Les FRONTS
Le terme de front est approprié, il s’agit bien d’une opposition, d’un conflit entre les masses d’air chaud et les masses d’air froid.
Les Norvégiens, dans la première moitié du XIXe siècle, ont mis en relief le " front polaire ", qui nous concerne tout particulièrement, mais aussi le "front arctique", délimitant les masses d’air les plus froides des pôles, la zone de convergence intertropicale (ZCIT) séparant les alizés de l’hémisphère Nord de ceux de l’hémisphère Sud, qui devient un véritable front sur l’Afrique, le "front intertropical.
Les masses d’air à températures contrastées, du fait de leurs densités bien différentes, ont du mal à se mélanger. Elles peuvent rester juxtaposées plusieurs heures, voire plusieurs jours sans confondre leurs propriétés.
La frontière qui les sépare, mince surface de mélange profonde de quelques kilomètres, correspond à une ligne à l’échelle des cartes météo habituelles.
Une zone habituelle de naissance des perturbations de nos régions au large des Bermudes.
Le front polaire en coupe verticale : l’air chaud plus léger surmonte l’air froid, introduit en coin dans la masse chaude
Le "front polaire🔗" est soumis à des influences qui amorcent ses ondulations. Souvent le facteur déclenchant provient de coulées plus froides de grandes dimensions ("gouttes froides", dans le jargon météo), qui, comme des icebergs, se détachent de la calotte atmosphérique polaire à intervalles de l’ordre de la semaine.
En survolant les contrées plus chaudes dans leur trajectoire vers le Sud, elles se réchauffent et s’animent de mouvements tourbillonnaires de très grande envergure, en rapport avec la création d’une vaste zone dépressionnaire en leur sein.
Cette faiblesse de pression donne l’impulsion d’attraction.
Une sorte de vague naît puis s’amplifie en quelques heures, tout en courant le long de la limite frontale, portée par le vent général.
Très vite le secteur proche du sommet de l’onde s’est animé d’une rotation dépressionnaire poussant l’air chaud vers le nord, l’air froid postérieur vers le sud.
En peu d’heures, l’ondulation ressemble au schéma ci-contre où un coin d’air chaud inséré dans l’air froid progresse dans le sens du flux (de secteur ouest, donc vers l’est, le plus souvent dans nos régions).
A son bord avant, une limite de forme convexe correspondant à une poussée de l’air chaud : le "front chaud" (en rouge), dont l’arrivée fait passer d’une masse d’air à une plus chaude. Le front chaud est orné de demi-cercles, symboles de douceur.
Au bord arrière de l’ondulation, une seconde limite, convexe aussi, représente, elle, le bord antérieur d’une invasion d’air polaire : le "front froid" (en bleu), orné, lui, de petites dents qui illustrent la morsure, coïncide avec l’arrivée d’une masse d’air plus froide. Entre ces deux fronts, le "secteur chaud".
Les PERTURBATIONS
Contrairement à ce que l’on pourrait croire à ce stade de l’explication, la perturbation n’est pas symétrique, l’air froid, avant et après, a trèsrarement les mêmes propriétés.
L’air froid arrière est plus froid que l’air froid antérieur; il est plus rapide aussi, alors il réduit la largeur du secteur chaud, d’abord par le sommet de l’onde :
a) Encore seulement deux limites bien identifiées à ce stade (front chaud et front froid)
b) Une troisième apparaît : l’occlusion
Le front chaud ayant quelque mal à repousser l’air froid qui le précède, le front froid va plus vite, rétrécit le secteur chaud. Mais comme en même temps l’ensemble est aspiré par la dépression proche, une sorte de vallée chaude prolonge en altitude le secteur chaud : l’occlusion.
Perturbation à l’état adulte :
a) Vue par-dessus (à gauche)
b) Vue en perspective (à droite), avec deux plans de coupe, selon AB qui traverse le secteur chaud et selon CD à travers l’occlusion (ci-dessous)
Une coupe verticale suivant AB montre le secteur chaud encadré par les deux masses d’air froid, celle qui suit la perturbation ayant la température la plus basse. On note les différences d’inclinaison des deux fronts (particularités très importantes).
La "surface frontale chaude" est en pente douce de 1/200 environ ; elle correspond à un glissement de l’air chaud au-dessus de la masse froide antérieure relativement peu mobile, glissement qui s’accompagne d’un lent soulèvement.
La pente de la "surface frontale froide" est bien plus raide, bien plus brutale, de l’ordre de 1/50 ; on comprend qu’il s’agit bien là du véritable écoulement d’un fluide dense, freiné à sa base par la rugosité du sol, ce qui lui donne un profil convexe, au contact duquel les mouvements ascendants sont exacerbés.
Une coupe verticale suivant CD montre la masse d’air froid postérieure ayant rattrapé la précédente, puis la soulevant - puisque cette dernière la moins dense, la plus légère -, propulsant dans le même mouvement ce qui reste du secteur chaud, occlus, prolongé par une vallée de même nature en altitude.
la perturbation et à sa périphérie
BP = "Basses Pressions", motrices, au cœur de l'air froid polaire, "centre d'action".
