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Météorologie élémentaire

Dans l'oeil du cyclone Georges, un F4, en avion Hercules WC-130. L'avion vole à 10000 pieds. Le mur de nuages, qu'on appelle "l'effet Stadium" monte à environ 50000 pieds (15000 m) tandis que les vents dépassent 200 km/h ! Document Hurricane Hunters.

Les tornades et les cyclones tropicaux

A. Les tornades tropicales

Sous les Tropiques et princalement en Afrique, les tornades sont toutes différentes de celles qui se manifestent sous les latitudes tempérées et que nous avons succintement étudiées dans le chapitre consacré aux orages.

D'une énergie et d'une dimension bien plus importantes, les tornades tropicales se présentent sous forme de ligne de grains longues de plusieurs centaines de kilomètres et sont propres à la région soudano-saharienne. Leur extension verticale et leur violence les rendent dangereuses pour l'aviation. 

Ces lignes de grains se forment au sein de la mousson de Sud-Ouest, au sud du front intertropical et se déplacent de l'Est vers l'Ouest, dans la direction opposée à celles des vents en surface. Elles sont donc dirigées par l'Harmattan qui surmonte la mousson à une altitude de 2000 m environ.

Les tornades sont formées d'une bande large de quelques dizaines de kilomètres composées de cumulonimbus presque soudés accompagnés d'orages et d'averses très fortes. Cette bande est suivie d'une autre plus étendue (de l'ordre d'une centaine de kilomètres) où la pluie, de plus en plus faible, provient d'une nappe de nuages moyens.

Au-dessus de la forêt équatoriale principalement, ces nuages sont doublés de quelques bancs de stratus.

La forte turbulence que l'on observe dans la zone orageuse contraste avec l'accalmie qui lui fait suite dans la zone de pluie faible.

Lorsque le sol sous-jacent est très léger, les tornades s'accompagnent au début de soulèvement de sable ou de poussières que les pluies lavent à l'arrière. Dans certains cas, la pluie s'évapore avant d'atteindre le sol en provoquant un refroidissement important. Dans les pays tropicaux, ce phénomène désigné au Soudan sous le nom de "Haboob", se présente comme un mur de sable surmonté d'un cumulonimbus à base très élevée.

Ne pas confondre une trombe d'eau ou une tornade (cf cette page) locale avec une tornade tropicale ou un cyclone et autre typhon. De toute façon sur place vous vous apercevrez vite de la différence ! A gauche, la tornade tropicale Barry au-dessus de l'Alabama le 8 juin 2001. Les vents soufflent à 45 km/h seulement et les rafales ne dépassent pas 72 km/h. Au centre, le cyclone Elena (hurricane) observé le 1 septembre 1985 au dessus du Golfe du Mexique depuis la navette spatiale Discovery (STS-51). Son diamètre dépassa 300 km. A droite, le super typhon Maysak de catégorie F5 photographié depuis la station ISS le 31 mars 2015 au-dessus de la Micronésie. L'oeil mesure environ 50 km de diamètre. Aujourd'hui, l'évolution des cyclones et autres typhons est suivie en temps réel grâce aux satellites et quelquefois au moyen de sondes météos qui sont parachutées dans sa structure, retransmettant deux fois par minute les paramètres météos et leur position. Documents NOAA et NASA.

B. Les cyclones tropicaux

Les cyclones tropicaux sont des perturbations à grande échelle (l'équivalent de la superficie de la Belgique voire même deux fois plus grand), des zones de forte dépression prenant naissance au-dessus des eaux chaudes des océans de la zone intertropicale, et qui s'accompagnent de vents très violents (supérieurs à 118 km/h) et de pluies torrentielles.

Ces dépressions sont appelées ouragan ou hurricane dans la mer des Antilles et dans le Golfe du Mexique, et typhons dans l'ouest du Pacifique. Leur énergie est sans commune mesure avec celle libérée par une tornade ou une tempête tropicale et atteint celle d'une bombe atomique (au moins 5 fois Hiroshima). Grâce à des simulations, les scientifiques ont estimé qu'un cyclone tropical ordinaire déverse 20 milliards de mètres cube d'eau !

Ce sont les phénomènes météorologiques les plus spectaculaires des régions tropicales. Les dégâts qu'ils provoquent sont immenses et les victimes souvent nombreuses.

Les tempêtes ou tornades tropicales (TT) leurs ressemblent mais elles présentent des vents beaucoup plus faibles, de l'ordre de 40 à 80 km/h.

