Orage supercellulaire

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Cumulonimbus associé à un orage supercellulaire

L’orage supercellulaire est un type particulier d'orage qui est associé avec des phénomènes violents comme les tornades et la grosse grêle. Il se caractérise par une énergie potentielle de convection disponible élevée (plus de 1 500 J/kg), par un courant ascendant permettant une très large extension verticale (jusqu'à plus de 15 km) et par un changement des vents avec l'altitude dont la direction tourne. Le tout amène un renforcement du mouvement vertical sous le courant ascendant et l'effet de la synchronisation entre le front de rafales descendantes et le courant ascendant est perceptible[1]. Plus l'énergie potentielle de convection disponible sera importante, plus le sommet du nuage d'orage sera élevé et plus intenses seront les phénomènes. Des valeurs extrêmes d'énergie potentielle de convection disponible de 6 000 J/kg ont été mesurées lors des tornades de l'Oklahoma du 3 mai 1999 qui ravagèrent la banlieue sud d'Oklahoma City. En règle générale, les orages supercellulaires se trouvent dans le secteur chaud d'un système dépressionnaire et se déplacent généralement en direction du nord-est, avec le front froid associé à la perturbation.

Description[modifier | modifier le code]

Orage supercellulaire typique[modifier | modifier le code]

Vue conceptuelle d'un supercellulaire

Les supercellulaires sont des cellules orageuses indépendantes en équilibre stable entre le courant ascendant et les courants descendants dans le nuage, ce qui leur permet de vivre très longtemps[2]. Elles peuvent produire de la grosse grêle, des vents destructeurs et des pluies torrentielles[1]. De plus, si un cisaillement horizontal du vent en surface est transformé en tourbillon vertical par le courant ascendant, ces supercellules peuvent produire des tornades si la rotation est accentuée par le courant descendant[1].

Sur l'image de droite, une représentation d'un tel cumulonimbus comprend[3],[1] :

  • Une enclume à la tropopause — laquelle est une barrière au développement vertical du nuage. Elle s'étend loin de la cellule originale poussée par des vents horizontaux très forts.
  • Un sommet en dôme stratosphérique, dit sommet protubérant, qui dépasse l'enclume là où le courant ascendant se trouve et indique qu'il est assez fort pour vaincre l'inversion de température à la tropopause.
  • Des mammatus sous l'enclume, des protubérances nuageuses formées par l'air froid d'altitude descendant par poussée négative d'Archimède dans le nuage. Ils sont signe d'instabilité.
  • Dans le flanc arrière droit, derrière les précipitations, une tornade sous le nuage-mur (Wall-cloud).
  • Une ligne de flanc formée de petits cumulonimbus ou cumulus congestus engendrés par l'ascension de l'air chaud aspiré par l'ascendance principale. Des trombes terrestres le long du front de rafales peuvent se former. Elles sont dues à un phénomène de convergence.
Coupe verticale d'un orage supercellulaire, vu par radar, qui montre la structure en voûte
Circulation de l'air dans un orage supercellulaire

Du point de vue radar, il est possible de remarquer une voûte sans échos (dite voûte d'échos faibles) dans une coupe verticale (image de gauche), là où le fort courant ascendant permet à l'humidité des parcelles d'air en convection de ne se condenser qu'à très haut niveau.

Ceci donne sur une coupe horizontale (PPI ou CAPPI) une forme à bas niveau d'écho en crochet à l'image radar et un fort gradient de réflectivité près du crochet. Du point de vue circulation de l'air, les zones en bleu sur la figure de droite montrent où l'air descend dans ce type de nuage donnant des rafales au sol, les courants descendants de flanc avant et arrière. Dans le flanc arrière, le courant descendant entre en interaction avec le courant ascendant (vert et rouge) et c'est à cet endroit que mésocyclones et tornades peuvent se produire.

Des expériences ont également montré que la densité de coups de foudre à l'intérieur d'un orage supercellulaire donne un trou de foudre dans le courant ascendant et la voûte d'échos faibles[4].

