Cours météo - Les orages


 

 

Orage - Foudre - Éclair

 

 

1 | Généralités

 

► Qu'est-ce qu'un orage

 

Un simple cumulonimbus passe au statut d'orage lorsqu'il provoque une activité électrique. L'éclair et donc par conséquent le tonnerre, sont les caractéristiques qui suffisent à dire qu'il y a un orage.

 

 

► Formation d'un orage

 

Avant l'orage, le nuage : le cumulonimbus

 

Lors de belles journées d'été, le soleil réchauffe l'air près du sol, il se trouve donc plus léger – car dilaté - que l'air plus froid, qui se trouve plus en altitude. Cet air chaud va donc tout simplement se mettre à monter en altitude, tout en se refroidissant par détente. Cependant, l'air possède une certaine quantité de vapeur d'eau qu'il conserve en montant en altitude. Cette vapeur d'eau va, lorsque le point de rosée est atteint, se condenser ; on observe donc la formation du nuage par convection.

Cette convection ne s'arrête pas tant que l'air autour du volume d'air chauffé qui s'élève est plus froid que le volume en question. De plus, des courants ascendants puissants peuvent se mettre en place, cela va un peu plus accentuer la convection. L'ultime limite altimétrique de la convection est la tropopause, avec laquelle on observe un changement de comportement atmosphérique.

 

 

Le cumulonimbus est né, vient maintenant l'éclair

 

Un cumulonimbus abrite de forts courants ascendants et descendants qui entraînent d'innombrables gouttelettes d'eau ou particules de glaces. Lorsque ces particules d'eau vont entrer en collision au gré des courants verticaux, des charges électrostatiques vont être produites. Ces charges, positives ou négatives vont s'organiser au sein du nuage de telle façon à ce que les charges négatives soient très largement majoritaires à la base du nuage et les charges positives très majoritaires au sommet. De plus, les charges positives sont omniprésentes au niveau du sol.

La polarisation du nuage ainsi faite, si le potentiel est assez important, l'éclair va se produire. Il a pour utilité de rétablir l'équilibre des charges et donc de réduire le potentiel.

 

 

2 | Les différentes organisations orageuses

 

► Orages monocellulaires

 

Sans doute le type d'orage le plus courant dans nos contrées, un orage monocellulaire se caractérise par sa faible durée de vie qui se constitue de trois phases distinctes :

  • Le développement, pendant lequel le cumulus va devenir cumulonimbus, avec ses caractéristiques visuelles (enclume) et météorologiques (courants verticaux par exemple).
  • La phase de maturité, pendant laquelle le courant ascendant et descendant vont être à leur paroxysme. Le premier va assurer l'alimentation en humidité du système et le second va être provoqué par la descente des précipitations.
  • La phase de l'atténuation puis de dissipation, où l'orage va s'étouffer à cause de son courant froid descendant qui va refroidir la masse d'air au sol et ainsi stopper le courant ascendant, donc l'alimentation de l'orage.

 

Ce type d'orage, généralement peu violent, peut se produire en toute saison. C'est un cas typique d'orage de masse d'air froid, comme lors des giboulées par exemple. On le retrouve également en été près des reliefs lors de journées chaudes ou, plus rarement, en plaine lorsque l'environnement s'y prête (présence d'étendues d'eau, convergence des vents...).

 

 

► Orages multicellulaires

 

Un système orageux multicellulaire nécessite la présence de cisaillements importants ainsi qu'une instabilité latente bien installée. Ces deux conditions vont dans un premier temps initier les premières cellules qui rapidement arriveront à maturité. Les cellules distantes de quelques kilomètres vont pouvoir fusionner grâce à une convection importante et ne former plus tard qu'un amas convectif important au sein duquel on observera plusieurs foyers orageux.

Cet amas ainsi formé, un courant descendant doit se mettre en place et avoir une influence importante sur la masse d'air pré-orageuse afin d'éviter l'étouffement du système. Il permet de soulever la masse d'air plus chaude présente avant le passage de l'amas orageux. Avec ce soulèvement, c'est tout le processus de formation d'un orage qui se remet en marche. On assiste ainsi à une alimentation perpétuelle du système avec un courant ascendant à l'avant et un courant descendant en bordure avant et sous le système, le tout avec une direction bien déterminée.