L'évènement récent le plus grave et le plus spectaculaire fut le cyclone Katrina qui s'abattit sur la Louisiane le 29 août 2005. Nous y reviendrons page suivante.

Selon la NOAA, entre 1851 et 2006, les Etats-Unis ont enregistré 279 cyclones ayant touché le sol. Un tiers (96) étaient de catégorie F3 ou supérieure sur l'échelle de Saffir-Simpson. C'est la Floride qui subit le plus de cyclones et tempêtes subtropicales (488 entre 1851 et 2006) et également le plus de tornades (12.2 tornades en moyenne entre 1950 et 2006 sur un superficie de 10000 milles carrés soit 25900 km2 ou les 3/4 de la superficie de la Belgique). Rien qu'aux Etats-Unis, ces catastrophes naturelles ont coûté la vie à 10272 personnes et durant l'année 2004-2005 les pertes financières et économiques ont été estimées à plus de 115 milliards de dollars (2008), principalement suite aux dégâts provoqués par le cyclone Katrina.

A lire : Les cyclones, phénomène en cours et FAQ, Météo NC.

Cyclone

On parle de cyclone dès que la vitesse moyenne des vents calculée sur 10 minutes est supérieure à 118 km/h.

Cyclone tropical : système dépressionnaire où les vents près du centre sont compris entre 118 et 165 km/h (ouragan, force 12 Beaufort).

Stéréogramme du cyclone Luis photographié le 6 septembre 1995.

Stéréogramme du cyclone Luis.

Cyclone tropical intense : système dépressionnaire où les vents près du centre sont compris entre 166 et 212 km/h.

Cyclone tropical très intense : système dépressionnaire où les vents près du centre sont supérieurs à 212 km/h.

Cyclone de catégorie 5 (F5) sur l'échelle de Saffir-Simpson : vents moyens de 280 km/h, rafales jusque 344 km/h et pression au centre de l'oeil d'environ 910 mbar.

A ne pas confondre avec l'échelle de Fujita équivalente classant l'intensité des tornades.

Structure

Les cyclones tropicaux sont des dépressions très profondes (moins de 900 mbar) et grossièrement circulaires (diamètre de 300 à 1000 km !). Les gradients horizontaux de pression sont en moyenne de 1 mbar/10 km; ils peuvent toutefois atteindre 1 mbar/km. De tels gradients entraînent des vents très violents pouvant souffler à des vitesses moyennes supérieures à 300 km/h !

La vitesse élevée des vents dans un cyclone s'explique par le fait qu'au centre de la dépression l'air devient jusqu'à 7 fois moins dense que dans l'atmosphère avoisinante. A l'image d'un espace sous vide, ce phénomène engendre un appel d'air. L'air environnant s'engouffre donc dans cet espace de basse pression où il subit une forte accélération.

La structure est variable d'un cyclone à l'autre et d'un moment à l'autre de sa vie. On peut toutefois schématiser un cyclone comme des lignes de cumulonimbus s'enroulant en spirales autour d'un centre et, le plus souvent, noyés dans des masses abondantes de nuages en couches comme le montre les observations radars ainsi que le schéma explicatif ci-dessous. Dans les lignes de cumulonimbus entourant l'oeil du cyclone, il peut tomber jusqu'à 30 mm d'eau par heure, créant parfois de véritables inondations.

Coupe verticale dans un cyclone tropical. Adaptation par l'auteur.

Le centre du cyclone, en forme d'entonnoir, est une zone d'air sec; l'air chaud s'y refroidit et perd son humidité. Cette région est caractérisée par un vent descendant ou pratiquement nul et par quelques nuages de très faible extension verticale. Ce centre, dénommé l'oeil du cyclone, mesure environ 50 km de diamètre et semble être d'autant plus large que le cyclone est âgé; il n'existe généralement pas au début de la vie des cyclones.

L'oeil du cyclone est entouré d'un large anneau dans lequel règne des vents violents dont la vitesse diminue progressivement vers l'extérieur alors que le passage du calme central à l'anneau de tempête est très brutal. 

Les cyclones tropicaux sont des dépressions à centre chaud; on observe une discontinuité très nette de température au franchissement de l'oeil.

Comment se forme un cyclone ? La formation des cyclones tropicaux est encore mal connue et diverses théories plus ou moins satisfaisantes ont été proposées. Dans les années 1970, Depperman, grand spécialiste des cyclones d'Extrême-Orient, a montré que les cyclones ont essentiellement une origine frontale et apparaissent au point de rencontre du front intertropical et d'un front froid d'alizé ou à l'extrémité d'un front d'alizé.