Types[modifier | modifier le code]

Vue idéalisée d'un supercellulaire à faible précipitation
Photo d'un orage supercellulaire à forte précipitation

Il existe quatre types d'orages supercellaires, classés selon leur intensité de précipitation ou leur extension verticale[5] :

  • Supercellule classique : c'est la forme la plus typique d'une supercellule décrite précédemment.
  • Mini-supercellule (LT pour Low Topped en anglais) :
caractérisée par une hauteur de tropopause plus faible et généralement une EPCD (Énergie Potentielle Convective Disponible) plus modérée. Elles se produisent en général dans des conditions atmosphériques plus froides comme au printemps et à l'automne. Le cisaillement et la présence d'un mésocyclone sont par contre bien présents car le cisaillement des vents est alors plus important. Elles sont aussi appelées micro-supercellules.
  • Supercellule à faible précipitation (LP en anglais pour Low Precipitation) :
caractéristique des endroits plus secs comme les Prairies canadiennes et les Grandes Plaines américaines, elles ont une base très haute au-dessus du sol et une grande extension verticale mais leur dimension horizontale est faible. Le taux de précipitation vu au radar, dans le nuage et sous celui-ci, est peu élevé et il est souvent difficile d'y voir une rotation. Toutefois, il peut se produire une chute de gros grêlons qui engendrent peu d'échos radar. La colonne de pluie est séparée de la zone en rotation et de celle de grêle. Ces cellules orageuses peuvent donner tous les éléments violents mentionnés antérieurement mais le plus probable est la grêle.
  • Supercellule à forte précipitation (HP pour High Precipitation en anglais) :
elles se forment dans un environnement riche en humidité. Elles sont plus étendues horizontalement, leur base est le plus souvent obscurcie par la pluie et les zones de pluie, grêle et de rotation ne sont souvent pas distingués. Ils donnent surtout des pluies torrentielles, des rafales descendantes et des tornades faibles à modérées, mais sont très dangereuses car les tornades sont dans une supercellule HP noyées dans le cœur des précipitations, ce qui rend la tornade presque invisible. La grêle y est moins probable.

Continuité avec d'autres types d'orages[modifier | modifier le code]

  • Tous les orages violents ne sont pas supercellulaires et il est possible que des orages multicellulaires soient eux-aussi à l'origine de phénomènes violents. En fait, il existe un continuum entre les orages multicellulaires violents et les orages supercellulaires proprement dits. Dans un orage supercellulaire, les petits cumulonimbus associés à la ligne de flanc ne se développent pas pleinement tandis que pour un orage multicellulaire, ces cumulonimbus secondaires vont remplacer les cellules principales de l'orage. Ainsi, un orage multicellulaire pourra engendrer des cumulonimbus provoquant des tornades le long d'une ligne de flanc distante jusqu'à 35 km du noyau principal[6].
  • Réciproquement, un orage supercellulaire peut se transformer en derecho ou se situer à l'avant de celui-ci[7],[8]. Ainsi, le 28 juillet 1986, des orages supercellulaires isolés se formèrent au Dakota du sud. Ils produisirent de la grêle et des tornades. L'orage supercellulaire qui se déplaçait en direction du sud-sud-est à travers le sud-ouest du Minnesota prit la forme d'une grain en arc lorsqu'il traversa l'Iowa. Cet grain en arc se transforma finalement en derecho lorsqu'il accéléra en direction du sud-est. Des vents linéaires de 160 km/h furent enregistrés. Ce derecho se dissipa finalement aux environs de Saint Louis.

Conditions pour la formation de supercellules[modifier | modifier le code]

Conditions aérologiques[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Prévision des orages violents.

Les supercellules vont se former lorsque le nombre global de Richardson est compris entre 10 et 50[9]. Si le cisaillement est trop fort, les cumulonimbus vont être dispersés, si le cisaillement est faible les précipitations vont retomber dans le courant ascendant. Dans ces conditions des orages multicellulaires vont se former.

