Orages Supercellulaires : Définition
ORAGES SUPERCELLULAIRES
Définition d'une Supercellule
Définition d'une Supercellule
1. Introduction
La définition des orages supercellulaires n’a cessé d’évoluer depuis les années 1960. De grands noms de la météorologie orageuse, comme Browning et Doswell, en ont d’abord posé les bases conceptuelles. Puis des scientifiques comme Rotunno, Davies-Jones, Weisman, Klemp ou encore Markowski, en ont progressivement précisé la nature et les caractéristiques. Ces orages si particuliers sont aujourd’hui assez bien compris dans leurs grands principes, même si plusieurs zones d’ombre subsistent encore, notamment concernant les tornades qu’ils peuvent engendrer ou certains aspects plus locaux de leur fonctionnement.
Dans la nature, il existe une grande variété de formes d’orages supercellulaires, ce qui rend parfois leur définition ambiguë sur le terrain. La définition actuelle d’une supercellule doit donc surtout être comprise comme un cadre théorique moyen, et non comme un moule rigide dans lequel tous les cas réels devraient entrer parfaitement. On trouvera toujours, dans la réalité, des exemples qui s’en écartent plus ou moins.
Mésocyclone Profond et Persistant
Un mésocyclone se définit comme une rotation organisée des vents à moyenne altitude (vers 3 000 m), au sein d’une zone de l’orage de l’ordre de 3 à 8 km de diamètre, soit une échelle bien plus grande que celle d’une tornade. On l’identifie le plus souvent grâce à une signature de vorticité et, dans la plupart des cas, il n’est mis en évidence qu’au radar Doppler.
Une supercellule peut donc se définir comme un système convectif possédant un mésocyclone profond et persistant :
- Profond implique que le mésocyclone se prolonge, de manière indirecte, depuis les basses couches de l’orage — sans nécessairement atteindre strictement la surface — jusqu’à son sommet (vers 10 km), par l’intermédiaire de la circulation ascendante. Autrement dit, une fraction suffisamment significative de l’orage convectif est structurée ou influencée par ce mésocyclone.
- Persistant signifie que le mésocyclone perdure au-delà du temps nécessaire à une parcelle d’air pour s’élever depuis la base du courant ascendant jusqu’au sommet de l’orage. Ce temps étant en moyenne de 10 à 20 minutes, on considère généralement qu’un mésocyclone devient persistant lorsqu’il dure plus de 30 minutes.
Signature Radar Particulière
Cette vorticité profonde et persistante de l’orage constitue donc un critère majeur pour définir une supercellule. En pratique, on identifie souvent un mésocyclone à partir d’une région de vorticité verticale atteignant environ 0,01 s-1. Ce seuil reste toutefois conventionnel et doit être utilisé en complément d’autres éléments d’analyse, tels que la signature radar ou le comportement de la cellule.
Une supercellule peut également être reconnue à certaines signatures radar caractéristiques. Leur interprétation demeure cependant en partie subjective, car elle dépend de l’expérience de l’analyste et du contexte observé, contrairement à un indice de vorticité qui relève d’une mesure quantitative.
En l’absence de radar Doppler permettant d’identifier et de quantifier précisément la présence d’un mésocyclone, une supercellule peut aussi être suspectée à partir du comportement d’une cellule isolée présentant une évolution atypique par rapport aux autres orages environnants. En effet, une supercellule possède une circulation interne profonde qui lui permet d’adopter une propagation transverse et durable par rapport à l’écoulement moyen.
Environnement Atmosphérique Commun
Il existe diverses morphologies de supercellules, susceptibles de donner lieu à une grande variété de signatures radar, tout en présentant un certain nombre de caractéristiques communes.
La géographie d’un lieu donné, à elle seule, ne produit pas un spectre radar particulier, même si certaines régions présentent plus fréquemment des comportements typiques de supercellules. C’est avant tout l’environnement atmosphérique qui détermine la signature radar observée, indépendamment du lieu. Cette notion est importante, car deux régions A et B présentant des caractéristiques atmosphériques comparables pourront, en première approximation, produire des structures et des évolutions supercellulaires similaires.
