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La structure d’un cyclone tropical


Le cyclone est partie intégrante de la circulation générale atmosphérique


Pour se développer, il a besoin d’énergie et il trouve celle-ci au sein des océans tropicaux. Il constitue en quelque sorte une soupape de libération d’un surplus d’énergie. Cette chaleur empruntée à l’océan est ensuite évacuée vers les régions déficitaires des latitudes moyennes et élevées, contribuant ainsi à préserver l’indispensable équilibre énergétique de l’ensemble Terre/Atmosphère.

La structure générale d’un cyclone, ouragan ou typhon est caractérisée par une énorme masse nuageuse pouvant s’étendre sur un rayon de 500 à 1000 km, organisée en bandes spiralées convergentes en un anneau central compact et étroit d’un système tropical qui est en moyenne comprise entre 10 à 35 km/h. Cependant certaines structures peuvent avoir une vitesse moindre et même rester stationnaire quelque temps.

Tip 2000 km de diamètre !

Le cyclone est un vaste tourbillon d’air chaud et humide, de plusieurs centaines de kilomètres de diamètre dont la hauteur peut dépasser 15 kilomètres, cependant un système tropical peut avoir différentes tailles.

Partant du centre vers l’extérieur du phénomène, on rencontre successivement :

  • L’œil

 D’un diamètre de 30 à 60 km en moyenne, au sein duquel le vent est faible, le ciel plus ou moins dégagé, la pression très basse et la température relativement élevée.

  • Le mur de l’œil

Zone nuageuse annulaire, partant du voisinage du sol jusqu’au sommet du tourbillon, et constitué de nuages très épais donnant des précipitations parfois orageuses et des rafales extrêmement violentes. On y rencontre les vents les plus forts, c’est la zone la plus destructrice

  • Les bandes spiralées

Qui sont des lignes de grains s’enroulant en spirales autour du centre. On y rencontre toute sorte de nuages, dont les cumulonimbus orageux générateurs de trombes dévastatrices.

Dans un cyclone, les vents tournent autour du centre (œil) dans le sens des aiguilles d’une montre dans l’Hémisphère Sud et dans le sens contraire dans l’Hémisphère Nord. Ils atteignent des vitesses considérables augmentant à mesure que l’on s’approche du centre, et par rapport à la trajectoire du phénomène, les vents sont toujours plus forts dans la moitié gauche (HS) ou droite (HN) du système. Cette différence résulte du fait que d’un côté, la vitesse du déplacement s’ajoute à la vitesse propre du vent, alors que dans l’autre moitié elle se retranche.

Un écoulement divergent :

Dans les niveaux supérieurs d’un cyclone tropical, les vents s’éloignent du centre de rotation et manifestent une rotation anticyclonique, alors que les vents de surface sont fortement cycloniques et convergent vers le centre (voir image ci-dessus).

Écoulement convergent en surface mais divergent en altitude

Les différents éléments du cyclone

L’œil :

Le vent y est faible, la mer énorme, la pression atmosphérique la plus basse et les températures chaudes en altitude. En effet, la température de l’œil peut être plus élevée que l’air ambiant de 10°C ou plus à une altitude de 12 km et seulement de 2°C à la surface. Le dégagement de chaleur latente dans les niveaux supérieurs du cyclone élève la température intérieure du cyclone. Pour cette raison on dit des cyclones tropicaux qu’ils sont des tempêtes « à noyau chaud »

Toutefois, ce « noyau chaud » n’est présent qu’en altitude, la zone touchée par le cyclone à la surface est habituellement plus froide de quelques degrés par rapport à la normale en raison des nuages et des précipitations.
En général, il a un diamètre de 30 à 60 km (peut cependant varier de 8 à 200 km) et est composé d’air qui plonge lentement, alors que le mur de l’œil et par un écoulement vers le haut (mouvement ascendant).
Ainsi, on constate que plus l’on se rapproche de l’œil plus la pression baisse, plus la température augmente, plus les vents deviennent violents; par contre dans l’œil, les vents sont très faibles, la pression y est plus basse et la température y est la plus chaude.

Dans les systèmes tropicaux n’ayant pas atteint le stade de cyclone (64 kt or 33 m/s), l’œil n’est pas visible ou il n’est que partiel, car la subsidence n’est pas assez forte pour dissiper les nuages. On observe alors une couverture nuageuse centrale (CDO en anglais). Une fois que le stade cyclone est atteint, un œil apparaît en son centre et peut être observé à la fois sur les canaux visibles et infra rouges des images satellitaires.

Le mur de l’oeil :

Cette zone très dangereuse peut s’étendre sur un rayon de 150 km et se caractérise par des nuages à forte extension verticale (les cumulonimbus) dont les sommets atteignent 12 à 15 km d’altitude. Il est constitué principalement de cumulonimbus très développés, souvent organisés en bandes spirales resserrées ou en anneaux. Les mouvements verticaux de l’air y sont particulièrement rapides et responsables d’une turbulence extrêmement forte. Les précipitations atteignent leur intensité maximale et peuvent alors dépasser plusieurs dizaines de litres par heure et par mètre carré. Le mur de l’œil a un écoulement vers le haut.