Climatologie[modifier | modifier le code]

Les orages supercellulaires peuvent se produire n'importe où dans le monde lorsque les conditions météorologiques sont adéquates. Le premier orage à être identifié comme supercellulaire est l'orage qui s'est abattu sur Wokingham en Angleterre. Il a été étudié par Keith Browning et Frank Ludlam en 1962[10]. Browning fit le travail initial qui fut suivi par Lemon et Doswell pour élaborer le modèle conceptuel moderne de l'orage supercellulaire[11] Dans la mesure des données disponibles, les orages supercellulaires sont les plus fréquents dans la zone des Grandes Plaines des États-Unis et du sud du Canada. Cette zone s'étend jusqu'au nord du Mexique et au sud-est des États-Unis. On retrouve aussi de nombreux orages supercellulaires dans le centre-est de l'Argentine, en Uruguay, au Bengladesh, dans certaines parties de l'Inde orientale, en Afrique du Sud , et en Australie[12]. Ils peuvent aussi parfois survenir dans nombreuses régions aux latitudes moyennes, en particulier dans l'est de la Chine et dans toute l'Europe. Les régions où les occurrences d'orages supercellulaires sont les plus élevées sont les mêmes régions où les occurrences de tornades sont les plus élevées.

Exemples[modifier | modifier le code]

Asie[modifier | modifier le code]

Certains rapports suggèrent que le déluge de Maharashtra le 26 juillet 2005 à Bombay en Inde a été causé par un cumulonimbus supercellulaire de 15 km d'épaisseur. Ce jour-là 944 mm de pluie se sont abattus sur la ville, dont 700 mm sont tombés en seulement quatre heures. Les précipitations ont coïncidé avec une marée haute, ce qui a exacerbé l'ampleur des inondations[13].

Australie[modifier | modifier le code]

Le 14 avril 1999, une violente tempête plus tard classée comme un orage supercellulaire a frappé la côte est de la Nouvelle-Galles du Sud. On estime que la tempête a déversé 500 000 tonnes de grêlons pendant son cours. À l'époque, c'était la catastrophe la plus coûteuse de l'histoire des assurances en Australie, provoquant approximativement 2,3 milliards de dollars de dommages, résultant en 1,7 milliards de dollars qui durent être payés par les compagnies d'assurances.

Le 27 février 2007, un orage supercellulaire frappa Canberra où la couche de grêle atteignit 1 mètre. La couche fut si épaisse que le toit d'un centre commercial nouvellement construit s'est effondré, les oiseaux ont été tués par la grêle produite par le cumulonimbus supercellulaire et les gens furent bloqués. Le jour suivant, de nombreux foyers à Canberra furent inondés soit à cause de l'impossibilité d'évacuer rapidement les eaux pluviales ou à cause des coulées de boue[14]

Le 6 mars 2010, des orages supercellulaires ont frappé Melbourne. Les orages ont causé des inondations soudaines dans le centre de la ville et des grêlons de la taille d'une balle de tennis (de l'ordre de 10 cm) ont frappé voitures et bâtiments, causant plus de 220 millions de dollars de dégâts. 40 000 sinistres furent déclarés aux compagnies d'assurances. En seulement 18 minutes, 19 mm de pluie se sont abattus provoquant la pagaille dans les rues. Les trains, les avions et les voitures furent bloqués[15].

Ce même mois, le 22 mars 2010, un orage supercellulaire frappa Perth. Cet orage fut l'un des pires de l'histoire de la ville, où des grêlons de 6 cm de diamètre et des pluies torrentielles s'abattirent sur la ville. Ces précipitations durèrent 47 minutes seulement et la hauteur de ces précipitations correspond à la quantité totale moyenne des précipitations au cours d'un mois de mars. Les grêlons ont causé des dommages matériels importants, des voitures ont été bosselées et des vitres ont été brisées[16]. L'orage lui-même causa plus de 100 millions de dollars de dommages[17].

