Orages Supercellulaires : Classification

29 septembre 202210 février 2023 DamienBELLIARD 0 Comments classification, orages, structures orageuses, supercellulaire, supercellule

ORAGES SUPERCELLULAIRES

Classification des Supercellules

1. Introduction

Il existe différents types de supercellules et diverses façons de les classer. Ainsi, en faisant varier certains paramètres, qui pilotent à la fois la convection et le cisaillement, il est possible d’obtenir de multiples profils supercellulaires.

Supercellule Classique : C’est la forme la plus représentative et présentée comme un cas d’école typique de l’orage supercellulaire. C’est sous ce profil, presque parfait, qu’on retrouve par exemple le plus souvent un écho radar en crochet sur le radar de pluie et que la supercellule montre la configuration la plus standard possible. C’est aussi le type supercellulaire le plus facile à repérer, car la supercellule classique propose souvent tous les attributs habituels d’une supercellule.
Supercellule LP : Mais comme nous l’avons évoqué dans le chapitre Supercellules : Fonctionnement, le vent relatif à 9-11 km d’altitude va permettre de façonner d’autres types d’orages supercellulaires. Ainsi, quand ce vent relatif est très fort, les précipitations sont balayées loin en avant de l’orage, permettant leur dispersion. La zone située à proximité du courant ascendant principal est plus sèche, permettant ainsi une meilleure distinction de la supercellule à faible précipitation (Low Precipitation – LP).
Supercellule HP : A contrario, lorsque le vent relatif d’altitude est faible, les précipitations tombent plus proches de la colonne ascendante et peuvent même aller jusqu’à revenir devant le courant ascendant principal, le cachant totalement. Généralement, les précipitations y sont plus fortes, car concentrées en un point convergeant autour du mésocyclone, formant ainsi la supercellule High Precipitation (HP).
Supercellule LT : Lorsque les conditions synoptiques sont plus froides (traine active par ex), en lien avec un abaissement de la tropopause dynamique, si l’environnement de basse couche est fortement cisaillé, une supercellule peut se former, même avec une CAPE faible à modérée. Contrairement aux apparences, les supercellules Low Topped (LT) sont capables de générer des tornades et peuvent également être LP, Classique ou HP.
Mini-Supercellule : Parfois, certains orages ont toutes les caractéristiques d’une supercellule, mais en miniature. De petites dimensions et habituellement plus faibles, elles peuvent être LT, LP ou Classique (rarement HP). Elles se développent dans un environnement à forte hélicité relative de basse couche, permettant de générer un mésocyclone, mais dans un environnement souvent à faible CAPE ou dans un environnement de méso-échelle (ou synoptique) moins propice à supporter de la convection supercellulaire profonde.
Supercellule Cyclique : Ce sont des orages supercellulaires qui subissent des cycles d’intensification et d’affaiblissement, sous formes d’impulsions, tout en conservant leur individualité. Ce type d’orage peut prendre à la fois des configurations de supercellule LP, Classique et HP tout au long de son parcours. Mais il est généralement le témoin de supercellules violentes se formant dans un environnement très propice à la génération de nouvelles supercellules. Elles sont ainsi capables de produire plusieurs tornades à différents moments de leur cycle de vie.
Supercellules Tornadiques : Une autre manière de classer les supercellules est de différencier les supercellules tornadiques des supercellules non-tornadiques. En effet, il apparait toujours étonnant pour le grand public qu’en France, on puisse trouver autant de supercellules, « comme aux États-Unis ». Seulement en France, la grande majorité des supercellules, aussi esthétiques et violente soient-elles, sont non-tornadiques et cela fait une énorme différence avec les supercellules outre-Atlantique.
Supercellules Hybrides : Certaines supercellules sont plus difficiles à classer et possèdent également des caractéristiques multicellulaires. En effet, la famille des orages multicellulaires est vaste et certains peuvent être organisés en complexe multicellulaire étendu, possédant parfois des configurations supercellulaires hybrides.
Bow Echos : Ce type d’orage multicellulaire peut prendre occasionnellement des configurations supercellulaires et même générer des tornades sans être considéré tout à fait comme une supercellule. Un bow echo, bien que ne rentrant pas dans le schéma conceptuel classique habituel d’une supercellule, possède quand même de nombreux liens avec les supercellules, dont souvent, il constitue l’évolution naturelle.
Organisation en Ligne, Mixte ou Discrètes : Il existe de nombreuses configurations intermédiaires possibles entre les orages supercellulaires et les orages multicellulaires, ainsi que de nombreuses interactions possibles entre eux. Les courants de sorties (outflows) des différents orages interagissent ainsi ensembles et façonnent à leur tour les orages autour d’eux. Par exemple, la fusion des orages provoque de temps en temps de nouvelles formes d’orages. De plus, les lignes de forçages déterminent des organisations qui vont façonner le devenir des supercellules, à mesure qu’elles s’en éloignent (discrètes), qu’elles restent à l’intérieur (en ligne), ou entre les deux (mixtes).

2. Supercellule Classique

La supercellule classique est le cas typique étudié dans l’ensemble du dossier sur les supercellules. Elle comporte toutes les particularités propres aux supercellules. Nous verrons plus en détail chacune de ces particularités, dans le chapitre suivant Terminologie. Mais il m’apparait important de réaliser un résumé relationnel des caractéristiques principales d’une supercellule classique avant de développer d’autres formes moins habituelles.

Caractéristique Radar Horizontal

Certaines techniques (Lemon) permettent de repérer la présence d’une supercellule (ou d’un orage violent) au radar. Ainsi, de manière générale, les caractéristiques des échos radars de précipitations d’une supercellule classique comportent souvent (mais pas toujours) :

une déviation par rapport au flux moyen (droite et/ou gauche)
une tendance à l’isolement par rapport aux autres orages (discrète)
une division (splitting) en déviant (1) et en s’isolant (2)
un écho en crochet (ou un écho pendant)
une zone d’écho faible délimité (WER ou « Inflow notch »)
une entaille en V (V-notch)
une forme générale d’aile de papillon (4+5+6)
une durée de vie anormalement longue de l’écho radar
une zone de forts échos de précipitations délimitée (ER) et concave
un TDS (debris ball), signature de débris tornadique
un artefact radar montrant un pic d’intensité de grêle (hail spike)

Caractéristique Radar Vertical

Une coupe verticale radar dans la zone de forte précipitation permet également de repérer des caractéristiques importantes :

une voûte d’écho faible (BWER)
une inclinaison du courant ascendant
un surplomb des échos radars en altitude (WER)
une zone de précipitation verticale plus intense proche du WER

Caractéristique Radar Doppler

TVS Doppler V - SRM - CC - ZDR — TVS sur 4 types de radars

Le radar doppler permet de repérer :

un mésocyclone
un TVS (signature de vortex tornadique)
la vitesse radiale des vents
la divergence en surface associée à un fort courant descendant
la convergence des vents associée à un fort courant ascendant

Caractéristique Visuelle « Classique »

Visuellement, une supercellule classique ne se distingue des autres orages que lorsqu’on se situe proche de son quart SO (pour un moteur droit), dans la zone du flux entrant. Les caractéristiques visuelles principales (à cet endroit) incluent donc souvent :

une base sans pluie
une enclume rétrogressive
parfois un nuage-mur
une ligne d’alimentation (parfois en forme de tour pénétrante inclinée)
un sommet pénétrant (ou outrepassant)
parfois une bande d’afflux (ou plusieurs)

Ces principales caractéristiques visuelles sont suffisantes pour définir une supercellule classique, mais de nombreuses autres spécificités peuvent être visibles sous un orage supercellulaire. Nous en détaillerons l’ensemble dans le chapitre suivant Terminologie.

Organisation d’une Supercellule « Classique »

Bien qu’il existe une multitude de formes diverses de supercellules, une fois à maturité, elles s’organisent souvent de la même manière. Nous prendrons comme cas d’école une supercellule classique moteur-droit :

Inflow : La zone du courant entrant (inflow) s’organise toujours dans le quart sud de la supercellule et est constituée d’air chaud (humide) en surface se dirigeant de manière courbée vers la colonne ascendante principale de la supercellule. Parfois des bandes d’afflux l’accompagnent. Cette zone peut être assez venteuse, témoignant de la force d’aspiration de l’orage. Elle est délimitée par la ligne d’alimentation d’un côté (RFD) et la frontière d’afflux de l’autre (FFD).

FFD : Le courant descendant de flanc avant (Forward Flank Downdraft) est une première zone de pluie principale se situant dans le corps de la supercellule et qui se dirige en avant de celle-ci. Si on regarde l’orage supercellulaire depuis le nord, nous verrons cette zone, comme une masse grise de pluie stratiforme sous une vaste enclume. De temps en temps le FFD est accompagné de virga ou de mammas loin devant la zone dangereuse de la supercellule. En revanche, le FFD dans sa partie sud-ouest, proche de l’inflow, est souvent le siège de pluie très intense ou de grosse grêle. Très fréquemment, le courant de densité issu du FFD, proche de l’inflow revient en arrière de l’orage et permet de soutenir un autre courant descendant (RFD).

RFD : Le courant descendant de flanc arrière (Rear Flank Downdraft) est généralement plus sec que le FFD mais peut s’accompagner en partie de précipitations. Il se manifeste alors au radar par un crochet, voire une zone de pluie arrière très intense dans le cas des supercellules HP. Le RFD est considéré comme la zone de la supercellule la plus importante pour expliquer l’intensification des supercellules et le fonctionnement des tornades.

Ligne d’alimentation (flanking line) : Cette zone se forme le long de la frontière entre le RFD et l’inflow. On la matérialise parfois schématiquement par un « pseudo-front froid ». La ligne d’alimentation est constituée de cumulus congestus soudés en escalier de plus en plus haut se formant le long de cette frontière entre l’air chaud humide (inflow) et l’air froid sec arrière (RFD). Elle se termine par la colonne ascendante principale. Lorsque le RFD n’a pas pris le dessus, sa base peut être sans pluie, noire, chaotique et parsemée, de temps en temps, de striures ou de formes laminaires. Il n’est pas rare de voir un arcus RFD, suivi par un nuage-mur, sous la colonne ascendante principale, dont il constitue le prolongement.

Colonne ascendante principale : C’est le siège du centre du mésocyclone, là où l’air chaud humide pénètre dans la supercellule jusqu’à son sommet en tournant sur lui-même. Souvent inclinée, elle s’accompagne d’une ligne d’alimentation en escalier. Elle ressemble à une tour convective très cumuliforme, pénétrant profondément dans l’enclume et se terminant par un sommet pénétrant (overshoot). Arrivée au sommet de la tropopause, elle s’étale ensuite en une enclume rétrogressive bordée de mammas avec des rebords enroulés. Sa base est habituellement sans pluie, très noire, chaotique et occasionnellement parsemée de striures ou de formes laminaires. Plus bas encore, sous la base sans pluie, il peut se former un arcus RFD et surtout un nuage-mur et/ou une tornade, zone la plus spectaculaire de la supercellule et la plus recherchée des chasseurs d’orages.

Frontière d’afflux : Cette zone se forme le long de la frontière entre le FFD et l’inflow. La plupart du temps, elle n’a visuellement rien de spectaculaire, même si on peut parfois y voir des bandes d’afflux convectives se déplaçant parallèlement vers la colonne ascendante principale. On peut aussi y voir occasionnellement (rarement) un arcus classique (arcus FFD). Cette zone est généralement en parfait équilibre, car la déviation de la supercellule fait qu’elle se déplace parallèlement à cette frontière. Les flux y glissent en restant chacun de leur côté sans interagir entre eux, ce qui explique qu’on n’y trouve aucune forme convective particulière. Fréquemment, on la matérialise schématiquement par un « pseudo-front chaud » bien qu’il s’agisse plutôt d’un pseudo-front ondulant en équilibre (en conséquence ni chaud, ni froid). C’est derrière cette zone que se situent habituellement les précipitations et grêles les plus intenses du FFD, ainsi que l’endroit où l’activité électrique visible est occasionnellement la plus forte.

