Les orages, par leur soudaineté et leur violence, sont perçus comme des événements dangereux. En France, c’est en été qu’on les rencontre généralement. Dans certaines situations, les phénomènes que l’on observe sont particulièrement intenses : des précipitations sous forme de pluie diluvienne et de grêle, des rafales de vent à plus de 100 km/h, une forte activité électrique, et même parfois des tornades. Les météorologistes parlent alors de « supercellules ». Qu’est-ce qu’un orage supercellulaire ? Comment se forme-t-il ? Comment le prévoir ?
De la cellule orageuse à la supercellule
Le développement d’un cumulonimbus
Quelles sont les caractéristiques générales d’un orage ? Une « cellule orageuse » est appelée ainsi car elle constitue un système capable de se développer et de s’intensifier. La dynamique d’un orage se met en place au sein d’un nuage caractéristique : le cumulonimbus. Il s’agit d’un nuage reconnaissable à son étendue verticale d’une dizaine de kilomètres et à son sommet évasé en forme d’enclume. Le développement vertical de ce nuage est dû à un fort courant d’air ascendant qui s’établit en son centre.
Cela se produit lorsque l’air au niveau du sol est particulièrement chaud, c’est ce que l’on appelle une atmosphère instable : l’air monte naturellement en se refroidissant, jusqu’à être à la même température que les couches environnantes. Si l’air chaud est très chargé en humidité (sous forme de vapeur d’eau), la condensation de cette vapeur libère suffisamment de chaleur latente pour accélérer le courant ascendant dans le cumulonimbus. On voit alors le nuage se développer en hauteur jusqu’à une très grande altitude où la température cesse de diminuer : c’est la tropopause, à la frontière entre la troposphère et la stratosphère.
Le mécanisme de formation de l’orage
Des courants descendants d’air refroidi se mettent en place et sont chargés de précipitations sous forme d’eau liquide ou de grésil. Au cours de leur chute, les cristaux de glace se chargent négativement, il s’établit ainsi une différence de charge électrique entre le haut et le bas du nuage, puis entre le bas du nuage et le sol. On observe alors des éclairs : des décharges électriques qui peuvent avoir de graves conséquences lorsqu’elles touchent le sol.
Dans le cas d’un orage monocellulaire ordinaire, c’est-à-dire d’une cellule orageuse évoluant dans un vent moyen faible, le courant ascendant est progressivement désamorcé sur place par l’air froid qui descend et l’orage se dissipe. La durée du cycle d’une telle cellule orageuse est de l’ordre de 30 à 60 minutes.
La formation d’un orage supercellulaire
Une supercellule, ou un orage supercellulaire, peut se produire lorsque certaines conditions sont réunies :
- Une instabilité atmosphérique, comme pour un orage ordinaire, sous forme d’air chaud et humide, qui génère un courant ascendant.
- Une situation de « cisaillement de vent » dans les basses couches de l’atmosphère. Il s’agit d’une différence d’intensité et de direction, entre le vent au niveau du sol (faible) et le vent à quelques centaines de mètres d’altitude (fort).
L’interaction du courant ascendant et du cisaillement de vent a pour effet de mettre en rotation l’air des basses couches atmosphériques qui pénètre dans le nuage. Cette colonne tourbillonnaire est appelée mésocyclone, elle est associée à la mise en rotation du nuage et constitue une petite dépression. C’est ainsi que se forme une « supercellule », ainsi nommée en raison de ses dimensions colossales.
Que se passe-t-il à l’intérieur d’un orage supercellulaire ?
À l’intérieur d’une supercellule, la masse d’air du nuage est mise en rotation : le courant ascendant est tourbillonnaire alors que les courants descendants circulent à la périphérie du mésocyclone. Les ascendances d’air chaud ne sont pas contrariées par les courants descendants comme dans un orage monocellulaire. De ce fait, l’orage supercellulaire a une durée de vie de plusieurs heures et ne se dissipe pas spontanément.
Les précipitations qui se produisent dans un orage supercellulaire sont souvent entraînées dans le mouvement tourbillonnaire et remontent dans le nuage. Les particules de glace, qui étaient de petites dimensions au départ, grossissent au contact de l’air humide pour former des grêlons dont la taille peut devenir de plus en plus importante s’ils effectuent plusieurs remontées.
L’activité électrique d’un orage supercellulaire est très intense avec beaucoup d’éclairs qui frappent le sol. La supercellule a la capacité de se déplacer rapidement et balaie ainsi pendant plusieurs heures toute une bande de territoire. Dans des conditions extrêmes, la vitesse des vents du mésocyclone peut devenir telle qu’il se forme une tornade, capable d’aspirer des objets solides et de causer des dégâts considérables au sol.
Un orage supercellulaire met une masse d’air en rotation, qui perdure parfois plusieurs heures. Cette supercellule peut éventuellement se transformer en tornade.
Peut-on prévoir un orage supercellulaire ?
Certaines zones du globe sont connues pour être le siège d’orages supercellulaires. C’est le cas de certaines régions des États-Unis où se forment souvent des tornades dévastatrices. En Europe, le Nord de la France et le Bénélux connaissent des conditions favorables aux supercellules, du fait de variations de direction du vent avec l’altitude. On y observe régulièrement des orages supercellulaires, accompagnés parfois de tornades.
Les météorologistes sont donc attentifs aux situations de champ de vent favorables à la formation de supercellules. Cela permet d’alerter sur le risque encouru par les populations pour une région donnée. Par exemple, la surveillance qu’effectuent les radars de précipitations permet de détecter la mise en rotation des cellules orageuses qui est la signature d’un orage supercellulaire.
Les modèles de prévisions météorologiques, en perpétuelle évolution, utilisent une résolution spatiale de plus en plus fine. Le choix de la résolution d’un modèle résulte toujours d’un compromis entre le nombre de prévisions à effectuer dans une journée et l’échéance choisie. Le modèle le plus fin utilisé actuellement en France au quotidien par les prévisionnistes de Météo France a une résolution horizontale de 1,3 km, encore insuffisante pour modéliser la dynamique des supercellules. Il permet néanmoins d’identifier des conditions favorables à l’apparition de phénomènes orageux violents. Ce modèle est utilisé pour déclencher la mise en alerte des territoires lorsqu’un risque de phénomène violent est repéré.
La puissance des supercalculateurs permet désormais de représenter des phénomènes atmosphériques à une échelle de l’ordre du mètre, tels que les tornades et les supercellules, comme le montrent de récents travaux de recherche de l’Université du Wisconsin-Madison aux Etats-Unis. Les simulations numériques effectuées par les chercheurs prédisent aussi bien l’apparition d’une tornade, sa trajectoire ainsi que l’intensité de la dépression au niveau du sol : il s’agit d’un outil prometteur.
Grâce aux progrès des supercalculateurs, les prévisionnistes pourront disposer de tels modèles à haute définition dans un futur proche, adaptés à la prise en compte des orages supercellulaires. Il sera alors possible d’avoir une prévision détaillée de l’évolution des cellules orageuses et des supercellules ainsi que de leurs conséquences pour les populations.
Les orages supercellulaires causent des phénomènes atmosphériques très violents : grêle, rafales de vent, pluies diluviennes et localisées, tornades. Ils sont caractérisés par un nuage en rotation et une durée de vie de plusieurs heures. Ils peuvent se déplacer sur de grandes distances et causer des dégâts considérables. Si la science possède maintenant une connaissance approfondie de la dynamique de ces orages, leur prévision sera rendue possible par le développement et l’utilisation de modèles de simulation toujours plus puissants.