Europe[modifier | modifier le code]

En 2009, dans la nuit du lundi 25 mai, un orage supercellulaire se forma au-dessus de la Belgique. Il a été décrit par le météorologue belge Frank Deboosere comme «l'un des pires orages de ces dernières années» et a causé beaucoup de dégâts en Belgique – principalement dans les provinces de Flandre orientale (autour de Gand), dans le Brabant flamand (autour de Bruxelles) et à Anvers. L'orage se produisit entre 1 heure et 4 heures du matin. Un nombre incroyable de 30 000 éclairs ont été enregistrés en 2 heures dont 10 000 coups de foudre au sol. Des grêlons jusqu'à 6 cm de diamètre ont été observés dans certains endroits et des rafales de vent de plus de 90 km/h ont été enregistrées. À Melle près de Gand, une rafale de 101 km/h fut enregistrée. Des arbres ont été déracinés et soufflés sur plusieurs autoroutes. À Lillo (à l'est d'Anvers) un train de marchandises a été projeté hors de la voie ferrée[18],[19].

Le 18 août 2011, le festival de rock Pukkelpop à Kiewit, a été frappé par une supercellule associée à un mésocyclone autour de 18h15. Des vents de force tornadique furent signalés, des arbres de plus de 30 cm de diamètre furent déracinés et des tentes furent arrachées. De la grosse grêle a ravagé la zone. Cinq personnes auraient trouvé la mort et plus de 140 personnes furent blessées. Une personne supplémentaire décéda une semaine plus tard. L'événement fut suspendu. Les bus et les trains furent mobilisés pour ramener les spectateurs à leur domicile.

Dans la matinée du 17 juin 2013, un violent orage s'abattit sur Paris où suivant les témoignages, il faisait nuit à 10:50 du matin[20]. L'événement n'a duré qu'une dizaine de minutes et le soleil est réapparu dans l'après-midi. Ce système orageux a rapidement balayé le quart nord-ouest de la France et a localement engendré des chutes de grosse grêle. D'après le groupe Keraunos,[21] un système organisé d'orages supercellulaires s'est abattu sur l'Île de France. Les photos prises montrent la présence d'arcus et les cumulonimbus ont une forme circulaire typique de supercellules. De plus, l'énergie potentielle de convection disponible (EPCD) était de 4 000 Joules/kg et l'indice de soulèvement (LI) était de -12 K ajoutés à un très fort cisaillement des vents en altitude. De plus, au sommet du cumulonimbus, la température était de -70 ⁰C. Toutes les conditions étaient donc réunies pour qu'un événement extrême se produisit[21].

Amérique du Nord[modifier | modifier le code]

Orage violent en formation en Pensylvanie

La Tornado Alley est une région des États-Unis, où beaucoup de phénomènes météorologiques violents comme des tornades se produisent. Les orages supercellulaires peut frapper à n'importe quel moment entre mars et novembre, ils se produisent le plus souvent au printemps. De nombreuses alertes aux tornades sont émises au printemps et en été.

Gainesville, en Géorgie fut le site de la séquence de tornades de 1936 qui fut la cinquième série la plus meurtrière de l'histoire des États-Unis. Gainesville fut dévastée et 203 personnes trouvèrent la mort[22].

Le 3 juin 1980, une série de 7 tornades frappa Grand Island, Nebraska tuant 5 personnes et en blessant 200.

La tornade d'Elie au Manitoba le 22 juin 2007 est la première tornade de force F5, maximum de l’échelle de Fujita, jamais rapportée au Canada[23]. Cette tornade est aussi l'une des plus puissantes concernant l'Amérique du Nord entre 1999 et 2007, seulement un autre F5 ayant été rapportée durant cette période. Elle toucha le sol pendant environ 35 minutes et parcouru une distance d'environ 5,5 kilomètres le long d’un corridor de 300 mètres de large. Plusieurs maisons furent rasées mais personne n'a été blessé ou tué par la tornade[23].

Le 3 mai 1999, une série massive de 66 tornades frappa la région d'Oklahoma City dont une tornade de force F5. Dans toute la région (Oklahoma, Kansas et Texas), 141 tornades ont été recensées.