Certaines caractéristiques évoquées seront définies dans le prochain chapitre Terminologie (RFD, WER, BWER, TVS …). D’autres ont été définies dans les chapitres précédents (déviation, isolement, splitting …).

On peut noter que toutes les caractéristiques évoquées ne sont pas obligatoires pour définir une supercellule. Par exemple, bien que le crochet (hook écho) soit souvent utile pour définir la signature radar spécifique d’une supercellule, il arrive parfois qu’il soit absent. Certaines études ont même démontré que beaucoup de supercellules tornadiques n’en possédaient pas. C’est particulièrement vrai avec les supercellules HP où la zone en crochet du RFD parait soudée au FFD. Cependant, cela fait partie des caractéristiques « classiques » d’une supercellule et très facilement repérables au radar.

Le but ici étant de définir comment s’organise grossièrement une supercellule dans sa forme la plus classique, nous allons voir maintenant plus en détail, individuellement, d’autres formes supercellulaires s’écartant de cette moyenne.

3. Supercellule LP

Définition

Une Supercellule LP (« Low Precipitation »), ou supercellule « sèche », produit peu de précipitations sous la zone proche de la colonne ascendante. Souvent, elle est structurellement impressionnante en raison d’un manque d’humidité permettant d’observer toute la zone proche du mésocyclone. La base sans pluie et la colonne d’alimentation sont généralement nettes avec un nuage-mur apparent. Ces orages possèdent une rotation généralisée bien visible leur donnant la forme d’un cornet retourné (ou d’une montgolfière), avec au-dessus une enclume. Les Américains associent la forme de ces orages à l’image d’une « enseigne de coiffeur » (barber pole), telle qu’ils ont l’habitude de rencontrer.

Une supercellule LP est habituellement plus petite qu’une supercellule classique, mais reste en général dans la configuration des supercellules dites ordinaires (LP – Classique – HP). Cependant, une supercellule LT peut également posséder des caractéristiques LP et certaines mini-supercellules ont beaucoup de points communs avec le caractère LP.

Ciel Clair

La plupart des supercellules qui naissent et se développent avec un courant ascendant isolé, sont habituellement des supercellules LP pendant au moins un bref instant (~ 20-40 min). En effet, le processus de formation des hydrométéores (pluie, grêle…) prend environ 20 minutes et comprend leur développement initial en altitude, leur transport sous le vent de la zone d’enclume, leur descente et leur remontée éventuelle dans le courant ascendant. Ainsi, la plupart des supercellules, se développant dans une région avec ciel clair, au moins pendant une courte période, devraient être des orages de type LP.

Début de Cycle

Certaines supercellules, au début de leur cycle de vie, sont donc souvent des LP. Si l’air sous l’enclume est particulièrement sec, une période supplémentaire peut être nécessaire pour devenir suffisamment humide et permettre aux hydrométéores de descendre à un niveau auquel ils peuvent être ré-ingérés sans s’évaporer au préalable. La supercellule LP peut ainsi perdurer un certain temps. Mais plus le nombre d’hydrométéores augmente en altitude, plus ils ont de chance d’être réintégrés dans le courant d’air ascendant et plus la supercellule LP a des chances d’évoluer soit en classique, soit en HP.

Ceci va dépendre principalement du vent relatif en altitude (typiquement entre 9 et 11 km). Plus ce vent relatif d’altitude est fort, plus les hydrométéores vont être éloignés de la zone ascendante et emportés vers la zone du FFD. Et ainsi moins de précipitations tomberont vers la zone ascendante supportant le mésocyclone et plus la supercellule a de chance de rester LP dans la durée.

Phénomènes Météorologiques Violents

Contrairement aux apparences, les supercellules LP ne sont pas des orages moins violents. Elles sont capables de produire des fortes rafales en raison d’une grande quantité de refroidissement par évaporation, car les précipitations s’évaporent en entourant l’air sec situé à moyenne ou basse couche. De fortes rafales (pouvant aller jusqu’à la microrafale sèche) peuvent donc être associées aux supercellules LP.

Si les précipitations ou la grêle sont moins fortes vers la zone du mésocyclone et le RFD, alors les échos radars ont peu de chance de former un écho en crochet. Les précipitations y sont ainsi moins fortes, voire souvent absentes (quelques virgas et pluies faibles sont cependant possibles). En revanche, les précipitations (et la grêle) peuvent rester très fortes dans le corps de la supercellule et au niveau du FFD.

Cette absence d’écho en crochet les rend très difficiles à repérer sur une image radar de précipitation. Il faut dans ce cas se fier plutôt à la déviation suspecte d’une cellule orageuse isolée qu’à une signature en aile de papillon. De même, la rotation du courant ascendant est plus difficile à repérer sous une LP avec un Doppler, en raison d’un manque de particules d’hydrométéores suffisamment grosses, proche du mésocyclone. Enfin, les tornades associées aux LP sont moins fréquentes, et plus faibles quand elles se produisent par rapport aux tornades issues d’une supercellule classique ou HP. La foudre reste habituellement faible et se distingue par une activité intra-nuageuse. Il est aussi possible d’observer sous une LP des petits tubas de cisaillement (« shear funnel cloud ») aux niveaux d’altitude moyens.

Observations

Supercellule LP — Copyright : Yannick Devesvre

Bien qu’elles soient difficilement identifiables au radar, leur observation directe est très aisée. Elles sont très simples à identifier par rapport aux autres formes supercellulaires. On note, par exemple, la présence de striures laminaires sculptant la base même du courant d’air ascendant. Ceci lui donne parfois une forme de tire-bouchon ou de cloche dont la tour cumuliforme se déverse ensuite au sein d’une vaste enclume.

La base nuageuse est souvent élevée en altitude, car l’air doit s’élever à un niveau supérieur dans la troposphère pour que la condensation se produise. Il peut alors être intéressant de déterminer avec un radiosondage la couche utile de l’inflow et l’hélicité relative associée. Dans un même environnement, une supercellule HP sera par exemple favorisée vers la droite, tandis qu’une supercellule LP située à proximité sera favorisée vers la gauche si l’effective inflow layer, située plus haut, le permet.

La présence des précipitations, s’il y en a, ont généralement lieu bien en retrait de la zone ascendante et donc de la colonne ascendante principale rotative. Leurs dimensions horizontales restent habituellement modestes et ont tendance à se déplacer plus lentement qu’une supercellule HP. Enfin, en altitude, l’enclume s’étend habituellement dans une direction privilégiée, très loin de la colonne ascendante principale, permettant la dispersion sur une vaste zone de pluie faible.

Caractéristiques Synoptiques

Les supercellules LP se forment généralement le long d’une ligne sèche (ligne de faible point de rosée). Elles se développent également le long d’un creux de basse pression en divisant l’air qui devient chaud et sec à l’ouest et très humide à l’est. Il est pratiquement impossible pour une LP de se former directement en zone frontale ou sous une ligne de grain en raison de l’apport humide que ce type de situation apporte.

Les supercellules LP sont ainsi plus susceptibles de se former de manière isolée, quand par exemple, il n’y a pas d’orages en amont de leur zone de formation. Dans le cas contraire, cela provoquerait alors des hydrométéores venant de l’orage en amont, dans le courant ascendant de la supercellule. Les supercellules LP ont donc habituellement une organisation « discrète ». La CAPE, bien que pouvant être parfois importante (~ 2 000 à 3 000 J/Kg) est souvent plus faible que dans les environnements sur lesquels on trouve les supercellules classiques et HP. En revanche, le cisaillement en profondeur, sur toute l’épaisseur de l’orage, est plus important dans le cas d’une LP. On constate notamment un vent plus fort et plus cisaillé au-dessus de 4 km d’altitude dans l’environnement des LP, favorisant ainsi un transport des hydrométéores loin du courant ascendant. De plus, généralement, un hodographe montrera un cisaillement plus simple et moins tortueux sur une LP que pour une supercellule classique.

4. Supercellule HP

Définition

Une supercellule HP (High Precipitation) entraîne de violentes précipitations sur une vaste étendue et en particulier dans la zone proche du mésocyclone. C’est la supercellule la plus fréquente dans les grandes plaines américaines, mais aussi la plus dangereuse. Dans une telle supercellule, le courant descendant arrière (RFD) très puissant, vient se placer en circuit fermé complet avec l’air ascendant (inflow), chacun renforçant l’autre au niveau du sol. Elles peuvent donc durer très longtemps et traverser de longues distances sans perdre d’intensité.

Les supercellules classiques prennent souvent, au bout d’un moment, une configuration HP. La raison principale est que si, à proximité et en amont, d’autres cellules orageuses se forment, elles déposent alors des hydrométéores dans le courant ascendant de la supercellule située en aval. Ainsi, une supercellule peut évoluer en HP par l’apport extérieur d’autres cellules orageuses et non par une évolution interne classique, donnant les mêmes caractéristiques d’interaction entre le courant ascendant/descendant qu’une supercellule HP se développant de manière isolée.

Supercellule HP et Multicellulaires

Les supercellules HP ont aussi la capacité de se former au milieu d’autres orages, en particulier multicellulaires. Un orage ordinaire est diminué par sa proximité avec d’autres cellules orageuses, car l’air chaud et l’énergie sont pompés autour de lui. Une supercellule HP, au contraire, gagne en puissance grâce à l’apport d’humidité supplémentaire apporté par les autres orages. La supercellule HP a ainsi la possibilité d’absorber les autres orages, et se nourrit des pulsions ascendantes ponctuelles des orages avec lesquels elle fusionne. Tant que la configuration centrale située autour du mésocyclone n’est pas totalement coupée en air chaud, elle peut phagocyter d’autres orages. Souvent, il arrive cependant que le mésocyclone d’origine finisse par mourir, et qu’un nouveau se forme ailleurs, régénérant ainsi la supercellule dans un nouveau cycle.

Phénomènes Météorologiques Violents

Les supercellules HP, en plus de produire d’intenses précipitations, peuvent aussi engendrer de fortes tornades ainsi que des violentes rafales descendantes. Les professionnels conseillent de garder une distance de sécurité pour tout orage identifié comme HP. Leur dangerosité s’explique principalement par l’existence possible d’une tornade invisible, car noyée au milieu des précipitations. De plus, le risque de chutes de grêle intense est très important au sein d’une supercellule HP et ce sont souvent les supercellules qui ont le plus fort taux de foudroiement.

Mais l’un des dangers les plus redoutés des chasseurs d’orages, même très expérimentés, réside dans les faibles hauteurs de base des nuages, généralement ≤ 1 km, et sa capacité à faire abaisser la rotation du mésocyclone vers de plus bas niveau. Le mésocyclone associé à la supercellule d’El Reno en 2013 a ainsi presque touché le sol selon les observations du radar Doppler mobile, ce qui rend presque impossible de discerner les structures liées à l’orage. La charge excessive d’eau et la profondeur de l’humidité ont entrainé des précipitations extrêmes qui ont obscurci ce qui s’est avéré être la tornade la plus large jamais enregistrée au monde (3,5 km de large). Cette zone de vent très destructeur, très pluvieuse, entourant la tornade à proprement parler est appelé « cage de l’ours » et peut-être dans de rares cas (comme El Reno) tout aussi violente que la tornade elle-même.

