Les cyclones sont des phénomènes atmosphériques impressionnants et dévastateurs. Ils fascinent les Hommes par leur puissance. Leurs conséquences peuvent être terribles, d'où l'importance des actions de prévention.

  
DossiersCyclone, ouragan, typhon : qui sont-ils ?
 

Comment un cyclone se forme-t-il ? Quelle est sa vie ? Voyons quelles peuvent être ses origines et conditions de formation, mais aussi en quoi consiste la structure de ce phénomène impressionnant, quelle peut être sa trajectoire, puis comment il décline. Zoom ensuite sur les différentes manifestations des cyclones.

Quelle est la vie d'un cyclone ? Ici, tornade par une nuit d'orage. © Vchal, Shutterstock

Zones de naissance des cyclones

Il existe dans le monde sept bassins susceptibles de réunir les conditions nécessaires à la formation du phénomène, et où se produit de manière régulière une activité cyclonique (voir la carte ci-dessous).

Les statistiques indiquent qu'il y a 80 à 85 cyclones chaque année (dépression ayant au moins atteint le stade de tempête tropicale), dont 45 ont dépassé le seuil d'ouragan (plus de 117 km/h en vent maximal soutenu).

La répartition des cyclones tropicaux est très inégale entre les deux hémisphères : environ 70 % dans l'hémisphère nord, contre 30 % dans l'hémisphère austral. La région la plus active, avec plus de 35 % des cyclones tropicaux du globe, est représentée par l'océan Pacifique nord-ouest. Il s'agit également de la région où les phénomènes sont les plus étendus et les plus violents.

Sur l'ensemble du globe, seulement 22 % des perturbations évoluant en cyclones tropicaux prennent naissance en dessous de 10° de latitude, contre 65 % entre 10 et 20°, et seulement 13 % au-dessus de 20°.

Les zones de formation des cyclones et les trajectoires habituelles. © Prim.net

Les amas de nuages nécessaires à la formation des cyclones se trouvent en particulier entre les tropiques, au niveau d'une vaste zone de mauvais temps, qu'on dénomme « zone intertropicale de convergence » ou « zone de convergence intertropicale » (ZIC ou ZCIT). Certains cyclones peuvent également se former à partir de perturbations d'origine tempérée, qui sont descendues en latitude et ont pris peu à peu des caractéristiques tropicales (le « cœur » froid notamment devenant alors un « cœur » chaud). On retrouve là aussi, à l'origine, un amas nuageux qui a trouvé une forte humidité et une instabilité. Certaines de ces perturbations évoluent en cyclones, lorsque les autres conditions sont réunies, d'autres non, et restent des amas nuageux, ondes tropicales ou zones perturbées.

Saisons cycloniques

Dans l'hémisphère nord, la saison cyclonique s'étend de juin à novembre. Dans le bassin océanique de l'Atlantique et des mers adjacentes, la saison cyclonique bat son plein entre début juillet et fin octobre.

Dans l'hémisphère sud, la saison cyclonique s'étend de novembre à avril, voire mai.

Conditions de formation

Un cyclone naît et se développe uniquement si les conditions suivantes sont réunies :

  • une condition thermique : une température de la mer supérieure à 26 °C sur une épaisseur minimale de 50 m. L'évaporation de surface de grandes quantités d'eau fournit l'énergie nécessaire pour entretenir le système de machine à vapeur qu'est une formation cyclonique. Si l'eau est trop froide, le cyclone ne peut pas se former ou, s'il était déjà formé préalablement, il s'affaiblit puis finit par perdre ses caractéristiques cycloniques tropicales. Cette condition thermique en fait ainsi un phénomène essentiellement maritime (depuis sa naissance jusqu'à sa maturité). En pénétrant sur terre, son énergie tend rapidement à décroître ;
  • une condition géographique : être suffisamment éloigné de l'Équateur (5° de latitude, soit une distance voisine de 550 km) de façon à ce que la force de Coriolis ne soit pas nulle. Cette force, engendrée par la rotation terrestre, imprime une déviation du vent vers la droite dans l'hémisphère nord et vers la gauche dans l'hémisphère sud. Elle est nulle à l'Équateur. C'est elle qui intervient pour déclencher le mouvement tourbillonnaire initial. En dessous de 5° de latitude, la force de Coriolis est trop faible pour un tel déclenchement (il n'y a donc jamais de cyclone entre 5° sud et 5° nord) ;
Conditions de formation d'un cyclone. © Prim.net
  • une forte humidité, indispensable à la formation des cumulonimbus. La formation d'un cyclone est impossible pour une humidité inférieure à 40 %, fréquente lorsqu'elle est supérieure à 70 %.

