THREAD MÉTÉO : Cycle de vie d'un orage monocellulaire

Par une belle journée d'été, L'air peut se réchauffer fortement en cours d'après-midi près du sol et rendre le profil vertical instable par la présence d'air plus frais en altitude. C'est une situation propice aux orages.

Mais pourquoi ceux-ci n’apparaissent-ils pas forcément ? Comment démarre et se concrétise la formation d'un orage ? Pour quelle raison sont-ils limités dans le temps ? Réponse en 9 étapes !

Etape 1 : L'air est bien réchauffé près du sol. Une particule de cette masse d'air réchauffée stationne au sol. elle contient une certaine quantité d'eau définie par son point de rosée.

Etape 2 : Survient un forçage de nature mécanique (convergence des vents par exemple) qui va soulever la particule. Celle-ci, en s'élevant, subit une détente adiabatique (traduction : plus la pression baisse, plus la particule refroidit).

Il faut savoir que la température de la particule est indépendante de celle de l'air ambiant, selon la loi des gaz parfaits.

Etape 3 : La particule continue son ascension sous l'impulsion du forçage mécanique. A ce stade elle reste souvent égale ou inférieure en température par rapport à l'air ambiant. Elle possède donc une flotabilité nulle ou négative.

Le refroidissement qu'elle subit la rapproche de son point de rosée (elle se rapproche d'un état de saturation en eau, ce que représente la bille bleue qui prend de plus en plus de place).

Etape 4 : La particule atteint son point de rosée. Elle condense et forme un nuage de type cumulus humilis. La condensation libère également de la chaleur latente qui va freiner son refroidissement.

Etape 5 : La particule continue de s'élever sous l'effet du forçage tout en condensant. Le cumulus humilis devient mediocris. A un moment, la particule saturée finit par devenir plus chaude que son environnement. Elle s'élève d'elle-même sans avoir besoin d'aide.

Etape 6 : La particule s'élève de façon autonome en continuant de condenser tant qu'elle contient assez d'eau. Plus l'écart de température entre l'environnement et la particule est élevée, plus la vitesse verticale de cette dernière est importante.

C'est cet écart qui détermine l'énergie délivrée par 1kg d'air en élévation, appelée Energie Potentielle de Convection Disponible et exprimée en J/kg. Le cumulus mediocris évolue en cumulus congestus.

Etape 7 : L'ascension de la particule peut être arrêtée de 2 façons :

Elle devient égale en température à son environnement, ce qui entraîne une flotabilité nulle : elle se stabilise.

Elle rencontre lors de son ascension la tropopause, une couche semi-rigide qu'elle ne peut franchir, délimitant la frontière entre la troposphère où elle évolue et la basse stratosphère où l'air est stable en température et aussi très sec.

Ne pouvant plus monter, les particules s'y confrontant vont s'étaler le long de cette tropopause, préférentiellement dans le sens du vent d'altitude, formant une "enclume" caractéristique : le cumulonimbus est né.

Etape 8 : les particules d'eau et de glace devenues trop lourdes chutent : Des précipitations de pluie et/ou de grêle ont lieu. Dans leur chute, elles entraînent l'air plus froid d'altitude vers le sol : un courant descendant se crée.

Toujours dans leur chute, les particules trop lourdes rentrent en collision avec les particules plus légères qui continuent de s'élever. Ces collisions arrachent des électrons aux atomes.

Les charges positives vont plutôt s'élever et rejoindre le haut du nuage tandis que les charges négatives vont préférentiellement rejoindre le bas du nuage. Comme un aimant, les charges opposées vont être attirées à la surface du sol et s'accumuler sur les points hauts.

Quand la différence de potentiel devient suffisante, un traceur relie 2 charges opposées entre elles et l'éclair se produit.

Etape 9 : Le courant descendant de l'orage a refroidit l'air près du sol. Le profil vertical s'est stabilisé, brisant le processus qui formait le courant ascendant et qui alimentait l'orage en vapeur d'eau.

Les collisions internes cessent, stoppant l'activité électrique dans le nuage. La pluie s'atténue et finit par disparaître. Le nuage s'assèche et s'effiloche au gré du vent : C'est la dissipation. L'orage monocellulaire est mort.

Le processus présenté ici est celui qui a cours pour un orage monocellulaire. Comme son nom l'indique, il s'agit d'un orage constitué d'une unique cellule. La durée de vie de ce genre d'orage est courte et leur intensité modeste.

Dans un contexte plus agité, il existe 2 autres familles :

Les multicellulaires

Les supercellulaires

Les multicellulaires sont, comme leur nom l'indique, constitués de plusieurs cellules. Ces orages naissent quand le vent s'accélère graduellement avec l'altitude. Ce phénomène s'appelle "cisaillement de vitesse"

Ce changement de vitesse des vents avec l'altitude va avoir pour effet de décaler la zone des précipitations du courant ascendant qui alimente l'orage. Au sol, l'air froid qui retombe avec les précipitations s'écrase violemment et se disperse, formant un courant de densité.

Ce courant de densité va se heurter au courant ascendant et le repousser. Celui-ci va alors se dégager de la 1ère cellule et commencer à en former une seconde, puis une 3ème, etc... ce cycle ne s'interrompant qu'une fois que l'orage ne trouve plus de quoi s'alimenter.

Ce cycle de renouvellement constant des orages multicellulaires explique leur longévité qui peut s'étaler sur plusieurs heures.

Certains orages multicellulaires voient leur courant ascendant ne pas ou peu se déplacer de leur point d'alimentation d'origine. En effet les cellules se déplacent dans le flux directeur, propageant l'orage. Mais le courant de densité empêche le courant ascendant de suivre.

Il le repousse pour finalement le maintenir à la même place. De ce fait, les nouvelles cellules de l'orage se génère à la chaîne constamment au même endroit. Ce type de multicellulaire est appelé "orage à propagation rétrograde".

Ce type d'orage est particulièrement dangereux de par ses précipitations. En effet, la naissance constante de nouvelles cellules au même endroit accumule les précipitations sur zone pendant des heures, précipitations qui sont d'ailleurs souvent très intenses.

Le 6 août 2019, un de ces orages s'est produit en Haute-Loire. Appelé "orage en V" de par sa signature thermique en forme de "V", il a déversé sur la commune de Malvalette l'équivalent de 2 mois de pluie et ce près de 3h durant !

Vous pouvez trouver ici un dossier résumé de cet épisode orageux : http://www.keraunos.org/actualites/faits-marquants/2019/orage-en-v-haute-loire-6-aout-2019-pluie-inondation

Pour terminer, j'expliquerai l'orage supercellulaire peut-être demain ou plus tard selon ma disponibilité et ma motivation, à la suite de ce thread.