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Formation des orages







DESCRIPTION D'UN ORAGE

Les orages sont parmi les spectacles naturels les plus impressionnant. Ce sont des perturbations atmosphèriques violentes, accompagnées d'éclairs qui déchirent le ciel suivis de coups de tonnerres au milieu des rafales, d'averses de pluie voir de grêle.

 

FORMATION DES ORAGES

Quand dans des cumulus l'air est instable, un courant ascendant prédomine dans toute la cellule et va former un cumulonimbus. Un orage va se produire. Ces phénomènes ce font dans ces nuages de 5 à 20 kilomètres de haut et d'environ 5 kilomètres de larges. Il y a des courants ascendants d'air chaud de plus 100 km/h et des courants descendants d'air froid (cellule convective) Au sommet la température est très basse comme la tropopause est au-dessous de 0°C. Il y a donc une grande différence de températures entre le sommet et le bas du cumulonimbus. Quand le nuage a atteint l'altitude maximum un violent courant descendant se forme entraînant des chutes de pluie ou de grêle à partir du sommet congelé et aplati du nuage. Le courant descendant d'air froid finit par écraser le courant ascendant d'air chaud alimentant le nuage.

Courant ascendant et descendant dans un cumulonimbus

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Les orages peuvent être formés : de cellules convectives de 10 km au maximum à différents stades de leur existence appelés orages multicellulaires ou d’une seule cellule convective de très grande taille (de 20 km à 50 km), de très forte intensité et de très longue durée de vie nommé orages super-cellulaires. Ces derniers sont formés par les fronts froids.



La structure réelle des nuages d'orages

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LES TYPES D'ORAGES

L'orage super cellulaire se forme surtout en été et est plus violent que l'orage multicellulaire soit de fortes rafales de vent, d'importantes précipitations ou chute de grêle, foudre… ont souvent lieu

L'orage multicellulaire est la cohabitation de plusieurs cumulonimbus à la suite. Ces orages peuvent avoir une durée de vie d'une journée, et peuvent balayer une région entière.

Les orages se classent selon leurs origines :

LES ORAGES DE TYPE FRONTAL

Dans cette catégorie on a les orages à front froid, à front chaud, à front occluspré-frontaux.

Les orages à front chaud se créent lorsqu'une masse d'air chaude instable en mouvement avance vers une masse d'air froide et s'élève comme l'air froid est plus dense que l'air chaud. La zone de précipitations peut faire entre 250 et 300 km de large mais leur largeur ne font pas plus de 50 km. Les orages à front froid sont souvent violents et susceptibles de provoquer la formation de tornades. Ils se forment quand une masse d'air froide plus rapide que le front chaud passe sous celui-ci. Alors l'air chaud et humide qui est plus léger que l'air froid, s'élève en créant des courants ascendants et donc un cumulonimbus. Les orages à front occlus interviennent quand une masse d'air chaud évincée par la rencontre de deux masses d'air froid qui la soulève. Lors de ces orages la base des cumulonimbus est généralement à des altitudes très élevées. Les orages pré-frontaux sont les plus difficiles à prévoir et très violent. Trois facteurs intervient à la formation de ses orages : une poussée d'un front froid, un air instable et le réchauffement du sol consécutif à un fort rayonnement.

LES ORAGES OROGRAPHIQUES

Les orages orographiques interviennent par un écoulement instable d'air chaud et humide qui est soulevé par une chaîne de montagnes. Alors le long de la chaîne de montagnes ces orages s'alignentet agissent au tant que l'écoulement d'air les alimente. Ils éclatent souvent sur les reliefs et restent au même endroit. On trouve souvent ces orages dans les Pyrénées et le massif Alpin.

LES ORAGES THERMIQUES OU DE CHALEUR

Ces orages sont causés par un surchauffement des sols. C'est aux tropiques où ils sont très intenses comme la chaleur au sol atteint son maximum ! Ces orages, peuvent éclater à n'importe quel moment de la journée ou de la nuit également, et sur la terre ferme ou en mer, contrairement aux autres orages. C'est bien entendu en saison chaude que ces orages éclatent. Ces orages peuvent se répéter plusieurs jours à la suite.

LES THUNDERSNOW ou ORAGE DE NEIGE

Ces orages connus sous le nom d'orage de neige se produisent contrairement aux autres types d'orages en hiver lors des tempêtes de neige. Ce qui en fait un phénomène relativement rare. Ils se forment dans une masse d'air très instable comme tout les autres orages mais contrairement à un orage typique, la masse d'air qui est soulevée dans un thundersnow est déjà sous le point de congélation. C'est pour cela que les courants ascendants du nuage d'un orage de neige est généralement limitée comme l'air froid venant du pôle font que la tropopause est plus basse. Alors la différence de température entre le sol et le sommet est moins importante que lors des orages des saisons chaudes se qui peut limiter encore plus la convection.

Lors des courants ascendants les collisions entre les cristaux de glace créant une différence de potentiel électrique entre deux points du nuage. Mais l'activité électrique reste en général assez faible, constituée d'intenses éclairs souvent positifs en raison d'une présence importante de cristaux de glace (chargés positivement). Et le tonnerre s'entend moins loins comparé aux orages d'été (dans un rayon de 3 à 5 km).

