Tornade

Photographie d'une tornade F5 à Elie dans le Manitoba (Canada) le 22 juin 2007

Une tornade est une colonne d'air tourbillonnant d'une grande force, au minimum 30 mètres par seconde soit plus de 100 km/h (108 km/h pour être exact), avec des records mesurés à plus de 450 km/h. C'est le phénomène météorologique qui produit les vents les plus rapides sur Terre, et qui est dangereux en raison même de sa puissance. Le danger que représente une tornade est dû non seulement à la force des vents, mais aussi des débris que ceux-ci transportent à grande vitesse.

Qu'est-ce qu'une tornade ?

Pour résumer, une tornade est « faite » de deux éléments : de l'air et de l'eau, plus exactement une ou plusieurs colonne(s) d'air tourbillonnante(s) avec des gouttelettes d'eau dedans. À cela s'ajoute la matière qu'elle aspire, ce qui peut lui donner une couleur particulière. C'est aussi la présence des gouttelettes d'eau qui rend la tornade généralement bien visible.

Une tornade est toujours le prolongement d'un nuage, un cumulonimbus, qui est un nuage d'orage. Cela différencie les tornades des trombes, qui ressemblent beaucoup aux tornades mais sont généralement plus faibles et reliées à un nuage non-orageux. Les vents d'une tornade sont ascendants, c'est-à-dire qu'ils tournent du sol vers le nuage. Plus précisément, une tornade est la base d'un mésocyclone, un grand tourbillon d'air ascendant de plusieurs kilomètres de haut à l'intérieur du cumulonimbus. La tornade se forme à partir du nuage puis descend vers le sol, en fait on pourrait même dire que c'est une partie du nuage qui se "transforme en tornade" : la rotation de la base du mésocyclone (appelée « mur de nuage ») est parfois très perceptible avant même que la tornade n'apparaisse.

Il ne faut pas confondre la tornade avec le dust devil (littéralement "diable de poussière", en anglais), tourbillon de poussière qui se forme dans des conditions météorologiques très différentes (journées sèches et ensoleillées) : les grands dust devils ressemblent assez à des tornades, mais en plus faibles, et surtout ils ne sont reliés à aucun nuage. Il existe d'autres types de tourbillons qu'on voit près du sol comme les gustnados, qui se rencontrent dans des conditions météorologiques similaires aux tornades mais qui ne sont pas non plus des tornades.

Comment se forme une tornade ?

Pour faire une tornade, il faut d'abord un nuage d'orage, un cumulonimbus. Un cumulonimbus se forme lorsque de l'air froid sec rencontre de l'air chaud humide : plus léger, l'air chaud va vers le haut, et la vapeur d'eau qu'il contient se condense en gouttelettes d'eau liquide, ce qui forme un nuage. Cet air chaud avec des gouttelettes monte très haut, et forme un énorme nuage de plusieurs kilomètres de hauteur. Puis cet air cesse de monter et commence à s'étaler, ce qui donne au cumulonimbus cette apparence typique d’« enclume ».

Un mésocyclone (en rose) avec une tornade à sa base.

Mais ce n'est pas suffisant. La plupart des nuages d'orage ne produisent en fait jamais de tornade. Quand on dit « tornade », on pense tout de suite à « tourner », et avec raison. Pour qu'une tornade se forme, il faut qu'il y ait en plus à l'intérieur du cumulonimbus une colonne d'air tourbillonnante appelée mésocyclone.

Comment se forme un mésocyclone ? Les vents de basse altitude, où l'air est plus dense, se déplacent plus lentement que les vents de haute altitude. Cette différence de vitesse engendre un tourbillon horizontal, un peu comme un rouleau, à l’intérieur du nuage.

Sous l'effet de l'air chaud qui monte, ce tourbillon se redresse : c'est un mésocyclone. Le mouvement de rotation du mésocyclone est souvent visible de l'extérieur du cumulonimbus, surtout à la base sous la forme d'un « mur de nuages » qui tourne.

