TORNADES ET TROMBES

TORNADES ET TROMBES

On donne le nom de tornade à un tourbillon de petite dimension mais de très forte intensité qui sévit sur les continents, plus particulièrement aux États-Unis et en Australie, plus rarement en Europe occidentale, en Inde, en Afrique et au Japon. Sa forme maritime, la trombe , est moins violente; plus fréquente, elle affecte la plupart des régions intertropicales maritimes et, exceptionnellement, les régions tempérées maritimes au cours de l’été.

Tourbillon de vents violents, une tornade se manifeste par une colonne nuageuse ou un cône renversé en forme d’entonnoir, le tuba , accolé à la base d’un cumulo-nimbus, et par un buisson formé de poussières, de sable ou de débris divers soulevés du sol. Le buisson des trombes est constitué de gouttes d’eau. L’axe du tourbillon, vertical ou incliné, est matérialisé par l’ensemble tuba-buisson, qui peut être comparé à un pilier – plus étroit à la base qu’au sommet – sur lequel semble reposer la masse nuageuse.

Dans certaines régions de l’Afrique occidentale et équatoriale, on appelle – improprement – «tornades» de violents grains orageux accompagnés de forts coups de vent. Les véritables tornades, qui impliquent une rotation tourbillonnaire dans le sens inverse des aiguilles d’une montre dans l’hémisphère Nord et dans le sens des aiguilles d’une montre dans l’hémisphère Sud (règle de Buys Ballot), sont rares en Afrique. Quelques-unes ont été observées sur la zone sahélienne en début de saison des pluies. Toutefois, le phénomène est moins violent qu’aux États-Unis. On ne retiendra ici que la première acception du terme, dont l’origine est le mot espagnol tornada («orage»), d’où la confusion.

Caractéristiques

Les tornades sont toujours liées à de puissants cumulo-nimbus et sont donc généralement accompagnées d’orages et de pluies diluviennes. Elles sont caractérisées par des vents violents, une forte baisse de pression, un faible diamètre et une courte durée de vie.

Les vents s’établissent brutalement et sont très violents: des vitesses supérieures à 400 kilomètres par heure ont été observées et des vitesses supérieures à 500 kilomètres par heure sont probables, si l’on se fonde sur l’ampleur des dégâts occasionnés. Ces estimations risquent cependant de pécher par excès car l’action du vent n’est pas la seule cause des ravages dus aux tornades. En effet, la très rapide baisse de pression constatée lors de leur passage peut entraîner une véritable explosion des bâtiments sur lesquels elle se produit. L’air enfermé à l’intérieur exerce sur les portes, les fenêtres et les murs une pression qui tend à les faire éclater vers l’extérieur. La violence du vent amplifie les dommages causés aux bâtiments. Un autre élément non négligeable est la non-stabilité de la direction du vent, qui aggrave considérablement les conséquences de sa vitesse.

La rapide baisse de pression qui est engendrée par le passage d’une tornade peut atteindre ou même dépasser 100 hectopascals, ce qui correspond à une baisse d’un dixième de la pression en surface, qui devient ainsi comparable à celles qui règnent au niveau de la mer au centre de supercyclones comme David (1979), Allen (1980), Hugo (1989) ou Andrew (1992), pour ne citer que les plus fameux parmi ceux qui ont sévi sur la zone des Caraïbes au cours des dernières décennies.

Aux États-Unis, la tornade moyenne peut être définie comme un tourbillon de petite dimension (rayon de 50 à 100 m), à durée de vie brève (de 5 à 10 min), et se déplaçant, sur une distance comprise entre 4 et 6 kilomètres, à une vitesse moyenne de 50 kilomètres par heure. Des traces de destructions sur plusieurs dizaines (voire des centaines) de kilomètres ont été signalées, mais sans doute ne s’agissait-il pas exactement de la même tornade. Dans ces cas de long parcours, on observe fréquemment des interruptions des dégâts le long de la trajectoire; celles-ci ont certainement pour origine des pulsations du tourbillon, qui s’élève ou s’abaisse à des intervalles plus ou moins réguliers. Une exception doit être signalée: la tristement célèbre «tornade des trois États» a été suivie d’une manière continue, le 18 mars 1925, de 12 h 55 min dans le Missouri jusqu’à 16 h 30 min dans l’Indiana en passant par l’Illinois. La trajectoire, longue de 330 kilomètres, fut rectiligne, et la vitesse de déplacement comprise entre 85 et 100 kilomètres par heure. Le bilan, catastrophique, s’est soldé par 689 morts, 1 980 blessés, 11 000 sans-abri et des centaines de millions de dollars de dégâts.

Si elles possèdent une structure du même type que celle des tornades, les trombes ne peuvent leur être comparées: la vitesse du vent est inférieure à 120 kilomètres par heure, la baisse de pression est de l’ordre de 20 à 30 hectopascals, leur diamètre est inférieur à 30 mètres et leur durée de vie comprise entre 5 et 20 minutes au maximum.