Le centre d'action correspond à la "goutte froide", associée à un système dépressionnaire du sol à la tropopause.
Il "aspire" le "front polaire" - et les masses d'air qui l'enveloppent de part et d'autre -, le contraignant à onduler.
L'air chaud repousse l'air froid et, plus léger, il le surmonte.
Cette ascendance forcée agit en soustraction du poids de l'air chaud, créant la dépression "d", secondaire.
Il en résulte un allègement relatif de tout le système (l’ascendance joue en sens inverse du poids de l’air, donc le "réduit") :
en conséquence, la perturbation est accompagnée d’une dépression, dont le centre est positionné vers son sommet (maximum d’ascendance).
Sur l'illustration ci-dessus, une dépression se creuse au sommet de l’onde, voyage avec elle en prenant de l’ampleur.
En fin d’évolution, le secteur chaud n’est plus qu’une limite coupée de l’occlusion.
Un tourbillon accompagne la perturbation. A son approche le vent tourne au secteur sud. Il reste de sud dans le secteur chaud.
Après le front froid, on peut avoir persistance de cette direction à proximité du centre de la dépression, lorsqu’elle est très creuse, comme sur le schéma. Le plus souvent, on verra qu’il tourne au nord-ouest.
On remarque l’imbrication des deux masses d’air froid de densités différentes dans le mouvement de rotation qui entraîne aussi l’occlusion en spirale vers le centre du creux.
Pour simplifier et mémoriser :
la perturbation est constituée de trois grands ensembles qui regroupent des nuages d’allure et activité spécifiques.
- La " tête" contient les nuages de l’étage élevé, inoffensifs, précurseurs (Ci, Cs, Cc) ;
- Le "corps", pluvieux et/ou neigeux, rassemble les nuages denses (très nuageux à couvert le plus souvent), actifs, distribuant des précipitations (As, Ns,Cu, Cb) ;
- La "traîne" réunit les nuages d’instabilité qui se développent dans l’air froid qui suit la perturbation (Cu de toutes dimensions, jusqu’à produire des averses, Cb).
Cycle classique : ascendance, refroidissement, nuage si l’air est assez humide, précipitation si ascendance puissante et air assez riche en vapeur d'eau.
La perturbation n’est pas symétrique. A la pente douce du front chaud répond celle plus abrupte du front froid.
Les ascendances sont plus brutales et rapides sur le second que sur le premier : la nature des nuages formés et l’intensité des précipitations sont bien différents.
Système perturbé complet (ci-contre) tel qu’il se présente classiquement (en automne et en hiver surtout) :
a) Le front chaud où se succèdent sur plusieurs centaines de kilomètres des nuages paisibles en général. Premiers signes, loin devant le front : les cirrus (Ci). Le voile s’étend, s’épaissit, pour aboutir au nimbostratus (Ns) et à ses précipitations tranquilles, continues et durables (neige en montagne, pluie en plaine) ;
b) Le secteur chaud encore bien humide. Accalmie chargée de nuées plus ou moins éparses, à plusieurs niveaux (plus un secteur chaud est vaste plus l’amélioration est en principe marquée ; celle d'un secteur chaud très étroit passe presque inaperçue) ;
c) Le front froid et sa violence qui génère des nuages puissants, cumulus (Cu) ou cumulonimbus (Cb,) porteurs d’averses, d’orages aussi (en été surtout).
d) La "traîne", ensemble de nuages instables qui suit le front froid. Des cumulus (Cu) d’abord modestes dans un ciel bien bleu, lavé et rafraîchi, puis de plus en plus développés, jusqu’à donner des averses à mesure que s'épaissit l'air froid, voire de l’orage lors des invasions froides océaniques vigoureuses (giboulées).
e) Évolutions de la pression, de la direction du vent et de la visibilité au cours de ces phases.
Un assemblage plus ramassé et mixte quand passe une occlusion (ci-contre)
La persistance d’un centre d’action sensiblement stationnaire (anticyclone des Açores, dépression d’Islande ; deux moteurs conjugués en général) fait que le front polaire se stabilise plusieurs jours sur un axe relativement stable, tout en étant animé d’ondulations successives, fabriquées selon le processus : la "famille de perturbations". Elles se suivent à la cadence de 24 h à 36 h pour les flux les plus rapides.
Elles sont séparées par des embellies éphémères, peuvent accumuler en quelques jours des précipitations intenses, sur les reliefs exposés en particulier. Situations à inondations, avalanches, éboulements des terrains saturés d’eau.
Hormis les phénomènes locaux, les perturbations se déplacent dans les courants porteurs liés aux centres d’action, le long du front polaire. À la latitude de la France, le régime dominant est d’ouest. Quand le flux s’oriente ouest-est sur l’Atlantique, on parle de circulation zonale.
Souvent, ces courants et les jet-streams ondulent à l’échelle de l’hémisphère, alternant des branches de sud-ouest et de nord-ouest, séparées de plusieurs milliers de kilomètres. Ainsi, une arrivée d’air polaire sur l’Europe peut correspondre à une autre branche froide sur l’Amérique du Nord : c’est la circulation méridienne.
