Risques naturels : les tornades

La plupart de phénomènes météorologiques : front, nuages, pluies, orages, etc, prennent naissance dans la troposphère. Cette couche qui nous entoure a une hauteur au niveau de la mer d'environ 9 000 mètres vers les pôles et de 17 000 mètres vers l'équateur. L'atmosphère qui entoure la Terre étant gazeuse et hétérogène avec 1/3 de terres et 2/3 d'océans, la planète obéit aux lois de la thermodynamique. Pendant des siècles la prévision du temps n'a reposé que sur l'observation du ciel. Il faut attendre le XVII° siècle pour disposer d'appareils scientifiques rudimentaires. Le premier thermomètre, une invention de Galilée, n'indiquait que les variations de températures, Anders Celsius proposa en 1742 l'échelle de 0 ° à 100 °C. En 1643 Torricelli, élève de Galilée, invente un appareil capable de mesurer les hausses et les baisses de la pression atmosphérique en un lieu. En 1648 Blaise Pascal renouvelle l'expérience de Torricelli au puy de Dôme et conclut : « la Terre est entourée d'une enveloppe gazeuse dont la pression diminue avec l'altitude ». La pression dans une atmosphère calme est égale au poids de la colonne d'air qui surmonte ce point, soit 1013 hectopascals au niveau de la mer. L'air pesant 1,33 kg/m3 en hiver et 1,15 en été, la valeur moyenne retenue est fixée à 1,293 à 15 °C). A 5 500 mètres d'altitude la pression a diminué de la moitié, et à 11 000 elle est d'un quart. La décroissance moyenne de la température lorsqu'on monte en altitude est de 0,65°C par 100 mètres (gradient vertical de température jusquà 11 000 m, hauteur moyenne de la troposphère à nos latitudes). La quantité de vapeur d'eau contenue dans l'air dépend de sa température, l'air maritime, par exemple, est plus riche en vapeur d'eau que de l'air continental ; 0,1 % (en volume) dans les régions continentales froides, 5 % dans les régions chaudes et humides. Le premier hygromètre rudimentaire fut décrit vers 1450 par le cardinal Nicolas de Cues et sa « balance humide », une pierre attachée à un fil de laine dont il en mesurait l'allongement. 

Les masses d'air dont les propriétés de température et d'humidité sont relativement constantes interagissent les unes sur les autres. Les masses d'air chaud correspondent à des dépressions, les vents sont convergents ou cycloniques, il y a appel d'air vers le centre de la dépression, et l'inverse pour les masses d'air frais, vents divergents ou anticycloniques avec distribution d'air autour du centre de la haute pression. Les molécules d'air se déplacent des hautes-pressions vers les basses pressions. On doit le premier ventimètre à Leon Battista Alberti (1450). L'angle d'une palette mobile suspendue par un cadre au-dessus d'un quart de rapporteur indique la vitesse du vent. En 1760 Hanov hisse une série de pavillons de longueur inégale et note celui que le vent dresse à l'horizontale (ancêtre de la manche à air des aérodromes). Manche à air parallèle au mât, vent inférieur à 5 noeuds, force 1 (échelle de beaufort), chaque anneau supplémentaire correspond à 5 nœuds de plus et 1 de force (3 anneaux 15 nœuds, force 4).

« Une tornade est un tourbillon de vents violents se développant sous un cumulonimbus et se prolongeant jusqu'à terre. Les tornades sont engendrées par l'interaction entre l'air chaud humide et l'air froid sec séparés par une couche d'air stable. Lorsque l'air chaud passe au travers de l'air froid, un vortex se forme (son axe peut être vertical mais il est souvent déporté lorsqu'il atteint le sol). Vus du dessus, il tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère nord, en sens inverse dans l'hémisphère sud [ phénomène en rapport avec la force de Coriolis due à la rotation de la terre ]. L'air chaud s'élève vers le centre de la basse pression en décrivant une spirale, après l'avoir l'atteint, il se répand sur le pourtour. Devenu froid et dense, l'air descend (mouvement hélicoïdal) comprimant les couches d'air sous-jacentes, d'où formation d'une haute pression, l'air à l'approche du sol est refoulé des régions où il est en excès vers celles où il y en a moins ». Le phénomène convectif s'enclenche à partir d'une certaine différence de température entre le haut et le bas. « La tornade s'enroule de plus en plus vite avec l'altitude, l'air chaud et humide se condense en gouttelettes donnant à la trompe une apparence opaque. A la base du vortex, les débris soulevés forment un buisson de débris indéfinissable ».

