Orage - Définition

Introduction

Arcus d'orage au-dessus de Enschede (Pays-Bas).

Orage, Garajau, Madère.

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 accompagnées 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

Téphigramme qui montre le chemin de la parcelle d'air convective, température versus pression (ligne rouge), par rapport à l'environnement (en noir). La surface en jaune est égale à son EPCD

Comme dans le cas des averses, les orages se forment dans une masse d'air instable lorsqu'il y a une réserve importante de chaleur et d'humidité à bas niveau de la troposphère et d'air plus sec et froid en altitude. Une parcelle d'air plus chaude que l'environnement entre en convection. Tant qu'elle n'est pas saturée, sa température change selon le taux adiabatique sec. À partir de la saturation, la vapeur d'eau contenue dans la parcelle d'air condense selon les lois de la thermodynamique, ce qui relâche de la chaleur latente et son changement de température avec la pression est alors celui qu'on appelle le taux pseudo-adiabatique humide. L'accélération ascensionnelle se poursuit, jusqu'à ce que la parcelle arrive à un niveau où sa température égale celle de l'air environnant. Ensuite, elle se met à décélérer et le sommet du nuage est atteint quand la particule atteint une vitesse nulle.

L'Énergie Potentielle de Convection Disponible (EPCD) pour ce type de nuages est plus grande que pour une averse et permet de développer des sommets de nuages qui atteindront une plus grande altitude. Ceci est important car les gouttes qui s'élèvent dans le courant ascendant perdent des électrons par collision comme dans un accélérateur de Van de Graff. Un plus haut sommet permet d'atteindre une température inférieure à -20 °C nécessaire pour donner un grand nombre de cristaux de glace. Ces derniers sont de meilleurs producteurs et transporteurs de charge, ce qui permet une différence de potentiel suffisante entre la base et le sommet du nuage pour dépasser le seuil de claquage de l'air et donner de la foudre.

L'instabilité potentielle de l'air n'est pas le seul critère, il faut généralement un déclencheur. Par exemple, le passage d'un front froid ou le réchauffement diurne. Un tel déclencheur peut agir à la surface ou en altitude, ce qui fait que les orages peuvent se développer près du sol ou être basés aux niveaux moyens de l'atmosphère. Les orages peuvent donc se produire en toute saison, pourvu que les conditions soient remplies. Hormis les régions équatoriales, la période la plus active va de la fin du printemps au début de l'automne, car c'est à ce moment que l'atmosphère est la plus chaude et humide.

Effets

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. Leur apparition est très rapide et peut prendre par surprise les animaux et les humains.

Foudre

Même l'orage le plus bénin comporte par définition de la foudre. Celle-ci est une décharge électrique à travers l'air entre une partie du nuage et un autre ou le sol. Cette décharge se fait sous une haute tension, crée un plasma et cause des dégâts si elle passe à travers un objet. 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 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.

Les accidents liés à la foudre sont rares avec les avions et les planeurs. Bien qu'ils puissent être frappés, ils constituent une cage de Faraday qui isole leurs occupants. Le courant suit donc l'extérieur de la carlingue et continue vers le sol ou un autre nuage. La même chose peut être dite d'une automobile frappée par la foudre mais pas d'une motocyclette, puisque l'occupant dans ce cas est exposé aux éléments et que l'arc électrique peut passer par son corps puis continuer vers le sol à travers l'air humide.

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.

En aviation, il existe des exemples d'écrasements sous des orages, dont celui du Vol 358 Air France à Toronto (Canada) en août 2005, où la pluie semble avoir mené également à de l'aquaplanage ce qui lui a fait manquer de freinage et sortir de piste.

Vent et tornade

Certains types d'orages sont associés à 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.

Grêle

La grêle se forme sous certains orages et 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 où la fonte n'a pas encore eu le temps de réduire les grêlons.

Mouvements verticaux intenses

Il est extrêmement dangereux de voler près ou sous des orages. Les courants ascendants sous les cumulonimbus calvus isolés lors d'orages unicellulaires, sont parfois utilisés par les pilotes de planeur. Toutefois, ces nuages qui ont un diamètre de quelques kilomètres, peuvent avoir des courants ascendants de 10 à 15 m/s qui aspirent le planeur au sein du nuage. Si le planeur n'est pas équipé pour le vol aux instruments (IFR), le pilote perd tout repère visuel et le planeur peut se mettre rapidement dans une posture dangereuse. Lors de leur dissipation, l'air devient très stable près des restants du nuage, il n'y a alors plus de courants ascendants et la région devient inutilisable pour les pilotes de planeur.

Certains pilotes de planeurs ont évolué le long de la ligne de cumulonimbus où se produisent des courants ascendants comme le long d'une montagne. Comme une ligne d'orages multicellulaires se déplace, il est impossible de revenir à l'aérodrome de départ sans traverser la ligne d'orages et l'atterrissage dans un champ est périlleux car l'orage produit des rafales descendantes destructrices. Dans certains cas, les planeurs ont pu être retournés et détruits après l'atterrissage dans le champ par la ligne d'orages. Finalement, les orages supercellulaires sont incompatibles avec la pratique du vol à voile à cause des phénomènes extrêmes qui peuvent se produire.

Les avions doivent éviter les orages pour les mêmes raisons. Ceci est particulièrement vrai lors du décollage et de l'atterrissage alors que la vitesse de l'appareil est plus proche de celle de décrochage et qu'une rafale de dos ou une rafale descendante peut faire décrocher l'appareil et il risque de s'écraser du fait de la proximité du sol. En vol, les orages provoquent des turbulences incompatibles avec le transport de passagers, ainsi que des risques de givrage de la cellule et des moteurs. Les avions évitent donc les orages.

Les mouvements verticaux sont également dangereux pour les parachutistes, qui peuvent être aspirés dans le courant ascendant de l'orage. Ils sont non seulement ballottés violemment mais vont se retrouver à des hauteurs où la température est bien en dessous du point de congélation dans une atmosphère remplie d'eau surfondue et de grêlons. Gelures et hypothermie en résultent, et même la mort.