Ainsi, ce ne sont pas les Grandes Plaines américaines en elles-mêmes qui confèrent leur spécificité aux supercellules qui s’y développent, mais bien l’environnement atmosphérique qui y règne. À environnements similaires, supercellules similaires. Encore faut-il que les conditions soient analogues non seulement à grande échelle, mais aussi à l’échelle plus locale de l’initiation convective.
Les radars Doppler y sont largement déployés, et les supercellules y ont été étudiées de manière approfondie. Dès lors, il est tout à fait envisageable de retrouver ailleurs dans le monde des environnements atmosphériques comparables, y compris dans des régions beaucoup moins étudiées et moins bien équipées que les Grandes Plaines.
Subjectivité de la Définition
Tous les prévisionnistes opérationnels, surtout américains, accordent une très grande importance au classement d’un orage comme supercellulaire ou non, car ce critère conditionne en partie l’évaluation du risque de phénomènes violents.
Et pourtant, que penser d’une tornade se formant sous un orage classé comme non supercellulaire (landspout, gustnado…) ? Que penser de chutes de grêle géante particulièrement destructrices ? Que dire d’un front de rafale puissant provoquant d’importants dégâts ? Et, à l’inverse, que penser d’une supercellule ne générant que des phénomènes mineurs ?
La réalité est donc plus nuancée, et la frontière peut s’avérer en partie subjective. Certains chasseurs d’orages et météorologues estiment même que le terme supercellule est, en lui-même, imparfaitement choisi et potentiellement trompeur, car il entretient une confusion entre la violence ressentie d’un orage et ce qui définit réellement une structure orageuse supercellulaire. Toute supercellule n’est pas un orage violent, et tout orage violent n’est pas une supercellule.
À l’origine, ce terme a été retenu pour différencier certains orages des monocellulaires et des multicellulaires, car ils présentaient un comportement atypique et pouvaient parfois générer des phénomènes plus violents que les autres orages se développant dans le même environnement. Si les supercellules américaines apparaissent parfois plus intenses qu’ailleurs, c’est avant tout parce qu’elles évoluent dans des environnements particulièrement favorables et qu’elles peuvent, dans certains cas, engendrer de violentes tornades. Une supercellule tornadique demeure toutefois une forme particulière, et même aux États-Unis, toutes les supercellules ne produisent ni tornade ni phénomènes extrêmes.
2. Définition Générale
Classement
À l’origine, les supercellules étaient classées parmi les orages monocellulaires. Le professeur Browning fut le premier à identifier et à modéliser ce type d’orage en 1962, et il caractérisa les supercellules comme les formes les plus puissantes des orages monocellulaires.
En 1979, Doswell et Lemon approfondirent ces travaux, ce qui conduisit à reconnaître les supercellules comme une catégorie d’orages à part entière en raison de leur comportement particulier. Elles apparaissaient alors comme les seuls orages capables de produire des tornades durables, puissantes et destructrices. On constatait également qu’elles partageaient certaines caractéristiques à la fois avec les orages monocellulaires et les orages multicellulaires.
Ils classèrent alors les orages en trois grandes catégories principales :
- les orages monocellulaires
- les orages multicellulaires
- les orages supercellulaires
Ils développèrent également la technique de Lemon, qui relie, dans ce nouveau modèle conceptuel, la détection de certaines signatures radar à la présence d’un courant ascendant au sein d’un orage.
Depuis, ce classement a peu évolué. En revanche, la catégorie des orages multicellulaires demeure si vaste et diversifiée qu’elle est fréquemment subdivisée en plusieurs sous-catégories, telles que les clusters, les systèmes convectifs de méso-échelle (MCS), les lignes de rafale ou encore les tempêtes tropicales.
Amorce Supercellulaire
Une supercellule est souvent un orage plus violent que ses voisins non supercellulaires. Sa caractéristique principale réside toutefois dans la présence d’un courant ascendant en rotation, organisé de manière profonde et persistante dans la structure de l’orage. La présence d’un mésocyclone bien formé est donc primordiale pour définir un orage supercellulaire. Si ce mésocyclone existe, mais n’est ni suffisamment persistant ni suffisamment profond, on parle alors d’amorce supercellulaire.
