3. Toupie Cumuliforme
RÉCITS
3. Toupie Cumuliforme
3. Toupie Cumuliforme
Quelques Altostratus m’empêchent encore d’observer l’évolution du Cumulonimbus pendant un certain temps. Ils finissent cependant par se dissiper, tandis que le soleil couchant embrase littéralement l’orage.
Mais c’est finalement près de l’horizon que mon attention va se concentrer, avec l’apparition d’une étonnante formation nuageuse cumuliforme en forme de toupie.
1. Ciel rose
Avant cela, je profite du spectacle lumineux qui s’offre à moi. L’orage a considérablement évolué et nous pouvons maintenant observer ce qu’est devenue son enclume, environ une demi-heure plus tard : une magnifique coiffe nuageuse.
On distingue également, à l’arrière-plan, l’enclume d’une autre cellule orageuse. D’autres cellules se trouvent probablement encore plus loin derrière. Le puissant Cumulonimbus capillatus incus visible au premier plan constitue donc la première cellule de cette ligne orageuse, mais aussi certainement la plus active en termes de convection.
Le moment où la tranche d’atmosphère contenant les nuages s’illumine de rose ou d’orange flamboyant est toujours très court. Pourtant, lorsque l’on vit l’instant, il est difficile d’en apprécier réellement la durée.
Seulement deux minutes plus tard, probablement grâce à un nouveau jeu d’ombres, de lumières et d’angles du soleil sur les Altostratus de moyenne altitude, le Cumulonimbus commence déjà à se parer de couleurs éclatantes.
La dominante rose envahit progressivement l’enclume, donnant au nuage une apparence presque irréelle, comme un immense champignon lumineux.
2. Une toupie nuageuse
Juste avant que le soleil ne disparaisse derrière l’horizon, le Cumulonimbus s’illumine d’un orange particulièrement intense. Cette lumière permet même de mieux distinguer la zone proche du sol, beaucoup plus proche de l’orage.
La disparition progressive d’une bande d’Altostratus parasites me permet enfin d’apercevoir une curieuse formation située près du sol, ressemblant étrangement à une toupie nuageuse.
En modifiant certains paramètres de l’image et en zoomant, on distingue presque mieux cet OMNI (Objet Météorologique Non Identifié).
L’extrémité de cette toupie semble évoluer très rapidement.
ur le moment, j’ai l’impression d’être face à une tornade, ou tout au moins à un nuage-mur rotatif susceptible d’en générer une.
À l’époque, j’estime la largeur de la pointe de cette toupie entre 100 et 500 mètres maximum, et je pense qu’elle se situe approximativement entre 15 et 30 kilomètres de ma position. Elle était en réalité probablement plus éloignée.
La photographie suivante montre à la fois le Cumulonimbus dans son ensemble et cette étrange structure cumuliforme.
3. Séquence animée de la toupie
À cette époque, je ne possède ni la technique ni le matériel nécessaires (notamment un trépied) pour réaliser de véritables animations de qualité. Il s’agit en effet de ma toute première chasse sérieuse, mais j’ai tout de même tenté de réaliser une séquence :
Le film retrace les événements entre 21 h 38 et 21 h 49 et permet d’observer l’évolution de cette toupie cumuliforme.
Dailymotion – oui à l’époque on allait là-bas 😀
L’animation GIF suivante est de meilleure qualité, mais montre uniquement l’évolution de la structure entre 21 h 38 et 21 h 40.
4. Analyse des animations
Le film est centré sur le vortex afin de déterminer si une rotation de la base nuageuse est réellement visible.
Il semble que, sur les bords de cette toupie nuageuse, un mouvement rotatif soit effectivement perceptible.
Le GIF est construit à partir d’un point fixe de l’horizon et montre donc son déplacement réel. La séquence ne durant que deux minutes, on constate que la toupie se déplace très rapidement.
En observant attentivement la structure, une rotation semble également perceptible.
5. Autres Observations
Christophe Asselin, autre chasseur d’orages, parcourait justement la région ce jour-là entre Angers et Tours. Il témoigne d’une longue et très compacte ligne de Cumulus congestus prenant naissance derrière le Cumulonimbus.
La toupie cumuliforme que j’ai photographiée correspondrait ainsi à l’extrémité de cette ligne de Cumulus congestus repérée par Christophe.
