Phénomènes orageux
MÉTÉOROLOGIE
Les orages sont potentiellement dangereux, car ils sont le lieu d'importants mouvements verticaux, de foudre, de vents forts et de précipitations de différents types. Leurs apparitions sont très rapides et peuvent prendre par surprise les animaux et les humains.
La foudre
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 lorsqu'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 opposés, 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 chargé négativement et frappe un objet chargé positivement, habituellement un autre nuage. Toutefois, environ un tiers 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’œil 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.
Quand un arbre ou une maison est frappé par la foudre, il subit un courant électrique intense, entraînant des dégâts majeurs. Lorsqu'une personne est touchée, cela peut causer de graves blessures et souvent la mort !
Les types d'éclairs
La foudre peut prendre six formes. Les éclairs en zigzag (éclairs fourchus, fulminants ou ramifiés) et les éclairs en nappe (éclairs diffus) sont les plus fréquemment observés.
L'éclair en nappe (ou éclair intranuageux)
Il est visible lorsque la foudre est proche de l'horizon ; il s'agit d'un éclair en zigzag au sein d'un nuage. C'est le plus commun, il est perceptible par l'élimination du nuage lointain qu'il provoque.
L'éclair en zigzag
Il est facilement reconnaissable par son déplacement du nuage au sol, du sol au nuage ou d'un nuage à l'autre. Chaque trait de foudre est constitué de deux décharges qui se déplacent selon la même trajectoire dans deux directions opposées. Le premier (traceur) se dirige en zigzag vers le bas et complète le circuit entre nuage et sol. Ce phénomène est suivi par un très fort courant électrique (arc en retour) qui remonte le canal ionisé créé par le précurseur. Ce type d'éclair peut être très destructeur.
L'éclair de chaleur
Il ressemble à l'éclair en nappe, sauf que l'on n'entend pas le tonnerre en raison de son éloignement. Son nom est dû au fait que de tels éclairs, souvent visibles lors des orages estivaux, s'observent alors que la température au sol est élevée. Les éclairs de chaleur sont parfois orangés, et ce en raison de la réfraction de la lumière par les particules présentes dans l'atmosphère.
Le feu de Saint-Elme (ou feu de Saint-Nicolas et feu de Sainte-Anne)
Il a l'apparence d'une brume verte ou bleutée suspendue dans les airs au-dessus d'un objet élevé. Ce phénomène est déclenché par une grande quantité d'étincelles et par le champ électrique qu'elle engendre. Son appellation est liée au fait que les marins pouvaient voir ce type d'éclair alors qu'ils étaient en vigie en haut du mât.
L'éclair en boule
Il est la forme la plus rare de la foudre. Très rares sont ceux qui ont réussi à observer cette foudre ou la photographier. De plus, elle reste un véritable mystère pour les scientifiques qui n'expliquent toujours pas sa formation.
Les farfadets (ou sprites, ou sylphes rouges)
Ils sont des phénomènes optiques se produisant à très haute altitude associée aux orages, visible sous forme d'éclairs lumineux de faibles intensités, présents au-dessus des nuages orageux. En général, ils se manifestent avec un éclair survenant au-dessous.
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.
Comment calculer la distance d'un orage ?
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 secondes qui espace un éclair de sa manifestation sonore.
Il suffit ensuite de multiplier le nombre de secondes 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.
Il suffit ensuite de multiplier le nombre de secondes 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.
La pluie
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
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 certaine 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.
Grêlons dévastateurs
En théorie, l'eau gèle à 0 °C. Il arrive toutefois qu'elle reste liquide dans un état instable, à des températures très inférieures.
Ce phénomène appelé "surfusion" se rencontre souvent dans les nuages orageux au sein desquels les gouttelettes d'eau affichent une température comprise entre 0 et -15 °C.
Ce phénomène appelé "surfusion" se rencontre souvent dans les nuages orageux au sein desquels les gouttelettes d'eau affichent une température comprise entre 0 et -15 °C.
Dès qu'elles entrent en contact avec un petit morceau de glace, elles gèlent à leur tour et s'ajoutent à sa masse. Les grêlons grossisse ainsi pouvant atteindre plusieurs centimètres de diamètre. Lorsque son poids devient trop important, il chute brutalement. Puis, en rencontrant des températures plus élevées, il fond partiellement avant d'atteindre le sol.
Les mouvements 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.