En France — et plus généralement dans une grande partie du monde en dehors des États-Unis — les chasseurs d’orages de terrain sont confrontés à une difficulté majeure. Ils n’ont généralement pas accès aux vitesses radiales Doppler ni aux produits polarimétriques tels que le ZDR ou le CC. Dans la majorité des cas, il leur est donc impossible de déterminer avec certitude si le mésocyclone supposé atteint réellement ces critères quantitatifs. L’identification repose alors en grande partie sur une interprétation indirecte et demeure, par nature, plus subjective.
Le seuil à partir duquel on qualifie un orage de supercellule, plutôt que de simple amorce, reste donc souvent sujet à interprétation et à débat. Si l’orage ne remplit qu’une partie des critères retenus, sans présenter les éléments les plus explicites de la définition, on peut alors parler plus prudemment d’orage suspect. Inutile, dans ce cas, de vouloir à tout prix classer un orage comme supercellulaire lorsque les éléments disponibles ne le permettent pas.
Misocyclone / Mésovortex
Le mésocyclone présent à moyenne altitude est plus petit que l’orage supercellulaire qu’il structure et se situe dans une région particulière de celui-ci, autour de la colonne ascendante principale. Lorsqu’une zone rotative de l’orage, de moins de 4 km de diamètre, se met à tourner sur elle-même, on ne parle plus de mésocyclone, car elle n’a plus la capacité de structurer profondément l’orage en supercellule. Il s’agit alors d’un misocyclone.
Un misocyclone se définit comme une vorticité d’axe vertical comprise entre 40 m et 4 km de diamètre, que l’on retrouve le plus souvent le long d’un front de rafale. Il peut toutefois également apparaître le long d’un front froid, d’une brise de mer ou d’une ligne de convergence de méso-échelle.
Les misocyclones peuvent jouer un rôle important dans la formation de certaines tornades non supercellulaires. Celles-ci se forment lorsque la rotation associée à un misocyclone est advectée vers le haut en direction de la base nuageuse, puis étirée jusqu’à l’intensité tornadique par un courant ascendant convectif non rotatif. Les misocyclones sont ainsi à l’origine de plusieurs phénomènes tourbillonnaires non supercellulaires, généralement de faible intensité, comme certains tubas d’air froid, les vortex et tubas de cisaillement, les trombes marines (waterspouts) ou les trombes terrestres (landspouts).
Le terme misocyclone, introduit par Fujita, désigne donc de manière générale toute vorticité d’axe vertical, au sein ou à proximité d’un orage, de dimension inférieure à celle d’un mésocyclone et d’origine conceptuellement non supercellulaire.
De même, toute vorticité d’axe vertical, de dimension supérieure à celle d’un mésocyclone et d’origine conceptuellement non supercellulaire, peut être qualifiée de mésovortex (ou « vortex de méso-échelle »). Certains auteurs rangent le mésocyclone parmi les formes particulières de mésovortex, mais la plupart des scientifiques distinguent clairement les deux notions. Le mésovortex est surtout connu dans le cas des bow echoes, des MCV (Mesoscale Convective Vortex) ou encore des EWMV (Eyewall Mesovortex) observés dans le mur de l’œil des cyclones tropicaux. On peut toutefois rencontrer d’autres formes de vorticité verticale de méso-échelle non supercellulaire dans des contextes variés.
En définitive, ce qui distingue principalement un mésovortex d’un mésocyclone, plus encore que la seule dimension, est le fait que le mésocyclone correspond fondamentalement à la rotation d’une colonne ascendante d’origine convective, ce qui n’est pas le cas d’un MCV ou d’un EWMV. Il arrive néanmoins, dans de rares situations, qu’un mésovortex contribue à initier la formation d’un mésocyclone de plus petite échelle et à plus basse altitude, ou, à l’inverse, participe à l’organisation d’un système de plus grande échelle, comme une dépression ou une tempête tropicale.
