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24·02·10

Les tornades

Une tornade est un vortex de vents extrêmements violents. La naissance du phénomène à la base du Cumulonimbus, un nuage d'orages en forme de chou-fleur avec un voile de sa partie supérieure. On voit les tornades sous plusieurs conditions comme le cisaillement des vents en basse pression. Normalement, lorsque toutes les conditions sont présentes dans l'atmosphère, les tornades détruisent tout ce qui se trouve sur leur passage. Les dommages varient selon la vitesse des vents et de la géographie. Les questions vedettes sont les suivantes. Pourquoi voit-on les tornades seulement en hiver au Canada? Existe-il une relation entre leur dimension et leur force? Comment peut-on prévenir les tornades? Le phénomène de cisaillement des vents , la convection et les lois en physique permet d'expliquer bien des choses...

Les tornades peuvent avoir une apparence trompeuse selon leur dimension ou de leur altitude. Une tornade de petite dimension peut paraître faible, par contre cela peut-être le contraire. Voilà pourquoi nous devons évaluer la tornade d'après la vitesse des vents. L'échelle Fujita est l'échelle dont nous servons afin d'évaluer les tornades.

Il s'agit d'une tornade si la rotation entre en contact avec la terre ferme. Si ce n'est pas le cas, il s'agit seulement d'un entonnoir nuageux. L'entonnoir nuageux est une masse nuageuse qui a tendance de s'apporcher du sol sans y toucher. Il peut aussi arriver qu'une tornade puisse toucher les cours d'eau, dans ce cas il s'agit d'une trombe marine. Le déplacement d'une tornade est sinueuse, généralement du sud-ouest vers le nord-est (hémisphère nord), mais peut changer de direction de façon soudaine.

Naissance d'une tornade et les conditions météorologiques particulières

Les conditions nécessaires à la formation de la tornade sont les suivantes.
- Un cisaillement des vents dans les premiers kilomètres de l'atmosphère
- Un courant ascendant important, causé par la poussée d'Archimède dans une masse d'air instable.
- Une configuration des vents de surface qui puisse servir à concentrer la rotation verticale.
- Un quatrième élément est utile mais pas toujours présent:
- Un courant descendant dans la précipitation.

Déchencheurs dynamiques
Un courant ascendant se manifeste seulement lorsque les parcelles d'air atteignent le niveau de condensation par convection. Dans une masse d'air sans mouvement, seul le réchauffement peut suffire, mais ils existent des déclencheurs qui peuvent manifester des orages.
- La présence d'un courant-jet dans le secteur: le courant jet d'altitude comporte des vents intenses pouvant atteindre plusieurs centaines de kilomètre à l'heure. Les vents suivent la formation du courant en refoulant l'air devant eux vers le bas et en aspirant l'air vers le haut derrière eux. Ceci peut produire une inversion pouvant créer des orages violents.
- La même chose peut se produire avec un courant-jet de bas niveau mais dans ce cas, il s'agit de convergence de masse à gauche du jet qui force l'air empilé à monter comme un pot que l'on presse à sa base.
- Des effets locaux comme l'ascension forcée de l'air le long d'une pente par des phénomènes météorologiques à grande échelle ou des brises de mer qui amènent de l'air humide vers une zone instable.
- La présence d'un front froid ou d'une grande poche d'air froid soulevant la masse d'air chaude.

Front froid:
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Thermodynamique
Les déclencheurs dynamiques favorisent donc à l'air instable. La règle générale, est une combinaison, de chaleur et d'humidité en surface et d'air froid et sec en altitude. Une poche d'air qui se soulève perd sa chaleur et diminue sa pression. Cette poche qui se soulève, est plus chaude que l'air environnant. Alors, elle subit une poussée d'Archimède, en la soulevant jusqu'à ce que sa température soit équivalente avec l'air ambiant. Ce soulèvement, que l'on appelle le courant ascendant, libère de l'énergie potentielle de convection qui se transforme en énergie cinétique de mouvement.