Aucun témoignage de tornade n’existe dans la région ce jour-là. En revanche, même si aucune autre photographie ne permet de confirmer précisément cette observation, certains observateurs mentionnent des abaissements du plafond nuageux inhabituels, semblant presque raser le sol entre Angers et Tours.
6. Analyse de la toupie
Durant l’année 2005, plusieurs débats ont eu lieu autour de cet épisode orageux, notamment sur le forum du Fryzeur.
Le bilan de l’analyse de cette toupie est le suivant (certains éléments pouvant se superposer) :
- Multicellulaire rétrograde : oui
- Supercellule : presque, à l’extrémité de la ligne de convergence (C → B) et de la ligne de grain (A → B)
- Mésocyclone : probablement oui, mais de manière partielle
- Flanking-line : cela y ressemble, avec cette structure en toupie et la longue ligne cumuliforme située à l’arrière
- Abaissement local du seuil de condensation : sans aucun doute
- Stratus fractus : possibilité
- Scud-cloud : possibilité
- Nuage-mur (wall cloud) : très probable
- Nuage-mur rotatif : possible
- Tuba (funnel cloud) : difficile à déterminer
- Tornade : probablement non
7. Explication détaillée et hypothèse
Le terme « toupie » a bien sûr été choisi car c’est le premier mot qui m’est venu à l’esprit lorsque j’ai découvert cette structure. Essayons maintenant d’analyser plus précisément ce phénomène.
La bande d’instabilité située derrière l’orage (de C vers B puis de A vers B) semble se terminer en pointe sur une zone de condensation particulièrement basse (B).
La rotation observée pourrait être liée à des cisaillements du vent, favorisés par le positionnement de la cellule dans le creux d’un talweg. Cette configuration aurait provoqué un mouvement rétrograde en direction de la ligne de convergence.
On assisterait donc à la rencontre entre :
- le point de naissance des nouvelles cellules rétrogrades (A vers B) ;
- le mouvement général lié au talweg ;
- le basculement rapide des vents entre l’arrière (C) et l’avant (B).
L’air chaud situé à l’avant (A) rencontre alors l’air froid présent à l’arrière, délimité par cette immense ligne de Cumulus congestus (C), au niveau d’un véritable nœud dynamique (B).
Pour bien visualiser la situation dans l’espace, il faut imaginer que :
- la bande d’afflux C possède une orientation plutôt Nord-Sud (1 → 3) ;
- la grappe orageuse A se présente face à moi selon une orientation plutôt Ouest-Est (3 → 6).
La zone C, constituée d’une longue ligne cumuliforme de plusieurs dizaines de kilomètres, pivote alors autour du point B, qui correspond probablement à la principale zone d’ascendance.
On retrouve ainsi certains mécanismes proches de ceux observés dans les orages supercellulaires, mais l’échelle et la dynamique générale restent très différentes puisque nous sommes ici dans le domaine des orages multicellulaires.
Seule la cellule B semble véritablement présenter un comportement proche d’une supercellule, mais cette organisation reste fragile et probablement instable dans le temps.
L’animation montre d’ailleurs que la zone C-B se déplace plus rapidement vers le sud que l’imposant Cumulonimbus principal situé derrière, probablement déjà influencé par les courants descendants froids liés aux précipitations.
Je ne sais pas si cela est dû à l’angle d’observation ou à une réelle évolution, mais il m’a même semblé que la cellule B effectuait pendant un moment une rotation autour du Cumulonimbus principal.
Ce nœud dynamique (B), où l’air chaud et l’air froid se rencontrent activement, correspondrait donc à un abaissement mésocyclonique du seuil de condensation, visible pendant environ une demi-heure.
Il pourrait avoir donné naissance, légèrement en retrait de l’orage, à l’endroit où les ascendances et le cisaillement étaient les plus importants, à un possible nuage-mur rotatif.
Celui-ci aurait théoriquement pu générer une tornade, mais dans ce contexte, cela reste un phénomène extrêmement rare.
Les systèmes multicellulaires sont en effet beaucoup plus complexes que les supercellules classiques. Plusieurs mécanismes peuvent renforcer ou au contraire limiter la rotation d’une cellule parmi les autres.