Enroulement des vents

Dans le mouvement des vents entre les zones de hautes et basses pressions, un équilibre se crée entre la force de Coriolis, centrifuge, et la force qui les attire vers le « creux » de la dépression (force de gradient de pression). Il en résulte un mouvement d'enroulement des vents autour de la zone de basse pression, suivant à peu près les lignes d'égale pression, avec :

  • La préexistence d'une zone dépressionnaire, d'un amas nuageux, d'une ligne de grains ou encore d'une onde tropicale associée à de la convection et à un faible mouvement d'air convergent de basses couches. Cette convergence crée les mouvements ascendants, permettant à l'air humide de s'élever.
  • La présence de vents en altitude (jusqu'à 15 km). Ces vents doivent être relativement homogènes : même direction et même force ou presque. Dans le cas contraire, l'énergie développée par le système va se disperser et le système a tendance à se « cisailler ».

Structure des cyclones

La structure des cyclones est caractérisée par une masse nuageuse pouvant s'étendre sur 1.000 km pour les plus importants. Elle est organisée en bandes spiralées s'enroulant autour d'un centre de rotation, anneau central compact et droit. Au stade de tempête tropicale, ce centre est noyé au milieu des nuages de type cumulonimbus, à fort potentiel pluvieux et orageux ; il est parfois difficilement discernable.

Au stade de cyclone, ce centre de rotation, l'œil du cyclone, est plus nettement identifiable. L'œil a un diamètre généralement compris entre 30 et 60 km (exceptionnellement de plus de 200 km). Il est caractérisé par des vents faibles et des précipitations nulles ou très faibles, tandis que la pression atmosphérique y est au plus bas et la température en altitude la plus chaude (jusqu'à 10 °C de plus dans l'œil qu'à sa périphérie à 12 km d'altitude). Il y règne ainsi un calme apparent très temporaire (des lambeaux de ciel bleu sont quelquefois visibles).

Structure d'un cyclone. © Prim.net

L'œil du cyclone est constitué par de l'air subsident (mouvement descendant), tandis que dans le mur, les mouvements ascendants sont rapides. Les températures chaudes de l'œil s'expliquent par la compression de l'air subsident. Les mécanismes généraux de la formation de l'œil ne sont pas encore tous clairement explicités.

Variation des paramètres dans un cyclone. © Prim.net

L'œil est entouré par le mur de l'œil, constitué de cumulonimbus et pouvant s'étendre sur un rayon de 150 km. Ce mur, qui abrite les mouvements convectifs les plus puissants, est le siège des effets du cyclone les plus dévastateurs (vents, pluies, marée cyclonique).

Trajectoires des cyclones

Les trajectoires peuvent être définies à partir de deux circulations différentes :

  • aux latitudes tropicales, une circulation équatoriale d'est en ouest (sauf dans l'océan Pacifique sud-ouest où la circulation se fait généralement d'ouest en est) ;
  • l'entrée du cyclone dans la circulation des régions tempérées après un changement plus ou moins brutal de direction. Cette incurvation de la trajectoire vers le pôle est due à la force de Coriolis, qui dévie les cyclones vers la droite dans l'hémisphère nord et vers la gauche dans l'hémisphère sud.
Trajectoires habituelles des cyclones. © Prim.net

Ces deux composantes confèrent en théorie aux cyclones une trajectoire parabolique. Dans la réalité, les trajectoires observées sont plus ou moins complexes et peuvent présenter des boucles, des retours en arrière, etc.

La trajectoire atypique du cyclone Mitch, en 1998. © Prim.net

La vitesse de déplacement des cyclones est modérée au début (inférieure ou égale à 20 km/h généralement). Elle s'accélère avec le changement de trajectoire, lorsque la composante principale du mouvement devient ouest-est (ce qui se produit en moyenne vers 23° de latitude), avec une vitesse pouvant dépasser 45 km/h.

Déclin des cyclones

Un cyclone s'affaiblit dès qu'une de ses sources d'alimentation en énergie disparaît ou s'atténue. C'est ainsi notamment le cas :

  • Lorsqu'il arrive sur terre. Ainsi, un cyclone passant sur les Caraïbes se retrouve privé de « carburant » et sort de ces îles souvent très affaibli. S'il rentre (on dit « atterrit ») sur un continent, comme les États-Unis, il peut mourir (se dissiper) en vingt-quatre heures. Toutefois, les phénomènes les plus puissants peuvent conserver une énergie suffisante pour « traverser » l'étendue terrestre et se développer à nouveau au contact d'un océan, si les conditions nécessaires à leur renforcement sont présentes. Par ailleurs, les forces de frottement sur terre (action de résistance due au relief terrestre et « freinant » les mouvements d'air) ne jouent pas un rôle prépondérant dans la dégénérescence du cyclone ;
  • Lorsqu'il arrive sur des océans dont les eaux de surface ne sont pas assez chaudes ;
  • Lorsqu'il subit les effets du  cisaillement vertical du vent qui déforme sa structure verticale ;
  • Lorsque sa trajectoire  se rapproche trop de l'Équateur.

Certains cyclones en fin de vie peuvent être « repris » par la circulation d'ouest des latitudes moyennes et engendrer de violentes tempêtes, sur les côtes européennes notamment (c'est le cas de près d'un cyclone sur deux dans l'océan Atlantique nord).