Isolement
Dans leur représentation la plus classique, les supercellules apparaissent souvent isolées des autres orages, ce qui explique qu’elles aient longtemps été rangées parmi les orages monocellulaires. Il s’agit en effet, dans leur forme typique, d’orages relativement éloignés des autres cellules et capables de se développer de manière largement indépendante.
Cependant, même si elles conservent une dynamique propre grâce à leur comportement atypique par rapport aux autres orages, les supercellules partagent fréquemment certaines caractéristiques avec les systèmes multicellulaires, et peuvent même parfois se retrouver intégrées à une ligne de grain puissante.
Il arrive également qu’une supercellule soit accompagnée d’autres cellules moins puissantes, parfois concurrentes, parfois au contraire susceptibles de la renforcer. Les phénomènes de fusion ou de division cellulaire, plus souvent associés aux orages multicellulaires, peuvent aussi concerner les orages supercellulaires. Néanmoins, sur une animation radar, la supercellule se distingue habituellement par son comportement atypique, qui tend à la singulariser des autres cellules environnantes, y compris lorsqu’elle en est issue. Il arrive ainsi qu’elle traverse d’autres cellules orageuses tout en conservant son organisation propre, comme si elle évoluait indépendamment d’elles. Ce comportement isolé, autonome et atypique est souvent qualifié de comportement discret. Le terme discret doit ici être compris au sens d’un comportement individualisé, par opposition à une structure convective plus continue ou plus fusionnée.
Enfin, lorsque les conditions sont très favorables à la génération supercellulaire, certains orages initialement multicellulaires peuvent développer en leur sein une ou plusieurs cellules au comportement supercellulaire. Il est toutefois assez rare qu’un orage conserve un caractère supercellulaire durant l’ensemble de son cycle de vie.
Déplacement
Une caractéristique des supercellules est qu’elles peuvent durer plusieurs heures et parcourir de très grandes distances sans nécessairement perdre rapidement en intensité. Bien que cela ne constitue pas une règle générale, elles se déplacent souvent assez vite, avec des vitesses de l’ordre de 50 km/h en moyenne.
Mais leur caractéristique la plus marquante, et sans doute leur signature conceptuelle la plus fondamentale, réside dans leur capacité à dévier du flux moyen directeur, généralement conditionné par les vents de moyenne troposphère autour de 6 000 m. Cette propriété permet de distinguer deux grandes catégories :
- si elles dévient vers la droite, ce sont des moteurs droits ;
- si elles dévient vers la gauche, ce sont des moteurs gauches.
La grande majorité des supercellules durables et bien organisées observées dans le monde sont des moteurs droits. Cette asymétrie n’est pas directement due à la force de Coriolis à l’échelle du mésocyclone, comme on pourrait le penser, mais plutôt aux conditions synoptiques sous-jacentes, donc à une échelle bien plus grande que celle de l’orage lui-même. Ces conditions, qui sont elles-mêmes liées indirectement à la dynamique générale de l’atmosphère et donc à l’effet de Coriolis, favorisent plus fréquemment la structuration durable de supercellules droitières. La relation avec Coriolis est donc réelle, mais très indirecte, et cette nuance est importante. En résumé, rien n’empêche en soi un mésocyclone de se former dans le sens opposé à celui attendu statistiquement ; c’est simplement le cadre atmosphérique de grande échelle qui favorise plus souvent l’autre configuration.
Dimension
La taille moyenne d’une supercellule classique est de l’ordre de 20 à 60 km, 30 km de diamètre représentant une valeur assez courante. Les orages supercellulaires peuvent toutefois présenter des dimensions très variables, depuis des structures à peine larges d’une dizaine de kilomètres jusqu’à des systèmes atteignant 100 km de diamètre.
Leur hauteur peut également varier fortement, d’environ 6 km jusqu’à 16 km selon la latitude, la saison et l’environnement atmosphérique. Aux latitudes tempérées, certaines supercellules comptent parmi les orages présentant les plus grandes extensions verticales. Elles se forment en effet fréquemment dans un contexte préfrontal, au sein de la masse d’air chaud associée à une dorsale, là où la tropopause est souvent plus élevée.