En mai 2013, une série de tornades provoqua des dégâts importants dans la région d'Oklahoma City. La première vague de tornades se produisit du 18 au 21 mai. Une des tornades de force F5 appelée tornade de Moore fut initialement repérée à Newcastle, traversa Oklahoma City et toucha le sol pendent 39 minutes. Elle frappa la région de Moore qui est densément peuplée. Le vent atteignit la vitesse de 190 nœuds soit 340 km/h. Le bilan s'élève à 23 morts et 377 blessés. 61 tornades supplémentaires ont été officiellement recensées et leur nombre total pourrait s'élever à 95. Dans la nuit du 31 mai, 9 personnes supplémentaires ont été tuées par une nouvelle série de tornades dans la région.

Afrique du sud[modifier | modifier le code]

L'Afrique du Sud est témoin plusieurs fois par an d'orages supercellulaires associés à des tornades isolées. Le plus souvent, ces tornades se produisent dans des régions agricoles causant peu de dommages matériels et donc un grand nombre de tornades se produisant en Afrique du Sud ne sont pas signalées. La majorité des orages supercellulaires se développent dans les parties centrales, dans le nord et le nord est du pays. Le Free State, Gauteng, KwaZulu-Natal sont généralement les provinces où ces orages sont les plus courants. Toutefois, la présence d'orages supercellulaires n'est pas limitée à ces provinces. À l'occasion, la grêle atteint une taille supérieure à la taille d'une balle de golf, et les tornades, bien que rares, se produisent également.

Le 6 mai 2009, un écho en crochet nettement défini a été identifié par les radars locaux sud-africains. L'imagerie satellitaire a démontré la présence d'un gros orage supercellulaire. Dans cette zone, des fortes pluies, des vents violents et de la grosse grêle ont été rapportés[24].

Le dimanche 2 octobre 2011, 2 tornades dévastatrices ont frappé deux régions distinctes de l'Afrique du Sud le même jour, à quelques heures d'intervalle. La première, classée F2, frappa Meqheleng près de Ficksburg, Free State. Elle dévasta des cabanes et des maisons, déracina des arbres et tuèrent un jeune enfant. La seconde frappa Duduza, près de Nigel dans la province de Gauteng, également classés comme F2. Cette tornade a dévasté une partie complète de l'agglomération et tua deux enfants, en détruisant des cabanes et des bidonvilles[25].

Vol à voile et aviation[modifier | modifier le code]

D'une part, les courants ascendants à l'intérieur d'un cumulonimbus associé à un orage supercellulaire peuvent atteindre 45 m/s (soit 90 nœuds) ce qui correspond à la vitesse du vent associé à un cyclone tropical de faible intensité. De plus les turbulences à l'intérieur du nuage peuvent être extrêmes et briser un aéronef. Il est donc extrêmement dangereux de voler à l'intérieur d'un tel monstre.