La formation d’une tornade mésocyclonique nécessite généralement un mésocyclone profond et durable, raison pour laquelle les supercellules sont les structures les plus favorables. Toutefois, des tornades peuvent également se produire dans certains systèmes multicellulaires : cette possibilité ne doit donc pas être totalement écartée.
C’est précisément l’objet de cette analyse.
Ce mélange d’air chaud et d’air froid fut particulièrement efficace durant cette journée pour générer une succession de Cumulonimbus.
Après 22 h, ce Cumulus congestus en rotation apparente (3) possède encore le potentiel pour créer une nouvelle cellule orageuse. Mais il commence progressivement à être envahi par l’air froid postérieur (1 à 3), coupant peu à peu l’alimentation thermique nécessaire aux cellules plus matures (4 à 6).
Aujourd’hui, je pense que l’interprétation la plus objective consiste à parler d’un nuage-mur (wall cloud) rotatif (B).
Je ne m’aventurerais pas davantage vers l’hypothèse d’un tuba ou d’une tornade, ce qui implique une mésocyclonité, même partielle, de la structure orageuse.
On pourrait parler ici de presque-supercellule, issue d’une ligne orageuse multicellulaire rétrograde à protubérances multiples.
La cellule la plus jeune (1) devient progressivement la cellule 3, puis évoluera plus tard en cellule 6, suivant un cycle classique de régénération arrière le long d’une ligne de convergence située dans le creux du talweg.
Perpendiculairement, l’orage se déplace dans le flux général, depuis l’arrière (invisible sur mes photographies) vers l’avant (A). La grappe orageuse (multicell cluster) adopte donc un déplacement en crabe par rapport au flux d’altitude, à la manière d’une ligne de grain.
Une probable ligne de rafale, peut-être matérialisée par un arcus nuageux, se situe alors sur la bordure avant (4-5-6), mais trop éloignée de ma position pour être photographiée.
La principale raison qui me pousse aujourd’hui à écarter l’hypothèse d’une tornade concerne la distance réelle du phénomène.
Sur le moment, j’estimais que cette structure se trouvait probablement entre 15 et 30 kilomètres de ma position, ce qui pouvait rendre sa taille compatible avec celle d’une tornade.
Cependant, après recoupement des différentes données disponibles, il apparaît que la structure se situait probablement à plus de 40, voire 60 kilomètres de distance.
Elle ne pouvait donc vraisemblablement pas être une tornade, car une structure de cette taille aurait difficilement pu passer aussi inaperçue.
En revanche, cela correspond parfaitement davantage à l’échelle d’un nuage-mur, dont les dimensions peuvent atteindre plusieurs centaines de mètres, intégré dans un système orageux beaucoup plus vaste.
Cela montre toute l’importance d’avoir pu photographier simultanément l’enclume et le nuage-mur : cela permet de replacer correctement le phénomène dans son environnement et d’évaluer son échelle réelle.
Je pense ici particulièrement aux autres chasseurs d’orages qui liront ces lignes. Nous sommes souvent amenés à analyser des formes nuageuses pouvant ressembler à des tubas ou de simples lambeaux nuageux, mais sans données photographiques suffisantes, un doute subsiste toujours.
Cette cellule se situait par ailleurs au sud-est de ma position, dans le prolongement de la Loire qui forme un coude entre Angers et Saumur.
La rive sud de la Loire semble être la zone la plus probable, car ses reliefs légèrement plus élevés ont peut-être accentué l’impression visuelle d’un nuage rasant presque le sol.
Il est donc probable que cet abaissement rotatif du seuil de condensation se situait à quelques kilomètres à l’est ou au sud de Saumur, soit environ 50 kilomètres de mon point d’observation.
8. Analyse satellite
L’animation en infrarouge (IR) issue du satellite Météosat montre plusieurs éléments importants :
- Le flux général était d’ouest-nord-ouest, une configuration relativement peu fréquente pour générer des orages dans cette région.
- Avant 13 h (11 h UTC), aucune cellule orageuse n’était encore développée.
- Avant cette heure, l’humidité en basse couche était déjà importante sur le nord de la France.
- Deux systèmes convectifs principaux se sont développés successivement, comme l’a montré ce dossier, et je me trouvais précisément entre les deux.
