Comment les orages peuvent générer des "rafales descendantes" destructrices.

En juillet, un violent orage a fait rage à Washington, D.C., endommageant des maisons, abattant des arbres, produisant des pluies aveuglantes et laissant des milliers de personnes sans électricité. Il s'agit de la pire tempête qu'ait connue le district depuis qu'un derecho a balayé les régions du Midwest et du Mid-Atlantic en 2012. Les nouveaux dégâts étaient-ils le résultat d'un autre derecho ou d'une tornade ? Non, ont répondu les météorologues de la région. Cette fois, le coupable était une explosion.

Ces produits moins connus issus de violentes tempêtes ont d’abord déclenché la tempête aux États-Unis. l'attention du public dans les années 1980, lorsqu'un avion s'est écrasé près de l'aéroport international de Dallas-Fort Worth, tuant 137 personnes. Les menaces pesant sur les avions ont diminué grâce à davantage de recherches sur le phénomène et à une meilleure surveillance de la vitesse du vent dans les aéroports. Mais ces vents violents représentent toujours un danger, comme en témoignent les dégâts causés par les violentes tempêtes qui ont frappé les États-Unis et certaines parties de l’Europe cet été.

Voici ce qu’il faut savoir sur les rafales descendantes.

Une rafale descendante est une zone de vents puissants produits par une tempête avec un fort air descendant, connue sous le nom de courant descendant. Lorsque le courant descendant atteint le sol, il heurte la surface et se propage, envoyant des vents dans toutes les directions comme un ballon d’eau lâché du ciel.

Chaque tempête a un courant descendant qui envoie de l'air froid vers le sol et le long de la surface, explique Charles Kuster, météorologue chercheur au National Severe Storms Laboratory de Norman, Okla. Mais pour que ce courant descendant crée une rafale descendante, il doit atteindre une certaine vitesse. Il existe quelques seuils différents utilisés, mais un indicateur commun est la vitesse du vent supérieure à 93 kilomètres par heure (58 miles par heure), qui est également la vitesse du vent qui mérite un avertissement d'orage violent de la part du National Weather Service.

Les rafales descendantes peuvent être de deux types : les microrafales, qui affectent une zone inférieure à 4 kilomètres de large, et les macrorafales, qui affectent une zone plus vaste.

Les rafales descendantes ont besoin de deux choses pour se former : un environnement de tempête favorable et un mécanisme de refroidissement puissant. L’humidité qui augmente avec l’altitude et une grande différence de température entre la tempête et l’environnement environnant créent toutes deux des conditions favorables à une rafale descendante, tout comme une forte charge de précipitations – la quantité de pluie ou de grêle retenue en l’air par les vents ascendants alimentant la tempête.

Le mécanisme de refroidissement peut prendre différentes formes. La fonte de la grêle ou l'évaporation de la pluie dans l'atmosphère peuvent refroidir l'air ambiant car ces processus nécessitent de l'énergie. Djordje Romanic, spécialiste de l'atmosphère à l'Université McGill de Montréal, compare cet effet rafraîchissant à la sortie d'une douche chaude. "Vous courez à travers la pièce pour chercher votre serviette et vous avez froid, mais vous venez de prendre une douche chaude", dit-il. "C'est possible parce que l'eau s'évapore, et l'évaporation consomme de l'énergie" sous forme de chaleur. La masse d'air dense et refroidi finit par devenir trop lourde pour que les vents ascendants la maintiennent en l'air et elle tombe sur la terre, créant une rafale descendante.

Les rafales descendantes sont une zone de vents puissants produits par une tempête avec un fort air descendant, connu sous le nom de courant descendant. Les rafales descendantes s'écrasent sur le sol et rayonnent vers l'extérieur. La vitesse du vent lorsqu'une rafale descendante frappe peut rivaliser avec une faible tornade.