En raison de la pression extrêmement basse dans la tornade, l’air afflue de toutes les directions. Lorsque l’air lié à la tornade est confiné dans un canal étroit, par exemple par les fronts de rafales du RFD (ou du FFD), l’air se précipite dans le vortex. Ainsi, des jets entrants (« inflow jet« ) peuvent être alimentés par de l’air RFD et entraînés à des vitesses impressionnantes. Ces jets entrants peuvent également se précipiter parallèlement au front de rafale RFD indépendamment du RFD lui-même. Les jets d’afflux peuvent être trouvés presque n’importe où autour d’une tornade attirée par l’incroyable chute de pression du vortex de tornade.

Observations

Les supercellules HP sont souvent les supercellules les plus vastes et étendues horizontalement, mais en raison du fort taux d’humidité présent à tous les niveaux, elles sont difficiles à observer et à identifier. Cet environnement humide et rempli de nuages rend difficile l’observation directe de la supercellule, d’un hypothétique nuage-mur ou même d’une tornade en son sein, ce qui n’en exclut pas la présence.

Quand la supercellule HP est isolée dans un environnement avec peu de nuages, elle a l’apparence visuelle d’un courant ascendant en rotation semi-annulaire, parfois ouvert à l’arrière (base en fer-à-cheval) avec de la pluie au milieu. La présence d’un nuage-mur est possible sur le côté avant gauche du courant ascendant, mais il est très fréquemment caché derrière les précipitations et très difficile à discerner. Il se confond d’ailleurs souvent avec un arcus RFD très développé ou tout simplement n’est pas visible du tout. Les fortes précipitations dominent l’ensemble de la zone soumise à rotation et l’enclume peut surplomber de très vastes zones, voire toute une région entière. En revanche, l’écho radar est bien plus explicite, car un écho de précipitation entoure le mésocyclone, avec un vaste écho en crochet ou en forme de haricot.

La proximité des fortes précipitations avec le courant ascendant principal rend généralement le mésocyclone proéminent à l’avant. Mais les précipitations dans l’écho en crochet peuvent être plus fortes encore qu’au cœur de l’orage, donnant occasionnellement même au crochet une forme de haricot. Cependant, la présence d’un crochet (ou haricot) n’est pas obligatoire et les formes d’écho d’une supercellule HP peuvent être très variés, rendant parfois difficile leur identification, sans données Doppler.

Difficultés d'Observation

Il est presque impossible de repérer à l’œil nu (ou via time lapse vidéo) une rotation du mésocyclone sur le terrain. En effet, les dimensions plus grandes et la présence de nombreux nuages parasites, entourant la colonne ascendante principale où se trouve le mésocyclone, rendent cela très difficile. Une supercellule HP peut donc être identifiée à tort comme un orage ordinaire même en étant proche de lui. Le fait de ne pas trouver les caractéristiques habituelles classiques d’une supercellule, ne fait en conséquence pas office de preuve. Il faut alors chercher des indices indirects, comme des bandes d’afflux convergentes, car les supercellules HP étant plus humides, elles ont la capacité de condenser plus de nuages auxiliaires autour d’elles. Ainsi la présence de la dépression du mésocyclone et/ou du gradient de pression linéaire (et dynamique) va permettre d’attirer (occasionnellement de manière laminaire) ce type de nuages vers le centre de la supercellule.

Le RFD humide de grande ampleur d’une supercellule HP, souvent, revient sur lui-même en direction de la colonne ascendante, entourant ainsi un possible nuage-mur. La ligne d’alimentation de l’orage vient donc se conjuguer avec le bord d’attaque du RFD humide, provoquant de temps en temps le soulèvement brusque de l’air chaud de l’inflow situé devant lui. Il n’est ainsi pas rare que le long du pseudo-front froid du RFD, un arcus se forme et vienne souligner, par sa forme arquée, la rotation du mésocyclone.

Caractéristiques Synoptiques

Contrairement aux LP, les supercellules HP ont une vitesse d’écoulement au niveau d’altitude 9-10 km assez faible, ce qui conduit à la génération de quantités relativement importantes de précipitations dans le courant d’air ascendant. On retrouve les valeurs de CAPE les plus élevés sous une supercellule HP (parfois supérieur à 3500-4000 J/kg), ainsi que de forts taux d’eaux précipitables et des environnements généralement plus chauds que les classiques ou LP.

De façon surprenante, l’évaporation peut être aussi très importante dans une HP, induisant de fortes rafales descendantes humides, surtout si une couche d’air sec se trouve à moyen étage. En revanche, le cisaillement, notamment en haute altitude, est moins prononcé et plus constant dans le cas d’une supercellule HP par rapport à une supercellule classique ou LP. Mais les HP ont tendance à se déplacer plus rapidement, permettant aux hydrométéores d’être beaucoup plus facilement ingérés dans le courant d’air ascendant. Enfin, un faible effet de couvercle inhibiteur favorise les supercellules HP.

L’évolution d’une supercellule HP tend souvent à former ce qu’on appelle un mésocyclone occlus. L’air du RFD (qui peut être sec, dans un premier temps) tend alors à entourer totalement le mésocyclone en coupant l’alimentation en air chaud venu de l’inflow. Cette occlusion n’est pas forcément synonyme de la fin immédiate de la colonne ascendante (ou de la tornade). En effet, ceci comprime l’ensemble de la colonne ascendante à la verticale et peut au contraire être un élément d’intensification d’une tornade éventuelle. De plus, le RFD (plus chaud et plus sec que le FFD) peut donc venir remplacer à lui seul l’inflow en formant un circuit fermé. Si l’occlusion finit par saper complètement la colonne ascendante, parfois une nouvelle peut cependant se former ailleurs le long du bord du RFD et un nouveau cycle peut de nouveau recommencer, formant ainsi une supercellule HP cyclique.

Évolution des Supercellules HP

Il convient de noter qu’une supercellule devrait généralement se déplacer vers l’extrémité HP du spectre au fur et à mesure de son évolution, même avec un vent relatif supérieur constant. Une fois que l’humidité de la couche sous l’enclume devient suffisamment élevée, l’orage peut progresser vers l’extrémité HP du spectre.

Dans un processus similaire, si l’environnement à grande échelle devient plus humide ou si la couche humide de bas niveau devient plus profonde à mesure que l’orage se propage, elle devrait tendre vers l’extrémité HP du spectre. Cela est particulièrement vrai près de la ligne sèche, qui par définition est le bord ouest de l’humidité de bas niveau. La couche humide de bas niveau peut être assez peu profonde juste avant la ligne sèche, tout en s’approfondissant plus à l’est.

De plus, certaines supercellules ne sont pas des cellules convectives isolées à leur création (par exemple, l’évolution multicellulaire à supercellulaire). L’existence antérieure d’autres cellules convectives pourrait jouer un rôle important dans la détermination du caractère de précipitation de la supercellule mature. Certaines supercellules suivent un cycle de vie de LP-CL-HP, mais la transition la plus commune se produit entre le mode CL-HP.

Puisque les supercellules HP se produisent dans des environnements riches en humidité de bas niveau et avec un cisaillement du vent modéré à fort, on peut donc les retrouver intégrées dans des lignes de grains multicellulaires. Elles peuvent ainsi se déplacer le long des lignes de front. Des formations hybrides Supercellules HP – Multicellulaires sont ainsi possibles (voir le paragraphe sur ce type d’orages).

Enfin, quand les conditions sont extrêmement favorables à des orages supercellulaires, on peut aussi retrouver plusieurs supercellules HP successives en même temps, configurées de manière soudée les unes aux autres dans un même amas multicellulaire de méso-échelle. La plus grosse tornade au monde, à El Reno, en 2013, venait d’un amas orageux multicellulaire, formé d’une succession de supercellules HP soudées les unes aux autres.

5. Supercellule LT

Définition

Les supercellules LT (Low Topped) sont littéralement des supercellules à faible sommet, c’est-à-dire dont l’altitude du sommet de l’enclume est plus basse qu’une supercellule dite « normale ». Elles doivent leur nom au fait qu’elles se forment dans de l’air ambiant plus froid au sommet, typiquement dans une zone d’anomalie basse de tropopause. On retrouve ce genre de situation parfois à l’arrière des fronts. Par exemple, dans une traine active où la masse d’air est froide, l‘instabilité est élevée, en raison de la présence d’air encore plus froid en altitude. Mais ce n’est pas la seule situation où l’on peut les trouver. En été par exemple, on les retrouvera surtout dans une zone proche du cœur de dépression d’une goutte froide ou dans une zone de talweg avec un air froid d’altitude plus sec.

Longtemps, on les a appelés, des « mini-supercellules ». Mais ce terme est mal adapté, car bien que généralement plus petite, une supercellule LT se caractérise essentiellement par sa faible extension verticale dans des conditions synoptiques particulières, plutôt que par ses dimensions miniatures. Aujourd’hui, la littérature scientifique sur le sujet, fait la distinction entre les supercellules LT et les mini-supercellules, bien que vous trouviez peut-être encore ce terme dans des ouvrages plus anciens. D’autres préfèrent appeler ce type d’orage, des supercellules d’airs froids, mais la notion de température est toujours quelque-chose d’assez relatif. La notion de froid est en termes de température potentielle et dépend toujours du profil vertical de l’atmosphère. Par exemple, il peut faire 25-30 °C au sol sous un ciel de traine estival où se développera une supercellule LT, il est donc préférable de garder tout simplement le terme officiel de supercellule LT.

Caractéristiques d'une LT

Une supercellule LT, peut être classique, LP, HP, voire cyclique et elle peut avoir toutes les caractéristiques de ces dernières (crochet radar, nuage-mur, BWER …). Elle peut également être isolée ou intégrée au sein d’une ligne de grain. Il y a assez peu de différences, si ce n’est que l’écho radar « en altitude » sera plus faible, et que les dimensions horizontales et verticales moins étendues que des supercellules « normales ». En fin de compte, une supercellule LT a l’aspect d‘une supercellule ordinaire, mais avec un sommet plus bas. Enfin, elle se développe dans une zone synoptique qui, à priori, n’est pas susceptible de provoquer un orage violent.

Il est donc probable qu’en Europe et en France le nombre de supercellules LT soit sous-évalué et que certains orages, identifiés comme des supercellules ordinaires, soient en fait des LT. Il n’y a pas grand-chose qui les différencie à l’observation. D’autant que la plupart des supercellules des grandes plaines américaines étant souvent de grandes dimensions (HP), la différence avec une LT y est alors bien plus flagrante qu’en France. Il est, en conséquence, vraiment important pour identifier une supercellule LT, de considérer, avant tout, la situation synoptique dans laquelle elle se forme.

Phénomènes Météorologiques Violents

Le risque de grêle, de précipitations intenses et de vent violent n’est pas à négliger sous une supercellule LT, bien que ce risque soit plus modeste que sous une supercellule ordinaire. Il s’agit en revanche de cellules tout à fait capables de produire une tornade, du fait que le cisaillement de basse couche nécessaire à la formation d’un mésocyclone n’est pas incompatible avec une faible extension verticale. En effet, le mésocyclone se formant à une altitude plus basse, l’extension à plus bas niveau pour former une tornade est donc facilité et contrebalance l’énergie plus faible (CAPE) dans laquelle se forme ce type de supercellule.

Observations

Les supercellules LT possèdent donc généralement une hauteur de tropopause plus faible (low topped) et le niveau d’équilibre est donc souvent atteint entre 7 000 et 10 000 m, (contre 12 – 20 000 m pour une supercellule ordinaire). La signature radar garde les caractéristiques habituelles d’une supercellule (crochet, déviation, …) mais est habituellement de dimensions plus petites.

Les cas référencés de ces supercellules LT, pourtant productrices de tornade, font état d’une supercellule peu étendue verticalement et horizontalement, le sommet ne dépassant pas les 10 km d’altitude et leur apparence générale étant assez petite. Ces supercellules LT ont fréquemment aussi des caractéristiques classiques ou bien LP (Low Précipitation), mais rarement HP (High Précipitation). On note habituellement pour ce genre de supercellule une absence d’enclume bien étalée, surtout au-dessus de la partie ascendante de l’orage (absence d’enclume rétrogressive).

