Comment marchent les orages?Les orages
Un orage est un des phénomènes atmosphériques les plus spectaculaires.
Les orages sont des nuages au sein desquels se produisent des décharges électriques dont les manifestations les éclairs et le tonnerre. Le nuage caractéristique des orages est le cumulonimbus, reconnaissable par sa grande extension verticale et sa forte densité.
Dans tous les cas d'orage important, l'air est instable en profondeur, de la surface aux hautes altitudes. Comme préalables, il doit y avoir une l'humidité relative élevée dans les bas niveaux, un air plus sec en altitude, et très souvent un facteur important de soulèvement, tel une montagne ou un front froid.
Structure et formationUn nuage d'orage est composé de cellules à divers stades de sa formation. Au plan horizontal, la masse nuageuse peut couvrir de 30 à 500 km. Généralement, ces cellules sont reliées entre elles par d'importantes couches de nuages.
Certains orages peuvent n'être formés que d'une seule cellule, mais celle-ci ne prendra pas l'importance qu'acquiert une cellule faisant partie d'un système multicellulaire. À mesure que l'orage évolue, chaque cellule grossit et gagne une altitude supérieure à celle de la cellule précédente.
Stade cumulus
À son début, chaque orage est un cumulus. À ce stade, un courant ascendant prédomine dans toute la cellule, courant vertical qui atteint habituellement sa vitesse maximale dans sa partie supérieure, en fin d'étape. Il n'est pas rare que ce courant atteigne une vitesse de 16 m/s. À chaque niveau de ce courant, la température est supérieure à l'air environnant. Le diamètre de la cellule peut avoir de 2 à 10 km.
Stade de maturité
Lorsque le courant ascendant gagne de hautes altitudes, une abondance de cristaux de glace et de gouttelettes crée des précipitations. L'apparition des précipitations à la surface indique que l'orage a atteint sa phase de maturité. La traînée des précipitations est un des agents initiateurs du courant descendant.
Au début, ce courant descendant ne touche que les couches intermédiaires et inférieures de la cellule. Il augmente graduellement aux plans horizontal et vertical, bien qu'il n'atteigne jamais le sommet du nuage.
L'écoulement de l'air descendant qui s'étale au sol amène des changements marqués dans les conditions en surface. Au cours de cette phase, la cellule peut atteindre une altitude de 9 à 12 km et, dans certaines zones, jusqu'à 20 km.
À l'occasion, un nuage en rouleau se produit au front d'attaque de l'orage, sous l'effet de frottement des courants descendant et ascendant. Leur phase de maturité dure habituellement de 15 à 30 mn.
Stade de dissipation
Le courant descendant gagne graduellement toute la cellule, sauf la partie du sommet où le courant ascendant perdure. À ce stade, l'orage est parvenu au stade de dissipation. La pluie cesse graduellement et le sommet de la cellule s'effiloche en forme d'enclume.
L'évolution nuageuse
Au début de la journée, le ciel était pourtant bleu avec seulement quelques petits nuages. Cependant, lorsqu'il fait chaud et humide, un mouvement de convection se crée. L'air chaud et humide se refroidit en montant et la vapeur d'eau qu'il contient se condense pour former des gouttelettes d'eau ou des cristaux de glace et, par la suite, un nuage appelé cumulus humilis.
Il fait de plus en plus chaud et que le petit cumulus humilis du matin s'allonge est grossi pour former un autre nuage: le cumulus mediocris.
Ce petit nuage, qui a l'air tout à fait inoffensif, prend de l'altitude et son sommet atteint 6 000 mètres alors qu'il était à 1 000 mètres au début de la journée. Il porte maintenant le nom de cumulus congestus.
La présence du cumulus congestus est un signe de l'instabilité atmosphérique.
L'instabilité atmosphérique et la convection vont faire en sorte que le haut du nuage monte jusqu'à la tropopause, qui est située à 10 000 mètres d'altitude. À cette altitude, il n'y a plus de courants ascendants : le haut du nuage s'étire horizontalement et prend la forme d'une enclume. C'est le cumulonimbus. Trois sortes de cumulonimbus existent: Le cumulonimbus calvus, le cumulonimbus capillatus incus et le cumulonimbus avec mamatus. Le plus violents d'entre eux est le capillatus incus reconnaissable par son sommet en forme d'enclume (incus en latin).
La température à la tropopause est au-dessous de 0°C; le haut du nuage est donc composé de grêlons. Dans un cumulonimbus, les courants d'air vers le haut peuvent dépasser 100 km/h.
Le cumulonimbus peut donner différents types de précipitations. En effet, grêle, pluie, tonnerre, éclairs peuvent survenir durant les orages qui se produisent au cours de l'été. Aussi, si les courants ascendants ont atteint la tropopause, il y aura formation de mammatus sous l'enclume, ce qui annonce un temps violent et peut-être même la formation d'une tornade.
Les types d'orages
On classifie les orages selon leur processus de formation. Il y a les orages de masse d'air, et ceux associés aux fronts. Dans les 2 cas, ces orages peuvent être très destructeurs. Cependant, le déplacement d'un front, qui génère des orages, est facilement détectable par photos satellitaires ou radar. Par conséquent, il est donc plus facile de prévoir les orages frontaux que ceux des masses d'air.