Cependant, les rafales descendantes ne nécessitent pas de pluie. Alors que les rafales « humides » sont courantes dans le sud des États-Unis, les États de l’ouest, moins humides, connaissent plus souvent des rafales « sèches ». Dans certains cas, la pluie s'évapore dans l'atmosphère sèche avant de toucher le sol, refroidissant ainsi l'air à l'intérieur de la tempête.

Souvent, lorsqu'une tempête frappe, les résidents affectés attribuent les dégâts à une tornade – et l'erreur pourrait être pardonnée. Les rafales descendantes peuvent générer des vents à peu près aussi puissants qu’une faible tornade, explique Romanic. Mais les parallèles s’arrêtent là. Le nuage en entonnoir caractéristique d'une tornade nécessite un cisaillement du vent élevé (changements de vitesse ou de direction du vent à différentes altitudes) pour entraîner sa rotation. En revanche, les rafales descendantes nécessitent un faible cisaillement du vent pour éviter de déchirer la goutte d’air plus frais et plus élevé.

Les types de dégâts diffèrent également entre les deux, explique Mark Rose, météorologue au National Weather Service de Nashville. Les vents tournants d'une tornade enverront des débris dans un schéma tourbillonnant, tandis que les vents en ligne droite d'une rafale descendante ont tendance à causer des dégâts dans une seule direction.

Toute zone frappée par des orages peut subir une rafale descendante, même si toutes les tempêtes ne produiront pas ces vents forts, explique Kuster. Parce que les rafales descendantes « se développent et se dissipent rapidement », dit-il, les vents destructeurs peuvent frapper avec peu ou pas d’avertissement.

Les tempêtes susceptibles de produire des rafales descendantes peuvent être détectées par radar, qui indique l'emplacement et la vitesse approximative des vents les plus intenses d'une tempête, explique Rose. Mais comme la grille radar est plus grande qu'une rafale descendante typique, il est difficile de prédire exactement quand et où une rafale descendante se produira, explique Romanic. La plupart des rafales descendantes signalées sont des microrafales, ont rapporté lui et ses collègues dans Weather and Climate Extremes en 2022.

Le Laboratoire national des tempêtes violentes étudie un type de technologie radar appelé radar multiéléments qui pourrait détecter les signes d'une rafale imminente quelques minutes avant que la rafale descendante n'atteigne son intensité maximale, donnant potentiellement aux personnes se trouvant dans la zone touchée quelques instants supplémentaires pour se préparer.

C'est difficile à dire. Les rapports faisant état d'explosions descendantes ont augmenté au fil des ans, mais Romanic prévient qu'une grande partie de cette augmentation pourrait être liée à l'amélioration de la détection par radar et au plus grand potentiel de dégâts à mesure que les villes se développent. Après avoir pris en compte ces facteurs, il n’y a pas eu d’augmentation significative des vagues de ralentissement depuis les années 1990, dit-il.

Mais cela ne veut pas dire que la chaleur supplémentaire n’a aucun effet sur les rafales descendantes. Tout ce qui augmente l'énergie d'une tempête augmente la probabilité de vents violents, explique Kuster. Cela inclut des températures plus élevées et plus d’humidité. À mesure que les étés deviennent plus chauds, la planète pourrait connaître davantage de tempêtes susceptibles de produire des rafales descendantes, soupçonnent les chercheurs.

Pour l’instant, Kuster souligne que même si les rafales descendantes ne sont pas aussi courantes qu’un orage typique ou aussi connues qu’une tornade, elles restent dangereuses. "Les chutes sont graves. Les avertissements d’orages violents sont sérieux », dit-il. "Donc, lorsque vous êtes soumis à un avertissement d'orage violent, assurez-vous de vous abriter."

Notre mission est de fournir au public des informations scientifiques précises et engageantes. Cette mission n’a jamais été aussi importante qu’aujourd’hui.

En tant qu'organisation de presse à but non lucratif, nous ne pouvons pas le faire sans vous.

Votre soutien nous permet de garder notre contenu gratuit et accessible à la prochaine génération de scientifiques et d'ingénieurs. Investissez dans un journalisme scientifique de qualité en faisant un don aujourd'hui.