On observe d’abord la formation d’un premier orage multicellulaire dans la région rennaise, qui frôle ma position comme nous l’avons vu précédemment.
Je me retrouve même sous son enclume, alors que le cœur actif de l’orage reste davantage situé vers l’ouest.
Cette cellule a persisté assez longtemps et a produit notamment :
- environ 19,6 mm à Saint-Avé dans le Morbihan ;
- 29 mm à Clisson et Nantes ;
- jusqu’à 31,2 mm à Thouaré-sur-Loire en Loire-Atlantique.
Elle aura également donné environ 11 mm à la station Météo-France située à l’ouest d’Angers, mais seulement près de 1 mm à Trélazé, pourtant située près de mon lieu d’observation.
Peu après, un second système multicellulaire se développe plus à l’est, sur les Pays de la Loire.
Comme le montre l’image satellite, celui-ci frôle également ma position sans réellement m’atteindre.
Cette cellule produit notamment :
- 6,2 mm à Tours ;
- 3 mm au Mans ;
- probablement plus de 40 mm dans le triangle Le Mans-Angers-Orléans ;
- 31,2 mm à Poitiers.
Les données disponibles à l’époque ne permettent malheureusement pas d’obtenir une cartographie complète des précipitations, mais elles suffisent à montrer que les pluies furent localement importantes.
Les observations indiquent également des épisodes mêlant pluie et grêle, avec parfois des intensités atteignant environ 120 mm/h.
Les images satellites permettent surtout de constater que les cellules orageuses se développaient préférentiellement sur leur partie ouest, comme si elles avançaient à contre-courant du flux général.
On comprend alors pourquoi la cellule située à l’est semblait se rapprocher inexorablement de ma position alors qu’elle aurait normalement dû s’en éloigner.
La cause est donc bien une régénération arrière le long d’une ligne de convergence.
9. Activité électrique
Concernant l’activité électrique, l’image suivante représente l’intensité des impacts de foudre selon l’heure UTC.
On constate que l’activité électrique fut importante entre 16 h et 23 h sur la vallée de la Loire, particulièrement au niveau de la cellule est.
Angers fut finalement épargnée (au grand regret du photographe !), mais le maximum d’activité se situe juste à l’est de ma position, vers 19 h, avec plus de 100 impacts de foudre recensés en une heure.
10 Analyse synoptique
Cet épisode orageux était loin d’être évident à prévoir.
La veille encore, un temps plutôt maussade avec de la bruine était envisagé pour ce 6 juin, avec une amélioration progressive dans l’après-midi. Rien ne laissait présager un épisode aussi marqué sur le Centre-Ouest.
Quelques prévisionnistes amateurs avaient cependant correctement identifié le potentiel.
L’animation des champs de pression entre 12 h le 6 juin et 3 h le 7 juin montre :
- une situation générale plutôt anticyclonique, avec une pression proche de 1022 hPa à Angers pendant l’épisode ;
- un champ de pression peu marqué, avec un faible gradient.
Nous étions donc dans une situation typique de marais barométrique.
Cette situation ne suffit évidemment pas à expliquer l’apparition des orages, mais elle permet de comprendre pourquoi une pression élevée n’a pas empêché le développement convectif.
Regardons maintenant les vents et températures au sol :
Les températures sont relativement modestes, autour de 20 °C. Rien d’exceptionnel donc.
La disposition des vents est en revanche beaucoup plus intéressante. On observe un passage progressif d’un vent de nord-est à nord-ouest, puis presque ouest au niveau de la Loire.
Cette configuration implique une légère rotation cyclonique des vents sur la zone.
On peut l’interpréter comme un cisaillement horizontal du vent, créant une convergence favorable aux ascendances.
C’est précisément au niveau de cette ligne de convergence que se sont formées les nouvelles cellules orageuses successives, par régénération arrière.
À moyenne altitude (850 hPa), on observe également la présence d’un talweg d’air relativement froid.
Ce talweg n’est pas l’élément principal puisqu’il s’évacue rapidement vers l’est, mais un second talweg plus marqué, provenant de l’Écosse et de l’ouest de l’Irlande, va progressivement concerner la France.
Un talweg d’air froid en altitude est particulièrement intéressant pour les orages car il apporte un forçage dynamique favorisant les mouvements ascendants.