Climatologie des tornades aux États-Unis

Les tornades sont certainement l’élément météorologique le plus important du climat des États-Unis, cela malgré l’existence des cyclones tropicaux, des vagues de chaleur et de froid... Une classification fondée sur la vitesse estimée du vent permet d’en distinguer six catégories (cf. tableau). Parmi les 800 tornades observées en moyenne tous les ans sur les États-Unis – la figure 1 en présente la répartition géographique –, une vingtaine seulement peuvent être classées comme violentes (degrés 4 ou 5). Ces 800 tornades annuelles sont en moyenne à l’origine de plus de 150 morts et de plusieurs dizaines de millions de dollars de dégâts. La statistique des cas observés depuis 1950 montre que:

– plus de 80 p. 100 des tornades sont observées entre midi et 18 h;

– 54 p. 100 se produisent au printemps et 27 p. 100 en été;

– 87 p. 100 se déplacent vers le nord-est et 9 p. 100 vers le sud-est;

– le 3 avril est le jour où le plus grand nombre de tornades a été observé;

– le 16 janvier est le seul jour sans tornade;

– les points d’occurrence maximale mensuelle décrivent une courbe qui montre un décalage du sud (Colombus, nord-Mississippi, en janvier) vers le nord (Macon, nord-Missouri, en août), puis du nord vers le sud, en relation avec le mouvement apparent du Soleil (fig. 2).

Les études statistiques mettent aussi en évidence l’existence d’une population très particulière de tornades, liées aux cyclones tropicaux. Elles sont observées d’août à octobre, dans le Sud-Est (golfe du Mexique, Floride) et sur les côtes est des États-Unis. Les tornades des régions côtières sont accompagnées de très nombreuses trombes. Ces tornades et trombes sont généralement localisées dans le quart avant droit des trajectoires des cyclones tropicaux; ces phénomènes ont la particularité d’être partie intégrante d’un ensemble tourbillonnaire de grande échelle en mouvement, d’où des cisaillements considérables de direction et de vitesse du vent, qui sont à l’origine de dégâts très importants et des zones de «superdestructions» dans un ensemble ravagé par le passage du cyclone.

Conditions météorologiques et mécanismes de formation

À l’exception de celles qui sont liées à des cyclones tropicaux, les tornades se développent le plus souvent à l’avant et le long d’un front froid (cf. FRONT [météorologie]), donc dans la partie sud d’une zone de basse pression généralement centrée sur la partie centrale ou septentrionale des États-Unis (fig. 3). Deux masses d’air très différenciées sont alors en contact: de l’air tropical maritime instable, chaud et humide, à l’avant du front (courant de secteur sud); de l’air froid et sec, à l’arrière du front (courant de secteur nord).

Les mesures en altitude à l’avant du front montrent, dans la majorité des cas de genèse d’une tornade, une structure très particulière. La couche d’air humide est limitée aux basses couches de l’atmosphère (de 1 à 3 km) et elle est surmontée d’une mince couche d’air stable ^{[cf. THERMODYNAMIQUE DE L'ATMOSPHÈRE]} qui la sépare de l’air des couches supérieures, relativement sec et conditionnellement instable (stable pour de l’air sec et instable pour de l’air saturé). La mince couche d’air stable joue un rôle prépondérant dans la genèse des tornades en limitant, dans un premier temps, les mouvements verticaux (comme une digue retient la poussée des eaux). Quand l’énergie de ces mouvements ascendants devient suffisante pour leur permettre de passer l’obstacle, ils jaillissent brutalement dans les couches supérieures et donnent naissance à de fortes cellules convectives. Celles-ci sont à même de provoquer le déclenchement de tornades en raison des violents courants verticaux ascendants qui assurent le maintien de la convection.

On retrouve la même structure verticale dans le cas des perturbations de la zone sahélienne: air chaud et humide dans les basses couches et air sec au-dessus; sur la région de Dakar, la tranche stable est en fait un coin d’alizé séparant le flux de mousson de l’harmattan (vent d’est chaud et sec). Ce type de structure est une condition nécessaire mais non suffisante; il semble que les variations du vent en altitude (de 9 000 à 12 000 m) jouent un rôle primordial, en intensifiant ou en diminuant les mouvements verticaux dans les cumulo-nimbus.

Les tornades se forment dans l’updraft (zone du nuage où sont observés des mouvements verticaux ascendants). La figure 4 montre un cumulo-nimbus, l’updraft et la zone de genèse d’une tornade. La figure 5 précise les positions relatives du nuage et de la tornade; le tuba pénètre la masse nuageuse, dans laquelle il s’intègre; il n’est en aucun cas constitué de matière extraite du nuage.

La figure 6 indique comment des variations de la vitesse du vent en altitude – des accélérations – peuvent être à l’origine des tornades. Trois phases successives sont indiquées:

– l’état initial est défini par l’existence de masses nuageuses convectives et d’un updraft classique;

– l’accélération des vents dans la haute troposphère a pour conséquence un renforcement et un changement de la structure de l’updraft, qui devient tourbillonnaire;

– de petits tourbillons peuvent se former au sein de l’updraft, tourbillon de 3 à 5 kilomètres de rayon, et donner ainsi naissance aux tornades.

Prévision et prévention

Le Service météorologique américain gère, depuis la fin des années 1960, un programme de recherche intitulé «Severe Storms Research Project» (projet de recherche sur les tempêtes fortes), qui a pour objectifs l’analyse de la structure et de l’origine des tornades, la prévision et la localisation des zones de genèse, la mise en œuvre de moyens destinés à réduire au minimum les conséquences des inévitables passages de tornades.

Des résultats très intéressants ont été obtenus et, grâce aux moyens techniques disponibles (simulations, radar Doppler, lidar infrarouge Doppler, fusées téléguidées...), les météorologistes sont à même de mieux connaître la structure interne du phénomène.

La prévention est fondée sur une série d’actions à l’origine desquelles on trouve les bulletins spéciaux diffusés par les services météorologiques. Ces actions intéressent l’ensemble de la population des régions concernées et sont le fait des autorités administratives et militaires, des principaux médias et de groupes de bénévoles très spécialisés.

Encyclopédie Universelle. 2012.