Comment nos connaissances actuelles sur les tornades peuvent-elles nous aider à les prévoir?
Une tornade naît à partir d'un nuage bien spécifique : le cumulo-nimbus. Du cumulus "amas" et "nimbus", chargé de pluie, le cumulonimbus est un nuage convecteur qui peut atteindre des hauteurs impressionnantes et produit des éclairs, de la grêle et des conditions orageuses au sol.
Les orages supercellulaires
Comme nous l'avons précédemment dit, le cumulonimbus s'accompagne très souvent d'orages. Les tornades sont souvent associées à un type d'orage particulièrement violent, les orages supercellulaires. Un orage supercellulaire est un système violent qui renferme un courant ascendant tourbillonnaire, le mésocyclone :
Le courant froid descendant
Le courant chaud et humide ascendant n'est pas le seul courant thermique présent dans le cumulo-nimbus pendant la formation d'une tornade : il y aussi un courant plus froid descendant créé par les précipitations. C'est ce courant qui donne, vu du sol, un climat orageux et très pluvieux. Le courant ascendant et celui descendant ne se mélangent pas : ils sont « côtes à côtes ». De ce fait, il y a une partie du nuage où il y a de fortes averses et des éclairs, et une autre partie où le courant ascendant prend de la puissance et peut devenir une tornade.
L'entonnoir nuageux ou tuba
Les courants ascendants et descendants sont très puissants. La formation d'une tornade est souvent décrite comme un nuage en forme d'entonnoir qui descend jusqu'au sol, c'est ce qu'on appelle l'entonnoir nuageux ou tuba. L'entonnoir nuageux à la forme d'un cône inversé. Il est rendu visible par la condensation de l'eau contenue dans l'air ascendant chaud et humide. Cette condensation à lieu du fait de la très faible pression de l'air à l'intérieur du tuba, contrairement lors de la condensation qui rend visible un nuage (celle-ci se faisant par la différence de température).
Le tuba descend petit à petit vers le sol en devenant de plus en plus compact. Ce retrécissement lui permet de se renforcer et accélère sa vitesse de rotation. C'est le stade appelé d'organisation. Le courant ascendant tourbillonne de plus en plus vite jusqu'à atteindre le sol : c'est la stade de maturité. Lorsqu'il touche la sol, on parle alors de tornade.
Une tornade, en plus d'être très puissante et destructrice, fait un bruit assourdissant. On peut l'entendre à plusieurs km, et son bruit est à son plus haut niveau quand elle touche le sol. Lorsqu'elle touche le sol, elle « fait voler » un nuage de débris, qu'on appelle buisson. On peut le voir représenté sur le schèma de gauche.
Comment les tornades se forment-elles ?
Les différentes couches de l'atmosphère
Comment se forme le cumulonimbus ?
Tout d'abord un nuage est un amas de gouttelettes d'eau ou de cristaux de glace devenus assez nombreux pour être visibles. Il se forme grâce à l'ascendance de l'air chaud et humide, causée par la poussée d'Archimède. Cette poussée fait que cet air subit une force, le poussant vers le haut. Cette force a lieu quand un corps est plongé dans un fluide (gaz ou liquide). Ici, le corps est l'air chaud et humide et le fluide est l'air ambiant.
Pendant la montée, la température de cet air (chaud) va baisser, comme en altitude il fait plus froid. En refroidissant, cet air riche en vapeur d'eau va se condenser (c'est-à-dire changer d'état) et former des goutteletes d'eau ou des cristaux de glaces. C'est ainsi que se forment les nuages en général mais aussi le cumulo-nimbus.
Le cumulonimbus est très grand, il est même le plus grand de l'atmosphère dû à sa grande extension. Sa hauteur peut parfois atteindre la tropopause alors que sa base est à quelques centaines de mètres du sol. La tropopause est une limite entre deux couches de l'atmosphère : la troposhpère et la stratosphère. La troposphère est l'étage inférieur de l'atmosphère, la plus proche du sol. C'est la couche où nous vivons et où se déroulent à peu près 99% des phénomènes météorologiques.
Voici un cumulonimbus. Il ressemble souvent à une enclume géante de forgeron :
Les courants ascendants sont extrêmement puissants et vont jusqu'au sommet du nuage. Ces courants tourbillonnent du fait du cisaillement vertical et du changement de direction du vent.
Le cisaillement vertical est le changement de vitesse du vent au fur et à mesure de son ascension : sa vitesse augmente rapidement avec l'altitude.
Le cisaillement vertical accompagné du changement de direction du vent fait que le courant ascendant près du centre de l'orage tourbillonne très vite. Ces tourbillons sont une des principales origines de la tornade. Le courant ascendant tourbillonnant entraîne toute la masse nuageuse à tourner. (On peut d'ailleurs voir, avant la formation d'une tornade, une lente rotation des nuages qui s'accroît pendant plusieurs heures, comme sur la photo d'au dessus.)