Mais ce n'est pas toujours suffisant. Pour qu'il y ait une tornade, il faut que la base du mésocyclone sorte du nuage et touche le sol.

Apparence

• 

  Tornade vraie : on voit bien qu'elle est reliée au nuage au dessus d'elle.

• 

  Un dust devil : c'est une colonne d'air tourbillonnante, mais pas une tornade : il n'est pas relié à un nuage.

Les tornades sont pour la plupart étroites, quelques dizaines de mètres (parfois même seulement quelques mètres), mais certaines peuvent dépasser un kilomètre de large (le record est de 4,2 km pour la tornade d'El Reno dans l’Oklahoma, le 31 mai 2013). Leur durée de vie est généralement courte, le plus souvent quelques minutes, durant lesquelles elles parcourent quelques kilomètres. Elles durent rarement plus d'une heure, exceptionnellement plus de deux heures, comme celle de Hackleburg en Alabama (27 avril 2011) qui aura duré plus de deux heures et demi (150 minutes) et parcouru plus de 210 km. Cela reste toutefois peu, quand on compare les tornades aux ouragans, qui mesurent des centaines de kilomètres de large et durent des jours, voire des semaines (leurs vents n'atteignent cependant pas la vitesse de ceux des tornades les plus violentes).

Une tornade se présente sous des formes assez diverses. Il n'est pas rare qu'une tornade change de taille et de forme durant son parcours (celle d'El Reno par exemple a pris des proportions gigantesques en un temps très bref, ce qui a pris plusieurs chasseurs de tornades au dépourvu, 4 d'entre eux ont trouvé la mort). Les formes les plus fréquentes sont :

• fine et allongée, souvent sinueuse (en anglais rope tornado tornade-corde)
• massive, large dans toutes ses dimensions, compacte, en forme de vasque ou de boule (en anglais wedge tornado)
• plus ou moins large au sommet et fine à la base, la tornade d'Elie (photo ci-dessus) est de ce type, avec un sommet assez étroit
• à vortex multiples : plusieurs tourbillons tournent les uns autour des autres, la grande tornade d'El Reno fait partie de cette catégorie

• 

  Tornade dite "rope tornado", allongée et sinueuse.

• 

  Tornade dite "wedge tornado", large et massive.

• 

  Tornade conique, large au sommet et fine à la base.

• 

  Tornade à vortex multiples.

Une tornade n'est pas forcément visible en totalité depuis la base du nuage jusqu'au sol : c'est la condensation de la vapeur d'eau en gouttelettes, ainsi que les matériaux aspirés, qui rendent visible la colonne d'air d'une tornade (appelée aussi "tuba"). Cependant, une tornade laisse en général voir un tourbillon de débris au niveau du sol, même quand le tuba n'est pas entièrement visible. Cette invisibilité peut rendre une tornade d'autant plus dangereuse : dans cette vidéo, la tornade semble ne pas toucher le sol, mais on voit qu'en réalité il n'en est rien puisqu'un corps de ferme est totalement détruit à son passage.

Une tornade de très grande taille peut être difficile à distinguer du cumulonimbus auquel elle est rattachée, surtout dans la relative obscurité qu'il y a souvent durant les orages. C'était le cas de la tornade de Hackleburg du 27 avril 2011 (citée plus haut) : dans la vidéo du lien, la tornade se devine plus qu'elle ne se voit vraiment, et comme elle est très large, on n'en voit bien qu'un seul côté (par moment, elle est totalement invisible). D'autres tornades sont masquées par la pluie (en anglais rain-wrapped tornado) et ne peuvent être repérées qu'à la dernière seconde ; pour cette raison, celles-ci sont particulièrement dangereuses et imprévisibles.

Dans l'hémisphère Nord (donc aux États-Unis), la quasi totalité des tornades ont un sens de rotation qui est l'inverse de celui des aiguilles d'une montre, c'est-à-dire vers la droite. C'est le contraire dans l'hémisphère Sud, comme en Australie ou au Brésil, par exemple avec cette tornade dans l’État du Paraná au Brésil, dont le sens de rotation, bien visible sur cette vidéo, est vers la gauche, comme pour les aiguilles d'une montre.