La circulation zonale, en bloquant les échanges entre pôles et tropiques, ne dure que quelques jours. Puis les méandres reprennent, chaque poussée d’air chaud du sud vers le nord s’accompagnant de descentes froides ailleurs. Ces transferts équilibrent la répartition d’énergie et limitent les excès locaux.
Les perturbations suivent ces rails, abordant la France surtout par l’ouest, le sud-ouest ou le nord-ouest (2/3 des flux), le reste venant du nord au sud par l’est. Les méandres, comme les rivières de plaine, peuvent se couper : naissent alors des bulles chaudes ou des gouttes froides, isolées mais persistantes sur plusieurs jours.
On peut comparer ces mécanismes aux lampes à fluide chauffé, où des masses s’élèvent, se détachent et dérivent. Pour les observer clairement, il faut consulter les cartes météo d’altitude (à partir de 3000 m), hors de l’influence du sol.
Ainsi, tout mouvement atmosphérique entraîne une réaction compensatoire, formant un système cohérent : la circulation globale. Son suivi exige des données collectées à l’échelle planétaire.
En montagne, les perturbations prennent une autre dimension. Le relief les oblige à contourner ou à franchir l’obstacle, ce qui amplifie nuages et précipitations. Le contraste y est marqué : le beau temps y est plus pur, le mauvais plus violent.
L’arrivée d’une perturbation est généralement perceptible : cirrus en altitude, traînées d’avion persistantes (signe d’humidité), puis aggravation progressive en quelques heures. Une fois le mauvais temps installé, il faut patienter : les éclaircies de la traîne restent trompeuses, surtout avant le passage de fronts froids secondaires, brutaux et accompagnés de "lignes de grains".
Même en été, les contrastes sont extrêmes : l’isotherme 0°C peut chuter de 4500 à 2500 m en 24 à 48 h, entraînant neige dès 2000m. La haute montagne, d’abord arrosée par des pluies "chaudes", peut se retrouver piégée en quelques heures sous neige et glace : un danger mortel.
Les aggravations les plus fortes, souvent liées au jet-stream, apportent vents tempétueux dépassant 100 km/h et froid ressenti intense, rendant la progression impossible. Après de tels épisodes, il faut attendre 2 à 3 jours que la chaleur consolide la neige et purge les pentes avant de reprendre toute activité sérieuse.
Précipitations préfrontales :
a) Épaississement au vent des nuages de tête du front chaud ; précipitations éventuelles ;
b) Activité normale à proximité du front au sol
Dédoublement du front chaud :
a) Le corps pluvieux épaissi et intensifié s’accroche au relief ;
b) Des culots d’air froids restent coincés dans les vallées reculées où ils prolongent souvent durablement les chutes de neige en hiver ;
c) Sous le vent, le foehn ouvre la perturbation et produit une embellie ;
d) Le corps pluvieux principal reconstitué court avec le vent.
Sous le vent, l’air froid tapi au sol par densité, à l’abri des chaînes étendues, ne s’évacue pas tant que des turbulences ne le chasse pas. On trouve, par exemple, ce contexte dans la plaine d’Alsace, dans le bassin du Pô, où le renouvellement des masses d’air est difficile, au pied français des Pyrénées par régime doux provenant de la péninsule ibérique.
Fréquemment les redoux survolent l’air froid sans l’entamer ; il peut dès lors accueillir des chutes de neige ou favoriser des situations à verglas étendu.
La traîne est plus ou moins chargée d’averses. En montagne, elle prend assez souvent des proportions bien plus conséquentes qu’en plaine (jusqu'à des rapports de l'ordre de 1 à 50 : 1mm à Genève, 50mm à Morzine au cours d’un même épisode océanique).
En effet, le flux percute les pentes et y bouillonne, d’autant plus qu’il est instable, la plupart du temps bien chargé en eau au survol des océans. Et cela peut durer des heures. Dans le même temps la perturbation s’éloigne sous le vent, où de larges éclaircies de foehn se sont déjà installées au-delà de la ligne de crête.
Contrastes que l’on peut vivre en quasi direct en traversant la chaîne par ses tunnels : d’un côté le temps bouché, des précipitations intenses, de pluie ou neige selon la saison, de l’autre un soleil radieux, une température bien plus agréable. Côté “sous le vent”, seul le mur de foehn sur les crêtes signale que tout près, les conditions sont radicalement différentes.
De telles situations actives et persistantes vont jusqu’à déposer de 50 à 100 cm de neige poudreuse sur le relief hivernal. Avec pour conséquence de sérieux risques d’avalanches.
Air "instable"expulsé par le resserrement de son volume; il s’y déclenche averses et orages
Air "stable" coincé entre front froid et montagne ; contraint de monter, mais en douceur
Les ascendances stimulées sont bien plus intenses, elles s’accompagnent alors d’averses ou d’orages, avec les risques d’excès dont ils sont parfois capables.
Quand la nappe polaire suivant le front froid est moins épaisse que la hauteur moyenne de la chaîne, elle vient butter contre les versants, après avoir expulsé l’air chaud antérieur en l’essorant éventuellement d’une partie de son humidité (précipitations). Elle se stabilise là sans jamais passer de l’autre côté, sous le vent.