Tornadogenèse et LT

Le mésocyclone d’une supercellule LT est plus petit, avec une amplitude de vitesse de rotation plus faible et une profondeur moins prononcée que les supercellules classiques. Néanmoins, elles peuvent parfois provoquer des tornades (jusqu’à EF3), ce qui semble en contradiction avec la représentation habituelle que l’on se fait d’une supercellule, plus grande. En fait, l’influence du mésocyclone est liée à son étendue verticale, qui dépend de la profondeur du courant ascendant. Des études ont montré qu’en-dessous de 5 km d’altitude, la vitesse du courant ascendant dans une supercellule LT était similaire à celui d’une supercellule classique plus grande. L’influence du mésocyclone se déploie donc de manière moins profonde et moins haute dans une supercellule LT, mais reste presque identique à de plus bas niveaux et donc propice à une tornadogenèse.

Densité de CAPE

Les supercellules LT se développent dans des environnements à faible CAPE (entre 300 et 1500 J/Kg) et indice de soulèvement (LI) moyen (0 à -4). En revanche, elles ont une forte densité de CAPE dans la zone utile du courant ascendant. La présence de forte CAPE en altitude n’a donc que peu d’importance. La valeur de CAPE totale plutôt faible est ainsi trompeuse. En raison du niveau d’équilibre (EL) vite atteint, la CAPE est souvent contenue dans une distance verticale plus petite entre le niveau de convection libre (LFC) et le niveau maximal d’extension (EL) par rapport aux orages plus classiques. Par conséquent, malgré des valeurs d’énergie totale faible, la zone d’énergie positive (CAPE) sur un sondage peut encore être relativement « importante » (horizontalement large) et similaire à la quantité de CAPE, contenu dans les niveaux bas à moyens, des environnements propices à des supercellules normales.

Ainsi, le courant ascendant de la supercellule LT ne s’étendra pas aussi haut que celui d’une supercellule classique, et sa force maximale de courant ascendant ne sera pas aussi forte que celle d’un grand orage. Mais, la vitesse de courant ascendant de la supercellule LT peut être comparable en-dessous de son niveau d’équilibre, à des altitudes égales, à celle des violents orages à grande extension verticale. Ainsi, lors de l’évaluation de l’instabilité, la CAPE totale dans les sondages observés ou modélisés semble être un indicateur du potentiel d’orage violent beaucoup moins important que l’organisation verticale de l’instabilité (CAPE).

Caractéristiques Synoptiques

Si la CAPE peut être faible, en revanche, le cisaillement vertical du vent est souvent modéré à fort (20 m/s) et donc semblable aux environnements de grandes supercellules. De même, les valeurs d’hélicité relative (SRH 0-3 km) varient généralement de 200 à 500 m²/s², ce qui suggère généralement des valeurs fortes nécessaires pour favoriser le développement des mésocyclones. Les valeurs du Bulk Richardson Number (BRN), calculés en combinant le cisaillement avec la CAPE, sont par contre fréquemment plus faibles (environ 10 ou moins).

Ainsi, les supercellules LT se développent majoritairement près d’un centre dépressionnaire de surface et dans un environnement d’humidité de surface assez faible. Elles sont ainsi difficiles à prévoir, car tous ces paramètres semblent contre-indiquer la possibilité de formation supercellulaire possiblement tornadique. En revanche, la présence d’une ligne sèche (ligne de faible point de rosée) et la proximité d’un jet de moyenne altitude paraît être une condition importante à leur formation. En France, les lignes sèches sont assez rares.

6. Supercellule Cyclique

Définition

Les supercellules cycliques sont des orages supercellulaires qui montrent des phases d’intensification et d’affaiblissement sous forme d’impulsions cycliques, tout en conservant leur individualité. Elles se forment généralement sous de grosses supercellules, capables de générer plusieurs cycles de vie successifs et sont donc le signe de supercellules à longue durée de vie. Les supercellules cycliques sont capables de produire plusieurs tornades et plusieurs flambées de temps violent à différents moments et différents lieux successifs au cours de leur vie totale. Les premières études sur ce type de supercellules les référençaient simplement comme des « Événements supercellulaires de longue durée ». Mais on s’est rendu compte que ce qui permettait justement très souvent à un évènement supercellulaire de durer dans le temps, c’était l’occurrence de cycles supercellulaire au cours de son développement.

Une supercellule cyclique doit garder son individualité entre deux processus cycliques pour être définie comme telle. Par exemple, si un courant de densité d’une supercellule se propage et déclenche un nouvel orage ailleurs qui devient une supercellule, ce n’est pas une seule supercellule cyclique, mais bien deux distinctes. Ce processus s’apparente alors à la propagation discrète due aux cellules filles le long du front de rafale d’un orage, et peut aboutir à un hybride multicellulaire-supercellulaire. Une supercellule cyclique fonctionne différemment.

Modèle Conceptuel

Il existe 2 modèles conceptuels de supercellule cyclique :

Le premier est dominé par l’outflow (courant de sortie), avec un courant ascendant principal de l’orage qui se déplace de manière « discrète » (au sens mathématique, c’est-à-dire à l’opposé de « continue »). Chaque courant ascendant successif et sa tornade associée ne persiste pas indéfiniment, car l’écoulement (RFD) finit par les entourer, coupant ainsi l’alimentation en air chaud et instable. L’orage lui-même peut cependant persister si un nouveau courant ascendant se forme au bord d’attaque de l’écoulement qui a surgi devant la zone d’ascendance principale précédente, en formant un nouveau cycle supercellulaire. En effet, la fin de vie d’une supercellule est souvent causée par un courant de sortie (outflow, RFD ou FFD) qui commence à prendre le dessus sur la zone d’entaille de l’inflow (WED). Mais parfois, il arrive que les courants de densités successifs engendrés par le RFD, ne coupent pas totalement la zone d’alimentation de l’orage en air chaud humide. Ils génèrent alors, par soulèvement à l’avant, une nouvelle zone d’alimentation située plus en avant. Ainsi l’ancienne zone d’alimentation se trouve submergée par l’air froid (et la pluie), mais une nouvelle zone d’alimentation se forme permettant à la supercellule de reprendre un nouveau cycle.

Le second est dominé par l’inflow (courant d’entrée). Le courant ascendant principal de l’orage se propage alors essentiellement de manière continue. Dans ce cas, les processus qui agissent près de la surface sont incapables de suivre le mouvement du courant ascendant principal. Chaque zone d’entrée de l’air chaud qui se forme en surface (nuage-mur ou tornade), est transportée vers l’arrière, loin du courant ascendant principal. Ce transport se réalise par l’inflow de l’orage allant de l’avant vers l’arrière dans la zone de bas niveau. Le courant ascendant principal mésocyclonique étant continu, le nouveau cycle supercellulaire a lieu par la projection vers la surface du mésocyclone et la formation éventuelle d’un nouveau nuage-mur/tornade. Ce processus se produit souvent dans des supercellules cycliques relativement jeunes dans lesquelles un fort réservoir d’air froid n’est pas encore établi.

On trouve ainsi les supercellules cycliques principalement lorsque les conditions de formation supercellulaires (cisaillement et hélicité) sont durables et que :

L’apport en air chaud humide (inflow) reste présent tout le long du déplacement de la supercellule.
Les pulsations froides et humides successives du RFD (dans le modèle dominé par l’outflow) ne coupent pas totalement l’inflow.

Observation

Ce type de supercellule est facilement identifiable au radar par leur longue durée de vie et la formation de cycle de renouvellement de la zone d’alimentation de manière discontinue (discrète). Sur le terrain en revanche, elles sont plus difficilement identifiables en raison de la présence de plusieurs lignes d’alimentations (anciennes ou nouvelles) pouvant se confondre parfois avec les bandes d’afflux de l’orage.

Un chasseur d’orage, croyant être parfaitement placé (dans la zone WED de la supercellule face au nuage-mur), peut en réalité se trouver en train de suivre l’ancienne ligne d’alimentation en phase de comblement. Parallèlement, une nouvelle ligne d’alimentation se forme un peu plus en avant à quelques kilomètres de là. Ainsi, la formation d’une nouvelle ligne d’alimentation en escalier à l’avant d’une autre, dans la zone d’inflow de la supercellule, est souvent le signe de la formation d’un nouveau cycle supercellulaire. Cela peut s’identifier, en particulier si une pseudo-bande d’afflux commence à se décoller du FFD. La bande d’afflux prend alors un caractère de plus en plus chaotique et commence à générer des précipitations, rendant ainsi possible la formation d’un nouvel écho en crochet à l’avant du premier.

7. Mini-Supercellule

Définition

Une mini-supercellule est une cellule convective possédant une rotation profonde et persistante, mais de plus petite dimension qu’une supercellule standard. La littérature scientifique parle parfois aussi de « supercellule miniature ». Les mini-supercellules regroupent plusieurs types d’orages différents. Par exemple, cela peut désigner une formation convective possédant un mésocyclone persistant et profond, mais n’ayant pas suffisamment d’instabilité pour être considéré comme un orage (supercellulaire). Cela peut être également un véritable orage (avec tonnerre et foudre) ayant toutes les caractéristiques d’une supercellule, mais en plus petit. Autrement dit, une mini-supercellule possède les caractéristiques habituelles de formation d’une supercellule (cisaillement – hélicité relative), sans pour autant développer les caractéristiques et dimensions attendues d’une supercellule ordinaire.

Avant les années 2000, la détection sur radar doppler des mini-supercellules, fut souvent négligé en raison de leur dimension plus faible, les rendant difficilement discernable avec la résolution des outils à disposition. Finalement, ce n’est que depuis 2010/2015, que des études plus poussées sur ce type d’orage ont commencé à émerger. En effet, repérer une mini-supercellule sur radar de pluie est très difficile, si ce n’est en observant une possible déviation de faibles précipitations, voire un petit splitting sur de simples averses.

Caractéristiques d'une Mini-Supercellule

signature radar mini-supercellule — Signature radar d’une mini-supercellule (Z – V – ZDR)

Comme pour les supercellules LP, on ne retrouve généralement pas les caractéristiques radars classiques d’une supercellule (crochet). Cependant, elles peuvent parfois développer un crochet de petite dimension, proportionnelle à la taille plus petite de l’écho de l’orage lui-même. Une mini-supercellule est donc une supercellule, mais dans une version plus petite ou plus faible. Un splitting avec une déviation suspecte d’une cellule-fille miniature, doit en conséquence nous alerter.

Ainsi, les rares cas étudiés, particulièrement en Chine ou aux USA, en dehors des supercellules LT, montrent que les mini-supercellules typiques :

ont une dimension entre 20 et 30 km au radar Z,
ont des précipitations plutôt faibles
ont un mésocyclone plus petit entre 1.5 et 5 km de diamètre
et que ce mésocyclone a une durée suffisamment longue pour structurer en profondeur l’orage (60-90 min),
ont une hauteur verticale de seulement 6 à 9 km,
sont associées à la présence d’un BWER et d’un V-notch, souvent détecté avant même que le mésocyclone soit repéré via doppler (surtout avec un doppler SRM),
ont un environnement à faible CAPE (< 500 J/Kg),
ont une forte hélicité relative (100 à 150 m²/s).

Par ailleurs, ce type d’orage est capable de générer de la grêle (jusqu’à 10-15 mm), les rafales habituellement associées restant faibles. De plus, il a été démontré que certaines mini-supercellules étaient capables de développer une tornade. Une autre caractéristique des mini-supercellules est qu’on les retrouve plutôt associés à de l’air froid d’altitude (supercellule LT) ou au contraire en milieu tropical, associées aux tempêtes/cyclones tropicaux. C’est-à-dire, généralement, dans des conditions synoptiques où l’on rencontre moins de supercellules ordinaires.