Intensité
Les supercellules sont habituellement associées à des phénomènes violents. Elles peuvent produire :
- d’intenses chutes de grêle et des grêlons particulièrement volumineux ;
- des précipitations torrentielles ;
- des vents destructeurs, notamment sous forme de micro-rafales ;
- des tornades associées au mésocyclone, dans une proportion souvent estimée autour de 30 % aux États-Unis. Cette part est probablement plus faible en Europe, où de nombreuses supercellules se produisent sans phénomène tornadique.
La taille et l’intensité d’un orage supercellulaire dépendent fortement du degré de favorabilité de son environnement : instabilité, humidité des basses couches, air sec en moyenne troposphère, cisaillement des vents, etc.
Nous ne décrirons pas ici l’ensemble des phénomènes associés aux supercellules — ni, plus largement, à tous les orages — car chacun d’eux mériterait à lui seul un développement spécifique.
Situation dans le Monde
Les supercellules se produisent surtout dans les régions tempérées, car elles nécessitent à la fois de l’air chaud et humide dans les basses couches, ainsi que de l’air plus froid en altitude. De plus, le cisaillement des vents favorable à la rotation de l’orage est souvent associé à des configurations dynamiques liées au courant-jet, principalement rencontrées aux latitudes tempérées.
La région du monde où ces ingrédients se combinent de la manière la plus spectaculaire reste les États-Unis, notamment dans le Middle West et plus particulièrement dans la Tornado Alley dès le début du printemps. Les supercellules ne s’y limitent toutefois pas : on en observe également dans de nombreuses grandes plaines et régions semi-arides du monde, dès lors que les conditions atmosphériques s’y prêtent.
D’ailleurs, la toute première supercellule identifiée comme telle a été étudiée en Angleterre, près de la petite ville de Wokingham, par Browning. On observe bien entendu des supercellules en France, principalement d’avril à octobre, mais peu évoluent dans des environnements suffisamment énergétiques pour produire des tornades puissantes comparables à celles des États-Unis. Ainsi, alors qu’environ une à deux tornades EF5 sont recensées chaque année aux États-Unis, la dernière tornade EF4 observée en France à ce jour remonte à 2008 (tornade de Hautmont) et la dernière EF5 à 1967 (tornade de Palluel).
3. Caractéristiques d'une Supercellule
Instabilité
Comme pour n’importe quel autre orage, un minimum d’instabilité est nécessaire à la formation d’une supercellule. Mais contrairement à l’idée répandue selon laquelle supercellule rimerait forcément avec forte instabilité, ce n’est pas le critère le plus déterminant. Une supercellule peut en effet se former dans un environnement faiblement instable, avec parfois seulement de l’ordre de 500 J/kg de CAPE. C’est notamment le cas de certaines mini-supercellules ou supercellules à faible sommet. Pour ce type d’orage, ce n’est pas tant l’instabilité totale intégrée sur toute la colonne atmosphérique — par exemple la MUCAPE — qui importe, que sa répartition effective dans les basses et moyennes couches, là où se structure l’orage. En revanche, plus l’instabilité totale augmente, parfois jusqu’à 5 000 J/kg de CAPE, plus la supercellule est susceptible de produire des phénomènes marqués.
La supercellule est souvent qualifiée d’« orage parfait », car sa rotation lui permet de s’auto-entretenir et d’amplifier sa capacité à générer des phénomènes dangereux. Ainsi, dans un environnement moyennement instable, une supercellule pourra déjà produire des manifestations plus intenses que les cellules voisines non supercellulaires évoluant dans le même contexte. Dans un environnement très instable, les phénomènes associés deviennent en revanche bien plus sévères et appellent, dans la plupart des cas, à une grande prudence.
