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Recherche sur les tornades : vortex multiples et trombes marines

Dossier - Tout savoir sur les tornades
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Qu'est-ce qu'une tornade ? De la description phénoménologique aux différentes étapes de formation de ces incroyables tourbillons (courants ascendants, tube dynamique, cisaillements, étirement, convergence) en passant par leur évolution et leur structure, découvrez tout de ce phénomène étonnant dans notre dossier. L'occasion également d'en apprendre plus sur les moyens de détection des tornades comme les dispositifs à effet Doppler.

  
DossiersTout savoir sur les tornades
 

Malgré les progrès récents, notre compréhension des tornades reste, dans certains domaines, bien limitée. Par exemple, la description que nous avons donnée de l'enchaînement des évènements qui aboutissent à la formation d'une tornade (voir pages 4 et 5) est incomplète car elle s'applique surtout aux tornades fortes.

Des spirales plus faibles peuvent naître en dehors du courant ascendant principal de l'orage le long de la ligne de front (le « front de rafales »), où l'air, refroidi par la pluie qui tombe du nuage générateur, se fraie un chemin vers le bas et fait remonter l'air chaud entrant. Il semble aussi que plusieurs autres processus puissent engendrer un mouvement de rotation suffisamment fort pour créer une tornade ; les détails de ces mécanismes et leurs relations ne sont pas encore connus.

Le cœur de la tornade reste très énigmatique : on ne possède pratiquement aucune donnée quantitative sur la vitesse des vents et sur les chutes de pression qui y règnent. De tels renseignements présenteraient un intérêt plus qu'académique : par exemple, les architectes et les ingénieurs qui travaillent dans des régions sujettes aux tornades aimeraient savoir de quelle protection au vent ils doivent doter leurs constructions sans prendre de précautions inutiles ou de risques insensés.

Deux tornades côte à côte sur la plage de Bondi, en Australie. © Spud Murphy, CC by-sa 2.0

Des vortex multiples ?

De plus, les chercheurs en météorologie ont besoin de ces informations pour répondre aux questions de base :

  • Comment évolue la vitesse de rotation dans un mésocyclone pour créer une tornade ?
  • Quelle est la structure du courant ascendant ?
  • Comment interagit-il avec les vents horizontaux ?
  • Comment et à quelle altitude le cœur se confond-il avec le courant dans le cyclone ?

La nature violente des tornades a poussé les météorologistes à étudier, avec quelque succès, des types plus accessibles de vortex en colonnes. En 1971, les observations aériennes effectuées par T. Fujita sur un grand tourbillon de poussière à vortex multiples (un tourbillon relativement faible) ont confirmé, pour la première fois, l'idée que des vortex multiples pourraient également exister dans des tornades violentes.

Étude des trombes marines

Depuis 1970, une importante série d'expériences a été menée sur les trombes marines (un type de vortex qui se produit à la surface des océans) ; les trombes semblent mettre en jeu des vents moins rapides que leurs homologues terrestres et apparaissent habituellement au début de l'été aux environs de Key West en Floride. Des chercheurs ont photographié de telles trombes et effectué des mesures dans le cœur de celles-ci à l'aide d'instruments embarqués dans des avions. On ne sait cependant pas clairement si les résultats obtenus sur les trombes sont transposables aux tornades, et en particulier à celles qui sont fortes et violentes. Le courant dans les niveaux inférieurs de la trombe d'eau peut, par exemple, différer de celui d'une tornade parce qu'un vortex sur l'océan, circulant sur une surface lisse, est donc soumis à des frottements plus faibles.

II n'existe pas de substitut à l'observation directe des tornades et, depuis la fin des années 1960, des chercheurs de l'université d'Oklahoma et du Laboratoire national d'étude des orages violents de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) à Norman, dans l'Oklahoma, ont systématiquement fait la chasse aux orages à tornades dans l'espoir d'obtenir des clichés et des films qui puissent être comparés aux observations radar et utilisés pour estimer la vitesse des vents.

Depuis 1981, Howard Bluestein et ses étudiants de l'université tentent de mettre en place au sol des instruments de mesure adaptés sur la trajectoire prévue des mésocyclones. Le système de mesure, surnommé toto (abréviation de Totable Tornado Observatory), a été mis au point par A. Bedard, du Laboratoire d'Étude de la propagation des Ondes de la NOAA à Boulder, dans le Colorado. toto est équipé pour mesurer la vitesse et la direction du vent, la pression atmosphérique, la température et l'intensité du champ électrique sous le cyclone à tornades. Jusqu'ici, H. Bluestein et ses collègues ont obtenu des renseignements sur quelques mésocyclones et ils ont fait au moins une découverte surprenante : la chute de pression sous un cyclone à tornades n'est pas aussi importante que prévue, ce qui suggère que la dépression la plus violente est très proche du cœur.

On obtient des informations directes sur la nature du cœur au-dessus du sol avec de petites fusées mises au point par Stirling Colgate de l'Institut de Recherche Minière et de Technologie du Nouveau Mexique. On lance les fusées à partir d'un avion léger situé à un ou deux kilomètres de la tornade, et les mesures recueillies par les instruments qu'elles transportent sont renvoyées par radio à l'avion. Des lancements préliminaires dans des trombes d'eau et dans deux tornades ont montré que cette méthode est utilisable bien qu'elle nécessite encore des mises au point supplémentaires.