Débat sur « Mini- »

Mini-Supercellule — Mini-supercellule avec splitting

Le terme même de « mini » devant le mot « supercellule » peut faire encore débat. Tout d’abord, car la science des orages est encore jeune et que les scientifiques étudient encore ces orages. Les scientifiques ne sont ainsi pas tous d’accord et d’après la plupart des connaissances sur les orages supercellulaires venant des USA, il existe quelques différences notables avec les orages français, ainsi qu’une « culture » des orages différente.

Par exemple, en France, le terme « mini-» est souvent mal utilisé, car souvent associé avec le mot « tornade » sans vérification. Le terme mini-tornade employé par les médias peut ainsi faire référence aussi bien à des microrafales qu’à des petites tornades. Aux USA, où les grosses tornades sont un phénomène habituel, ce terme fait un peu moins débat et peut être employé pour parler uniquement de petites tornades supercellulaires EF0 ou EF1, voir de phénomènes tourbillonnaires non-supercellulaire (dustdevil, landspout, waterspout). Ce n’est alors pas le terme qui est stricto sensu mauvais, mais surtout l’utilisation qui en est faite. Une tornade EF2 ou EF3 n’est pas une mini-tornade (et même EF1 diront certains).

De même, une mini-supercellule reste un terme adéquat s’il est employé à bon escient pour décrire le bon phénomène. En effet, une mini-supercellule n’est autre qu’une version miniature et plus faible d’une supercellule ordinaire. Elle garde donc bien les caractéristiques que l’on attend pour définir une supercellule. Une mini-supercellule demeure un évènement rare, probablement plus rare que sa version ordinaire. Ainsi, le terme « mini-supercellule » ne doit pas être employé n’importe comment.

Débat sur « -Supercellule »

Il faut néanmoins garder un sens des proportions. Une rotation avérée (ou transitoire) d’une colonne ascendante, de type « cumulus congestus », peut difficilement être qualifiée de « supercellule » même en y rajoutant le terme « mini » devant. Une mini-supercellule doit constituer, au minimum, un cycle convectif complet. Il faut la formation d’un courant ascendant rotatif, allant jusqu’au sommet de son niveau d’équilibre maximum (tropopause), puis un courant descendant, pour former un cycle convectif. Ainsi, cela permet de qualifier le phénomène comme rentrant dans la catégorie des cumulonimbus et en conséquence des systèmes convectifs (averse, orage).

Par ailleurs, le fait que le terme « supercellule » sous-entende la notion de « super-orage » rend l’appellation « mini » devant « super » quelque peu étrange, comme s’il était impossible qu’une supercellule puisse exister dans une version faible et miniature. Tout est question d’étymologie et de sémantique. La supercellule a une définition précise et ce n’est pas parce que ce type d’orage a un potentiel important pour devenir violent, qu’il doit être considéré comme tel de manière systématique.

Lorsque Browning dans les années 1960 utilisait le mot « super », c’était surtout pour le différencier de « mono » et « multi » et montrer qu’il s’agissait d’un orage différent (« super » dans le sens de « au-dessus » de ce classement). On aurait donc pu utiliser un autre mot, mais la liste des préfixes existants est limitée. Certains scientifiques préfèrent cependant parler de « supercellules miniatures » plutôt que de « mini-supercellules », d’autant que ce dernier terme a souvent été utilisé au début pour qualifier la supercellule LT, quand on connaissait encore mal ce type d’orage.

Mini-Supercellule vs Supercellule LT

Les supercellules LT sont souvent décrites comme des mini-supercellules et vous trouverez souvent dans les ouvrages, en particulier s’ils datent d’avant 2010, ce type de désignation. En fait, si une supercellule LT est effectivement plus petite qu’une supercellule ordinaire (classique, LP ou HP), ces deux classifications désignent différentes choses. Ce sont deux manières différentes de classer les orages. Pour être exact, une supercellule LT peut « parfois » être une mini-supercellule. Mais une mini-supercellule ne désigne pas obligatoirement une supercellule LT.

Il n’existe pas qu’un seul classement déterminé en ce qui concerne les orages. Ainsi, tout dépend de ce que l’on cherche et de ce qu’on utilise comme critère pour désigner les orages supercellulaires. Comme le montre le diagramme relationnel des catégories de supercellules (voir au début du chapitre 3), il existe plusieurs types de classements qui s’emboitent entre eux. Par exemple, une supercellule LT peut être souvent considéré comme une mini-supercellule, en particulier en ce qui concerne le critère de dimension verticale, bien qu’elle se caractérise davantage par des conditions synoptiques particulières que sur des critères de dimension. La dimension plus petite d‘une supercellule LT est probablement due à sa moindre hauteur, et cela ne s‘applique peut–être pas à tous les cas. Quoi qu’il en soit, une mini-supercellule peut ne pas être obligatoirement une supercellule LT.

Mini-Supercellule vs Amorce Supercellulaire

Une mini-supercellule pourrait être considérée comme un type d’amorce supercellulaire. Cependant, la mini-supercellule possède une rotation aboutie, à la fois profonde et persistante, mais sur un orage faible ou de petite dimension. L’amorce supercellulaire, quant à elle, peut être un orage violent (grande dimension, rafales, grêle, activité électrique, etc.), mais dont le mésocyclone n’est pas profond ou n’est pas persistant.

Très souvent l’orage est déjà présent et multicellulaire quand l’amorce supercellulaire a lieu. C’est parce que l’hélicité relative ou le cisaillement ne sont pas suffisamment importants, que le mésocyclone est seulement partiel et que seule une amorce de rotation au sein de l’orage a lieu. Dans le cas d’une mini-supercellule, c’est le contraire. Il n’y a généralement pas de frein pour qu’une rotation convective se mette en place, si ce n’est parfois un manque d’instabilité. Très fréquemment, l’orage n’est donc pas présent au préalable.

Sans l’utilisation de radar doppler, la frontière avec une amorce supercellulaire n’est cependant pas évidente. Même si l’environnement reste suffisamment propice à la formation d’un mésocyclone (cisaillement et hélicité relative), sa persistance va dépendre essentiellement du nombre et de l’intensité des pulsions ascendantes qui vont se former. Si l’instabilité devient suffisamment forte, alors la mini-supercellule deviendra probablement une supercellule ordinaire. Si l’instabilité est trop faible, l’orage meurt et la mini-supercellule disparait.

L’équilibre pour qu’une mini-supercellule se maintienne dans la durée n’est ainsi jamais évident. Cela se réalise souvent par des pulsions convectives successives restant de faible intensité, mais suffisantes tout de même pour maintenir un état mésocyclonique sur la colonne ascendante principale. La profondeur du mésocyclone, quant à lui, est plus facile à atteindre. Il dépend de paramètres de cisaillement, généralement forts, présents dans l’environnement de la cellule, et sera dépendant de la hauteur de l’orage lui-même, qui y est habituellement plus faible. Or, plus sa hauteur est faible, plus le mésocyclone pilote profondément la structure de l’orage, de la même manière que pour les supercellules LT. En effet, pour qu’un mésocyclone se forme, c’est essentiellement la densité de CAPE aux niveaux bas et moyen qui importe plutôt que la quantité totale de la CAPE sur l’ensemble de la colonne ascendante de l’orage.

J’emploie parfois le terme « d’amorce de mini-supercellule » quand quelqu’un montre une colonne ascendante partiellement rotative sans que cela forme un cumulonimbus. C’est bien sûr de l’humour. Amorce + Mini = Rien du Tout. Il arrive un moment où il est inutile de se faire des nœuds à la tête et vouloir absolument rentrer les choses dans la case « supercellule ». On peut simplement se contenter de dire qu’il s’agit d’un courant ascendant rotatif (transitoire ou non), rien de plus. Pour parler de mini-supercellule, nous devons tout de même avoir un cycle convectif complet.

Ainsi, la présence d’un cumulonimbus, à un moment du cycle de vie de la cellule, au minimum, est nécessaire. Par exemple, un cumulus congestus rotatif isolé est un signe de cisaillement intéressant dans l’environnement, mais n’est pas suffisant pour autant. De plus, parfois ce type de formation est limité par une couche d’inversion, avec un pseudo-étalement à moyenne altitude (4 à 6 km) faisant croire à une enclume et à un mini-cumulonimbus. Enfin, de très rares cas de pseudo-mésocyclones isolés, se développant dans une simple couche d’altocumulus, existent dans la nature (mésovortex de petites tailles). Des tubas peuvent même se former sous de simples petits cumulus (misocyclone). Mais il apparait difficile de qualifier ces exemples exotiques de mini-supercellules.

Mini-Supercellule vs Supercellule LP

Les supercellules LP étant généralement de dimension plus faible que les supercellules classiques et HP, elles ont parfois un caractère similaire aux mini-supercellules. Il est peu fréquent qu’une mini-supercellule développe des caractéristiques HP (écho en forme de haricot, fortes précipitations). Elle montre plus souvent au radar des signes pouvant s’apparenter à une supercellule LP. Cependant, si la supercellule LP est un orage rotatif, abouti, et pouvant développer des phénomènes violents, la mini-supercellule en est habituellement une version plus faible et plus petite encore. Toutefois, une amorce de supercellule LP reste une amorce de supercellule LP. Et une colonne ascendante rotative, reste une colonne ascendante rotative. La mini-supercellule est un cumulonimbus abouti avec un cycle de vie convectif complet et une rotation avérée.

Il arrive fréquemment qu’un orage prenne de manière transitoire des caractéristiques de mini-supercellules avant de devenir vraiment une supercellule LP. Une jeune supercellule LP en cours de formation peut ainsi montrer d’abord des signes évidents de rotation, avant de devenir véritablement de dimension suffisante pour être qualifiée de supercellule ordinaire. De même, lorsque la supercellule LP arrive en fin de vie, elle commence à perdre en intensité et en dimension tout en gardant des caractéristiques rotatives certaines. Elle devient alors une mini-supercellule jusqu’à ce qu’elle se dissipe totalement ou que le caractère rotatif du reste de la supercellule LP ne disparaisse complètement.

En effet, la dissipation d’une supercellule LP peut se produire par le haut de l’orage, lorsque l’instabilité atmosphérique commence à s’estomper. Cependant, cette instabilité, bien que déclinante, reste suffisamment puissante pour maintenir une rotation du mésocyclone déjà formé à moyen étage. Ce maintien d’une rotation peut d’ailleurs faire repartir l’orage et finir par amorcer un nouveau cycle supercellulaire. Le caractère mini-supercellulaire peut donc être simplement transitoire dans le cycle de vie complet de l’orage.

Mini-Supercellule vs Misocyclone

tuba cumulus — Tuba sous un cumulus (misocyclone). © Basile Ducournau

Le terme de misocyclone est un terme assez générique qui regroupe différents processus. Ce mot a été inventé par Fujita dans les années 1960, avant que la définition d’une supercellule ne soit aussi complète qu’aujourd’hui, dans le but de faire la distinction avec les mésocyclones plus grand et qui eux, produisent des supercellules. Il existe ainsi d’un côté LE mésocyclone, parfaitement défini. Et de l’autre, il existe LES misocyclones qui peuvent désigner :

des formations rotatives de petite taille (inférieur à 4 km),
des vortex issus de kelvin-helmholtz à axe vertical,
des trombes,
des tubas/tornades d’airs froids,
des tubas de cisaillements,
etc.

Un misocyclone est un phénomène météorologique non–supercellulaire qui se manifeste par un tourbillon à mi–hauteur, ayant un diamètre horizontal compris entre 40 m et 4 km. Cela laisse de nombreuses possibilités avec des processus très variés.

