Orages

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L’orage est un phénomène météorologique caractérisé par de brusques décharges électriques qui se manifestent par des éclairs et du tonnerre.
Il se produit toujours en présence de cumulonimbus et s’accompagne fréquemment d’averses et de fortes rafales de vent.

Les orages sont en général de courte durée (de l’ordre de quelques dizaines de minutes à quelques heures). Ils peuvent être isolés ou organisés en plusieurs cellules.

Enfin, certaines saisons et certaines régions sont plus propices au développement de cellules orageuses.

Les cumulonimbus

Définition et généralités

Le cumulonimbus est LE nuage des orages : si un cumulonimbus ne produit pas systématiquement de l’orage, l’orage est lui toujours associé à un cumulonimbus.

Il s’agit d’un nuage massif et de très grande extension verticale (15 000 m et plus sous les tropiques). Sa base est très sombre et son sommet parfois d'un blanc lumineux car éclairé par le soleil.

Il est facilement reconnaissable à sa forme dite "en enclume".

 

fig 1 ISS 20080205

Enclume de cumulonimbus – image prise de l’ISS (International Space Station – NASA) le 5 février 2008.

 

fig 2 Cb Nea

Cumulonimbus à Nouméa

Pour plus d'informations sur les nuages en général, cliquer ici.

Formation

Le cumulonimbus provient le plus souvent de l’évolution d’un cumulus (mais aussi plus rarement d’autre types de nuages) dans des conditions de très forte instabilité convective. 

Son développement vertical est bloqué lorsqu’il atteint la limite de la stratosphère (appelée « tropopause ») et il s’étale alors largement, prenant une forme dite « en enclume » très caractéristique.

 

  fig 3 dev Cb

point d interro 30px Qu'est-ce que l'instabilité convective ?
L’air chauffé par le rayonnement solaire sur la surface terrestre ou marine devient plus léger que l’air plus froid situé au-dessus de lui. Il a alors tendance à s’élever.  Au fur et à mesure de leur ascension, les particules d’air refroidissent et l’eau qu’elles contiennent sous forme de vapeur se condense en gouttelettes, formant ainsi des nuages de type cumuliforme.
Lorsque le réchauffement à la base est fort et que les mouvements verticaux ainsi que la condensation deviennent très intenses, on est en situation d’instabilité convective.  


Les deux situations propices au développement de cumulus puis de cumulonimbus sont les suivantes :

  • le réchauffement d'une masse d'air humide par sa base - il s'agit de la situation la plus courante, se produisant essentiellement en saison chaude et produisant le plus souvent des cumulonimbus isolés
  fig 4 convection s
  • le soulèvement d'une masse d'air chaud et humide par un front froid - produisant alors des cumulonimbus multiples et favorisant l'apparition de lignes de grain.
  fig 5 front froid s
L’arrivée sur une zone montagneuse accentue le phénomène par soulèvement orographique des masses d’air.    fig 6 soulevement oro s

savoir plus 30px

Il existe en réalité deux types de cumulonimbus en fonction du stade de développement :

  • le cumulonimbus calvus qui ne présente pas encore la forme en enclume et ne provoque « que » des averses ;
  • le cumulonimbus capillatus qui constitue le stade ultime de développement et présente l'enclume » : c’est ce nuage qui favorise l’occurrence d’orage.


Que se passe-t-il à l'intérieur du nuage ?

De par son mode de formation, le cumulonimbus est le siège de mouvements verticaux très violents (5 à 35 m/s).

D'autre part, la condensation de l'eau contenue dans les particules dégage d'énormes quantités de chaleur - il a été calculé que la puissance libérée pouvait atteindre environ 10 millions de MW pour un seul cumulonimbus, soit l'équivalent de la production de 2 500 centrales nucléaires.

Brassées par des vents très forts, les particules constituant ce nuage (gouttes d’eau et cristaux de glace notamment) s’entrechoquent violemment et se chargent électriquement. Selon leur charge positive ou négative, elles se regroupent dans différentes zones du nuage. Des micro-décharges se propagent alors, finissant par établir des liaisons électriques au sein du nuage ou entre le nuage et le sol, produisant ainsi éclairs, foudre et tonnerre.

