Les tempêtes : les mécanismes de leur formation

Les tempêtes et les dépressions sont des formes d’organisation de la circulation de l’air. Elles ont, comme dans le monde du vivant, une naissance, une vie et une mort : on parle de cycle d’évolution.
Les mécanismes des phases de naissance et de croissance sont plutôt différents. Ainsi, si les mécanismes de création semblent variés, un seul mécanisme physique (appelé interaction barocline) assure le développement : c’est le « moteur » atmosphérique qui transforme en vent l’énergie contenue dans le rail des dépressions (cette énergie est liée au contraste thermique horizontal entre le nord et le sud du rail).

Naissance d’une tempête

La première étape du cycle d’évolution d’une tempête est l’apparition de la jeune dépression. Elle se forme à la pointe de la flèche rouge en surface puis se propage vers l’est selon le trait pointillé. La structure en altitude est le précurseur qui, avec le courant-jet, va enclencher le moteur.

Naissance d’une nouvelle dépression
Naissance d'une nouvelle dépression

En surface les plages de couleur représentent les isentropes : orange = chaud au sud, vert = froid au nord.
En altitude, on observe un courant-jet (plage verte) + une anomalie (orange) de la tropopause (sommet de la troposhère) à laquelle est associée une circulation cyclonique (flèches bleues).

Développement de la jeune dépression

La majeure partie des dépressions se forment du côté chaud du rail. Plus le courant-jet est intense et plus la dépression progresse rapidement en surface récupérant dans le courant-jet l’énergie pour s’intensifier. 

Propagation vers l’est de la jeune dépression
Propagation vers l'est de la jeune dépression

Dans son déplacement vers l’est, la jeune dépression se développe lentement, voire elle perd de son intensité.

Explosion en tempête

À partir d’une certaine amplitude, la dépression interagit directement avec le courant-jet. Elle force le passage du côté « chaud » au côté « froid » . Dans le même temps, la dépression se creuse brusquement. L’amplification cesse lorsque le système dépressionnaire s’éloigne du jet et que l’alignement vertical des tourbillons d’altitude et de surface n’est plus favorable à l’interaction barocline. Sur mer la dépression s’atténue très lentement alors que sur terre, son affaiblissement est plus rapide, le frottement avec la surface absorbant davantage d’énergie que la surface de la mer.

Creusement explosif de la dépression
Creusement explosif de la dépression

Lors de la phase de creusement explosif par interaction entre la dépression de surface et l’extrémité diffluente du courant-jet, la dépression tend à traverser le courant-jet du sud vers le nord.

Comprendre le déclenchement de cette étape critique reste un enjeu pour la recherche. Toutefois, l’étroite association entre phase de développement maximal, « traversée » sud-nord du courant-jet et fin du développement a été clairement établie à la suite de la campagne de mesure de 1997, campagne nommée FASTEX (Fronts and Atlantic Storm-Track EXperiment : nom donné à la campagne d’expériences sur le rail des dépressions atlantiques et des fronts).

Afin d’améliorer la prévision des tempêtes, les chercheurs travaillent à mieux comprendre ces comportements grâce à la modélisation et à l’observation.

Courant-jet rectiligne idéalisé

Dans le courant-jet idéalisé ci-dessous, composante du rail des dépressions, une tempête se développe.

Courant-jet rectiligne idéalisé
Courant-jet rectiligne idéalisé

Composée de deux tourbillons, un en surface, l’autre en altitude, celui de surface est situé à l’est de celui d’altitude.
La tempête s’amplifie et fabrique du vent tel un moteur atmosphérique. Ce moteur transforme l’énergie thermique associée au courant-jet en vent, en particulier en surface. Le cycle thermodynamique moteur est réalisé au moyen de la circulation d’air selon la verticale, dimension essentielle pour comprendre les tempêtes.

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