Manifestations des cyclones

  • Les signes précurseurs

Le premier signe précurseur est la houle cyclonique, qui se propage à une vitesse supérieure à celle du cyclone. L'importance de sa direction, de sa hauteur et de sa fréquence ainsi que les variations de celles-ci renseignent sur la distance du phénomène et sur l'orientation de sa trajectoire.

Une pression anormalement élevée par rapport aux jours précédents, associée à une atmosphère limpide, peut renseigner sur la présence encore éloignée d'un cyclone.

La présence de nuages, notamment de cirrus et de cirrostratus, avant que la pression n'ait commencé à chuter, renseigne sur la direction dans laquelle se trouve le phénomène et sur son importance. Les animaux perçoivent les ultrasons émis par le cyclone ; les oiseaux de mer s'éloignent loin à l'intérieur des terres.

Les signes précurseurs. © Prim.net
  • Les vents

L'intensité des vents et leurs changements brutaux de direction sont à l'origine de dégâts considérables. Ils dépassent aisément les 150 km/h et peuvent exceptionnellement atteindre 370 km/h environ à proximité de l'œil (plus particulièrement dans l'hémisphère nord, dans sa partie avant droite où le gradient de pression est le plus fort). On notera que l'énergie d'un vent est proportionnelle au carré de sa vitesse (un vent de 200 km/h exerce une force quatre fois supérieure à celle d'un vent de 100 km/h). La dangerosité des vents est également liée aux objets plus ou moins volumineux que ceux-ci sont en mesure de projeter.

Dans un cyclone, les vents de surface se caractérisent par ailleurs par leur turbulence, avec une alternance entre séries de rafales violentes et accalmies passagères ; cette variabilité a tendance à augmenter à l'intérieur des terres.

Un autre danger résulte du changement à 180° de la direction des vents après le passage de l'œil (de part et d'autre de l'œil, les vents soufflent dans des directions opposées).

Vitesse des vents. © Prim.net
  • Les pluies

Le cumul des précipitations peut être considérable, y compris pour des cyclones d'intensité relativement modeste (en termes de vents), alors que certains « gros » cyclones ne génèrent que peu de pluies. Différents paramètres influencent le cumul des précipitations :

    • le relief montagneux, qui amplifie les mouvements verticaux, et donc l'instabilité, et les processus de condensation de la vapeur d'eau ;
    • l'orientation de la trajectoire du système pluvieux par rapport à celle d'une chaîne montagneuse ou d'un obstacle naturel ;
    • la vitesse de déplacement du cyclone, dont la lenteur tend à accentuer les cumuls pluviométriques (le phénomène séjournant plus longtemps au même endroit).

Les pluies peuvent être génératrices d'inondations, de glissements de terrains et de coulées boueuses d'ampleur variable.

En Guadeloupe, en 1995, Marilyn (ouragan de classe 1 seulement) a déversé 500 à 600 mm d'eau en douze heures sur la ville de Basse-Terre dans la nuit du 14 au 15 septembre.

Le record de précipitations est détenu par l'île de La Réunion, avec 1.170 mm en douze heures lors du cyclone Hyacinthe le 26 janvier 1980.

  • Effets dus à l'état de la mer

Les cyclones tropicaux menacent davantage les îles et les régions côtières en raison des risques maritimes engendrés.

L'onde de tempête est la montée rapide du niveau de la mer lorsqu'une tempête s'approche de la côte. Le niveau de la mer monte près des côtes, à cause des forts vents du large qui « poussent » l'eau vers elles. De plus, l'eau est « aspirée » vers le haut par la pression très basse régnant près de l'œil du cyclone (phénomène d'intumescence). Les régions basses sont les plus vulnérables, alors que celles où le relief s'élève rapidement ne sont pas touchées.

L'onde de tempête peut se superposer à la marée astronomique (liée à la Lune) pour constituer la marée de tempête. L'amplitude de cette dernière varie de 1 à 2 m pour les cyclones peu intenses, mais peut dépasser 5 m pour les phénomènes plus puissants et être particulièrement dévastatrice.

La mer « monte » sur la droite du déplacement dans l'hémisphère nord (sur la gauche dans l'hémisphère sud) ; elle « baisse » de l'autre côté.

Marée haute normale et marée de tempête. © Prim.net

Les dégâts dus à la mer sont également liés aux vagues. Pour les cyclones les plus importants, leur hauteur peut atteindre 30 m. Leur déferlement répétitif sur la côte peut provoquer des érosions et menacer d'effondrement les constructions du littoral. La dangerosité des vagues est d'autant plus importante que celles-ci se conjuguent avec la marée de tempête. Le vent génère des vagues très différentes par leur direction, leur hauteur et leur fréquence, créant un état de mer particulièrement « démonté ». La houle cyclonique peut parfois être observée jusqu'à 1.000 km en avant du cyclone et ses effets peuvent continuer à se faire sentir après son passage.

Dans le delta du Mississippi, aux États-Unis, la marée de tempête occasionnée par le passage de Camille, en 1969, est montée brusquement jusqu'à près de 8 m. En Australie, en 1899, le cyclone connu sous le nom de Bathurst Bay Hurricane aurait produit une marée de tempête de 13 m de hauteur dans la baie de Bathurst.