À 500 hPa, on retrouve cette anomalie d’altitude :
L’enfoncement d’air froid depuis l’Écosse jusqu’au sud-ouest de l’Irlande est encore discret, mais suffisant pour créer une zone d’instabilité.
Au sol, les pressions se situent entre deux zones anticycloniques, avec une petite dépression en formation sur l’Irlande.
La concordance entre la situation de surface et celle d’altitude est donc essentielle.
À 15 h, le 6 juin, la situation devient beaucoup plus évidente :
Le talweg se trouve désormais sur le nord de la France jusqu’à la pointe bretonne et tend presque à s’isoler en goutte froide.
Cette anomalie est matérialisée par des températures de l’ordre de -18 à -20 °C sur le Centre-Ouest.
Enfin, l’analyse du vent à haute altitude apporte le dernier élément :
Une forte accélération du vent se situe au sud de la Loire, matérialisant un puissant jet-stream.
Habituellement, les zones d’entrée droite ou de sortie gauche d’un jet sont étudiées pour repérer les zones favorables aux ascendances.
Cependant, cette règle n’est pas toujours applicable, car elle décrit davantage une conséquence qu’une cause.
Dans notre cas, c’est surtout la zone située entre les deux jets qui correspond à l’anomalie dynamique du talweg.
Cette zone de diffluence en altitude explique pourquoi l’instabilité a pu se développer jusqu’à la tropopause.
Il manque cependant des données essentielles comme la CAPE ou un hodographe complet permettant d’évaluer précisément le cisaillement vertical du vent.
En 2005, les outils disponibles sur Internet ne permettaient pas encore d’effectuer ce type d’analyse détaillée.
Conclusion
Cet épisode montre combien la prévision des orages peut être complexe lorsque la convection dépend fortement de la dynamique générale de l’atmosphère.
La présence d’un air très humide en basse couche, surmonté d’un air plus sec en moyenne altitude, a favorisé le développement des cellules orageuses.
Au-dessus, une tropopause relativement basse (environ 9000 mètres) a permis aux orages d’atteindre rapidement cette limite et de produire des sommets pénétrants.
Le talweg était associé à une anomalie dynamique de tropopause possédant une forte vorticité potentielle, arrivant dans un flux d’ouest-nord-ouest.
Cette configuration a généré des ascendances suffisamment puissantes pour créer un orage multicellulaire rétrograde parfaitement organisé, avec plusieurs cellules hiérarchisées prenant une forme en escalier.
L’ensemble a formé une grappe puis une ligne orageuse le long de la Loire, suivant une ligne de convergence située dans le creux du talweg.
Le flux d’altitude plus rapide a ensuite provoqué un déplacement perpendiculaire à la ligne de formation.
Les cellules les plus matures, situées à l’arrière de la ligne de convergence, ont ainsi été poussées vers le sud par le flux général.
On parle généralement de ligne de grain, même si ici la structure n’était pas parfaitement classique et présentait une évolution plus complexe.
C’est justement à l’extrémité de cette ligne, alors que la journée touchait à sa fin et que la convection restait encore active, que j’ai observé cette étonnante formation en toupie.
Je pense aujourd’hui que le basculement des vents a provoqué, sur ce Cumulus congestus en rotation apparente, un cisaillement important entre la partie jeune et ascendante du système et la partie plus ancienne dominée par les courants descendants.
Cette cellule multicellulaire, dont l’une des composantes présentait un comportement presque supercellulaire, possédait donc certains ingrédients favorables à un mésocyclone éphémère.
Il existe d’ailleurs des cas similaires où des structures supercellulaires apparaissent à partir de systèmes multicellulaires, notamment au sein de lignes de grains arquées (bow echo), de formes ondulées (LEWP) ou, dans de rares cas, de derecho.
Pour conclure, le but de ce dossier n’est pas de démontrer qu’un mésocyclone ou une supercellule étaient effectivement présents ce 6 juin 2005.
Avec les moyens dont je disposais à l’époque, je ne pourrai probablement jamais l’affirmer totalement.
L’objectif est plutôt d’étudier cette possibilité à partir d’éléments objectifs, et surtout de comprendre la remarquable complexité de cet orage particulier.
Récit écrit en septembre 2005
Dernière mise à jour en septembre 2021
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