Orage

Un orage, de l'ancien français ore qui signifiait vent, est une perturbation atmosphérique d'origine convective associée à un type de nuage particulier : le cumulonimbus. Ce dernier est à forte extension verticale et donne des pluies fortes à diluviennes, des décharges électriques de foudre suivies de tonnerre. Dans des cas extrêmes, l'orage peut produire des vents violents et plus rarement des tornades et de la grêle.

Mécanisme de formation

Comme dans le cas des averses, les orages se forment dans une masse d'air instable où il y a disponibilité de chaleur et d'humidité à bas niveau et air plus sec et froid en altitude. Une parcelle d'air devenant alors plus chaude que l'environnement entrera en convection. Tant qu'elle n'est pas saturée, sa température changera selon le taux adiabatique sec mais à partir de la saturation, la vapeur d'eau contenue dans la percelle d'air condensera selon les lois de la thermodynamique ce qui relâche de la chaleur latente et son changement de température avec la pression sera alors celui qu'on appelle le taux pseudo-adiabatique humide. L'accélération ascensionnelle se poursuivra jusqu'à ce que la parcelle arrive à un niveau où sa température égale celle de l'air environnant. Ensuite elle se mettra à décélérer et le sommet du nuage sera atteint quand la particule atteindra une vitesse nulle.

L'Énergie Potentielle de Convection Disponible(EPCD) pour ce type de nuages est plus grand que pour une averse et permet de développer des nuages qui atteindront au moins le niveau de la -20C. Ceci est important car les gouttes qui s'élevent dans le courant ascendant perdent des électrons comme dans un accélérateur de Van de Graff et une différence de potentiel s'établit entre la base et le sommet du nuage. Ce n'est cependant qu'en bas de -20C que des cristaux de glace peuvent se former ce qui augmente le potentiel et permet de dépasser le seuil de claquage de l'air (voir foudre).

L'instabilité potentielle de l'air n'est pas le seul critère, il faut généralement un déclencheur. Par exemple, le passage d'un front froid ou le réchauffement diurne. Un tel déclencheur peut agir à la surface ou en altitude ce qui fait que les orages peuvent se développer près du sol ou être basés aux niveaux moyens de l'atmosphère. Les orages peuvent donc se produire en toute saison en autant que les conditions soient remplies. Cependant, de la fin du printemps au début de l'automne est la période la plus active hors des régions équatoriales car c'est à ce moment que l'atmosphère est la plus chaude et humide.

Classification des orages

On classe les orages en plusieurs catégories selon l'Énergie Potentielle de Convection Disponible(EPCD) et le cisaillement des vents avec l'altitude:

Orages unicellulaires
Orages multicellulaires
Orages supercellulaires
Lignes de grain
Derecho
Complexe convectif à méso-échelle

Orage ordinaire et pulsatif

L'unicellulaire est caractérisé par une faible énergie (EPCD de 500 à 1000 J/Kg) avec peu ou pas de changement des vents avec l'altitude. Donc le cycle de vie d’environ 30 à 60 minutes de ces orages est caractérisé par un courant ascendant plus ou moins fort et vertical. Ils commencent comme des cumulus puis se changent en cumulus bourgeonnants avec début de précipitations en leur sein. Au stade mature, le coeur de pluie dans le nuage se trouve à une grande altitude et commence à être trop pesant pour que le courant ascendant puisse le soutenir. Une enclume se forme également au sommet du nuage. La pluie mêlée de petits grêlons commence alors à redescendre vers le sol coupant ainsi son courant générateur. Après la pluie, l'unicellulaire se dissipe rapidement créant une zone plus fraîche autour de lui.

Ce type d'orages est le plus fréquent et associé avec de bonnes pluies et des vents forts mais rarement avec du temps violent (les grêlons fondant avant d'arriver au sol).

Orages multicellulaires

Lorsque la force et la direction des vents augmente avec l’altitude de façon linéaire, le courant ascendant de convection n’est plus à la même position que le courant descendant avec la précipitation. Ceci produit un front de rafale qui s’éloigne en arc du coeur de précipitations et repousse la zone d’ascension. Un surplomb de précipitation se forme donc généralement dans le quadrant sud-ouest de la cellule mère dans l’hémisphère nord alors que les vents dominants de surface viennent de cette direction. Comme le front de rafale se dissocie avec le temps de la cellule initiale en formant des cellules filles, le multi-cellulaire forme donc une ligne d'orages à différents stades de développement.

La structure radar de ce type d’orage est caractérisé par des surplombs sur la partie sud-ouest d’une ligne de fort échos et ces surplombs semblent se déplacer dans cette direction alors que la ligne se déplace à 30 degré et 70% de la vitesse des vents dans la couche où se produisent les orages.