Cependant, lorsque les cisaillements ne sont pas assez importants, les cellules orageuses, bien que distantes de quelques kilomètres seulement, ne parviennent pas à s'organiser en un système multicellulaire. On assiste ainsi à un paquet de cellules qui naissent puis s'étouffent avant de redonner naissance à une autre cellule avec une organisation anarchique et aucune direction précise dans le déplacement.

Ces systèmes multicellulaires sont généralement plus virulents que les orages monocellulaires car leur durée de vie est plus longue, d'autant plus que le système est plus étendu. Ils peuvent également provoquer des rafales descendantes destructrices ainsi que des chutes de grêle modérées et des pluies intenses, susceptibles de provoquer des crues éclairs.

 

 

► Orages surpercellulaires

 

Généralités sur les supercellules

 

La formation d'une supercellule suit le processus classique de formation d'un orage. Mais en présence de cisaillements très prononcés – autant par leurs directions que par leurs vitesses – le tout peut se mettre en rotation, apparaît alors un mésocyclone qui va initier toute une série de particularités caractéristiques des supercellules :

  • Une trajectoire qui dévie d'environ 30° du flux dominant. Les supercellules qui dévient sur la droite du flux sont dites de moteur droit et celles qui dévient sur la gauche sont dites de moteur gauche.
  • Une rotation sur la majeure partie de la colonne d'alimentation, qui peut provoquer une tornade.
  • Dans le cas où il y a des précipitations, un écho radar typique, en forme de crochet dit écho en crochet.
  • Une grande longévité avec une activité intense.
  • Une très grande extension verticale avec un sommet pénétrant, atteignant la tropopause.

 

Ensemble d'un orage supercellulaire

Ensemble d'un orage supercellulaire

 

 

Supercellules classiques

 

Avec des précipitations intenses et des phénomènes violents, elles sont facilement reconnaissables sur les radars avec l'écho en crochet typique.

Cependant, le rideau de précipitation ne laisse que peu apparaître la structure nuageuse.

 

 

Supercellules LP

 

Supercellules "Low Precipitations" ou avec peu ou pas de précipitations.

Ces supercellules ne sont visibles que sur le terrain car l'absence de précipitations – du moins les faibles précipitations – rendent la détection radar très difficile et/ou incertaine.

Cela dit, elles sont particulièrement esthétiques car l'environnement relativement sec permet de dégager la vue et ainsi de laisser apparaître la strucutre au grand jour.

Ce type de supercellule provoque néanmoins la chute de grêlons particulièrement développés, pouvant dans des cas extrêmes atteindre ou dépasser les 10 cm de diamètre.

 

 

Supercellules HP

 

Supercellules "High Precipitations" ou avec de fortes précipitations.

Ce type de supercellules provoque de très intenses précipitations pouvant provoquer des très graves inondations ainsi que de violentes micro- ou macrorafales.

Elles sont accompagnées d'une activité électrique intense et, comme ses consoeures, provoquer des tornades, malheureusement rendues invisibles par les précipitations et donc d'autant plus dangereuses.

 

 

Mini-Supercellules ou Supercellules Low Topped

 

Ces "petites" supercellules se développent dans un environnement qui n'est pas des plus favorables aux supercellules, ce qui explique des dimensions réduites.

Elles ne sont cependant pas moins dangereuses car les phénomènes associés sont identiques aux autres supercellules.

 

 

► Organisations convectives particulières

 

MCS

 

Les systèmes convectifs de méso-échelle sont la conséquence d'une organisation particulière d'un système d'orages multicellulaires. Cette organisation se traduit par la couverture d'une surface très étendue par les orages dont l'extension horizontale est supérieure à 100 km.

Lors d'un MCS, les orages sont constitués en ligne qui progresse de façon linéaire au niveau d'un forçage très structuré.