Concernant le mésocyclone d’une supercellule ordinaire, il est généralement admis qu’il a un diamètre horizontal compris entre 3 km et 8 km. Or le mésocyclone d’une mini-supercellule est souvent plutôt compris entre 1,5 et 5 km de diamètre. On rentre ainsi dans la dimension de la vorticité d’axe verticale du misocyclone (inférieur à 4 km). Cependant, le terme « misocyclone » est plutôt à employer en cas de vorticité d’origine non-supercellulaire. Il est préférable d’employer le terme de mésocyclone de petite taille à la place de misocyclone.

Notons que la taille du mésocyclone va influencer la structuration de la supercellule et ainsi l’indice de profondeur du mésocyclone par rapport à l’orage. Or plus son diamètre est faible, moins elle permet une structuration profonde de la supercellule. De plus, la plupart du temps, les misocyclones sont situés plus près du sol, alors que les mésocyclones sont fréquemment situés à moyennes altitudes.

C’est la raison pour laquelle un misocyclone est relativement peu efficace pour former et structurer une supercellule. Le mésocyclone d’une mini-supercellule, plus petit qu’un mésocyclone de supercellule ordinaire, quant à lui, possède souvent une vitesse de rotation plus importante, qui contrebalance sa dimension plus faible dans la structuration de l’orage.

Enfin, un misocyclone, en raison de sa petite taille et de sa plus grande proximité avec le sol, permet en retour de favoriser la formation de tourbillons de faibles intensités. Pour ce faire, un misocyclone se passe des phénomènes de tornadogenèses intrinsèques aux supercellules et tornades de fortes ampleurs. Les mésocyclones de mini-supercellules, plus petits, plus rapides, et plus proche du sol, bénéficient du même avantage, et il est fréquent d’observer des tornades de faibles ampleurs, mais d’origine supercellulaire (contrairement aux misocyclones).

Certaines mini-supercellules se formant sur les mers chaudes peuvent former des tornades supercellulaires, quand elles rentrent au contact de la terre, en raison d’un apport de cisaillement en basse couche engendré par la force de frottement. De même, certaines supercellules LT, considérées comme des mini-supercellules, se formant en air froid, ont aussi la capacité de former des tornades supercellulaires de faibles intensités.

Mini-Supercellule vs Début/Fin de Vie d’une Supercellule

Parfois, ce n’est pas la dimension du mésocyclone qui détermine l’existence d’une mini-supercellule, mais simplement le cycle de vie normal d’un orage supercellulaire ordinaire. En effet, une supercellule peut commencer sa vie en tant que mini-supercellule. Si les pulsions ascendantes se poursuivent en prenant de l’ampleur, alors la mini-supercellule devient rapidement une supercellule ordinaire. Il en va de même lorsqu’une supercellule est issue du splitting d’un cumulonimbus de petite dimension. La rotation marquée qui se met en place immédiatement à l’issue de la division peut ne pas avoir encore suffisamment dynamisé l’orage. Il peut se passer un certain temps avant que l’orage ne devienne une supercellule ordinaire, malgré ce que lui permet sa nouvelle capacité rotative après splitting. La déviation permet en effet d’accroître les ascendances grâce au gradient de pression linéaire et dynamique sur le côté de la supercellule. En revanche, il faut parfois un cycle convectif complet de 20 à 30 min avant que cela ne se mette en place et bénéfice véritablement à la violence de l’orage.

De même, lorsqu’une supercellule ordinaire (Classique, LP ou HP) commence à se dissiper, il se peut que seule la zone autour du mésocyclone continuer d’exister. Alors que tout l’édifice orageux autour s’est dissipé, une colonne ascendante continue malgré tout de tourner sur elle-même. Une supercellule peut donc devenir en fin de vie une mini-supercellule. Ce phénomène est particulièrement visible avec les supercellules LP et LT dont la structure interne est souvent mieux visible.

La plupart des supercellules finissent leur vie en orage multicellulaire (MCS) ou se dissipent longtemps après la destruction du mésocyclone. Mais occasionnellement, certaines supercellules finissent leur vie en mini-supercellules, avec un maintien de leur rotation alors que l’orage se dissipe complètement autour. En effet, lorsque l’énergie potentielle instable (CAPE) commence à manquer autour de la supercellule, celle-ci se met à décroitre de manière discrète et les pulsions ascendantes qui ont lieu dans le mésocyclone, ensuite, deviennent petit à petit moins importantes. Progressivement, le FFD se dissipe totalement, ne laissant qu’une faible base ascendante rotative. Cet état peut durer encore quelque temps avant que la mini-supercellule ne finisse par disparaitre entièrement. On peut observer dans ce cas uniquement une base rotative, sans orages ni aucun autre marqueur d’orage supercellulaire.

Mini-Supercellule et Cyclone Tropical

signature radar mini-supercellule tropicale — Mini-Supercellule avec le cyclone tropical Ian

Le climat tropical n’est normalement pas propice au développement des orages supercellulaires, en raison d’un manque de cisaillements et d’air froid en altitude. Cependant, dans l’environnement des tempêtes et des cyclones tropicaux, il arrive parfois que des mini-supercellules réussissent à se former. Ces supercellules miniatures tropicales ont souvent des caractéristiques classiques, avec présence d’un écho en crochet bien formé. Malgré une faible hauteur de seulement 7 à 9 km d’altitude (contre 12-15 km pour une supercellule ordinaire), elles sont capables de générer des tornades. Ces mini-supercellules tropicales ne sont capables de se former que sur la mer dans l’environnement proche des cyclones tropicaux, et disparaissent pour la plupart spontanément en arrivant sur terre.

Une mini-supercellule se forme généralement dans les bandes convectives situées à l’avant du corps d’un cyclone tropical dans un environnement à fort écoulement du vent. Elles sont très difficiles à repérer sur un radar doppler V en raison du caractère homogène de la vitesse des vents. Il est préférable d’utiliser un radar doppler SRM qui calculera plutôt les vitesses relatives du vent. Les cyclones génèrent des vitesses d’écoulement du vent tellement fortes dans leur environnement proche, qu’il n’est pas rare qu’une mini-supercellule moteur droit se déplace vers la gauche au nord du cyclone. Il faut donc regarder les vitesses relatives et le storm motion sur un hodographe. La déviation se calcule par rapport au vent moyen qui peut être très fort autour d’un cyclone.

Les tornades générées lors d’un cyclone tropical ont souvent lieu lorsqu’elles atterrissent sur terre (« landfall »), quand le cisaillement vertical devient croissant et se forment surtout dans le secteur avant droit du cyclone (par rapport à son mouvement). Ce sont habituellement des cyclones intenses, mais en phase de dissipation. Il semble que l’intrusion d’air sec joue un rôle dans les tornades de cyclones tropicaux.

Comme pour les supercellules LT, les orages générant ces tornades pendant un cyclone tropical se déroulent dans un environnement à faible CAPE générale, mais à fort cisaillement vertical à basse altitude. La force de friction joue un grand rôle dans la tornadogenèse lorsque le cyclone tropical atterrit sur terre, en ralentissant les vents de surface et en augmentant le cisaillement de basse couche. En revanche, la durée de vie des mini-supercellules décroit très rapidement une fois qu’elles touchent terre. La CAPE, présente en basse couche, est renforcée par l’océan et est capable d’augmenter le transfert de chaleur et d’humidité de l’océan vers la basse atmosphère. Mais cette source d’instabilité disparait quand l’orage arrive sur terre, avec un refroidissement des basses couches, causé par les fortes pluies.

Autres exemples (USA)

A couple more photos of tonight’s LP supercell near Dickens, Nebraska as it was gradually fading away. #newx @NWSNorthPlatte pic.twitter.com/o8mcXG2fBX
— Quincy Vagell (@stormchaserQ) June 25, 2020

Timelapse of the mini supercell that passed by Annapolis earlier. The first clip is my favorite. #MDWx https://t.co/1Jg02SW2eW pic.twitter.com/iE5My0Ajug
— Robbie (@RobbMDWxMedia) June 13, 2022

Anyone else catch this quickly-spinning cumulus cloud on Friday?

It's like a baby tiny eenie-weenie cutesy wannabe LP supercell. Just a tiny little updraft that formed near the low pressure center where wind dynamics were the best and, resultantly, spun.

Isn't it adorable? pic.twitter.com/SD9jy62CAq
— Matthew Cappucci (@MatthewCappucci) April 25, 2021

A little left split LP Supercell moved to the southeast of the office this evening. You can literally see the change of wind with height (i.e. shear). Super cool. #txwx pic.twitter.com/Ke7nTMQhS6
— Mack Morris (@MackAttackWX) April 24, 2021

A little late to the year in review party, but here are my top 5 chases from 2020:

#5 May 23-24 Northwest Kansas/ Trenton, MO

No tornadoes, but first first time witnessing true LP supercell structure on the Great Plains. Nice wall cloud the next day in Northern MO. #kswx #mowx pic.twitter.com/GL0oNl8Uoo
— T☈EY FULB☈IGHT (@CF3_Weather) January 3, 2021

Raymond, KS ~ 5-24-20 ~ LP Supercell! Watching this little cell’s entire life cycle from start to finish was very cool! #kswx pic.twitter.com/KPOA4rJrdu
— Brandon Osterhout (@Osterhout15) May 27, 2020

Actually this incredible LP supercell structure was from just a little bit ago in Alanreed, TX from @basehunters !! pic.twitter.com/Pt2XRowtIN
— Reed Timmer, PhD (@ReedTimmerAccu) March 9, 2013

8. Supercellules et Bow-Echo (Squall-Line / LEWP / Derecho)

Interaction Supercellule / Bow-Echo

Les interactions entre les systèmes multicellulaires et les supercellules sont nombreuses et variées. La plus connue est celle qui se déroule entre les supercellules et les lignes de grains multicellulaires organisées en arc (bow echo). On retrouve ce type d’interactions supercellulaires également avec l’ensemble de la famille des autres lignes de grains multicellulaires (QLCS) : squall line, LEWP et Derecho.

En effet, toutes les supercellules n’ont pas une fin de vie se terminant par une dissipation de leur structure ou devenant un orage multicellulaire désorganisé de type MCS (Mesoscale Convective Storm). Certains s’organisent en « ligne de grain quasi-linéaire » (QLCS), et peuvent même devenir un type de QLCS particulier, le bow echo.

Ainsi, nous allons étudier un peu plus en détail dans ce chapitre, le mécanisme d’interaction privilégié qui existe entre les supercellules et les bow echos. Dans ce chapitre, seuls certains paramètres essentiels des bow echos seront abordés pour mieux comprendre certains orages supercellulaires. Les mécanismes liés aux bow echos étant nombreux, il serait fastidieux de tous les décrire.

De la Supercellule au Bow Echo

Un bow echo est une ligne de grain organisée en arc, c’est-à-dire un système convectif multicellulaire de méso-échelle quasi-linéaire (QLCS), organisé en une ligne arquée et très mobile. Ce type de formation orageuse en ligne génère souvent de très fortes rafales sur de longues distances et certains bow echos sont capables, comme les supercellules, de générer localement des tornades.

Fréquemment, un bow echo, au début de son cycle de vie, est une supercellule. Presque un quart des bow echoes dans le monde proviennent de l’évolution d’une supercellule. Environ 50 % proviennent d’orages multicellulaires désorganisés et 25 % proviennent de lignes de grains organisés en ligne (squall line). L’interaction entre orage supercellulaire et bow echo est ainsi très importante, une part non négligeable des supercellules pouvant devenir de nouveau des bow echoes par la suite.