Voici un schéma du courant chaud ascendant. Il est représenté par la flêche rouge. Le nuage dans lequel elle est, est un cumulonimbus. Anvil veut dire enclume, et désigne le sommet du nuage. Ce sommet est d'ordinaire plat mais on peut voir ici qu'il y a une "petite bosse" qui ressort (overshooting top). Cette "bosse" résulte du courant ascendant qui a atteint une puissance telle qu'il quitte la troposphère pour atteindre la stratosphère. Ce gonflement du nuage est un indice d'évolution vers une tornade, et de ce fait, les météorologues les surveillent de très près s'il y en a.
On peut voir sur ce schèma l'air chaud et humide ascendant (représenté en rouge) mais aussi le courant froid descendant, entraîné par les précipitations (représenté par la flêche bleue). On peut voir ici que ces deux courants sont "côte à côte". On a dit plus haut que le gonflement du sommet du nuage était un indice d'évolution vers une tornade, mais il y a aussi la présence des nuages mammatus qui en est un autre indice (mammatus clouds).
Les deux premières images montrent un entonnoir nuageux descendant vers le bas et la troisième image montre une tornade déjà formée.
Le diamètre du tuba peut atteindre quelques centaines de mètres.
Les vents de la plupart des tornades tournent dans le sens des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère Sud, tandis qu'ils tournent dans l'autre sens dans l'hémisphère Nord.
Les tornades ont une durée de vie très faible : de quelques minutes. Elles ont une direction très aléatoire, elles suivent le mouvement du nuage duquel elles sont « originaires » : les tornades vont là où leur nuage va. Les tornades ordinaires ont une trajectoire au sol d'une centaine de mètres de large sur quelques kilomètres de long. Sur cet étroit passage tout est détruit, alors qu'autour tout demeure intact :
L'échelle de Fujita
Toutes les tornades ne sont pas de puissance équivalente : certaines sont destructrices tandis que d'autres sont quasiment inofensives. Elles sont classifiées dans l'échelle de Fujita selon la vitesse de leurs vents. Cette échelle a été mise au point par le professeur Théodore Fujita (1920-1998), météorologue à l'université de Chicago. Plus la vitesse de leurs vents est important, plus les dégâts occasionnés sont aussi importants. Les dommages causés par les tornades sont majoritairement dus à leurs très forts vents tourbillonnants, même si des dégâts sont aussi causés par l'importante différence de pression de l'air. Les fortes chutes de grêlons qui accompagnent les précipitations sont aussi extrêmement dangereuses.
Voici l'échelle de Fujita :
On peut voir sur ce tableau qu'une tornade de force F0, l'intensité la plus faible d'une tornade, cause des dégâts mineurs (quelques branches cassées par exemple), tandis qu'une tornade de force F5 peut provoquer une destruction presque totale là où elle va (avec le soulèvement de tout un tas de matériels, jusqu'à des maisons par exemple). Cette échelle nous montre la violence que peut atteindre une tornade et les importants dégâts matériels qu'elle peut causer.
L'Allée des Tornades
Les tornades, bien qu'elles peuvent avoir lieu partout dans le monde sauf en Antarctique, sont les plus fréquentes aux Etats-Unis, avec près de 1000 par an. Si bien qu'on a donné un nom à la région des Etats-Unis qui est le plus touchée par les tornades : « l'Allée des Tornades ». Cette allée englobe les basses terres du Mississippi, l'Ohio et les vallées fluviales du Missouri inférieur. C'est une région du centre des Etats-Unis qui s'étend du Texas à l'Iowa à travers les grandes plaines. L'importante fréquence des tornades qui ont lieu dans cette région est due à une rencontre exceptionnelle d'une masse d'air chaud venant du Sud, une masse d'air sec venant de l'est et une masse d'air froid descendant du Nord.
Pertes humaines
Comme nous l'avons précédemment dit, les tornades causent d'importants dégâts matériels, mais pas seulement : elles causent aussi beaucoup de pertes humaines. Selon une estimation de l'Organisation météorologique mondiale, les tornades tuent chaque année entre 300 et 400 personnes dans le monde, dont 150 seulement aux Etats-Unis. On peut citer parmi les tornades les plus meurtrières, celle du 22 mai 2011 à Joplin dans le Missouri ou encore celle de Daulatpur-Saturia au Bangladesh en 1989. Elles ont fait respectivement :143 morts et 770 blessés, et (une estimation de) 1300 morts.
Pour se protéger des tornades et éviter ces morts il faut être en mesure de savoir quand il y en aura un, de les prévoir. Ce qui nous ramène à notre prochaine partie : les prévisions.