Ainsi, des refroidissements qui affectent les versants français des Alpes ou des Pyrénées ne parviennent jamais ni en Italie ni en Espagne.
Par contre, si la masse d’air polaire est très épaisse, elle bascule par-dessus les crêtes, ce qui l’amène à dominer l’air chaud qui stagne de l’autre côté.
Cette répartition verticale -chaud en bas/froid au-dessus- est particulièrement instable ; elle déclenche en été de violents orages avec fréquemment de la grêle. C’est le cas pour le Val d’Aoste, la Plaine du Pô, chauds et moites en été. Ou encore pour les Alpes Maritimes par régimes de nord-ouest à nord-est apportant du froid en altitude tandis que le piémont baigne dans la douce humidité méditerranéenne.
Toutefois, ces évolutions réclament un vent réduit au niveau des sommets, sinon l’effet de foehn associé aux vents rapides réchauffe et assèche l’air froid en bascule lui retirant toute possibilité de créer la répartition verticale instable.
L’été surtout, parce que les parties actives des perturbations océaniques passent plus au nord, que le front chaud est dilué par la chaleur des sols, les perturbations ne conservent plus que leur front froid au niveau des reliefs de la "moitié Sud" de la France. Il n’en est que plus redoutable car la plupart des signes précurseurs s’en trouvent gommés. Par ailleurs, ils sont généralement orageux.
Le front chaud survole la couche froide.
La température monte en altitude, ne bouge pas dans la vallée
Le front froid turbulent chasse la petite nappe très froide en vallée.
La température baisse en montagne mais… monte dans la cuvette
Et même, certains fronts froids un peu mous manquent de puissance pour chahuter l’air froid des basses couches, d’autant que, venus de l’Océan, leur "froid" est moins "froid" que celui accumulé sous les inversions : plus légers, ils le surmontent. Ces fronts, pas forcément actifs mais bien réels en montagne par les fluctuations des températures d’un jour à l’autre (de 5 à 10°C en plus ou en moins), passent inaperçus pour les habitants des basses altitudes.
Ce n’est qu’à l’occasion de perturbations vigoureuses, portées par des vents suffisamment turbulents, que la chape de froid inférieure est disloquée. On peut dès lors s’étonner que le front, dit "froid", "réchauffe" en fait l’ambiance en remplaçant l’air très froid, "continentalisé", par une masse d’air peu froide parce que d’origine maritime.
Les ORAGES
Selon la puissance des ascendances, l’humidité disponible, leur développement s’étage du plus humble au plus majestueux et menaçant. Avec aussi pour conséquence une activité très diversifiée, depuis la seule présence décorative jusqu’au déchaînement de l’orage. La turbulence interne de ces véritables montagnes nuageuses est telle qu’elle maintient en suspension plusieurs centaines de milliers de tonnes d’eau (gouttes ou cristaux).
Divers cumulus :
- fractus (Cu fra)
- humilis (Cu hum),
- mediocris (Cu med),
- congestus (Cu con)
Les premières traces de cumulus peuvent apparaître en fin de matinée pour aboutir à un nuage orageux en fin d’après-midi, ce qui est le cas le plus fréquent par beau temps estival modérément instable. Il arrive aussi, plus rarement, que ce nuage explose en une demi-heure, partant de rien pour aboutir à un orage cette explosivité est rare toutefois.
La durée de vie d’une cellule convective provoquée par la poussée d’un front ou celle du vent contre un flanc de montagne est de l’ordre de la demi-heure.
En fait, on assiste alors à un véritable bouillonnement où les cellules convectives se renouvellent à un rythme rapide, la dernière formée prenant le relais de la précédente.
Le cycle du cumulonimbus :
a) Stade d’expansion : les ascendances fabriquent du nuage, le poussent vers le haut, déplaçant les isothermes en provoquant un dégagement de chaleur latente ;
b) Stade de maturité : le cumulonimbus s’écrase en enclume contre la tropopause ; les ascendances le portent encore mais déjà des mouvements descendants s’organisent, provoquant des précipitations et entraînant de l’air froid dans leur chute ;
c) Stade de dissipation : le nuage orageux s’effondre sur lui-même et restitue beaucoup d’eau
Le brassage interne aux orages est fait de mouvements de compensation : aux ascendances intenses, qui peuvent dépasser les 100 km/h, répondent, au stade de maturité, des mouvements descendants également puissants, accélérés par les précipitations qui les entraînent dans leur chute et transférant de l’air froid des couches supérieures vers le sol.
Ces vents catabatiques ou "fronts de rafale" représentent un danger sournois par les coups de vents inopinés qu’ils provoquent.
Les crêtes du pourtour des grands lacs, comme ceux du Léman ou d’Annecy, sont équipées de dispositifs de détection et d’alerte par feux clignotants des déferlements de ces coups de vents aussi violents que soudains (Joran, Vaudaire, Bornan…), loin des orages qui les ont déclenchés. Ils ont causé par le passé nombre de victimes par chavirement, alors que la navigation était paisible l’instant d’avant.