D'autre part, les rafales descendantes dans la zone de précipitations peuvent être extrêmement violentes et empêcher tout atterrissage d'aéronef. Il est donc fortement recommandé par les autorités réglementaires, comme la FAA américaine, de s'éloigner dès que possible de la zone sans précipitation et d'atterrir le plus loin possible de l'orage. Ainsi, la FAA recommande que les aéronefs ne devraient pas s'approcher à moins de 20 milles (37 km) des orages violents.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a, b, c et d (en) Bureau de Louiseville du National Weather Service, « Structure et dynamique des supercellulaires », NOAA (consulté le 29 février 2008)
  2. [PDF] (en) National Weather Service, « Article sur les caractéristiques des supercellulaires », NOAA (consulté le 29 février 2008)
  3. (fr) « Cumulonimbus », Glossaire de la météorologie, Météo-France,‎ 2009 (consulté le 11 août 2009)
  4. (en) Paul Krehbiel, William Rison, Ronald Thomas, Timothy Hamlin, Jeremiah Harlin, Mark Stanley, Michael Jones, Jarrod Lombardo et Demian Shown, « Tornadic Storm of June 29, 2000 », Lightning Mapping Observations during STEPS 2000, New Mexico Tech University,‎ 26 juillet 2000 (consulté le 7 février 2008)
  5. (en) « Types of Thunderstorms », JetSteam, National Weather Service,‎ 18 avril 2011 (consulté le 8 mai 2012)
  6. (en)William Cotton, « Modèles conceptuels des cumulonimbus »,‎ 31 août 2001 (consulté le 10 mai 2012)
  7. (en) « The Supercell Transition Derecho », Derecho Facts, sur Storm Prediction Center (SPC) (consulté le 13 mai 2012)
  8. (en) Robert H. Johns et P.W. Leftwich, Jr, « The severe thunderstorm outbreak of July 28-29, 1986: A case exhibiting both isolated supercells and a derecho producing convective system. », Preprints, 15th Conf. on Severe Local Storms, Baltimore, MD, American Meteorological Society,‎ 1988
  9. Sylvie Malardel, Fondamentaux de météorologie, deuxième édition, Cépaduès, 711 p. (ISBN 978.2.85428.851.3), p. 513
  10. (en) K.A. Browning, « Airflow in Convective Storms », Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, vol. 88, no 376,‎ Apr 1962, p. 117–35 (DOI 10.1002/qj.49708837602, lire en ligne)
  11. (en) Leslie R. Lemon, « Severe Thunderstorm Evolution and Mesocyclone Structure as Related to Tornadogenesis », Mon. Wea. Rev., vol. 107, no 9,‎ Sep 1979, p. 1184–97 (DOI <1184:STEAMS>2.0.CO;2 10.1175/1520-0493(1979)107<1184:STEAMS>2.0.CO;2, lire en ligne)
  12. (en) « Thunderstorm in Victoria 06 Mar 2010 », Bom.gov.au,‎ 6 mars 2010 (consulté le 11 mars 2012)
  13. (en)"Maharashtra monsoon 'kills 200' ", BBC News, July 27, 2005
  14. (en) « Record Stormy February in Canberra », sur Bureau of Meteorology (consulté le 6 mars 2010)
  15. (en) « Severe Thunderstorms in Melbourne 6 mars 2010 », sur Bureau of Meteorology (consulté le 6 mars 2010)
  16. (en) « Perth reeling from freak storm », ABC Online,‎ 23 mars 2010 (consulté le 27 mars 2010)
  17. (en) Saminather Nichola, « Perth Storms Lead to A$70 Mln of Insurance Claims in 24 Hours », Bloomberg L.P.,‎ 23 mars 2010 (consulté le 27 mars 2010)
  18. (nl) kh, « Goederentrein van de sporen geblazen in Lillo », De Morgen, Belga,‎ 2009-05-26 (lire en ligne)
  19. (nl) Karim Hamid et Jurgen Buelens, « De uitzonderlijke onweerssituatie van 25-26 mei 2009 », Meteorologica, Nederlandse Vereniging van BeroepsMeteorologen, vol. 18, no 3,‎ septembre 2009, p. 4–10 (lire en ligne)
  20. Michel Albergantini, « Pourquoi fait-il nuit en plein jour à Paris? » (consulté le 19 septembre 2013)
  21. a et b Observatoire Français des Tornades et des Orages Violents (Keraunos), « Épisode orageux sévère du 16 au 20 juin 2013 » (consulté le 19 septembre 2013)
  22. NOAA Storm Prediction Center
  23. a et b Service météorologique du Canada, « La Tornade à Elie est reclassifiée à la plus haute cote sur l'échelle des dommages - La première tornade F5 officielle du Canada », Communiqué de presse, Environnement Canada,‎ 18 septembre 2007 (consulté le 23 août 2010)
  24. Storm Chasing South Africa - 6 May Supercell
  25. 113 hurt in Duduza tornado

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • J.V. Iribarne et W.L. Godson, Atmospheric Thermodynamics, publié par D. Reidel Publishing Company, Dordrecht, Pays-Bas, 1973, 222 pages
  • M K Yau et R.R. Rogers, Short Course in Cloud Physics, Third Edition, publié par Butterworth-Heinemann, 1er janvier, 1989, 304 pages. EAN 9780750632157 ISBN 0-7506-3215-1

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]