Les tornades sont des tourbillons atmosphériques de vents violents résultants d'orages, et d'axe quasi vertical qui s'étend comme une colonne ou un cône nuageux, le tuba, sous la base d'un nuage convectif (cumulonimbus ou plus rarement cumulus congestus, voir index, le mécanisme des orages pour des explications plus détaillées). Le sens de rotation des tornades se fait généralement de façon cyclonique ou anti-horloger dans l'hémisphère Nord, et de façon anticyclonique ou horloger dans l'hémisphère Sud.
Les tornades se forment le plus souvent sous une partie surbaissée de la base du nuage (le nuage-mur ) et, en regardant arriver l'orage, l'air paraît plus clair sur la gauche de la tornade, plus sombre et nuageux sur la droite.
La zone située à proximité immédiate du tuba est en générale exempte de précipitations, mais de fortes chutes de pluie ou de grêle et de nombreux éclairs peuvent se produire dans le voisinage un peu plus lointain.
Voici un tableau qui explique la formation des tornades :
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A l'origine, de l'air chaud et humide est piégé sousune masse d'air froid par une couche d'air chaud plus stable. Si le soleil tape très fort, il se forme, à partir du sol, des bulles d'air un peu plus chaudes que l'air ambiant. Elles vont monter jusqu'à la couche d'air stable qui va stopper normalement leur ascension. Mais il arrive qu'une bulle surchauffée parvienne à franchir cette barrière |
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En s'élevant, la vapeur d'eau contenue dans cette bulle se condense en relâchant de l'énergie : un nuage apparaît. Ainsi réchauffée, la bulle reste plus légère que l'air environnant et poursuit son ascension en édifiant un nuage d'orage, le cumulo-nimbus . |
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L'appel d'air provoqué par l'ascension de la bulle
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de chaleur crée une puissante aspiration au niveau
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du sol. Ce courant d'air ascendant, s'il rencontre
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des vents cisaillant en altitude, va se mettre
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à tourner lentement, puis de plus en plus vite. |
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Dans l'air sec de la moyenne troposphère, une
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partie de l'eau précipitée par le nuage redevient
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vapeur en pompant de l'énergie. Le courant
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d'air frais ainsi crée est aspiré en descendant
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par le tourbillon d'air chaud ascendant
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autour duquel il vient
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s'enrouler. |
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L'air froid poursuit sa descente jusqu'au sol en amplifiant le tourbillon d'air chaud : la tornade apparaît. Elle suit ensuite son nuage, poussée par
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les vents dominants. Elle finira par mourir si la source d'air chaud à sa base se tarit ou est
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refroidie par la pluie. |
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Voici une explication plus detaillée, mais aussi plus complexe :
Les tornades se produisent aux stades les plus intenses de l'évolution des orages. Aussi des systèmes nuageux présentant des phases cycliques de dissipation et de régénérescense, comme les orages multicellulaires ( orage formé de plusieurs cellules convectives à différents stades de leur existence. Les plus jeunes se trouvent à l'avant par rapport au déplacement, leur développement augmente vers l'interieur de la masse nuageuse ); les cellules convectives sont un élément des orages, formé d'un courant ascendant et d'un courant descendant; peuvent donner naissance à des vagues successives de tornades relativement brèves.
Néanmoins, des supercellules ou orage supercellulaire ( un orage supercellulaire n'est formé que d'une seule cellule convective de très grande taille, de très forte intensité et de très longue durée de vie. A titre de comparaison, le diamètre d'une supercellulaire à maturité varie de 20 km à 50 km alors que celui des multicellulaires ne dépassent pas 10 km ) plus intenses et plus stables provoquent généralement des tornades plus puissantes et à durée de vie plus longue.
Le mouvement tourbillonnaire s'amorce habituellement quand des vents de haute altitude soufflant plus fort et dans une direction différente ( cisaillement du vent ) de celle des vents de basse altitude provoquent la rotation de l'ensemble du système orageux. Tout objet en rotation accélère cette dernière lorsqu'il est étiré suivant son axe de rotation.
Aussi, à mesure que la dépression de la zone principale de courants ascendants de l'orage attire à elle des vents, ceux-ci tourbillonnent de plus en plus vite.