Rear Inflow Jet

Pour qu’une supercellule évolue en bow echo, il faut généralement la présence à l’arrière d’un Rear Inflow Jet (RIJ), c’est-à-dire une forte accélération du courant arrière à mi-hauteur. L’évolution en bow echo peut également provenir de la nature de la ligne de forçage (convergence, sèche, frontal) et du cisaillement/vent-relatif par rapport à l’orientation/déplacement de ce forçage. Auquel il peut, plus tard, s’ajouter la formation d’un RIJ. Quoi qu’il en soit, ce jet d’entrée arrière est concentré autour du centre de la ligne, aidant ainsi à la déformation et l’évolution ultérieure du modèle en arc. Une signature radar fiable du RIJ est le Rear Inflow Notch (« RIN »), un canal d’écho radar faible situé à l’arrière. Au fur et à mesure que le RIJ descend vers le sol, il entraîne une forte accélération du vent de surface en ligne droite, avec d’importants dégâts pour la population.

Mésovortex d’Extrémité (MCV)

La dynamique du RIJ est en partie connectée aux mésovortex d’extrémité de ligne de niveau intermédiaire (de 3 à 7 km au-dessus du sol) : les tourbillons d’extrémités, appelés aussi Mesoscale Convective Vortex (MCV). Ceux-ci peuvent renforcer les RIJ, à condition qu’ils soient suffisamment proches les uns des autres. Les tourbillons nord et sud sont respectivement cycloniques et anticycloniques, mais généralement dans la dernière partie du cycle de vie du bow echo, le vortex cyclonique prévaut. L’organisation convective ressemble alors à un schéma en forme de virgule (« comma echo »).

Vorticité de Basse et Moyenne Altitude

La vorticité autour des bow echos peut être de deux types :

Les tourbillons d’altitude moyenne, qui apparaissent aux extrémités de la ligne convective (mésovortex d’extrémité).
Les tourbillons de basse altitude qui se développent le long du bord d’attaque du système orageux.

Concernant les mésovortex d’extrémités, les mécanismes proposés dans diverses études sont généralement basés sur l’inclinaison du tourbillon transversal horizontal. La vorticité horizontale est la plupart du temps générée de manière barocline le long de la limite du courant de densité froid (cold pool). Cependant, une partie de la genèse des tourbillons de niveau intermédiaire pourrait alternativement, au début, être le résultat du cisaillement du vent environnemental (SRH).

Concernant les tourbillons de basses couches, certaines incertitudes existent sur leur origine. De plus, des mécanismes doivent être trouvés à la fois pour les structures solitaires et celles en dipôles. L’inclinaison du tourbillon de manière transversale n’est pas compatible avec les tourbillons solitaires. En effet, il génère nécessairement des dipôles (crosswise vorticity). Ainsi, l’inclinaison doit impliquer la vorticité dans le sens du courant, c’est-à-dire la composante de la vorticité parallèle au vent relatif de l’orage (streamwise vorticity).

Mésovortex vs Mésocyclone

En général, la taille des mésovortex d’extrémités est de l’ordre de la dizaine de km, ce qui est bien supérieur à la taille d’un mésocyclone supercellulaire. De tels mésovortex aussi larges, peuvent fortement déterminer la distribution des hydrométéores, et donc les réflectivités. Ainsi un enroulement visible au radar de précipitation peut révéler l’existence d’un tel tourbillon.

Mais aux USA, environ 20 % du nombre total de tornades peuvent être induites par des bow echos et des lignes de grains (souvent EF0 à EF2, mais des tornades plus importantes ont déjà été enregistrées). En particulier au nord des USA (Ohio) où la plupart des supercellules sont non-discrètes ou organisées en MCS, avec un forçage de type frontal. Certaines études soupçonnent un lien entre ces tourbillons d’extrémités de niveau intermédiaire, surtout celui cyclonique nord, et la genèse des tornades. Dans ce contexte, l’influence des tourbillons de niveau moyen peut, de ce fait, s’étendre jusqu’au niveau du sol.

Tornades sous Bow Echo

De nombreuses tornades semblent également être générées par des tourbillons de bas niveau à l’échelle méso (mésocyclone), en plus de ceux de niveau intermédiaire. Celles-ci se forment généralement dans la couche 0-3 km au-dessus du niveau du sol, le long du bord d’attaque du système convectif. De tels tourbillons dont la taille est de l’ordre de plusieurs km ne sont pas systématiquement organisés en dipôles, comme c’est le cas pour les supercellules. Ils peuvent apparaître solitaires.

De plus, on distingue les tourbillons tornadiques et non-tornadiques (gustnado, microrafale, macrorafale…). Les tourbillons tornadiques sont plus forts, de longue durée (durée supérieure à 1 h) et plus profonds. Des tourbillons de bas niveau pourraient par ailleurs être impliqués dans les dommages causés par le vent en ligne droite, en association avec le RIJ, par modulation du gradient de pression.

Les tornades peuvent parfois être nichées dans une région d’écho faible subtile (WER) sur le flanc avant d’un arc organisé contenant des caractéristiques de supercellule à précipitations élevées (HP). Des tornades sont également possibles dans des précipitations modérées à fortes sous ou à proximité d’une signature de réflectivité à tête de virgule (comma echo) en rotation rapide.

Les tornades de ligne principale (bow echo) sont souvent accompagnées d‘une circulation plus forte d‘air en forme de zone de convergence cyclonique près de l’extrémité avant de l’arc (apex), soit à sa proximité, soit juste au nord. Puis, cette circulation s’intensifie rapidement et s’approfondit en altitude, en partie à cause de l’étirement vertical dans le courant ascendant. Cette circulation peut être enveloppée de précipitations. Le vortex finit par s’élargir et s’affaiblir à mesure qu’il se propage vers l’arrière par rapport à la ligne directrice. L’apparition d’une tornade se produit très probablement pendant la phase d’intensification et d’approfondissement, lorsque des cisaillements serrés et des vitesses de rotation maximales existent. Certains mésovortex peuvent s’approfondir et avoir la force de rivaliser avec les mésocyclones.

Bow Echo → LEWP → Derecho

La structure de l’écho d’arc est parfois relativement complexe. De plus, un ou plusieurs segments d’arc intégrés peuvent se développer à l’intérieur d’un système à plus grande échelle, qui peut être un écho d’arc lui aussi ou une ligne de grains. On appelle cela un LEWP, une ligne de grain en vague. Les segments d’arc ont généralement leur propre mésovortex d’extrémité et leur propre RIJ, ce qui représente typiquement un renforcement local du RIJ à l’échelle du système. Enfin, si un bow echo ou un système à plus grande échelle contenant des bow echo est suffisamment intense, on peut l’appeler un Derecho.

Ce dossier étant plutôt consacré aux supercellules, et le LEWP comme le Derecho étant des formes particulières de bow echos, tout ce qui est décrit ici les concerne aussi de la même façon.

Isolement du Mésovortex

La taille de l’orage contenant le mésovortex d’extrémité peut parfois être suffisamment grande (entre 30 et 100 km) pour initier un effet de Coriolis, ce qui explique pourquoi les rotations nord sont souvent amplifiées. Ces mésovortex d’extrémités peuvent créer alors un nouveau système convectif (MCV) allant jusqu’à s’isoler du bow echo dont il est issu et avoir sa vie propre. Occasionnellement, la rotation du mésovortex persiste même après la dissipation de l’orage associé. Ce mésovortex orphelin peut devenir ensuite le déclencheur de la prochaine éclosion d’orages. En zone tropicale, il peut aussi être un point focal au développement d’une tempête tropicale.

Bow-Echo Complex (BEC)

Enfin, les caractéristiques des supercellules à précipitations élevées (HP) peuvent parfois se produire dans des segments de ligne d’arc organisés et à longue durée de vie (bow echo, LEWP, Derecho). Ce type de structures est organisée en un vaste complexe multicellulaire, possédant des petites portions avec des caractéristiques typiques de supercellules HP. Elles sont appelées Bow-Echo Complex (BEC), selon la classification de Fujita.

9. Multicellulaires-Supercellulaires Hybrides / Mixtes

Réalité Complexe

En pratique, il n’est pas toujours évident de classer les orages, en particulier faire la distinction entre multicellulaire et supercellulaire. Il existe de nombreuses formations orageuses hybrides.

Ces orages multicellulaires-supercellulaires hybrides ont souvent une structure complexe, et il existerait autant d’études de cas, qu’il existe d’orages. Cependant, le modèle conceptuel de base des orages supercellulaires reste globalement le même. Ainsi, ce n’est qu’en faisant varier l’ensemble des paramètres choisis, qu’on peut expliquer et simuler numériquement l’ensemble des types d’évolutions de supercellules possibles :

Les paramètres de premier ordre, qui permettent de dire si on a les conditions générales pour supporter le développement de la convection et de la rotation : CAPE, cisaillement, storm motion, SREH…
Les paramètres qui contrôlent la morphologie convective, comme le type de forçage, l’orientation et le déplacement du forçage par rapport au cisaillement, au vent relatif et au déplacement de l’orage.
L’interaction des orages entre eux avec leurs outflows respectifs.
La variabilité interne en lien avec le RFD, et son propre outflow.
L’interaction avec le terrain et la topographie (encore mal compris).

Nous ne pouvons pas étudier toutes les possibilités d’orages existants dans la nature. Nous pouvons simplement évaluer, à partir du modèle conceptuel général des supercellules, quelques configurations possibles, aboutissant soit à des orages supercellulaires, soit des formations hybrides, soit échouant en orages multicellulaires.

Cycle de Vie Supercellulaire

En premier lieu, ces formations hybrides se retrouvent dans le cycle de vie même d’une supercellule classique ordinaire. Pratiquement toutes les supercellules ne commencent par leur vie directement ex nihilo en tant que supercellule. Elles passent avant par une phase transitoire, souvent multicellulaire et parfois même par plusieurs phases transitoires, entre monocellulaire, fusion des cellules orageuses, multicellulaire (de type cluster souvent), puis supercellulaire. De même, la vie d’une supercellule se termine habituellement en orage multicellulaire grandissant en échelle (MCS et occasionnellement bow echo). Mais les possibilités d’évolution et de dégradation du schéma classique d’une supercellule sont nombreuses. On ne parle cependant généralement pas de formation hybride quand cette transition se déroule rapidement. Mais il peut arriver occasionnellement que le mésocyclone ne se forme pas de manière parfaite à la première tentative et que l’orage garde une certaine forme hybride un certain temps.

Orage Multicellulaire avec Amorce Supercellulaire

De même, un orage multicellulaire peut tenter une amorce supercellulaire et parfois même plusieurs amorces supercellulaires durant son parcours. Cette caractéristique avec tentative d’amorces supercellulaires successives se retrouve de temps en temps sur des supercellules cycliques à longue durée de vie, certains cycles donnant un vrai mésocyclone profond et persistant, alors que d’autres seront justes des tentatives avortées. L’individualité et le caractère supercellulaire de l’orage doit donc être évalué sur l’ensemble de son parcours et non basé sur un seul cycle de pulsion supercellulaire.

Le chasseur d’orage directement sur le terrain n’a souvent qu’une vision parcellaire de la situation. Il doit ainsi utiliser des outils externes (radars, satellites et même modélisation) pour lui permettre d’évaluer de manière plus globale et anticiper le parcours et l’évolution de l’orage. Cependant, en l’absence de vision claire d’un mésocyclone (via observation ou doppler), certaines traces passées ou futures subsistent dans le sillage de l’orage.