Les vents forts en altitude provoquent des ondulations verticales de l’atmosphère, tout particulièrement lorsqu’ils butent contre des reliefs.
Dans les sommets d’onde, sièges d’ascendances rapides, il se forme des plages de nuages caractéristiques, en forme d’amande, de lentille, de soucoupe, d’os de seiche : les altocumulus lenticularis (Ac len) ou lenticulaires.
L’été, à l’avant des systèmes orageux, fronts ou plages d’organisation mal définie, l’atmosphère est instable à plusieurs niveaux, en particulier à l’étage moyen, vers les 3000/5000 m. On observe dès lors des fragments de nuages maltraités par les turbulences. Ils montrent des sortes de balles déchiquetées, plus ou moins isolées, plus ou moins organisées en nappes d’étendue variable : les altocumulus floccus (Ac flo). D’autres fois, ils forment des bancs horizontaux, de faible extension, montrant des sortes de tourelles, créneaux : les altocumulus castellanus (Ac cas).
Au levant et au couchant, ces nuées tourmentées, parfois même assez sombres et menaçantes par place, donnent des ciels somptueux, parmi ceux transcendés par Jacques Brel : "pour qu’un ciel flamboie, le rouge et le noir ne s’épousent-ils pas ?"
Le cumulonimbus fabrique parfois de la grêle lorsque des cristaux sont emportés dans une série de cycles accumulant des couches de glace successives.
1) Le cristal de glace est entraîné vers le bas
2) Il fond partiellement et s’entoure d’une pellicule épaissie par les captures de gouttes et gouttelettes
3) Regel
4) Chute du grêlon
Et cela peut se reproduire plusieurs fois. Des gros éléments parviennent à se fabriquer, alternant des phases de dégel et regel, captant des gouttes ou des cristaux selon le niveau - donc la température - du nuage : la "grêle".
Elle finit par frapper le sol où elle est redoutée pour ses dégâts sur les cultures, les toits, les carrosseries, les hommes, leurs troupeaux…. Elle dévoile, à sa découpe par le travers, des cercles concentriques, plus ou moins translucides, signatures de son périple.
Les plus gros grêlons observés à travers le monde (dans les plaines à tornades des États-Unis notamment) dépassaient le… kg ! Les grosses chutes de grêle se produisent en saison chaude quand l’air est riche en eau.
En hiver, les cumulonimbus des invasions polaires, beaucoup moins développés, bien moins puissants, relativement pauvres en réserve d’eau, libèrent du "grésil", agglomérat de "granules de glace", de cristaux, de flocons, de bien plus petites dimensions (diamètre de 1 à 5 mm seulement alors que la grêle, atteint ou dépasse nettement le centimètre).
Les étapes de la vie d’une cellule d’orage et leurs durées. En tout de 20 à 30’, jusqu’à 1 h.
Les mouvements descendants qui accompagnent le début des pluies signent l’état de maturité du Cb.
Bientôt ils l’emportent sur les ascendances : la cellule meurt faute de renfort de vapeur.
Dans un système orageux étendu, les cellules se renouvellent constamment.
Un résultat spectaculaire, parmi d’autres, est l’électrisation du nuage provoquée par l’éclatement des gouttes, les fractures de cristaux, les frottements de tous ces éléments entre eux, les processus très rapides de congélation des micro sphères liquides, le tout répartissant de l’électricité statique…
Il se trouve que les éléments les plus petits et légers se chargent positivement. Propulsés au niveau de l’enclume, ils donnent au cumulonimbus une tête chargée positivement.
Les éléments plus lourds sont préférentiellement chargés négativement. Sous leur poids ils se rassemblent majoritairement à la base du nuage.
Par réaction le sol se charge positivement, et c’est dans ses aspérités (cheminées, clochers, arbres, sommets…) que les charges "+" sont relativement les plus concentrées tout en se rapprochant des charges opposées, ce qui augmente la différence de voltage au centimètre ("effet de pointe").
Elles sont les cibles les plus fréquentes de la "foudre", transfert de charges entre nuage et sol ou sol vers le nuage. Les orages rétablissent l’équilibre des charges électriques entre les "plaques" d’un condensateur encore bien plus gigantesque : la surface de la Terre (négative) et la couche supérieure de l'ionosphère, là où se déploient les tentures aux formes et nuances irréelles des "aurores polaires", entre 85 et 500 km. 2 000 orages à chaque instant sur la Terre compensent les courants de fuite traversant l’atmosphère, isolant non parfait, qui finiraient par réduire à néant la différence de potentiel terre/ionosphère.
La rencontre des deux achève de frayer un canal ionisé par où se précipitent, court-circuit géant, une ou plusieurs grosses décharges (0,1 milliseconde pour une impulsion, jusqu’à 2 s pour plusieurs) : l’"éclair" proprement dit. Des intensités qui vont jusqu’à 200 000 ampères, une température de 30 000 °C, l’éclair est une "étincelle" de très forte puissance qui détruit, incendie et tue (une vingtaine de victimes par an en France, nettement moins toutefois que lorsqu'elle était rurale, les paysans étant forcément plus exposés que les citadins).