Dans certain cas, la rotation est amplifiée par une puissante colonne d'air ascendant et tourbillonnant au coeur de la tempête. Ce mésocyclone (circulation cyclonique à l'échelle d'un orage ) est causé par l' intéraction de courants aériens chauds et froids dans une zone donnée de l'orage. Parfois, le mésocyclone engendre un nuage annulaire à la base du nuage d'orage, signe indéniable de tornade en formation.
A mesure que le mouvement tourbillonnaire au centre de la tempête s'accélère, il commence à se frayer un chemin le long du courant ascendant principal en direction du sol. Finalement, une colonne d'air en rotation rapide émerge de la base du nuage. Cette colonne peut devenir visible sous la forme d'un nuage en entonnoir si la pression y est assez basse pour qu'il y ait condensation.
Quand l'entonnoir ( ou tuba ) touche le sol, la tornade est complètement opérationnelle. Près du sol, le tuba s'élargit pour former une sorte de buisson qui résulte de l'arrachage et la pulvérisation de toutes sortes de débris sur le passage des tornades.
Conditions qui favorisent la formation des tornades:
Les tornades se développent au sein des zones de basses pressions de courants de forte intensité.
Pour qu'une tornade se développe, il faut que l'air soit excessivement instable. Cela est rendu possible par:
- Le réchauffement de l'air près de la surface grâce à l'action du rayonnement solaire et par un apport d'air chaud et humide.
- Le refroidissement de l'air en altitude provoqué par un apport d'air.
Autrement dit, il est nécessaire qu'une couche d'air relativement froid surmonte une couche d'air relativement chaud et humide.
Dans ces conditions, il suffit d'une poussée vers le haut pour que se développent de violents orages qui peuvent dégénérer en tornades. Les orages les plus violents attirent l'air vers la base de leur nuage avec une grande force. Si l'arrivée d'air a un mouvement rotatif initial, il y aura souvent formation d'un tourbillon extrêmement concentré, se dirigeant de la surface vers l'intérieur du nuage.
La vitesse du vent à l'intérieur d'un tel tourbillon peut dépasser 375 km/h. Par conséquent, la pression à l'intérieur du tourbillon est très basse.
Les vents violents ramassent les poussières et les débris, et, sous l'effet de cette basse pression, un nuage en forme d'entonnoir se crée, de la base du cumulonimbus jusqu'au sol.
La figure montre les courants internes et externes d'une cellule orageuse comportant une tornade. Dans cette figure, le point 1 indique l'endroit où l'air chaud et humide s'élève graduellement.
En 2, le courant ascendant qui se crée est renforcé par l'air provenant du secteur Sud. S'il est assez fort, il atteint les couches les plus froides de l'atmosphère, où la vapeur qu'il contient, en 3, se condense et crée cette nuée qu'on appelle cumulonimbus.
En montant, l'air chaud entrecoupe des vents de direction et de vitesse différentes et provoque un mouvement de spirale, en 4. Comme la forme du tourbillon se rétrécit graduellement en altitude, il crée une augmentation de la vitesse de rotation, et résulte en un effet de vrille semblable à celui des patineurs.
Le cumulonimbus atteint une telle ampleur, que les vents en altitude sont systématiquement déviés vers le haut, la base et les côtés, en 5. Il arrive que le mouvement de rotation provoque derrière lui une autre giration, en 6 : celle des courants descendants, cette fois.
Finalement, en 7, la formation de la tornade a lieu quand, dans une petite zone du cyclone qui se situe près du sol, les vents convergent de plus en plus.
Ce qui se produit ensuite, c'est le resserrement du cyclone qui s'étire vers le sol, c'est-à-dire une grande force à la base du tuba provoquée par la rotation de l'air qui crée une forte succion. Cette dernière forme au niveau du sol un buisson qui ressemble à un entonnoir renversé, lequel agit comme un aspirateur géant qui absorbe tout sur son passage.
Il arrive aussi que sur le bord de la tornade principale naissent des mini-tornades. Celles-ci sont encore plus redoutables du fait que la vitesse de rotation de la tornade principale s'ajoute à leur propre vitesse de rotation.
