 Définition | | Un orage, de l'ancien français ore qui signifiait vent, est une perturbation atmosphérique d'origine convective associée à un type de nuage particulier : le cumulonimbus. Ce dernier est à forte extension verticale, il engendre des pluies fortes à diluviennes, des décharges électriques de foudre accompagné de tonnerre. Dans des cas extrêmes, l'orage peut produire des chutes de grêle, des vents très violents et, rarement des tornades. |
| Mécanisme de formation |  Un nuage d'orage est composé de cellules à divers stades de sa formation. Au plan horizontal, la masse nuageuse peut couvrir de 30 à 500 km. Généralement, ces cellules sont reliées entre elles par d'importantes couches de nuages.
Certains orages peuvent n'être formés que d'une seule cellule, mais celle-ci ne prendra pas l'importance qu'acquiert une cellule faisant partie d'un système multicellulaire. À mesure que l'orage évolue, chaque cellule grossit et gagne une altitude supérieure à celle de la cellule précédente.
Stade cumulus :
À son début, chaque orage est un cumulus. À ce stade, un courant ascendant prédomine dans toute la cellule, courant vertical qui atteint habituellement sa vitesse maximale dans sa partie supérieure, en fin d'étape. Il n'est pas rare que ce courant atteigne une vitesse de 16 m/s. À chaque niveau de ce courant, la température est supérieure à l'air environnant. Le diamètre de la cellule peut avoir de 2 à 10 km.
Stade de maturité :
Lorsque le courant ascendant gagne de hautes altitudes, une abondance de cristaux de glace et de gouttelettes crée des précipitations. L'apparition des précipitations à la surface indique que l'orage a atteint sa phase de maturité. La traînée des précipitations est un des agents initiateurs du courant descendant.
Au début, ce courant descendant ne touche que les couches intermédiaires et inférieures de la cellule. Il augmente graduellement aux plans horizontal et vertical, bien qu'il n'atteigne jamais le sommet du nuage.
L'écoulement de l'air descendant qui s'étale au sol amène des changements marqués dans les conditions en surface. Au cours de cette phase, la cellule peut atteindre une altitude de 9 à 12 km et, dans certaines zones, jusqu'à 20 km.
À l'occasion, un nuage en rouleau se produit au front d'attaque de l'orage, sous l'effet de frottement des courants descendant et ascendant. Leur phase de maturité dure habituellement de 15 à 30 mn.
Stade de dissipation :
Le courant descendant gagne graduellement toute la cellule, sauf la partie du sommet où le courant ascendant perdure. À ce stade, l'orage est parvenu au stade de dissipation. La pluie cesse graduellement et le sommet de la cellule s'effiloche en forme d'enclume. |
| Les types d'orages | On classe les orages en plusieurs catégories selon l'Énergie Potentielle de Convection Disponible (EPCD) et le cisaillement du vent avec l'altitude :
Les orages de masse d'air (ou convectif)
Les orages peuvent se produire par suite du réchauffement diurne, du passage d'air froid et humide sur une surface plus chaude ou par ascendance orographique. La topographie est donc un facteur très important.
Même si une masse d'air a des propriétés de température et d'humidité relativement uniformes au plan horizontal, la topographie peut changer localement ces propriétés. Par exemple, l'air près de la surface d'un lac est plus humide qu'à l'intérieur des terres.
Le déplacement des orages dépend uniquement des vents en altitude. De fait, s'il ne vente pas, les orages resteront presque stationnaires.
- Réchauffement diurne de l'air humide. Dans ces conditions, les orages se produisent l'après-midi et en début de soirée par jour chaud de printemps ou d'été. Ils ont tendance à être isolés. La nuit, lorsque le sol se refroidit, l'air se stabilise dans les couches inférieures et l'activité orageuse cesse.
- Air froid et humide se déplaçant au-dessus d'une surface plus chaude. Les orages ont alors mêmes propriétés que celles décrites plus haut. Ils sont fréquents près des zones côtières lorsque les vents du large sont dominants.