Il y a une condensation de la vapeur que contient cette poche d'air, puisque que celle-ci a perdu sa chaleur jusqu'à la valeur du point de rosée. Au moment de la condensation, il existe une libération de chaleur ce qui contribue au renouvellement de condensation puisqu'il se produit un allongement du nuage vers le haut. Alors voici pourquoi que les orages sont plus forts en fin d'après-midi et diminue d'intensité en soirée! Le soleil joue un rôle important à la température et au cycle de l'eau!!


Développement de la tornade

Le courant ascendant se met d'abord à tourner. Le basculement de l'axe de rotation semble etre le mécanisme intervenant a ce stade. Lorsque les vents entrent en interaction avec un fort courant ascendant, cette rotation autour d'un axe horizontal peut basculer et devenir une rotation autour d'un axe vertical. Le cisaillement des vents dominants devient une cause de la rotation verticale. Ce qui engendre une circulation cyclonique de l'air qui s'engouffre à la base du courant ascendant de la dépression.
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Cisaillement (rouge) en altitude crée une rotation horizontale
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Le courant ascendant (bleu) verticalise la rotation (vert)
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le courant ascendant (bleu) verticalise la rotation (vert)

Le courant asendant se mêle avec la rotation. Ce fort courant se propage vers la terre ferme par un tube dynamique. Le long de la colonne en rotation, le champ de pression est en équilibre avec le champ de vents où la circulation est fortement incurvée. En effet, la force dirigée vers l'intérieur, qui s'exerce sur l'air du fait de la faible pression qui règne au centre de la colonne, est équilibrée la rotation de l'air autour du centre de la colonne.

Concentration
Il existe une loi en physique. Le moment cinétique d'une masse d'air par rapport à son axe de rotation vertical est maintenu. Le moment cinétique est le produit de la vitesse des vents et de la masse par la distance à l'axe. Donc, tout s'explique comment une tornade peut avoir une apparence trompeuse! Si la distance du centre (diamètre) diminue le moment cinétique augmente! Donc, elle tournera plus vite!! Prenons l'exemple d'un patineur, il tourne plus vite quand il ramène les bras le long de son corps!!!

L'augmentation du moment cinétique résulte d'un allongement vertical du tuba vers le bas, ce qui intensifie le mouvement tourbillonnaire. Les masses d'air qui entrent dans la base de ce vortex montent en altitude en gagnant une certaine vitesse.

Le sens de la rotation
Le mouvement de rotation est une blance entre diverses forces. Selon le second principe de Newton exprimée dans les équations primitives atmosphériques, on additionne ces forces pour connaître la force totale qui s'exerce sur le fluide.
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L'équation comporte à la partie de gauche est l'accélération que subit la parcelle d'air. À droite on retrouve la force de Coriolis, la variation de pression dans le système, la gravité, la force centripète et la friction. Dans un système météorologique à grande échelle, par exemple une dépression, la différence de pression commence le mouvement de l'air des hautes vers les basses pressions.

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Préventions
Le meilleurs moyen de prévenir aux développements de tornade est d'affaiblir la friction (voir la formule) au sol afin d'éviter la déviation de l'air pour la rendre plus près de la basse pression. La déforestation est un facteur considérable! Les arbres empêchent cet air de s'y rendre! Voici une autre raison de garder nos forêts debouts et en santé! Ce qui avantage sur le plan social, économique et environnemental!

Donc, en résumé pour mieux comprendre. Les vents dans une tornade sont presque toujours cycloniques dans l'hémisphère nord. Le vortex provient de la concentration de la rotation des vents qui sont exercés par cette force (Coriolis). Le sens de la tornade dépend aussi du relief.

Plus la dimension est petite, plus la force de la tornade est élevée. Il est souvent faux de dire qu'une torande de plus grosse dimension est plus forte que celle de plus petite dimension!
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Publié par L. Perron le 24/02/10


Commentaires


Salut Laïka,

Content de voir que tu es toujours fidèle au poste. Je regarde ce billet comparativement aux premiers et l'amélioration est fantastique. Tu continues de m'épater avec ton partage et tes connaissances en météorologie. Bravo et au plaisir de te lire encore longtemps !!!

Publié par R Gauvin le 24/02/10

Merci beaucoup!

Publié par Laïka Perron le 01/03/10

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