Circuit Ascendant
Lorsque l’instabilité est très forte — par exemple avec une CAPE supérieure à 2 500 J/kg — les ascendances peuvent devenir particulièrement puissantes et atteindre des vitesses verticales de l’ordre de 100 à 180 km/h. Dans ce contexte, les hydrométéores qui se forment au sein de l’orage ne retombent pas immédiatement vers le sol, mais sont rapidement transportés vers l’altitude. Les gouttes de pluie, maintenues en suspension, peuvent alors grossir par coalescence jusqu’à atteindre une taille et une masse importantes. Entraînées dans la circulation puissante et complexe de la supercellule, elles finissent par retomber à la périphérie de la zone d’ascendance, là où les mouvements verticaux deviennent plus faibles.
Le cisaillement des vents, combiné à cette forte énergie convective, favorise la mise en place d’un courant ascendant en rotation, organisé de manière profonde dans la structure de l’orage : le mésocyclone. Dans certaines configurations, cette organisation permet une interaction efficace entre le courant ascendant rotatif et les courants descendants associés aux précipitations. Le mouvement vertical sous la zone d’ascendance peut alors se trouver renforcé par des processus de convergence et de recyclage de l’air à l’avant ou au voisinage de la cellule.
Tant que l’alimentation en air chaud et humide reste suffisante face à l’effet stabilisateur de l’air refroidi par les précipitations, cette circulation peut au contraire se renforcer. La supercellule s’auto-entretient ainsi grâce à sa capacité à aspirer l’air chaud environnant (inflow) tout en rejetant à l’écart une partie de l’air refroidi et des précipitations (outflow). Cet équilibre peut durer plusieurs heures, ce qui explique la longévité potentielle des supercellules par rapport à d’autres types d’orages. Lorsque l’outflow finit par prendre le dessus sur l’inflow, l’alimentation en air chaud devient insuffisante et la supercellule se dissipe progressivement.
Effet de Couvercle
Un effet de couvercle, ou capping, est souvent nécessaire pour favoriser la formation d’orages intenses, en particulier lorsqu’il permet de retarder le déclenchement convectif jusqu’à ce que l’environnement devienne très favorable. Cet effet de couvercle est généralement lié à une couche d’inversion ou à une couche stable située en moyenne troposphère, c’est-à-dire à la présence d’air relativement plus chaud au-dessus des basses couches.
Dans les basses couches chaudes et humides, l’air peut devenir très instable s’il se refroidit suffisamment vite avec l’altitude. À l’inverse, lorsqu’une couche plus chaude se trouve au-dessus, elle freine ou bloque l’ascension des parcelles d’air issues de la surface : l’atmosphère devient alors localement plus stable, malgré l’instabilité potentielle présente en dessous.
Pour qu’une forte instabilité convective puisse s’exprimer, il faut en général que de l’air chaud et humide soit surmonté par de l’air plus froid en altitude. Lorsqu’une couche d’inversion se met en place, elle joue donc un rôle inhibiteur en empêchant temporairement les ascendances de percer librement. Cette inhibition permet cependant à l’énergie potentielle convective de s’accumuler tant que le couvercle n’est pas rompu.
Lorsque les basses couches continuent à se réchauffer et/ou à s’humidifier, ou lorsque l’air situé au-dessus du couvercle se refroidit, l’instabilité potentielle augmente encore. On se retrouve alors avec une couche chaude et humide piégée sous une couche plus fraîche, les deux étant séparées par une couche d’inversion. Tant que cette barrière tient, l’énergie reste en quelque sorte stockée. Lorsqu’elle cède, l’ascendance qui parvient à la percer peut alors se développer de manière très rapide, parfois de façon explosive, à la manière d’une « cocotte-minute » que l’on ouvrirait brusquement.
- l’air situé sous le couvercle peut continuer à se réchauffer et/ou à s’humidifier ;
- l’air situé au-dessus peut, dans certains cas, se refroidir.
Ce processus a aussi un effet sélectif : il limite le déclenchement aux ascendances les plus vigoureuses. Il favorise ainsi la formation de cellules plus isolées, moins rapidement mises en compétition avec d’autres orages voisins, et donc potentiellement plus intenses.