 


L'ORIGINE DE L'ECLAIR

Dans le cumulonimbus les cristaux de glaces et les gouttelettes d'eau sont bousculés par l'air vertical très intense. Ces éléments se heurtent et entraînent une séparation des charges. Les particules plus petites qui sont de charges positives, remontent vers le sommet du nuage alors que les noyaux plus lourds et de charges négatives descendent. Le sol est alors chargé négativement par les gouttelettes d'eau et billes de glaces. Le nuage est peu à peu chargé d'énergie. Quand l'accumulation d'énergie devient trop important et surtout lorsqu'il y a opposition directe entre ces charges, une décharge électrique, l'éclair, se produit.

Cette décharge principale du nuage vers le sol ou un autre nuage crée un chenal ionisé (sous l'effet des charges électriques, la masse d'air devient légèrement conductrice) invisible appelé traceur par bonds ou amorce échelonnée. Elle se ramifie avant de toucher la terre ou l'autre nuage au bout de 1/100 de seconde en se déplaçant à environ 200 km/s.

Puis par des bonds successifs, l'éclair pilote, sorte de noyau rempli d'électrons, va vers le sol ou l'autre nuage de charges positives en parcourant la plus forte intensité de charge. A la fin des derniers décamètres du parcours, une décharge partant d'un point du sol ou du nuage (autre noyau similaire) de charges positives va à sa rencontre. Quand la liaison entre les deux noyaux a lieu, il se produit la décharge principale (visible), un courant allant du sol ou de la source positive vers le nuage de charges négatives.

Cette charge positive se propage extrêmement vite. La chaleur dégagée, 30.000°C soit 5 fois la température du Soleil et pouvant atteindre 100 millions de volts, excite les molécules de l'air qui émettent de la lumière en libérant cette énergie en surplus. Il peut y avoir plusieurs décharges de retour dans un éclair, en moyenne 3 ou 4, avec 40 et 80 millisecondes entre chaque décharge.

Les éclairs peuvent faire de 100 m à au moins 20 km dans le cas de l'éclair sinueux pour une épaisseur de seulement 3 cm environ. Ils peuvent se propager à une vitesse de 40000 km/s.

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Les éclairs peuvent être causés aussi par le frottement des particules qu'on retrouve dans les nuages de cendres lors des éruptions volcaniques. Ils peuvent être créés aussi lors de chute de neige importantes pour la même raison mais ceci est assez rare.

LES TYPES D'ECLAIRS

Comme on peut le remarquer tous les éclairs n'ont pas la même apparence. On distingue 3 types d'éclairs selon leur forme.

 


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L'éclair ramifié :
il se divise en
plusieurs branches


L'éclair fulminant :
il est courbé


L'éclair sinueux :

il a de nombreux traits
et des segments
bien apparent
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Mais il est dit qu'il y existe un éclair en forme de boule assez rare et peu connu :

La foudre en boule est une sphère lumineuse d'un diamètre d'environs 20 à 40 cm qui apparaît lors d'orages et qui disparaît, soit calmement, soit violemment. Des témoignages on même dit qu'elle serait entrée dans les maisons, ou les avions pendant quelques secondes. La foudre en boule est d'une couleur allant du jaune à l'orange voir du vert au bleu et d'une température qui pourrait atteindre les 10.000°K d'après les rapports des brûlures causées par la foudre en boule. D'après les recherches la foudre en boule serait un plasma fortement ionisé. Smirnov a émis l'hypothèse que la boule de feu pourrait contenir des particules riches en sodium et ou en potassium qui, serait réchauffées par la réaction chimique, émettraient des photons correspondant à certaines transitions. Alors cela expliquerait la raison pour laquelle il a été observé des boules de couleurs variées : elles correspondraient à des compositions chimiques et des températures de combustion différentes.

 

la seule photographie au monde de la foudre en boule prise au Japon, à Nagano, le 25/07/1987 par un étudiant

On peut distinguer aussi les éclairs suivant où ils ont lieu :

L'éclair intranuageux ou en nappe : la décharge électrique se produit à l'intérieur d'un même nuage où il y a des charges opposées. Ils représentent 75% des éclairs produits pendant un orage ;
Le spider : une décharge parcourant le dessous de l’enclume des orages, très ramifiée et en forme d’étoile ou d’araignée (d'où son nom) dont les ramifications partent d’un point unique par éclair;
L'éclair internuageux : la décharge dont le canal est visible se produit entre deux nuages qui peuvent être éloignés plusieurs dizaines de kilomètres entre eux ;
Le coup de foudre : une décharge électrique entre le sol et le nuage. Mais cela représente que 10% de l'activité orageuse et seulement 25% des coups de foudre frappent le sol : - Le coup de foudre négatif est un éclair fracturé et ramifié ; - Le coup de foudre positif est un éclair à canal moins fracturé, plutôt sinueux ; - Le superbolt : un coup de foudre dont l'intensité est bien supérieure aux valeurs habituelles et qui est souvent positif. L'éclair est très éblouissant avec une violente déflagration sonore ; - Le coup de foudre ascendant : un coup de foudre partant du sol et remonte vers le nuage avec des ramifications orientées vers le haut ;

 

La couleur des éclairs peut nous informer de la composition de l'air ambiant de l'orage :

- Un éclair rouge va nous indiquer de la pluie dans l'air
- Un éclair bleu la présence de grêle
- Un éclair jaune est un signe d'une quantité importante de poussière dans l'atmosphère
- Un éclair blanc veut dire que l'air est très sec.



Explication: (des orages partie 1)


Explication: (des orages partie 2)