Ainsi, certains signes indirects doivent alerter le chasseur d’orages :

une déviation,
l’origine issue d’un splitting,
la présence d’un RFD (fente claire, arcus RFD…),
la présence d’un WER,
des bandes d’afflux courbées,
la présence d’un nuage-mur (rotatif ou non),
l’hélicité relative potentielle dans l’environnement (sur radiosondage et hodographe),
une signature radar suspecte,
etc

Fusion Multicellulaire / Supercellulaire

L’interaction entre orages supercellulaires et orages multicellulaires peut également prendre une forme symbiotique transitoire. Il arrive par exemple fréquemment que des orages de type multicellulaire rattrapent une supercellule discrète en fusionnant. Il a par exemple été démontré que lorsqu’une ligne de grain (squall line) rejoint une supercellule formée à l’avant, la supercellule gagne en intensité juste avant de se faire rattraper. Puis, une fois fusionné, la ligne de grain gagne à son tour en intensité par rapport à une zone qui n’aurait pas été atteinte par une supercellule. Elle gagne ainsi la possibilité de former des tornades grâce à l’abaissement de la vorticité en altitude que lui a donné la supercellule. Ainsi, en fusionnant, les deux formations orageuses sont devenues plus violentes, juste avant fusion et après fusion.

Hybride Multicellulaire / Supercellulaire

Il existe cependant aussi dans la nature de vraies formations hybrides multicellulaire-supercellulaire qui ne sont pas juste des formations transitoires ou issues de fusions d’orages. Les complexes multicellulaires qui sont des orages multicellulaires de grandes échelles peuvent ainsi cacher en leur sein une ou plusieurs supercellules HP. Un bow-echo complex (BEC) peut par exemple avoir une partie de sa ligne orageuse constituée d’une supercellule HP et le reste de sa ligne avoir les caractéristiques d’un bow echo. On parle aussi de supercellule HP intégré à une ligne multicellulaire (« Embedded Supercell »). La tornade EF4 d’Hautmont dans le Nord en 2008, est probablement un exemple de ce type. De même, certains orages multicellulaires peuvent devenir des orages supercellulaires à courants ascendants multiples. Le complexe orageux ressemble alors à un orage hybride multicellulaire-supercellulaire et reste cohérent avec le modèle conceptuel des supercellules HP dynamiques, intégrés au sein d’une formation multicellulaire à plus grande échelle.

Hybrid Supercell-Bow Echo (SBE)

Nous avons déjà vu comment une supercellule pouvait évoluer en bow echo. Nous avons vu la capacité qu’un bow echo avait pour former des supercellules et/ou des tornades. Mais il existe aussi un type d’orage hybride supercellule HP / bow echo appelé SBE (Supercell-Bow Echo), qui se forme dans certaines circonstances très particulières. Ce type de formation orageuse résulte de la fusion d’une supercellule HP avec une autre supercellule naissante. La fusion des deux supercellules provoque un pont ascendant qui augmente le taux de précipitation sur le bord d’attaque de l’orage. Cela augmente en retour la réserve d’air froid et l’inclinaison vers l’arrière des courants ascendants. L’écoulement cyclonique vers la surface est ainsi forcé et accéléré au niveau du second RFD de l’orage. Cela provoque le développement d’un jet d’entrée arrière de niveau intermédiaire (RIJ). L’intensification du RIJ conduit alors à la dominance de l’écoulement de la supercellule HP parente et la transition vers un bow echo. L’orage qui en découle garde les caractéristiques à la fois d’un bow echo et d’une supercellule HP, développant ainsi un nouveau mésocyclone dans sa partie NE.

Organisation en Ligne / Mixte / Discrète

La nature, l’évolution, la vitesse et le déplacement des lignes de forçage à échelle synoptique (fronts froids, lignes sèches, creux préfrontaux), d’où sont issues les supercellules, sont également importants. Cela est primordial pour comprendre si l’évolution de l’orage donnera une supercellule qui s’en isolera (mode discret) ou si les orages resteront simplement multicellulaires en grandissant en échelle (mode linéaire). Il arrive cependant parfois qu’un mode mixte (ni linéaire, ni discret) se mette en place. La ligne de forçage est ainsi parsemée de cellules à la fois discrètes et avec des portions linéaires. Néanmoins, plus l’orage reste longtemps dans la ligne de forçage, plus il se développera de manière linéaire et moins une supercellule aura la possibilité de se développer. Il en est de même si cette ligne de forçage est forte, profonde et rapide (forts vents convergents par exemple). Ainsi, la zone mixte se trouve souvent au début de développement des orages, mais généralement pour que la supercellule perdure, elle devra forcément s’en éloigner à un moment donné.

Le mode mixte peut prendre de très nombreuses configurations. Par exemple, il peut prendre comme organisation un vaste complexe hybride multicellulaire / supercellulaire sous forme d’un système supercellulaire cyclique de grande échelle avec formation de multiples mésocyclones successifs (avec parfois de simples amorces, parfois bien formées avec tornades). L’orage supercellulaire cyclique de juin 2021, qui a traversé la France en formant deux tornades sur son chemin, en est un parfait exemple. Cet orage très complexe dans sa structure a emprunté à la fois un mode supercellulaire HP cyclique et multicellulaire en s’organisant de manière mixte entre évolution discrète et en ligne. J’ai représenté sur l’animation ci-contre approximativement la trajectoire des différents cycles supercellulaires (et des deux tornades), mais en l’absence de données doppler, cela reste des trajectoires hypothétiques.

Annexes

Bibliographie

Beck J : High-Resolution Dual-Doppler Analysis of a Cyclic Supercell, American Meteorogical Society, 2004
Dial G.L & Racy J.P : Short-Term Convective Mode Evolution along Synoptic Boundaries, American Meteorogical Society, 2010
Dillingham S.M : A Case Study of a High-Precipitation Supercell-Bow Echo Transition on 4-5 June 2008, Atmospheric Science, 2019
Doswell C.A : Severe Convective Storms – An Overview, Vol 28, American Meteorogical Society, 2001
Dowell D.C : Conceptual models of cyclic supercell tornadogenesis, American Meteorogical Society, 2000
French A.J : Squall Line Evolution in Response to a Developing Nocturnal Low-Level Jet and Mergers with Isolated Supercell Thunderstorms, Researchgate, 2011
Goulet L : Bow Echoes – Conceptual Schemes and European Relevance, Météo-France, 2015
Hocker J.E : A GIS-based analysis of supercell and squall line occurrence across Oklahoma, Researchgate, 2007
Houston A.L : The simulation of high-precipitation supercells on preexisting boundaries in multicellular environments, American Meteorogical Society, 2004
Ivy M : Comparative Analysis of Supercell Environment in Hurricanes Harvey and Irma, Atmospheric Research and Science, 2020
Klemp J.B : Dynamics of Tornadic Thunderstorms, Annual Review of Fluid Mechanics, 1987
Klimowski B.A : Radar Observations of the Early Evolution of Bow Echoes, American Meteorological Society, 2004
Lee W.C : Bow Echo Embedded within a Squall Line, American Meteorological Society, 2003
Lemon L.R & Doswell C.A : Severe Thunderstorm Evolution and Mesocyclone Structure as Related to Tornadogenesis, American Meteorogical Society, 1979
Lemon L.R : Supercell Collapse Phase: an example, American Meteorogical Society, 2009
Marquis J.N & Richardson Y.P : Kinematic Observations of Misocyclones along Boundaries during IHOP, American Meteorogical Society, 2006
Nelson S.P : The Hybrid Multicellular–Supercellular Storm—an Efficient Hail Producer. Part I An Archetypal Example, Journal of the Atmospheric Sciences, 1987
Rasmussen E.N : Variations in Supercell Morphology. Part I: Observations of the Role of Upper-Level Storm-Relative Flow, American Meteorological Society, 1998
Sieveking J.E & Przybylinski R : The Interaction of a HP Supercell Thunderstorm and Bow Echo to Produce a Prolonged Severe Wind Event in East Central Missouri, NOAA/National Weather Service, 2004
Suzuki O : Tornado-Producing Mini Supercells Associated with Typhoon 9019, American Meteorological Society, 2000
Tang J : Multi-Scale Interaction between a Squall Line and a Supercell and Its Impact on the Genesis of the “0612” Gaoyou Tornado, Atmosphere, 2022
Weisman M.L & Trapp R.J : Low-Level Mesovortices within Squall Lines and Bow Echoes. Part I: Overview and Dependence on Environmental Shear, NOAA Storm Prediction Center, 2003
Zhu J, Mesocyclone in Mini-Supercell – A Case Study, American Meteorological Society, 2003

Autres

National Weather Service : Bow Echoes / Features Indicating Strong Severe Storms / Mini Supercell Thunderstorms: Their Environment and Convective Evolution / Structure and Evolution of Squall Lines and Bow Echoes
The University of British Columbia : ATSC113 – Supercells
The University of Arizona : Department of Hydrology and Atmospheric Sciences : A more detailed and quantitative consideration of organized convection: Part III – Supercell thunderstorms
University Corporation of Atmospheric Research : Mesoscale Meteorology, Severe Convection II: Mesoscale Convective Systems, Section 4: Bow Echoes
Divers : American Meteorological Society, AMS : Glossary of Meteorology, MeteoBelgium, NOAA National Severe Storms Laboratory, NOAA Storm Prediction Center, U.S. National Weather Service, Wikipedia

Remerciements

Valerian Jewtoukoff, pour ses relectures, commentaires et explications techniques
Emilie Chappert, pour ses corrections orthographiques et syntaxiques
Kelly Delay, Yannick Devesrvre, Basile Ducournau, Axel Guibourg, Dan Ross, pour leurs photos

Article de 2006, modifié-réécrit en 2021/2022

Copyright : Damien BELLIARD – www.meteobell.com

ORAGES SUPERCELLULAIRES

Classification des Supercellules

Classification des Supercellules

1. Introduction

2. Supercellule Classique

Caractéristique Radar Horizontal

Caractéristique Radar Vertical

Caractéristique Radar Doppler

Caractéristique Visuelle « Classique »

Organisation d’une Supercellule « Classique »

3. Supercellule LP

Définition

Ciel Clair

Début de Cycle

Phénomènes Météorologiques Violents

Observations

Caractéristiques Synoptiques

4. Supercellule HP

Définition

Supercellule HP et Multicellulaires

Phénomènes Météorologiques Violents

Observations

Difficultés d'Observation

Caractéristiques Synoptiques

Évolution des Supercellules HP

5. Supercellule LT

Définition

Caractéristiques d'une LT

Phénomènes Météorologiques Violents

Observations

Tornadogenèse et LT

Densité de CAPE

Caractéristiques Synoptiques

6. Supercellule Cyclique

Définition

Modèle Conceptuel

Observation

7. Mini-Supercellule

Définition

Caractéristiques d'une Mini-Supercellule

Débat sur « Mini- »

Débat sur « -Supercellule »

Mini-Supercellule vs Supercellule LT

Mini-Supercellule vs Amorce Supercellulaire

Mini-Supercellule vs Supercellule LP

Mini-Supercellule vs Misocyclone

Mini-Supercellule vs Début/Fin de Vie d’une Supercellule

Mini-Supercellule et Cyclone Tropical

Autres exemples (USA)

8. Supercellules et Bow-Echo (Squall-Line / LEWP / Derecho)

Interaction Supercellule / Bow-Echo

De la Supercellule au Bow Echo

Rear Inflow Jet

Mésovortex d’Extrémité (MCV)

Vorticité de Basse et Moyenne Altitude

Mésovortex vs Mésocyclone

Tornades sous Bow Echo

Bow Echo → LEWP → Derecho

Isolement du Mésovortex

Bow-Echo Complex (BEC)

9. Multicellulaires-Supercellulaires Hybrides / Mixtes

Réalité Complexe

Cycle de Vie Supercellulaire

Orage Multicellulaire avec Amorce Supercellulaire

Fusion Multicellulaire / Supercellulaire

Hybride Multicellulaire / Supercellulaire

Hybrid Supercell-Bow Echo (SBE)

Organisation en Ligne / Mixte / Discrète

Annexes

Annexes

Bibliographie

Autres

Remerciements

ORAGES SUPERCELLULAIRES

Orages Supercellulaires : Définition

Orages Supercellulaires : Fonctionnement

Orages Supercellulaires : Terminologie

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Foudre : Déclenchement

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