Eclairs et foudre

Définitions

Lorsque les particules d’eau et de glace formant le cumulonimbus s’entrechoquent et se chargent électriquement, elles ont tendance à se regrouper dans des zones en fonction de leur charge négative ou positive. Lorsque la tension, c'est-à-dire la différence de potentiel entre les zones chargées électriquement est suffisamment grande, une décharge (ou arc) électrique se déclenche pour rétablir l'équilibre : il s’agit de l’éclair.

Les éclairs peuvent se produire à l’intérieur d’un même nuage, entre deux nuages ou entre un nuage et le sol (ou un aéronef) : dans ce dernier cas, on parle plus spécifiquement de « foudre ». 
  fig 7 dessin eclairs s 

Mesure

Lorsqu’un éclair se produit, il génère une impulsion électromagnétique qui se propage dans toutes les directions. Celle-ci peut être enregistrée par un réseau de détection tout en mesurant l’intensité et la direction des impacts.

Depuis 2013, le Service de la Météorologie de la Nouvelle-Calédonie s'est doté d’un système de détection de la foudre.

Pour plus d’informations sur la mesure de la foudre ainsi que sur le réseau de détection en Nouvelle-Calédonie, cliquez ici.

Quelques informations sur l'activité orageuse en Nouvelle-Calédonie

Nous avons encore peu de recul sur la climatologie de la foudre sur la région. On peut toutefois faire quelques constatations sur la fréquence des orages et leur activité électrique. Cette dernière a montré jusqu’à présent de fortes variations dans le temps (selon les saisons et les années) comme dans l’espace.

En effet, sans surprise, l’activité orageuse est plus faible en saison fraîche qu’en saison chaude. Toutefois, les saisons sont plus ou moins actives selon les années.

D’autre part, sur les 2 ans de données dont nous disposons pour le moment (ce qui est très faible pour généraliser), la Chaîne et la côte Est semblent plus touchées que la côte Ouest.

Voici quelques données :
  • Pendant le trimestre de décembre 2014 à février 2015 et sur la zone présentée sur le site www.meteo.nc, le réseau a détecté environ 700 000 arcs électriques répartis sur 70 journées. Environ la moitié des arcs détectés ont touché le sol, l’autre moitié étant des arcs intra-nuages. A titre de comparaison, sur le même trimestre un an auparavant (décembre 2013-février 2014), le réseau avait détecté une activité électrique 10 fois moindre.
  • Lors de la saison fraîche 2014 (juin-juillet-août), l’activité orageuse a été faible avec environ 1 000 arcs détectés et répartis sur une dizaine de journées.
  • Sur la période décembre 2014-février 2015 (carte ci-contre), alors que la chaîne et la façade est du territoire ont été régulièrement foudroyées, certaines régions de la côte Ouest ont été quasiment épargnées. 
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Statistiques de foudroiement (12/14-02/15)

Le tonnerre

Le tonnerre est la manifestation sonore de la décharge électrique.

Lorsqu’un éclair se produit, l’air est très fortement échauffé le long du trajet de la décharge électrique (plusieurs dizaines de milliers de °C) et subit  une succession d’ondes de choc, c’est-à-dire une alternance de compressions et de dilatations très violentes.

Les différentes ondes de choc se produisant dans de différentes portions de l’éclair engendrent des ondes sonores que nous entendons sous forme de claquements, grondements et roulements - bruits spécifiques du tonnerre. 