Isolement et Compétition des Cellules
Plus une supercellule est isolée des autres orages, plus elle dispose en général d’un accès privilégié à l’air chaud et humide environnant, ce qui peut favoriser son intensité et, dans certains cas, sa capacité à produire des phénomènes sévères, y compris tornadiques. À l’inverse, lorsque de nombreux orages violents évoluent à proximité, les cellules convectives entrent davantage en compétition pour l’alimentation en air instable. Cette concurrence tend alors à limiter, au moins en partie, l’intensité potentielle de chacune d’elles.
Les tornades les plus puissantes se développent ainsi souvent au sein de supercellules relativement isolées des autres orages. Le degré d’isolement nécessaire dépend toutefois de l’humidité disponible, de l’organisation de l’environnement et de la disposition des autres cellules convectives. Ce principe ne concerne d’ailleurs pas uniquement les supercellules, mais plus largement l’ensemble des orages convectifs. L’effet de couvercle peut renforcer cette sélection naturelle en ne laissant se développer que les ascendances les plus vigoureuses.
Courant Descendant et Courant de Densité
Lorsque les précipitations se déclenchent, elles s’accompagnent d’un courant de densité puissant et dynamique. Celui-ci peut être renforcé par l’intrusion d’air sec de moyenne troposphère, qui favorise l’évaporation des précipitations et donc le refroidissement de l’air descendant.
Le courant descendant peut en effet atteindre 70 à 200 km/h. Les rafales associées au courant de densité sont souvent très fortes. Au sol, ce courant s’accompagne généralement d’une hausse de la pression atmosphérique et d’une baisse de la température, caractéristiques fréquentes des orages intenses.
L’orage supercellulaire présente cependant une autre particularité. Grâce à une distribution favorable des vents dans la troposphère, le courant de densité et la cellule orageuse peuvent conserver un agencement relativement cohérent dans le temps. Cette organisation contribue à maintenir les ascendances à l’avant de la cellule et participe ainsi à la longévité de la supercellule, souvent supérieure à celle des orages ordinaires.
L’orage se maintient alors sous la forme d’une cellule durable, dotée d’une structure interne relativement stable, organisée autour de deux circulations principales : un courant d’air froid descendant et un courant d’air chaud ascendant. Dans le repère lié à la cellule, cette organisation permet le maintien d’une zone de convergence favorable à sa persistance.
Cisaillement / Hélicité / Vorticité
Une supercellule est donc liée à la présence d’un mésocyclone profond et persistant. Ce mésocyclone peut se décrire en termes de vorticité. Dans le prochain chapitre, nous verrons comment, à partir d’un simple cisaillement vertical des vents, une hélicité relative peut se mettre en place dans l’environnement. Puis nous examinerons comment cette hélicité relative peut, localement, être convertie en vorticité au sein de l’orage, jusqu’à conduire à la formation d’un mésocyclone.
C’est en effet le cisaillement des vents qui constitue la source dynamique principale de la vorticité associée à une supercellule, par l’intermédiaire de l’hélicité relative présente dans l’environnement orageux. Tout le schéma conceptuel de la supercellule repose en grande partie sur ce principe.
Cependant, pendant longtemps, un débat scientifique a opposé deux grandes approches de la dynamique supercellulaire :
- la première considère que lorsqu’un courant ascendant interagit avec un cisaillement vertical du vent favorable, un mésocyclone peut se former. Dans cette perspective, la déviation de la supercellule dépend d’abord de la nature du cisaillement, et le mésocyclone en apparaît comme une conséquence ;
- la seconde considère que lorsqu’un orage préexistant se propage favorablement dans un environnement doté d’hélicité relative, un mésocyclone peut alors se développer. Dans cette approche, la déviation de la supercellule dépend de l’interaction entre l’orage initial et l’hélicité relative ambiante, et le mésocyclone résulte de cette évolution.