L’échauffement intense produit par le passage du courant, à l’instar de ce qui se passe dans une ampoule à incandescence, transforme instantanément l’air en plasma très brillant, accompagné d'une dilatation explosive qui provoque une onde de choc acoustique : le "tonnerre". Ses roulements, quelquefois, répercutent les décharges saccadées, spasmes titanesques, que l’écho des montagnes fait ricocher de versant en versant.
La plupart (autour de 80 %) partent des nuages, quelques-uns montent du sol, notamment des sommets en forme d'aiguille ou de piton. Généralement la charge descendante est négative.
Mais il existe aussi des poches de charges positives à la base des cumulonimbus ; elles produisent des coups de foudre plus intenses que les autres. Les "coups positifs" peuvent également tomber de la partie supérieure du nuage.
On connaît aussi les éclairs "intra-nuages", issus des échanges entre les secteurs chargés différemment d’un même nuage, les "inter-nuages" d’un nuage à l’autre, à l’"horizontale", sur des distances de plusieurs kilomètres parfois.
Et puis, ce témoignage d’un éclair tombé d’un ciel serein sur le Mont-Blanc, d’un nuage distant. Cet autre d’éclairs par ciel clair à Caracas, en plein jour. Peut-être produits par les frictions de poussières dans des ascendances turbulentes intenses, à l’origine d’une électricité statique poussée à la rupture.
Chez soi, quand l’orage claque tout près, on ferme les fenêtres pour empêcher les courants d’air, on évite de toucher des appareils électriques, les tuyaux métalliques et les radiateurs du chauffage central, on ne téléphone pas avec des combinés filaires, on ne prend pas de bain ni de douche...
Dans une voiture on est bien protégé par l’"effet Faraday", dans les voitures fermées (le courant circule autour avant de s’évacuer au sol).
Même protection dans une cabine de téléphérique, dans les refuges recouverts de plaques métalliques. En pleine nature, ne pas se mettre sous un arbre isolé (pointe !), ni même à la lisière d’une forêt ou sous un arbre qui dépasserait nettement les autres ; mais la forêt homogène est un bon abri, à distance des troncs.
Ne pas s’adosser à une paroi en montagne, car les courants de terre sont susceptibles de la parcourir, surtout si elle est mouillée.
L’entrée immédiate d’une grotte n’est pas un endroit sûr non plus : les courants de terre peuvent sauter d’un bord à l’autre.
Surpris par l’orage en terrain découvert, il convient de se débarrasser de toute ferraille, de se mettre accroupi, si possible sur un objet isolant (corde), dans un creux de chemin ou de rocher (minimiser la "pointe" corporelle), de joindre les pieds (plus ils sont écartés plus le courant dérivé du sol à travers le corps est intense – les ruminants ont un handicap supplémentaire : les courants leur traversent le cœur, d’une patte arrière à une patte avant !).
Évidemment, ni réjouissant ni confortable sous des trombes d’eau… Pour se rassurer, se répéter que, pour un point donné – en plaine toutefois, car sur les sommets c’est bien davantage –, la théorie évalue la probabilité de foudroiement direct à 1 fois en 10000 ans (pour un arbre c’est 50 fois plus déjà).
Les orages sont fort bien repérés par les satellites et leurs images. Les enclumes, même ponctuelles, y apparaissent particulièrement blanches (éclat des cristaux de glace). Les images des systèmes orageux vont du local à des surfaces couvrant plusieurs départements, très blanches, denses, réparties en taches globulaires, comme des têtes de "rosés des prés".
Le rafraîchissement des images toutes les 5 minutes permet un suivi fin de leur apparition, leur évolution, leur trajectoire, leur vitesse de déplacement. Nombreux sont d’ailleurs ceux qui naissent et meurent sur place, développés sur les versants ensoleillés, éteints par l’arrivée de la nuit.
L’éclair signe son passage par des perturbations du champ électromagnétique local (les mêmes qui faisaient crachouiller les radios d'antan). Elles sont détectées en France et en Europe par le réseau de capteurs de Météorage, qui dispose de 100 capteurs en Europe et affiche en moyenne une efficacité de détection supérieure à 98% avec une précision de localisation de 100 m.
En Europe, un autre organisme recense aussi les impacts de foudre sur laquelle se base site Keraunos ainsi que le site Blitzortung
Les satellites, pour leur part, réceptionnent le "parasitage" des éclairs intra et inter-nuageux, localisant ainsi les foyers orageux actifs et permettant d’en surveiller le déplacement.
Désormais, il y a très peu d'observateurs sur le réseau national et les statistiques des jours d'orage tels définis par l'OMM ne sont plus possibles.
Depuis la fin des années 1990, la société Météorage (qui deviendra une filiale de Météo-France dans les années 2000) a implanté des capteurs permettant de localiser avec précision les impacts de foudre (nuage-sol) sur l'Hexagone (puis sur une partie de l'Europe depuis quelques années). Grâce à ses capteurs, Meteorage arrive à détecter et localiser près de 98% des impacts de foudre sur la France avec une précision de 100m.