Le tonnerre peut s’entendre jusqu’à 25 km de distance.
La vitesse de propagation des ondes sonores dans l’air (environ 340 m/s) étant beaucoup plus lente que celle de la lumière (300 000 km/s), on entend toujours le tonnerre après avoir vu l’éclair. Plus on est éloigné de l'orage, plus le décalage entre les deux phénomènes nous semble grand.

  fig 8 tonnerre

En mesurant le temps écoulé entre l’éclair et le tonnerre, on peut donc estimer la distance à laquelle s’est produit l’éclair. Il suffit pour cela de multiplier le nombre de secondes par la vitesse du son (340 m/s environ) pour obtenir cette distance en mètres ou de le diviser par 3 pour avoir la distance en kilomètres (340 est proche de 1000/3).

Exemple : 7 secondes → 2380 m ou 2,33 km selon la méthode employée.

L’intensité du tonnerre ne se mesure pas. On peut néanmoins noter le nombre de jours où on l’a entendu en un lieu donné. Lorsque ce nombre de jours est rapporté à l’année, on parle alors de « niveau kéraunique ».

Les dangers

Les orages sont dangereux en raison de la puissance des phénomènes qu’il produit et de leur caractère aléatoire. Ils font d'ailleurs partie des paramètres suivis par le système de « vigilance météorologique ».

Pour en savoir plus sur la Vigilance météorologique, cliquez ici.

Pour consulter le niveau de vigilance en cours en Nouvelle-Calédonie, cliquez .

Le cumulonimbus

Etant le siège de mouvements tourbillonnaires très violents, les Cb, et a fortiori les orages, sont dangereux pour l’aéronautique : même un très gros avion peut être soulevé de plusieurs centaines de mètres, puis rabattu tout aussi violemment.


D’autre part, les éclairs intra-nuages peuvent également être dangereux pour l’aéronautique - pas directement pour les occupants qui sont isolés par la carlingue mais pour les appareils électroniques qui peuvent être endommagés, ce qui perturbe fortement les conditions de navigation... et met donc en danger les occupants au final.

La foudre

fig 9 photo eclair s   L’intensité d’un éclair nuage-sol est de l’ordre de plusieurs centaines de kiloampères (kA).

Les conséquences sont potentiellement dramatiques pour les êtres vivants comme pour les biens : le foudroiement peut provoquer la mort mais aussi des incendies, des destructions de bâtiments, des dommages électriques, etc.,  entraînant parfois des dommages secondaires comme la coupure des communications ou d’autres services, la perte d’informations, etc.

Le vent

Le vent sous un cumulonimbus souffle par rafales violentes : il peut atteindre jusqu’à 150 km/h tout en changeant souvent de direction.

Des tornades peuvent également parfois apparaître, comme le montre la photo ci-contre.

  fig 10 tornade sem201013 s
 

Les précipitations

Les précipitations qui accompagnent fréquemment l'orage peuvent également avoir des conséquences dévastatrices : inondations, crues, glissements de terrain, etc. Le caractère soudain et l'intensité souvent importante des averses orageuses constituent des dangers non négligeables.

Dans le système de Vigilance météorologique appliqué en Nouvelle-Calédonie, le paramètre "orage" est associé aux « fortes pluies » (consulter les conseils de comportements concernant la vigilance "Fortes pluies/Orage") .

photo pluie 1 S
 Plaine des lacs (Goro)
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Eboulis suite à de fortes pluies au col d'Amieu

La prévision des orages

Tous les phénomènes météorologiques ne sont pas également prévisibles et les orages, dont la formation et la durée de vie sont courtes, font partie des évènements particulièrement difficiles à anticiper : au-delà de quelques heures, on ne peut qu’attirer l’attention sur leur risque d’apparition, notamment grâce au système de Vigilance météorologique.

Il est complexe de prévoir la localisation d’un orage et plus encore d’anticiper la quantité de précipitations qui lui est associée. Ces quantités varient en fonction de la nature de l’épisode orageux (intensité et vitesse de déplacement des cellules orageuses, durée du phénomène, etc.), mais également selon la topographie de la région concernée. On sait par exemple que les orages circulant en mer et arrivant sur les terres se bloquent souvent contre le relief où ils donnent les plus fortes précipitations.

Pour davantage d'informations sur la prévisibilité des phénomènes météorologiques, cliquez ici.