 

 

Echos en Arc

 

Lorsqu'une ligne orageuse de plusieurs dizaines à quelques centaines de kilomètres de long prend une forme arquée, bombée vers l'avant, on parle d'écho en arc. Cela traduit d'une accélération du flux d'altitude à l'endroit le plus en avant de la ligne.

Ce type d'organisation convective particulièrement virulent produit de nombreuses rafales descendantes, parfois puissantes et des précipitations intenses.

 

 

LEWP

 

LEWP, ou Line Echo Wave Pattern, est une ligne orageuse qui présente plusieurs ondulations semblables aux échos en arc avec les phénomènes similaires.

 

 

MCC

 

Un MCC, ou complexe convectif de méso-échelle est un MCS mais d'ampleur et de durée plus importantes et correspondant à des critères bien précis, les critères de Maddox.

Ils disent que la présence d'un MCC se traduit par :

  • Au minimum 100 000 km² de sommets nuageux dont la température est inférieure à -32°C
  • Au minimum 50 000 km² de sommets nuageux dont la température est inférieure à -52°C
  • Une durée de vie supérieure ou égale à 6 heures
  • Une excentricité (rapport entre la plus petite et la plus grande diagonale) supérieure à 0.7, donc un système quasi circulaire.

 

Ce type de système peut contenir en son sein les structures précédemment citées (Echos en arc, LEWP).

Les phénomènes qui s'y passent sont très intenses, avec des rafales puissantes, des précipitations intenses, sous forme liquide ou solide et une forte activité électrique.

 

MCC

MCC sur le Nord de la France et la Belgique / Température des sommets nuageux

 

 

Derecho

 

Un derecho est un épisode orageux généré par un MCS ou un MCC répondant lui aussi à des caractéristiques très précises.

Les caractéristiques sont les suivantes :

  • Une large zone concentrant des dégâts associés à des rafales descendantes supérieures ou égales à 90 km/h.
  • 3 rafales descendantes supérieures ou égales à 120 km/h espacées d'au moins 64 km les unes des autres.
  • Une diagonale de 400 km minimum entre deux points ayant subi des dommages consécutifs à des rafales descendantes supérieures à 90 km/h.
  • Pas d'interruptions supérieures à trois heures entre deux rafales supérieures à 90 km/h.

 

Cet épisode orageux est souvent associé à une ligne orageuse telle qu'un LEWP ou un écho en arc.

Ces critères extrêmement précis sont rarement réunis. C'est pourquoi on n'observe que très peu de derechos en France.

 

 

3 | Phénomènes associés

 

► Précipitations

 

Pluies

 

Lors d'un orage, peu importe de quel type il soit, il est très fréquent de rencontrer des précipitations intenses. Ces précipitations pluvieuses, dont l'intensité peut parfois excéder les 400 mm/h (attention à ne pas confondre avec les cumuls !), engendrent régulièrement de faibles inondations.

Cependant, lors d'orages stationnaires, rétrogrades ou simplement extrêmement pluvieux, les cumuls peuvent dépasser les 50 mm par heure et ce sur plusieurs heures dans certains cas extrêmes. On se souvient par exemple de Vaison-la-Romaine en septembre 1992 ou des inondations sur la Côte d'Azur en octobre 2015.

 

 

Grésil et Grêle

 

Lors d'orages peu violents, des chutes de grésil peuvent avoir lieu. Elles sont souvent inoffensives car le grésil à un diamètre inférieur à 5 mm mais les accumulations peuvent être importantes. Ainsi, en mai 2016, un tapis d'une quarantaine de centimètres est observé au sud de Châtellerault (86).

Mais la grêle peut, quant à elle, être très destructrice. Chaque année en France, ce sont des dizaines de chutes de grêle > 2cm qui sont observées. Ces chutes de grêle détruisent de nombreuses parcelles agricoles. Dans des cas rarissimes, mais qui se sont bel et bien produits en France, des grêlons > 10cm ont été observés et ont provoqué des dégâts sur les habitations, les véhicules et autres biens publics comme le 25 mai 2009, dans le Nord où un grêlon de 12 cm de diamètre a été recueilli.