L'arrivée d'air froid sur des mers chaudes, dans une région où la composante horizontale de l'accélération de Coriolis n'est pas nulle, paraît essentielle. Cet air froid supprime l'inversion d'alizé et provoque la condensation de l'eau évaporée libérant ainsi l'énergie (chaleur latente de condensation) nécessaire à la formation du cyclone. La preuve de l'importance de l'évaporation comme source énergétique est évidente lorsqu'on observe l'évolution de l'intensité d'un cyclone le long de sa trajectoire et la manière très différente dont il évolue sur la mer et sur les terres.

Les cyclones se forment exclusivement au-dessus de la mer; ils se désagrègent assez rapidement sur terre; ils se reforment fréquemment lorsqu'ils retrouvent la mer après avoir traversé une île ou frôlé un continent sur lequel ils peuvent stagner quelques heures.

Banques d'images à consulter:

NASA Hurricane Photo Library - Visible Earth - GEOS Project

Ci-dessus à gauche, la tempête tropicale Katia suivie par le cyclone Irma et la tempête tropicale Jose qui ont dramatiquement frappés les Antilles. Image prise le 8 septembre 2017. A sa droite, le cyclone Michelle photographié le 4 novembre 2001 depuis ISS, le cyclone Claudette le 15 juillet 2003 et le cyclone Katrina le 28 août 2005 près de la Louisiane. Ci-dessous, le cyclone Zoé le 28 décembre 2002, le cyclone Alberto le 12 août 2002, l'oeil du typhon Odessa et celui du typhon Yuri. Le sommet de ce dernier culmine à 13800 m, près du centre les vents soufflent à 270 km/h avec des rafales atteignant 320 km/h ! Documents NOAA-GOES project, NASA, NOAA et Orbimage.

Les cyclones tropicaux se forment essentiellement aux environs de 10° de latitude et se déplacent en bordure des anticyclones subtropicaux. Leur trajectoire est, en moyenne, parabolique mais les trajectoires individuelles présentent souvent des points de rebroussement, des boucles, des états quasi-stationnaires, des variations d'intensité et de vitesse, etc. 

Si un cyclone peut parcourir 2000 km en une semaine, il peut également stationner au-dessus d'une région durant 24 heures, ne se déplaçant qu'à 5 km/h par exemple tout en perdant de son intensité. Il va sans dire que plus un cyclone est vaste et stagne au-dessus d'une région, plus les dommages seront importants et le risque de mortalité élevé si tous les habitants n'ont pas été évacués. C'est notamment ce qui s'est produit fin octobre 2005, lorsque le cyclone Wilma mesurant 800 km de diamètre menaça le Yucatan au Mexique durant plusieurs jours.

En général lorsqu'un cyclone de catégorie F4 ou F5 touche une côte, il provoque une hausse des flots (mer, lac, etc) qui peut atteindre 5 mètres en moyenne. Rien n'y résiste généralement, à moins de construire de véritables barrages sur plusieurs centaines de kilomètres autour des zones à risque. En quelques jours, les dégâts peuvent se chiffrer en milliards de dollars.

A gauche, le cyclone Wilma stagnant sur le Yucatan le 21 octobre 2005 à 20h15 TU. Redescendu en catégorie 3, il mesurait malgré tout 800 km de diamètre (aussi vaste que Katrina) ! Il inonda la région de Cancun sous plus d'un mètre d'eau, soufflant des vents à près de 200 km/h et fit 17 morts avant de remonter vers la Floride où l'état d'urgence fut décrété. A droite, les trajectoires des 15 cyclones tropicaux qui sont apparus dans l'Atlantique Nord en 2004. Voici un graphique des 207 cyclones tropicaux qui sont apparus dans la partie Est du Pacifique (Hawaii - USA) entre 1980 et 1990. En vert ceux de l'année 1980, en rouge ceux de 1985 et en bleu ceux de 1990.  Documents NOAA, Unisys et U.Hawaii.

Remarquons que l'océan Atlantique Sud n'est pas touché par les cyclones; nous avons vu à propos de la météorologie tropicale que sous l'influence des masses d'air froid, le front intertropical demeure constamment au Nord de l'équateur.

Deuxième partie

Katrina et le Mississippi contre New Orleans : 1-0

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