Où ?

Les pays touchés sont nombreux, mais les tornades ne se produisent pas avec la même fréquence dans toutes les parties du monde, comme le montre la carte ci-dessous. En fait on constate que les endroits où elles sont les plus fréquentes sont en grande majorité situés dans des régions à latitude moyenne, entre les tropiques (environ 23° d'inclinaison) et le cercle polaire. Ce sont en général des régions à climats qualifiés de "tempérés" avec des saisons bien marquées (il y a toutefois quelques exceptions, comme les Philippines ou le Nord-Est de l'Australie, qui ont des climats tropicaux ou équatoriaux - voir la carte ci-dessous).

Les États-Unis sont l'endroit du monde où les tornades sont les plus nombreuses (un millier par an), surtout dans une zone appelée l'Allée des tornades (Tornado Alley en anglais) et qui correspond approximativement à la région des Grandes Plaines. Les tornades sont particulièrement fréquentes dans cette région car c'est le lieu de rencontre de trois courants atmosphériques : de l'air froid et sec venu du nord (en bleu sur la carte), de l'air chaud et sec venu du sud-ouest (en orange), et de l'air chaud et humide venu du sud-sud-est (en vert, provient de l'océan).

Les tornades sont également fréquentes en Europe, cependant les tornades de force extrême y sont nettement plus rares qu'aux États-Unis.

L'Allée des tornades (en rose) au milieu des États-Unis.

Endroits du monde (en rose) où les tornades sont les plus fréquentes.

Force des vents

Les tornades fortes ou très violentes sont relativement rares, et exceptionnelles en dehors des États-Unis. La grande majorité des tornades (environ les quatre cinquièmes) sont de la force la plus basse, EF0 ou EF1 sur l’échelle de Fujita améliorée (voir plus bas), ce qui représente tout de même des vents d'environ 110 à 180 km/h.

force pratique du vent

La force destructrice du vent est proportionnelle avec le carré de sa vitesse :

100 km/h pousse d'environ 100 kg/m² qui coupe le vent, on tient difficilement debout, 140 km/h c'est 200 Kg/m², on tombe, 180 km/h c'est 300 kg/m² on est emporté, 200 km/h c'est 400 Kg/m², on vole en l'air, 300 km/h c'est 900 Kg/m², un vrai bélier auquel rien ne résiste, même le béton qui vole. enfin le record de 400 Km/h c'est une force de 4*4=16 fois 100 kg/m² soit 1,6 tonnes/m², tout est déchiqueté.

Contrairement à ce qu'on peut parfois entendre, la largeur d'une tornade et la force de ses vents ne sont pas forcément en rapport. Par exemple celle d’Elie (voir photo ci-dessus) était une tornade très puissante (F5, voir un peu plus bas) mais étroite. Si les plus grosses tornades ne sont pas toujours les plus violentes, ce sont bien elles qui occasionnent des dégâts sur les plus grandes surfaces.

Les tornades étroites donnent l'impression de tourner plus vite que les tornades larges, pour la simple raison que les vents ont moins de distance à parcourir pour faire une rotation sur eux-mêmes, et donc mettent moins de temps. Mais leurs vents ne sont pas forcément plus rapides, au contraire, bon nombre de tornades faibles, EF0 ou EF1, sont étroites.

Il est difficile de mesurer directement la puissance d'une tornade lors de sa manifestation, pour plusieurs raisons :

• la plupart des tornades se forment vite et ont une vie assez brève, d'où manque de temps pour le faire
• les anémomètres peuvent être détruits par la force des vents
• la vitesse des vents eux-mêmes peut changer au cours de la vie de la tornade

L'évaluation de la vitesse des vents d'une tornade peut surtout se faire après son passage, en mesurant les dégâts qu'elle a causés. Il existe deux échelles utilisées à cette fin, l'échelle de Fujita, remplacée depuis quelques années par l'échelle de Fujita améliorée, plus précise. Cette dernière évalue les dégâts sur une trentaine de types de structures (maisons, magasins, entrepôts, etc.), toutes fabriquées par l'homme (sauf pour les arbres), avec une échelle différente pour chaque type de structure.