- Air froid et humide se déplaçant au-dessus d'une étendue d'eau plus chaude. Dans ce cas, les orages sont plus fréquents en début de matinée, d'automne ou d'hiver. Ils ne sont pas aussi importants que les orages formés au-dessus du sol, mais ils sont plus compacts.
- Ascendance orographique. Des orages peuvent se produire si un écoulement instable d'air humide est soulevé par une chaîne de montagnes. Dans ce cas, ces orages s'alignent le long du côté au vent de la chaîne de montagnes, et durent aussi longtemps que l'écoulement d'air les alimente.
Les orages frontaux
Les orages associés à front froid de perturbation forment une ligne appelée ligne de grains. Ces orages sont alimentés par le front et ont en abondance humidité, mouvements ascensionnels et instabilité. Parfois il se forme des orages auto-entretenus très violents à l'extrémité d'une ligne de grains. Appelés orages supercellulaires, ils peuvent durer plusieurs heures, car le front froid leur fournit un flux continu d'air plus froid à moyenne altitude qui augmente l'instabilité atmosphérique. Ils engendrent les vents, les averses de grêle et les tornades les plus destructeurs.
Orage multicellulaire ou supercellulaire
Orage multicellulaire :
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'intérieur de la masse nuageuse.
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 dépasse 10 km.
Cellule convective :
Elément constitutif des orages, formé d'un courant ascendant et d'un courant descendant. |  |
| Principaux phénomènes liés à l'orage | Les orages sont potentiellement dangeureux car ils sont le lieu d'important mouvements verticaux, de foudre, de vents forts et de précipitations de différents types. Leur appararition est très rapide et peuvent prendre par surprise les animaux et les humains.
Durant un orage, l'air est chargé d'électricité.
La foudre est la manifestation la plus spectaculaire de l'électricité. En fait, l'éclair est une décharge d'électricité de multiples mégavolts, semblable au choc statique que vous éprouvez lorsque après avoir frotté vos pieds sur le tapis, vous touchez quelqu'un. Dans l'obscurité, en effet, le choc statique ressemble à un minuscule éclair.
Les nuages d'orage accumulent des charges électriques qui sont polarisées et attirées vers leurs opposées, à la manière d'un aimant.
La partie inférieure des nuages contient des charges négatives et la partie supérieure, des charges positives. Sous l'influence des nuages chargés, le sol acquiert à son tour des charges positives.
Lorsque l'accumulation de charges devient trop forte, l'éclair jaillit de la base du nuage charge négativement et frappe un objet chargé positivement, habituellement un autre nuage. Toutefois, le tiers environ des éclairs frappe le sol.
Voyageant à 40 000 km/seconde, l'éclair apparaît généralement comme une fourche à plusieurs branches. En fait, il s'agit en général d'éclairs multiples qui empruntent le même canal, à une vitesse tellement rapide que l'oeil ne peut les distinguer.
La foudre peut laisser dans l'air une odeur de brûlé. Lorsqu'un éclair fulgurant dissocie des molécules d'oxygène, d'azote ou de vapeur d'eau, ces éléments se combinent pour former de nouvelles substances extrêmement âcres, notamment de l'ozone, de l'ammoniac et des acides azotés.
Lorsque la foudre va du nuage vers le sol, elle emprunte le chemin le plus court et frappe donc généralement le point le plus élevé au-dessus de ce dernier. Lorsque foudroyé, un arbre, une maison ou un humain sera soumis à ce courant intense qui causera des dommages importants et souvent la mort.
La quantité de pluie sous un orage est variable selon son type mais se produit toujours rapidement. Cependant, le relief de la région où il tombe peut influencer l'effet de celle-ci. Dans les zones montagneuses, le ruissellement dans les pentes peut amener des inondations dans la vallée en concentrant les quantités reçues vers une région restreinte. La déforestation et la saturation des sols vont accentuer les effets d'une pluie sous un orage. La pluie peut causer une liquéfaction du sol dans certaines conditions ce qui donnera des coulées de boue.