En général, l'EPCD est moyen dans ce type d'orage, soit entre 800 et 1 500 J/Kg. Selon l'énergie et l'humidité disponible, ce type d'orage peut donner des rafales de vents violentes, des pluies diluviennes et très rarement des tornades.

Orages supercellulaires

Lorsque le cisaillement des vents tourne avec l’altitude, on peut arriver à une situation où on a un renforcement du mouvement vertical sous le courant ascendant et une synchronisation entre le front de rafales descendantes et le courant ascendant. De plus, si l'énergie potentielle convective disponible monte au-dessus de 1 500 J/kg, le courant ascendant permettra une très large extension verticale (jusqu'à plus de 15 km).

Ceci donne des cellules orageuses indépendantes en équilibre stable entre l’entrée et la sortie des courants qui leur permettent de vivre très longtemps. Elles peuvent produire de la grosse grêle, des vents destructeurs et des pluies torrentielles. De plus, si un cisaillement horizontal du vent en surface est transformé en tourbillon vertical par le courant ascendant, ces supercellules peuvent produire des tornades si la rotation est accentuée par le courant descendant.

Du point de vue radar, on remarque une voûte sans échos (à droite), là où le fort courant ascendant permet à l'humidité des parcelles d'air en convection de ne condenser qu'à très haut niveau. Ceci donne une forme à bas niveau un forme en crochet (gauche) aux échos radar et un fort gradient de réflectivité près du crochet. Du point de vue circulation de l'air, les zones en bleu sur la figure de gauche montrent où l'air descend dans ce type de nuage donnant des rafales au sol. On remarque que dans le flanc sud, le courant descendant entre en interaction avec le courant ascendant (jaune) et c'est à cet endroit que les tornades peuvent se produirent.

Lignes de grain et Derecho

Orage-ligne-de-grain.png|center|thumb|600px|* À gauche, vue en coupe horizontale des intensités de précipitations dans une ligne de grain

À droite, coupe verticale des intensités (en bas) et des vents (en haut)]]

Lorsque des orages isolés se rassemblent en une ligne et que cette ligne se déplace avec le vent moyen dans l’atmosphère, on a affaire à une ligne de grain dont l’extrême est le Derecho. Une telle ligne produit un front de rafales qui s’organise en ligne à l’avant de la convection. Il est renforcé par la subsidence du courant-jet des niveaux moyens qui est rabattu vers le sol. En effet, l'entrée de ce dernier dans le nuage y amène de l'air froid et sec de l’environnement ce qui est en équilibre négatif selon la poussée d'Archimède.

Une coupe horizontale montre donc de forts gradients de réflectivité (taux de précipitations) sur l’avant de la ligne, des encoches derrière la ligne donnant une forme ondulée à celle-ci. Les encoches sont crées là où le jet assèche la précipitation en descendant. On voit également des reformations d’orages en amont de la ligne principale.

Une coupe verticale montre de fortes réflectivités dans une colonnes sur l'avant de la ligne d'orages suivi d'une zone continue et moins intense associé à des précipitations stratiformes. Dans cette coupe, on voit également ci-dessus la position du jet de niveau moyen (en vert) descendant vers le sol.

Selon l'EPCD et le cisaillement des vents avec l'altitude, une ligne de grain donnera des vents plus ou moins forts le long de la ligne. Ces vents peuvent être dévastateurs. Les plus diluviennes ne durent que très peu de temps au passage de la ligne mais des quantitées importantes peuvent persister dans la partie stratiformes à l'arrière. Les autres phénomènes violents comme la grêle et les tornades sont plus rares.

Complexe convectif à Mésoéchelle (CCM)

Complexe orageux se formant généralement en fin de journée à partir d'orages dispersés. Il atteint son apogée durant la nuit alors qu'il s'organise comme une large zone circulaire. On les définis comme ayant:

Sommet des nuages ayant une température inférieure à -32C de plus de 150 000 km carrés.
Durée de plus de 6 heures.
Rapport entre les diamètres nord-sud et est-ouest doit s'approcher de 1.

C'est système sont fréquents dans les plaines américaines durant l'été. Il dérivent durant la nuit dans le flux d'altitude et donnent principalement des précipitations intenses causant des inondations sur de larges régions. De la fin avril à octobre 1993, les inondations qui ont sévi tout le long du bassin du fleuve Mississippi, des Grands Lacs à la Nouvelle-Orléans, ont été en grande partie causées par des CCM à répétition sur le haut de son parcours durant plusieurs semaines au début de l'été. La grande inondation de 1993

Voir aussi

Liens externes

Théorie météorologique | Nuage | temps (météorologie)

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