Il est important de souligner que ces deux échelles mesurent l’importance des dégâts sur les constructions humaines et non directement les vents eux-mêmes, ainsi une tornade puissante qui ne passe pas dans des zones densément construites peut ne causer que des dégâts relativement faibles et sa force être sous-évaluée. C'est le cas de la tornade d'El Reno, la plus large tornade connue, a été notée seulement EF3 alors qu'elle a produit les vents parmi les plus rapides jamais mesurés (485 km/h), largement du niveau d'une tornade EF5.

Ces deux échelles classent les tornades selon la vitesse estimées des vents en six catégories, de F0 à F5 pour l'échelle de Fujita, et EF0 à EF5 pour l'échelle de Fujita améliorée. Il existe théoriquement sept autres catégories avec des vents encore plus forts, mais elles ne sont jamais utilisées en pratique car une tornade F5 (ou EF5) est suffisamment puissante pour détruire entièrement toute structure courante construite par l'homme.

Idées reçues sur les tornades

• Les tornades violentes sont grosses : pas forcément, même si ce sont elles qui causent des dégâts sur les plus grandes surfaces. Si les "grosses tornades" sont souvent puissantes, les tornades étroites ne sont pas forcément faibles, comme le montre la tornade d’Elie (voir photo en haut de la page) qui était une tornade F5.
• Il n'y a jamais de tornades dans les grands centres-villes, au milieu des gratte-ciel : c'est tout simplement faux, car cela s'est déjà produit d'assez nombreuses fois, comme à Salt Lake City le 11 août 1999 (région dans laquelle les tornades sont pourtant rares). Si les grands centres-villes sont rarement touchés par les tornades, c'est surtout parce qu'ils occupent une surface réduite et qu'il y a statistiquement peu de chances qu'une tornade viennent les frapper.
• Les tornades se produisent toujours en période chaude : il est vrai que les périodes chaudes (fin du printemps, surtout aux États-Unis, et l'été) sont les plus favorables à la formation des tornades, mais des tornades peuvent se produire à n'importe quel moment de l'année, même en hiver, comme celle-ci qui s'est produite le 28 février 2017 dans l'Illinois (on voit bien que c'est l'hiver car les arbres sont défeuillés).
• Les ponts sont un bon abri contre les tornades : c'est même le contraire, car le dessous d'un pont en un endroit peu protégé où les vents peuvent s'engouffrer et où l'on est vulnérable aux débris qu'ils peuvent projeter.
• On peut fuir une tornade en voiture : c'est souvent déconseillé, les tornades se déplacent souvent vite (beaucoup plus vite qu'un homme à pied, parfois à plus de 80 voire 100 km/h) et surtout elles ne sont arrêtées par aucun obstacle contrairement aux véhicules. Cette idée peut même se révéler très dangereuse quand de nombreuses personnes prennent leur voiture dans l'espoir d'échapper à une tornade et créent ainsi des embouteillages : si la tornade traverse la route à ce moment-là, elle peut faire des dizaines voire des centaines de victimes d'un coup. C'est ce qui a failli se passer pour la tornade d’El Reno le 31 mai 2013.
• Les tornades "sautent" certaines maisons : il est exact qu'on peut trouver, sur le passage d'une tornade, des maisons intactes à côté de maisons endommagées voire complètement détruites. Cela n'est pas dû au fait que la tornade "saute", mais au fait que la force des vents n'est pas toujours constante durant la vie d'une tornade : les constructions intactes ont eu simplement la "chance" que la tornade leur soit passée dessus au moment où ses vents étaient plus faibles.

Microburst

L'inverse d'une tornade se nomme un microburst.

Portail de la météorologie - Tous les articles concernant la météorologie.