Désormais, les jours avec orage sont déterminés grâce à ce service spécialisé qui permet de couvrir l'ensemble du territoire français sans trop de lacunes.
De l'ordre de 1,8 millions d’orages se produisent par an sur Terre, soit environ 5 000 par jour. Il n’y a pas un jour sur Terre sans orage.
En France métropolitaine, la moyenne annuelle se situe autour de 250 jours d'orages/an soit 1 impact de foudre/km2/an.
Il faut garder à l'esprit qu’un cumulonimbus contient une énergie équivalente à 10 bombes atomiques de type Hiroshima !
Météorage comptabilise entre 500 et 550 000 éclairs nuage-sol en moyenne annuelle pour la France.
Ce type d’orage s’inscrit dans une sorte de cycle, mais absolument pas régulier, d’où l’inanité de croire à une cadence commode de retour des épisodes.
Suite au passage d’une perturbation, la masse d’air est renouvelée. Une sorte de purge s’est faite, évacuant la masse d’air précédente usée, ses poussières, ses pollutions. L’air polaire apporté par la traîne est propre, frais, vivifiant. Pendant 2 à 3 jours, en moyenne, il offre de très belles journées de ciel bleu décoré de quelques cumulus modestes, apparus au fil des heures au-dessus des sommets, effacés le soir ; ils en relèvent la pureté et la couleur. Les courses de neige sont rassurantes, stabilisées par un bon regel nocturne.
L’expression de "grand beau" est bien appropriée. Mais ces conditions idéales évoluent vers un beau temps moins franc, un ciel vaguement brumeux des pollens et poussières redistribués par les ascendances dans les premiers 4 000 m. Et puis, la température grimpant de jour en jour, les cumulus prennent plus d’ampleur, s’attardent davantage en début de nuit. Le temps devient plus "lourd", les nuits moins froides en haute montagne où la neige est moins porteuse au petit matin. D’ailleurs le vent en altitude, est revenu au sud-ouest, faiblement mais transportant chaleur des terres arides et humidité des mers lointaines. La masse d’air a vieilli, elle est devenue franchement instable, mûre pour l’orage de chaleur en fin d’après-midi.
Cet orage est local, il préfère la montagne où les versants aspirent la chaleur et l’humidité des vallées et plaines alentour (brises d’aval). Un jour ici, un autre ailleurs. Imprévisible dans sa localisation précise !
Tout au moins peut-on dire que les grands appareils glaciaires, sources de fraîcheur, sont plutôt moins touchés, quand il n’y a pas de vent pour déplacer les foyers instables. Si le vent est modéré en altitude, il a plutôt tendance à réduire le risque orageux en modérant les surchauffes locales, en cisaillant les ascendances, en dispersant les nuées qui peuvent moins facilement s’accumuler en masses volumineuses. Orage local mais pas forcément faible, bien au contraire, car l’endroit où l’atmosphère cède sert de soupape au surcroît de chaleur accumulée au fil des jours pour tout un secteur, un peu comme la brèche du barrage où le flot s’engouffre tumultueux.
En Indonésie, l’orage est presque permanent mais pour autant pas violent en général, bouillonnement d’évacuation continue des surchauffes. Au sud du Sahara, des entrées maritimes humides localisées, arrivant sur des contrées chauffées à blanc, créent des conditions explosives d’orages peu nombreux mais très intenses (danger des lits d’oueds arides brusquement inondés par des cataractes de pluie distantes, sans que le tonnerre gronde l’alerte car trop lointain). En général, au bout d’une semaine, grosso modo, arrive un front froid par l’ouest. Aggravation d’ampleur générale qui emporte tout et termine le cycle.
Recyclées par des courants de sud-ouest, elles remontent sur l’Europe-de-l’Ouest donnant une vigueur supplémentaire à des perturbations mal structurées qui vont pomper très au sud des forces nouvelles. En été, celles-ci survolent les vastes plateaux espagnols très chauds, s’y renforçant encore en calories. Elles parviennent sur la France en plus ou moins vastes plages très instables, où l’orage n’a pas vraiment d’heure, susceptible d’éclater n’importe quand, de jour… comme de nuit.
Leur extension, leur progression vers le nord-est souvent assez lente, une relative modération de leur activité orageuse font qu’elles sont bien prévisibles, repérées de loin. C’est en matinée que d’ordinaire les conditions sont les meilleures.
Après des nuits chargées et lourdes (souvent on note un rebond d’activité orageuse en deuxième partie de nuit), le ciel est très encombré au réveil. On s’étonne que la nappe nuageuse se fractionne, ouvrant l’espace à quelques heures d’assez beau temps, de chaleur "piquante", qui excite taons et mouches. Dans l’après-midi, la hausse des températures multiplie les cumulonimbus et les foyers d’orage.
Des conditions qui parfois durent plusieurs jours, soit que la plage orageuse stationne mollement sur une partie du pays, soit qu’en régime de sud-ouest établi des pulsations instables se succèdent dans le flux. Ayant survolé des pays arides, ces masses d’air transportent assez souvent des limons qui troublent l’atmosphère, rendent la chaleur plus pénible en été. Elles les déposent au sol, sur la neige en hiver, sur les voitures en minces pellicules ocres à l’occasion de faibles averses (les plus conséquentes en contiennent aussi mais le ruissellement évacue tout).