 Le diamètre d'une tornade varie de quelques dizaines de mètres à plusieurs kilomètres, elle se déplace en moyenne à 50 km/h, parcourt quelques centaines de mètres à plus de 100 km, dure de quelques minutes à plus de 2 heures (différence avec un cyclone qui peut durer plusieurs jours). Lors d'une violente tornade la chute de pression (dépression) peut dépasser 100 hPa sur une centaine de mètres. Une chute de 194 hPa aurait été enregistrée au Texas en 2007. Plus la vitesse du vent est élevée, plus la pression barométrique chute : 65 km/h env 4 hPa - 139 km/h 16 hPa - 270 km/h 64 hPa. A 100 km/h la marche est rendue très difficile, le vent représente une pression d'environ 77 kg/cm2 (approximation : P = 0,0077.v²). La tornade de Bridge Creek-Moore en 1999 (Oklahoma), classée F5 avait des vents évalués à 484 km/h ; celle d'El Reno (Oklahoma) du 31 mai 2013, atteignait un 4,2 kilomètres de large ; la Tri-State Tornado du 18 mars 1925 a fait 695 morts sur un parcours de 378 kilomètres.

Imaginez un automobiliste réfugié derrière le rail de sécurité de l'autoroute au passage d'un poids lourd roulant à vive allure. Le PL génère dans son sillage des turbulences (l'écoulement des filets d'air n'est plus laminaire mais turbulent). Le camion pousse vers l'avant une masse d'air considérable (zone de haute pression) qui repousse sur les côtés tout ce qui se trouve à proximité, et créé derrière lui une zone de basse pression (appel d'air). Un PL est loin d'avoir le Cx d'un avion de chasse (0,65 contre 0,02). Plus la surface frontale est importante et plus il roule vite, plus l'effet est marqué. L'air est accéléré sur son passage (surpression) et réduite derrière lui (dépression), l'air derrière l'automobiliste étant égal à la pression atmosphérique locale va chercher à s'équilibrer et « pousser » celui-ci vers la zone de basse pression.

On appelle venturi un tube présentant un rétrécissement. L'air entrant par une extrémité se trouve accéléré au passage de l'étranglement puisque la même quantité d'air doit passer à travers une surface plus petite. L'énergie délivrée par le vent est due à la vitesse du déplacement des molécules de l'air. Le volume d'air passant en une seconde à travers une surface placée dans le courant d'air est égal au produit de la surface par la distance parcourue par l'air (Volume = vitesse x surface). La puissance du vent à travers une surface définie est donc égale au demi-produit de la surface par le cube de la vitesse du vent et par la masse volumique de l'air à l'altitude considérée.

Les débris transportés par des vents tourbillonnaires peuvent atteindre des vitesses considérables et se transformer en projectiles mortels (Ec = 1/2 m.v2). Des débris lourds sont retrouvés parfois à plusieurs kilomètres et les légers à plusieurs centaines de km. En 1978 dans le Norfolk (Angleterre), un troupeau d'oies a été aspiré et éparpillé dans un rayon de 45 km. Le 9 avril 1947, un habitant du Texas ouvre sa porte pour voir à quoi correspond un grondement inquiétant, il est aspiré et transporté à 60 mètres de là, il est indemne mais sa maison a été soufflée, il ne reste qu'un canapé... Les tornades les plus violentes sont générées au sein d’orages supercellulaires constitués d’une seule cellule orageuse de très grande taille (20 à 40 km) animée par un puissant courant ascendant rotatif d'une durée de vie de plusieurs heures. « En de rares occasions des conditions très violentes donnent naissance à une tornade à double tuba ». Les météorologues appelent « tuba » l’entonnoir de vapeur d'eau dans la colonne d'air qui pend sous la base d'un nuage convectif sans toucher le sol. Dès qu'il le touche ou soulève des débris il devient tornade.