Les orages de masse d'air (ou convectif)
Les orages peuvent se produire par suite du réchauffement diurne, du passage d'air froid et humide sur une surface plus chaude ou par ascendance orographique. La topographie est donc un facteur très important.
Même si une masse d'air a des propriétés de température et d'humidité relativement uniformes au plan horizontal, la topographie peut changer localement ces propriétés. Par exemple, l'air près de la surface d'un lac est plus humide qu'à l'intérieur des terres.
Le déplacement des orages dépend uniquement des vents en altitude. De fait, s'il ne vente pas, les orages resteront presque stationnaires.
Réchauffement diurne de l'air humide. Dans ces conditions, les orages se produisent l'après-midi et en début de soirée par jour chaud de printemps ou d'été. Ils ont tendance à être isolés. La nuit, lorsque le sol se refroidit, l'air se stabilise dans les couches inférieures et l'activité orageuse cesse.
Air froid et humide se déplaçant au-dessus d'une surface plus chaude. Les orages ont alors mêmes propriétés que celles décrites plus haut. Ils sont fréquents près des zones côtières lorsque les vents du large sont dominants.
Air froid et humide se déplaçant au-dessus d'une étendue d'eau plus chaude. Dans ce cas, les orages sont plus fréquents en début de matinée, d'automne ou d'hiver. Ils ne sont pas aussi importants que les orages formés au-dessus du sol, mais ils sont plus compacts.
Ascendance orographique. Des orages peuvent se produire si un écoulement instable d'air humide est soulevé par une chaîne de montagnes. Dans ce cas, ces orages s'alignent le long du côté au vent de la chaîne de montagnes, et durent aussi longtemps que l'écoulement d'air les alimente.
Un tel orage peut-être multicellulaire
Les orages frontaux
Les orages associés à front froid de perturbation forment une ligne appelée ligne de grains. Ces orages sont alimentés par le front et ont en abondance humidité, mouvements ascensionnels et instabilité. Parfois il se forme des orages auto-entretenus très violents à l'extrémité d'une ligne de grains. Appelés orages supercellulaires, ils peuvent durer plusieurs heures, car le front froid leur fournit un flux continu d'air plus froid à moyenne altitude qui augmente l'instabilité atmosphérique. Ils engendrent les vents, les averses de grêle et les tornades les plus destructeurs.
Orage multicellulaire ou supercellulaire
Orage multicellulaire
Orage formé de plusieurs cellules convectives à différents stades de leur existence. Les plus jeunes se trouvent à l'avant par rapport au déplacement, leur développement augmente vers l'intérieur de la masse nuageuse.
Orage supercellulaire
Un orage supercellulaire n'est formé que d?une seule cellule convective de très grande taille, de très forte intensité et de très longue durée de vie. A titre de comparaison, le diamètre d'une supercellulaire à maturité varie de 20 km à 50 km alors que celui des multicellulaires ne dépasse 10 km.
Cellule convective
Elément constitutif des orages, formé d'un courant ascendant et d'un courant descendant.
Le temps dans un orage
Plafond bas et mauvaise visibilité
La visibilité est souvent nulle à l'intérieur d'un nuage d'orage. Le plafond et la visibilité peuvent aussi être réduits par les précipitations dans l'espace vertical situé entre la base du nuage et le sol.
Pluie
Au début, la pluie associée à une cellule ne couvre que quelques kilomètres carrés. Lorsque l'air froid s'étale, la pluie suit le mouvement pendant un certain temps puis perd du terrain, tandis que la zone d'air froid sans pluie s'élargit. À mesure que la cellule se dissipe, la zone de pluie diminue tandis que l'air froid continue de s'étaler.
Température
La température près de la surface baisse rapidement lors du passage d'un orage dans ce secteur. L'air immédiatement sous l'orage provient du cumulonimbus, plus froid que l'air de surface.
Même si l'air du nuage se réchauffe quelque peu lors de sa descente vers la surface, ce réchauffement ne sera pas suffisant pour que sa température soit égale à celle de l'air en surface.
Par conséquent, lors du passage d'un orage, on notera dans la plupart des cas une baisse importante de la température de surface.
Pression
Au cours du stade initial de l'orage, le courant ascendant dominant produit une baisse de la pression en surface. Lorsque la cellule parvient à maturité, la sortie d'air froid cause une hausse soudaine de la pression, qui diminue une fois que la cellule est passée. Les changements de pression de surface sont fréquents et difficilement prévisibles lors du passage d'un orage.
Eclairs
L'éclair est l'élément le plus spectaculaire des décharges électriques.
Même si la foudre se produit surtout dans des secteurs où la température se situe entre 0°C et 13.4,9°C, il est fréquent que les éclairs frappent des endroits où le régime de température est bien différent. Par exemple, les éclairs générés par un nuage peuvent frapper le sol, même si celui-ci est beaucoup plus chaud que leur secteur d'origine.