Un vrai casse-tête pour les météorologistes qui ont un mal fou, même peu à l’avance, à prévoir les périodes d’embellies impromptues de quelques heures.
En été, ce type d’aggravation présente un réel danger pour la pratique des sports de montagne car l’activité orageuse y est soutenue, éventuellement intense, assez soudaine fréquemment ("front froid isolé"), surtout pour qui n’a pas de vue étendue vers l’ouest, secteur de provenance prépondérant (ce qui, par exemple, explique le risque particulier de mauvaise surprise pour les grimpeurs sur les voies italiennes du mont Blanc : pilier du Frêney aux tragédies nombreuses…)..
Rafales, averses intenses, souvent de grésil en haute montagne, de grêle parfois… Température en forte baisse, passant soudainement, en quelques instants d’une température estivale à une quasi hivernale (iso 0°C chutant de 4500 à 3500 m, quelquefois moins, si un front froid secondaire suit de près, ajoutant un surcroît de froidure ; neige jusque vers 3000m, voire plus bas).
L’activité orageuse, sauf au passage éventuel de "limites secondaires" accompagnées de "lignes de grains", est plutôt faible car dissipée sur une très vaste surface. D’ailleurs le conflit majeur s’est produit au passage du front froid, là où le contraste entre masses d’air est le plus accusé ; la "bombe" est pour l’essentiel épuisée.
Les cumulonimbus d’été y donnent du "grésil" en moyenne et haute montagne, de la "neige roulée l’hiver", jusqu’en plaine.
L’inconvénient majeur de ce type de temps est la durée des intempéries par "effet orographique" ("remous alpin" lié à la conjugaison du vent et de l’instabilité) à laquelle se superpose le froid. Des conditions à éviter absolument pour l’exercice de sports de montagne exposés. Le pire est atteint lorsque une “goutte froide” polaire bien marquée étend son influence glaciale aux reliefs, ce qui peut arriver même en été.
Dans ce contexte hivernal, il est fréquent que la neige blanchisse jusque vers 1800 m (en 1969, neige au sol sous le niveau de la Flégère - 1894 m -, vers le 10 juillet, puis durant près d’une semaine au moment du 15 août).
Des phénomènes tourbillonnaires intenses se forment parfois sous des cumulonimbus très puissants, la trombe, terrestre, lacustre ou marine. Dans un premier temps la très vigoureuse aspiration qui part de la base du nuage n’est pas visible ; elle se matérialise cependant par un tourbillon de poussière ou petits débris sur terre, d’embruns arrachés à la surface agitée de la mer ou des lacs : le "buisson".
C’est alors que part de la base du nuage une sorte de cône renversé et effilé : le "tuba", prolongement du nuage de 10 à 100 m de diamètre ; condensation due à la brutale détente de l’air alentour aspiré par la succion de la dépression interne.
Il descend en direction du buisson, le rejoint ou non selon les cas..
Le tuba est proche de la verticale si le cumulonimbus est immobile ; il se déforme sinon, en prenant une allure sinueuse selon les différentes directions du vent dans la couche concernée.
Un déplacement plutôt lent en général, mais qui peut aussi être rapide puisqu’il dépend de celle du flux général emportant le nuage. Une durée de vie courte, de l’ordre d’une dizaine de minutes. Un cheminement assez rectiligne de quelques centaines de mètres au plus. Mais des dégâts qui sont souvent importants: toits arrachés par l’aspiration, arbres brisés, cultures saccagées par la rotation violente du vent.
Peu fréquentes en France (305 recensées entre 1680 et 1999 par J. Dessens), elles se répartissent assez bien, sauf du sud du Massif Central à Rhône-Alpes où elles sont rares, tandis que leur densité est plus marquée des Pays de Loire au Nord, dans la vallée de l’Aude et le Jura. Elles se produisent, de nuit comme de jour, surtout au voisinage de fronts froids vigoureux, dans des régimes rapides de sud-ouest ou ouest.
Les tornades sont de nature identique mais de dimension et d’impact bien supérieurs. Elles sont particulièrement nombreuses dans les grandes plaines du centre des Etats-Unis ("tornado alley"), de plus en plus depuis quelques années (plus de 1 000 par an), probablement à cause du réchauffement en cours de la planète.
Elles sont fréquentes là où s’affrontent des masses d’air très contrastées, les polaires coulant du nord appuyées contre le flanc est des Rocheuses, les tropicales venues du Golfe du Mexique, gavées de chaleur latente pompée aux eaux tropicales, excitées par la surchauffe des terres sèches de l’été.
L'échelle Fujita (conçue en 1971 par le météorologue japonais Tetsuya Fujita) sert à classer les tornades par ordre de gravité, en fonction des dégâts causés. Depuis 2007, on utilise l'échelle "Fujita améliorée" afin de réduire les incertitudes associées à la force des vents en prenant mieux en compte la réalité des constructions.
Elle possède également six niveaux de EF0 à EF5 ; EF pour Enhanced Fujita (Fujita améliorée).