- Vent, rafales et tornade :
Certains types d'orages sont associés avec de fortes rafales de vents qui peuvent causer des dommages. Les tornades sont particulièrement dévastatrices mais ne se produisent qu'avec une infime proportion des orages.
La grêle se forme lorsque des courants ascendants dans les nuages d'orage transportent des gouttelettes de pluie vers le haut dans des zones extrêmement froides de l'atmosphère. Là, elles gèlent et forment des grêlons. Lorsqu'ils deviennent trop lourds pour être soutenus par le courant, les grêlons tombent au sol à très grande vitesse.
La grêle peut être extrêmement dangereuse, surtout lorsqu'elle s'accompagne de vents violents
Elle peut détruire les cultures, endommager les véhicules et les maisons ainsi que nuire à la circulation. Les avions, planeurs et dirigeables sont très susceptibles d'encourir des dommages lorsqu'ils passent à proximité de ces nuages. En effet, non seulement ils seront frappés dans le nuage mais également à une certaines distance de celui-ci par l'éjection des grêlons. De plus, ces derniers seront souvent plus gros que ceux retrouvés au sol puisque les appareils volent à un niveau de température ou la fonte n'a pas encore eu le temps de réduire les grêlons.
- Mouvement verticaux intenses :
Dans un nuage, la turbulence est constituée de courants soutenus et non horizontaux; lors d'un orage, ces courants sont continus au-dessus de tout le secteur.
Durant la période active de la cellule, le nuage est presque entièrement parcouru par cette turbulence. Un courant ascendant prédomine durant le stade initial, alors que durant le stade terminal de l'orage, c'est le courant descendant qui est dominant.
La largeur du courant ascendant associé au développement du cumulus est habituellement inférieure à 7,5 km, bien qu'à l'occasion il puisse s'élargir jusqu'à 12 km. Durant le stade terminal, le courant ascendant est presque entièrement confiné à une altitude de 3 à 4,5 km.
Les courants descendants sont plus lents et de moindre étendue horizontale que les courants ascendants. Les courants descendants traversent la base du nuage et s'arrêtent près du sol, où l'air froid s'étale horizontalement. De la phase de maturité au stade de dissipation, le courant atteint sa vitesse maximale puis diminue d'intensité.
Sous le nuage, le courant principal est le courant descendant d'air froid associé à la zone de précipitations. Bien qu'il commence à s'étaler et à ralentir avant d'atteindre le sol, à des altitudes de moins de 300 m en zone de précipitations, il peut être important.
Généralement, un courant de cette sorte ne s'étend pas horizontalement sur plus de 5 km. |
| Et le tonnerre ? | Le tonnerre est un bruit qui est la conséquence d'un impact de foudre au cours d'un orage.
Lors d'un coup de foudre, l'air au niveau du passage du courant électrique est chauffé (30 000 °C) brutalement ; cette variation brutale de la température entraîne une dilatation de l'air et donc une brusque expansion de ce dernier. C'est ce phénomène qui génère le bruit important du tonnerre.
Lorsque l'éclair est droit et court, les ondes produites s'entendent comme un seul coup de tonnerre. Lorsqu'il est long et présente des fourches, on entend une succession de coups et de grondements.
Le tonnerre permet aussi de déterminer la distance approximative d'un impact, en effet la lumière se déplaçant plus vite que le son, le tonnerre ne se manifeste pas au même moment que l'éclair. De ce fait il est possible d'évaluer la distance approximative en comptant le nombre de seconde qui espace un éclair de sa manifestation sonore. Il suffit ensuite de multiplier le nombre de seconde par la vitesse du son (340 m/s) pour obtenir la distance. Cela revient à considérer la vitesse de la lumière (environ 300 000 000 m/s) comme infinie, approximation acceptable par rapport à la vitesse du son. |
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