Enfin, on peut dire que l'augmentation de la fréquence des éclairs est proportionnelle à l'augmentation d'intensité d'un orage. Le contraire est aussi vrai. La nuit, de fréquents éclairs sur une longue partie de l'horizon sont la manifestation d'une ligne de grains.
La grêle
Dans les cellules matures dont les courants ascendants sont d'une intensité inhabituelle, il peut y avoir de la grêle. Si la cellule s'élève en diagonale, il est possible que la grêle près de son sommet tombe dans un ciel dégagé. Elle semble alors tomber d'étages en surplomb. La grêle est plus fréquente à des altitudes d'environ 3 000 à 4 500 m
C'est probablement dans la partie supérieure des cellules venant d'atteindre leur maturité, que les possibilités de givrage sont les plus fortes. La concentration des gouttelettes diminue alors à mesure que la cellule traverse sa phase de maturité, de sorte qu'au stade de la dissipation, la partie supérieure de la cellule se compose surtout de cristaux de glace.
Vents
Au stade cumulus, un léger afflux d'air gagne la cellule puis, à mesure que le courant descendant se développe, son air froid s'étale le long de la surface. Cet air s'enfonce sous l'air chaud, de sorte qu'il crée une sorte de front froid miniature.
Ce front est appelé front de rafale. Lorsque le front d'attaque de l'air froid se manifeste par une brusque saute de vent, ce vent, surtout en surface, est accompagné de fortes rafales quelquefois destructrices.
Rafales
Les rafales sont des variations transitoires et irrégulières de la vitesse du vent, causées par de petits tourbillons insérés dans l'écoulement général de l'air. Dans un orage, elles résultent des mouvements de cisaillement.
Au sein du nuage, les rafales s'intensifient avec l'altitude jusqu'à 1 500 à 3 000 m au-dessus du sommet. En général, les rafales sont au plus faible au voisinage ou en dessous de la base du nuage.
Dans les couches inférieures, les rafales sont au plus fort lorsque le courant descendant atteint le sol, c'est-à-dire peu de temps après le début de la pluie. L'anneau de fortes rafales s'étale alors vers l'extérieur de la zone de pluie, avec une vitesse de déplacement maximale dans la direction du vent dominant.
Microrafales
Les microrafales sont d'intenses courants descendants qui se produisent à petite échelle sous un orage violent; en atteignant le sol, elles soufflent vers l'extérieur, à partir du centre de la base de l'orage. Elles sont la cause de cisaillement horizontal et vertical.
Durant la période active de la cellule, le nuage est presque entièrement parcouru par cette turbulence. Un courant ascendant prédomine durant le stade initial, alors que durant le stade terminal de l'orage, c'est le courant descendant qui est dominant.
La largeur du courant ascendant associé au développement du cumulus est habituellement inférieure à 7,5 km, bien qu'à l'occasion il puisse s'élargir jusqu'à 12 km. Durant le stade terminal, le courant ascendant est presque entièrement confiné à une altitude de 3 à 4,5 km.
Les courants descendants sont plus lents et de moindre étendue horizontale que les courants ascendants. Les courants descendants traversent la base du nuage et s'arrêtent près du sol, où l'air froid s'étale horizontalement. De la phase de maturité au stade de dissipation, le courant atteint sa vitesse maximale puis diminue d'intensité.
Sous le nuage, le courant principal est le courant descendant d'air froid associé à la zone de précipitations. Bien qu'il commence à s'étaler et à ralentir avant d'atteindre le sol, à des altitudes de moins de 300 m en zone de précipitations, il peut être important.
Généralement, un courant de cette sorte ne s'étend pas horizontalement sur plus de 5 km.
Ligne de grain
Le grain est une variation violente du vent qui se produit le long d'une ligne étroite et mobile. Cette ligne est très souvent accompagnée d'averses ou d'orages. Elle se développe fréquemment à l'avant d'un front froid dans de l'air humide et instable, mais elle peut également se développer dans l'air instable, très loin de tout front.
Elle renferme souvent des orages supercellulaires très violents, et présente donc le plus grand danger.
Une ligne de grain se forme rapidement; elle atteint son intensité maximale en après-midi et durant les premières heures de la tombée de la nuit.
Entonnoirs nuageux, tornades et trombes marines
Les orages les plus violents attirent l'air vers la base de leur nuage avec une grande force. Si l'arrivée d'air a un mouvement rotatif initial, il y aura souvent formation d'un tourbillon extrêmement concentré, se dirigeant de la surface vers l'intérieur du nuage.
Des experts météorologistes ont estimé que la vitesse du vent à l'intérieur d'un tel tourbillon peut excéder 375 km/h. En conséquence, la pression à l'intérieur du tourbillon est très basse. Les vents violents ramassent poussières et débris, et, sous l'effet de cette basse pression, un nuage en forme d'entonnoir se crée, de la base du cumulonimbus jusqu'au sol. Si le nuage n'atteint pas la surface, on a un entonnoir nuageux.
Si l'entonnoir touche la surface d'un plan d'eau, on nommera celui-ci trombe marine.
Source:
http://www.ffme.fr/index.htm 
Sujet: Petit cours pédagogique. 
Sam 25 Nov - 18:28