Dans les cyclones les plus intenses, on observe un cycle de remplacement du mur de l’œil en vertu duquel des murs concentriques se forment et remplace le mur de l’œil.

Le déroulement d’un cycle :

  • Le mur de l’œil se contracte sous la pression du vortex
  • Un ou plusieurs murs externes, plus ou moins concentriques, se forment à partir des bandes orageuses du cyclone, car ils ont un accès plus direct à l’humidité et à la chaleur
  • Le mur externe s’intensifie
  • Entre le mur externe et le mur interne se développent des courants d’air descendants entraînant l’air sec de la haute troposphère
  • Lair sec descendant provoque la dissipation des nuages convectifs et la rupture des murs internes
  • Le mur externe se resserre et prend la place de l’ancien mur
  • La hausse de pression résultant de la dissipation du mur de l’œil intérieur, plus rapide que la chute de pression engendrée par l’intensification du mur de l’œil externe, affaiblit le cyclone momentanément et est souvent suivie d’une intensification.

La plupart des cyclones tropicaux intenses vivront un ou plusieurs de ces cycles. L’ouragan Allen, par exemple, en 1980 a connu plusieurs cycles de renouvellement qui l’on fait osciller entre les catégories 3 et 5 de l’échelle de Saffir-Simpson
et l’ouragan Juliette de 2001 est l’un des rares cas documentés de mur triple.

Cycle de remplacement du mur de l’oeil en image

Animation pour le cyclone Ike au nord d’Haiti en septembre 2008

Les mésovortex du mur de l’œil sont des tourbillons de très petite échelle que l’on retrouve dans le mur orageux central des cyclones tropicaux très intenses. Ils sont similaires à des tourbillons de succion dans les tornades à entonnoirs multiples

Des mesovortex dans l’oeil d’un cyclone

. Le vent peut y être jusqu’à 10 pour cent supérieur à celui dans le reste du mur. Ils sont communs à certains moments de la vie du cyclone. Ils ont un comportement singulier, effectuant généralement une orbite autour du centre du cyclone, mais occasionnellement demeurent stationnaires ou même traversent de part en part le centre.  Ces tourbillons sont un facteur important après que le cyclone ait touché terre. Les mésovortex peuvent en effet alors transmettre leur rotation aux orages inclus dans le système et la friction de la terre permet de concentrer celle-ci près du sol ce qui peut causer des groupes de tornades

Des mesovortex identifies sur un radar

Qu’est-ce le double mur au sein de l’oeil ? Et qu’est le moat (ou « douve ») dans un système

Les bandes nuageuses :

Ce sont des lignes de grains s’enroulant en spirales autour du centre. On note généralement une bande spirale principale et des bandes spirales secondaires. Elles s’étendent jusqu’à plusieurs centaines de kilomètres de l’œil.

Essentiellement constituées de nuages convectifs (cumulus et cumulonimbus) noyées au sein d’une vaste zone nuageuse, elles engendrent des précipitations intenses. Les courants verticaux ascendants et descendants y sont rapides entre la base et le sommet des cumulonimbus. Ils sont à l’origine d’une turbulence violente. À l’inverse, entre les lignes de grains, les courants descendants prédominent et les précipitations sont moins fortes.

Le Moat, une région où les pluies et les vents sont moins importants

L’énergie

Il y a plusieurs façons de mesurer l’intensité d’un système tropical :

  • La technique de Dvorak est une façon d’estimer la pression centrale et les vents d’un cyclone à partir de son organisation sur les photos satellitaires et de la température des sommets des nuages.

– les effets dévastateurs sur les zones traversées

Le National Weather Service américain estime que l’énergie réelle d’un système tropical se situe entre 2,2 x 1012 et 1,6 x 1018 Watts, mais ce calcul utilise plusieurs approximations sur les paramètres météorologiques.

Le NWS a donc développé une méthode rapide pour estimer l’énergie totale dégagée dans un tel système en tenant compte de la vitesse des vents, estimée ou notée, ainsi que la durée de vie du cyclone.

L’indice d’Énergie Cumulative d’un Cyclone (Accumulated Cyclone Energy ou ACE en anglais) utilise le vent maximum soutenu comme approximation de l’énergie cinétique et la somme par période de six heures durant la durée de vie du système.

Un sous-indice est celui du Potentiel de destruction d’ouragan, qui est le calcul de l’indice cumulatif, mais seulement durant la période durant laquelle le système tropical est de niveau cyclone tropical/ouragan/typhon. Ainsi l’indice peut comparer des systèmes de dimensions semblables, mais pourra sous-estimer un système ayant des vents moins violents tout en ayant un plus large diamètre.

Rudolph Homère Victor

AMS

Météorologiste

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