 

Grésil

Grésil

 

► Rafales descendantes

 

Lors d'un orage, il n'est pas rare d'observer de puissantes rafales de vent. Ces rafales sont provoquées par l'orage lui-même, et plus précisément par les courants descendants qui atteignent le sol.

Lorsque le courant descendant atteint le sol, il se heurte à un obstacle infranchissable. Le courant vient donc littéralement s'écraser au sol, et c'est à ce moment-là que les rafales sont les plus puissantes.

Selon la superficie concernée par une rafale descendante au sol, on va nommer cette rafale de deux façons différentes :

  • Dans le cas où la diagonale impactée identifiable au sol la plus longue est inférieure à 4 km, alors on parle de microrafale.
  • Dans le cas où la diagonale excède les 4 km, on parle de macrorafale.

 

Ces rafales descendantes, qu'elles soient sèches ou humideS – entendez sans ou avec précipitations – sont caractérisées par la divergence des vents au sol, qui est due à la verticalité originelle du courant qui explique la concentration spatiale des dégâts.

Généralement, ces rafales produisent des vents entre 80 et 150 km/h. Cependant, dans certains cas extrêmes, les rafales descendantes peuvent provoquer des vents supérieurs à 200 km/h. Néanmoins, il est important de noter que ce sont des estimations. La zone concernée étant très réduite, il est très rare d'avoir les relevés de stations météo au plus fort de la rafale.

 

 

► Phénomènes tourbillonnaires

 

Lorsque les cisaillements sont très importants – entre autres paramètres atmosphériques – il n'est pas rare qu'un tuba soit observé, et pourquoi pas une tornade. Bien que relativement rare dans l'hexagone, on recense chaque année quelques dizaines de tornades, généralement de faible intensité même si une tornade plus modérée voire forte n'est pas impossible.

Il en est de même pour les trombes marines. Cependant, elles sont moins puissantes car leur métabolisme est bien plus fragile.

Quant aux tubas, ils sont bien plus nombreux car ils sont la première phase de la tornade. Beaucoup d'entre eux n'aboutissent pas, mais ils sont parfois très étendus vers le sol, même s'ils n'ont aucune influence.

 

Tuba

Tuba

 

► Foudre

 

C'est le phénomène indissociable de l'orage. La foudre est une décharge électrique extrêmement puissante dont la température atteint les 30 000°C. Elle cause la mort d'environ 15 à 40 personnes par an (en France) même si beaucoup plus sont foudroyées.

Lorsqu'elle touche un quelconque objet, il est traversé par un courant électrique tellement intense que l'objet en question peut prendre feu ou être pulvérisé.

 

 

► Structures nuageuses

 

Les orages sont des manifestations atmosphériques propices à des formations nuageuses très esthétiques.

 

 

Arcus

 

Sans doute la formation orageuse la plus courante, les arcus précèdent de très près les précipitations orageuses et s'accompagnent de fortes rafales de vent. Ils prennent généralement la forme d'un rouleau nuageux qui avance mais ont parfois une allure élancée vers le sol et peuvent se composer de plusieurs couches.

 

Arcus multicouches

Arcus multicouches

 

Nuage mur

 

Un nuage mur se forme sous un orage en rotation, autrement dit sous une supercellule. Il apparaît comme un abaissement nuageux circulaire sous la base de l'orage. Il traduit d'une dynamique très intense au sein de l'orage.

 

 

La supercellule

 

Lorsque le temps est dégagé, on peut, dans l'idéal, apercevoir un orage sur toute sa hauteur. Dans le cas d'une supercellule, cela est particulièrement intéressant car ce type d'orage est très esthétique.

 

 

Les aspératus

 

Ce type de nuage n'est pas directement lié à un orage mais plus à une forte instabilité. Cela ressemble à des aspérités lisses dans le ciel, avec des "creux" et des "bosses". On ne rencontre ce phénomène que très rarement mais cela est particulièrement impressionnant par l'ambiance que ces nuages créent.

 

 

Les mamatus

 

Sorte de mamelles nuageuses, les mammatus se rencontrent sous l'enclume d'un orage. Ils sont généralement peu développés mais impressionnants, eux aussi, par l'ambiance qu'ils créent.

 

Mammatus

 


 

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