Les Tornades

 

 

Lorsqu’une ambulance se rapproche puis s’éloigne, le son perçu est modifié, passant de l’aigu au grave. Ces modifications de la fréquence perçue, lorsque l’émetteur est en mouvement par rapport au récepteur, furent expliquées par Christian Doppler au XIXème siècle.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C’est en 1842 que ce phénomène a été découvert par le physicien et mathématicien Christian Andreas Doppler. Il publie un article intitulé Sur la lumière colorée des étoiles doubles et de quelques autres astres du ciel où il explique l’effet Doppler qui a été par la suite confirmé expérimentalement par Buys-Ballot en 1845. En effet, il a placé une dizaine de trompettistes sur un train, et leur demande de tous jouer la même note. Et il place un autre groupe de musiciens professionnels sur le bord de la voie. Au passage du train, aucun des observateurs n’est capable de reconnaître la note jouée. C’est bien la preuve que l’effet Doppler modifie la perception de la fréquence d’un son.

L’effet Doppler est donc la variation de la fréquence d’une onde émise par une source en mouvement par rapport à un observateur.

 

Qu'est ce qu'une onde ?

 

Une onde est la propagation d’une perturbation. Il est important de remarquer que l'onde se traduit par un transport d'énergie et non de matière.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Exemple : si on lance un caillou dans un étang à la surface parfaitement lisse,

    on observe au point d’impact des vaguelettes en forme de cercles de plus en plus grands

comme on peut le voir ci-dessus.

 

Il y a modification d’une (ou de plusieurs) grandeur(s) physique(s) dans le milieu de propagation.

 

Qu'est ce que l'effet doppler ? 

 

L’effet Doppler c’est lorsqu’une onde électromagnétique ou mécanique émise avec une fréquence F est perçue avec une fréquence Fr différente, lorsque l’émetteur et le récepteur sont en déplacement relatif.

Par exemple le son d’un moteur ou d’une sirène est perçu plus aigu quand le véhicule qui l’émet s’approche d’un observateur et plus grave quand il s’en éloigne. 

 

La différence entre la fréquence Fr de l’onde perçue et la fréquence Fe de l’onde émise permet, par exemple de déterminer la valeur de la vitesse de l’émetteur par rapport au récepteur.

Sur les images ci-dessous, l’émetteur E produit des ondes sonores de fréquence Fe qui se propagent à la vitesse v: 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Donc quand l’émetteur s’approche de l’observateur, la longueur d’onde perçue par l’observateur est plus petite que la longueur d’onde émise : λ A< λ, soit λ A/ v < λ/v (v =vitesse propagation de l’onde), d’où en prenant l’inverse Fa>Fe. La fréquence reçue est plus élevée que la fréquence émise, donc le son perçu est plus aigu.

De la même façon, on peut montrer que, lorsque l’émetteur s’éloigne de l’observateur, le son de la sirène est perçu plus grave. 

 

L’effet Doppler permet d’aboutir aux relations suivantes :

• Pour l’observateur A (quand l’émetteur se rapproche) : Ve= v. (Fa – Fe) /Fa

• Pour l’observateur B (quand l’émetteur s’éloigne)Ve= v. (Fe – Fb) /Fb

 

En résumer, si l'émetteur et le récepteur: 

• Se rapprochent, alors la fréquence augmente F

• S'éloignent, alors la fréquence diminue.

• Sont immobiles, alors la fréquence reste la même.

 

LE RADAR DOPPLER:

 

 

   A l’origine le radar était utilisé pour détecter les avions et est devenu dans les années 1960 un moyen efficace d’observation pour détecter et quantifier les précipitations. RADAR est un acronyme : Radio Detection And Randing. L’équivalent de détection et estimation de la distance par onde radio.

 

   Le radar Doppler présente les mêmes caractéristiques qu’un radar météorologique classique. En effet le radar dit classique permet de localiser les précipitations ainsi que de mesurer leur intensité en temps réel d’une portée de 100 kilomètres jusqu’à 200 kilomètres.

   Mais en exploitant l’effet Doppler, le radar permet aussi de mesurer la vitesse et l’orientation des mouvements. Les radars peuvent même faire une distinction entre différents types de précipitations (grêle, neige, pluie…). 

 

   En effet, les radars à effet Doppler émettent des micro-ondes qui se réfléchissent sur des gouttelettes d’eau, la pluie, la neige, des particules de poussière... Selon ce que l’onde va traverser dans l’atmosphère elle renverra un signal au radar donnant alors des chiffres que les météorologues vont ensuite analyser. Grâce à ces analyses, ils pourront déduire la vitesse et la variation du vent, la quantité, le taux et la vitesse des précipitations.

Grâce à cet outil il est possible de détecter les orages et les flux d’airs et ainsi prévoir l’apparition d’une tornade mais ici encore c’est sans certitude (déduction).

En effet, la moitié des informations données par le radar sont fausses.

Les informations données par celui-ci nous préviennent avant la création de la tornade d’une moyenne de 13 minutes.

 

 

Cependant le radar Doppler n’est pas le seul moyen pour prévoir les tornades. Il y a également :

-les caméras infrarouges qui permettent de détecter la chaleur émise lors de la formation d’une tornade,

-les satellites qui détectent les vents violents et donc les orages quand ils sont hors de portée des radars Doppler,

- les fusées téléguidées qui permettent d’apporter des informations physiques d’un cumulonimbus,

- les chasseurs de tornades. 

 

Qui sont-ils ?

 

Les chasseurs de tornades sont des amateurs ou professionnels passionnés de météo mais aussi de phénomènes naturels (tel que la tornade). Ce sont évidemment des observateurs volontaires qui se rendent directement sur le terrain et informent les météorologues car en effet les météorologues peuvent s’appuyer sur ce réseau de « chasseurs de tornades » car les supports technologiques utilisés pour essayer de prévoir et détecter les tornades sont assez limités. Rien ne peut remplacer les observations sur le terrain. Les chasseurs de tornades chassent le plus souvent en groupes où chacun assure une fonction.

Ils sont tous liés par le même objectif: réussir à observer une tornade. 

Ils cherchent avant tout les orages  super-cellulaires: c'est un type particulier d'orage qui peut éventuellement donner naissance à une tornade. Puis ils essaient de s'en rapprocher le plus possible et à se positionner correctement afin de pouvoir observer la formation d'une tornade dans le but de la photographier et de la filmer, tout en gardant une distance de sécurité pour ne pas être pris parmi les objets qu'elle attire.