirige vers les cages avec un « effet », c'est-à-dire une rotation : comme pour un ballon qui tourne, il se forme un minimum de pression sur le flanc de l'ascendance en rotation de la supercellule, baignée dans l'écoulement d'air environnant. Les nouvelles impulsions des se dirigent principalement vers ce côté de l'orage, ce qui s'exprime par une composante de progression de l'ensemble de la cellule dans cette direction.
Le lecteur attentif, observateur des phénomènes météorologiques, reconnaîtra à l'avenir certainement l'un ou l'autre de ces types d'orage. Mais leur affectation à un type s'effectue cependant généralement en s'appuyant sur des images radar à haute résolution temporelle et en comparant les caractéristiques à celles des différents types d'orages. Nous vous invitons, grâce aux animations radar disponibles sur notre site web ou notre application, à suivre à la prochaine occasion votre orage en projection bidimensionnelle. Vous pourrez alors peut-être l'affecter à l'un des types d'orage à l'aide des exemples typiques que nous vous avons présentés ici.
Liens pour en savoir plus
Vous pouvez visualiser des vidéos de tornades de Dean Gill, météorologue au centre régional de Genève, sur son site web .
En 2016, une équipe de scientifiques des États-Unis, sous la direction de Leigh Orf, a réussi pour la première fois à simuler numériquement une supercellule accompagnée d'une tornade. La simulation, avec une résolution spatiale de la grille de calcul de quelques mètres, ainsi que la visualisation des champs météorologiques calculés, a demandé une énorme puissance de calcul. Lien vers la vidéo