En réalité, ces deux perspectives se recouvrent largement. Il est toutefois généralement admis, depuis les années 2000, que l’interaction entre un orage préexistant et l’hélicité relative ambiante joue un rôle déterminant dans la propagation et l’organisation de l’orage supercellulaire. Les mécanismes plus directement liés au seul cisaillement vertical, mis davantage en avant dans les approches plus anciennes, sont donc aujourd’hui replacés dans un cadre plus large. Il en découle que des comportements supercellulaires peuvent également apparaître avec un cisaillement plus linéaire, a priori moins favorable selon la lecture classique, à condition que la propagation de l’orage initial permette effectivement de générer de l’hélicité relative.
Conclusion
L’ensemble de ces processus peut être difficile à se représenter. Il faut également prendre en compte, pour bien comprendre leur fonctionnement, le rôle du gradient de pression linéaire et du gradient de pression dynamique. Ces éléments permettent d’expliquer non seulement pourquoi un côté est souvent privilégié plutôt que l’autre dans la déviation d’une supercellule, mais aussi pourquoi les supercellules présentent très souvent une configuration tridimensionnelle commune.
Ce sont précisément tous ces éléments (cisaillement, vorticité, hélicité, gradient de pression linéaire et gradient de pression dynamique), à première vue assez complexes mais pourtant essentiels à la compréhension d’une supercellule, que nous approfondirons dans le chapitre 2 de ce dossier.
Annexes
Annexes
Bibliographie
- Browning K.A & Ludlam F.H : Airflow in Convective Storms, 1962
- Browning K.A : The Structure and Mechanisms of Hailstorms, Meteor, 1977
- Beucher F : Météorologie Tropicale : des alizés au cyclone, Météo-France – Cours et manuels n°19, 2010
- Calas C : Concepts et Méthodes pour le météorologiste, Météo-France – Cours et manuels n°21, 2013
- Doswell C.A & Burgess D.W : Tornadoes and tornadic storms: A review of conceptual models, National Severe Storms Laboratory, 1993
- Doswell C.A : What is a Supercell? 18th Conf. on Severe Local Storms, 1996
- Doswell C.A : Severe Convective Storms – An Overview, Vol 28, American Meteorological Society, 2001
- Lemon L.R & Doswell C.A : Severe Thunderstorm Evolution and Mesocyclone Structure as Related to Tornadogenesis, American Meteorological Society, 1979
- Le Vourc’h J.Y & Madec T : La Convection Orageuse dans tous ses États, Météo-France, 2007
- Marquis J.N & Richardson Y.P : Kinematic Observations of Misocyclones along Boundaries during IHOP, American Meteorological Society, 2007
- Rotunno R & Weisman M.L : The Use of Vertical Wind Shear versus Helicity in Interpreting Supercell Dynamics, Journal of the Atmospheric Sciences, 2000
- Weisman M.L & Klemp J.B : The Structure and Classification of Numerically Simulated Convective Storms in Directionally Varying Wind Shears, National Center for Atmospheric Research, 1984
Autres
Remerciements
- Christophe Merlet, pour ses relectures et commentaires (version de 2006)
- Valerian Jewtoukoff, pour ses relectures et commentaires (version de 2022)
- Emilie Chappert, Claire Belliard, pour leurs corrections orthographiques et syntaxiques
Les images non signées sont sous licence « Creative Commons »
Article de 2006, modifié-réécrit en 2021/2022 – Dernière modification : 2026 (v1.1)
Copyright : Damien BELLIARD – www.meteobell.com
Orages Supercellulaires
Orages Supercellulaires : Fonctionnement
Comprendre le fonctionnement d’une supercellule à travers le cisaillement, l’hélicité relative, la vorticité et la dynamique de l’orage.
Orages Supercellulaires : Classification
Découvrir les principaux types de supercellules et leurs variantes : classique, LP, HP, LT, cyclique, mini-supercellule et formes hybrides.
Orages Supercellulaires : Radar et Reflectivités
Identifier une supercellule au radar et au satellite grâce aux réflectivités, au Doppler et aux principales signatures observables.
Orages Supercellulaires : Terminologie
Retrouver la terminologie conceptuelle et visuelle des supercellules pour mieux comprendre leur structure et leur organisation.