Les tornades sont souvent observées entre 20° et 60° de latitude, les plaines centrales de l'Amérique du Nord et de l'Australie étant les plus touchées (F0, 82 % - F1, 11 % - F2, 4 % - F3, 1,8 % - F4, 0,9 % - F5, 0,3 %). Quand «  la base d'un cumulonimbus apparaît crénelée, et des pans sombres pendent à la base de la nuée orageuse évoquant des pis de vache » le délai d'alerte est d'une vingtaine de minutes. Les personnes décrivent comme autres signes avant-coureurs : l'apparition d'une excroissance conique à la base du nuage vers le sol, un bruit assourdissant de soufflerie, une forte odeur d'ozone. Conduite à tenir, sachant qu'il n'y a rien de définitif. On conseillait d'ouvrir portes et fenêtres afin de réduire la dépression à l'intérieur de la maison, maintenant on invite à tout fermer, à se réfugier dans une cave ou dans une pièce située au centre de l'habitation, se tenir loin des portes et fenêtres, se protéger la tête et la nuque avec les bras, se réfugier dans une baignoire, se recouvrir de matelas, d'oreillers et de couvertures. A l'extérieur il faut éviter de rester dans un véhicule ou une cabane et s'allonger dans une dépression (caniveau, fossé, ravin). Les trombes terrestres ou marines se forment généralement sans orage et n'atteignent jamais la violence des tornades.

«  Il se produit en moyenne quelques dizaines de tornades par an en France hexagonale, la plupart de faible intensité. Leur dimension très réduite (quelques dizaines à quelques centaines de mètres), leur courte durée de vie (quelques minutes) et la complexité des processus physiques à leur origine rendent la prévision des tornades difficile  ». Les météorologues doivent s'en tenir à des probabilités. Météo-France indiquait dans un bulletin de vigilance orange émis le lundi 24, un « risque de phénomène tourbillonnaire » associé à l’orage dans l’Aude. Kerauno, l’Observatoire des tornades et des orages violents avait prévenu d’un risque tornadique sensible notamment de la vallée de l’Aude au littoral des Bouches-du-Rhône. Il n’y avait pas eu de tornade dans l’Aude depuis 2018.

Parmi les zones identifiées propices aux tornades en France se trouve le « couloir des tornades situé dans le Nord de la France, qui réunit à la fois les conditions orageuses, l’humidité et des vents contraires et des grandes plaines qui facilitent le passage des tornades. D’autres endroits en France y sont sensibles, c’est le cas de l’Aude en raison de la vallée dans laquelle peuvent se rencontrer des vents contraires, une partie de l’Hérault de du Jura. En France, la vitesse de déplacement des tornades se situe entre 10 et 70 km/h, les trajectoires sont le plus souvent inférieures à quelques kilomètres, et elles se déplacent majoritairement du sud-ouest vers le nord-est ».

« Aucun lien direct n'a été établi entre les tornades et l'évolution du climat. L’apparente augmentation du nombre de tornades au cours des dernières décennies s’expliquerait par un recensement facilité par les moyens de communication modernes (téléphones portables, réseaux sociaux) ». Une tornade n'est pas considérée comme une catastrophe naturelle par les assurances, les dégâts sont pris en charge par la garantie tempête. L'assuré doit déclarer le sinistre dans un délai de 5 jours contre 10 jours en cas de CATNAT. NB : je n'ai pas eu recours à l'IA pour le corpus de cet articulet, mais à d'anciens cours de navigation et de physique. Une correction, une précision, une remarque ?

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