Les orages monocellulaires peuvent adopter une forme qui, si elle est rare, constitue la structure orageuse la plus virulente et la plus dangereuse de toutes : la supercellule.

Un orage supercellulaire a en commun avec un monocellulaire ordinaire la présence d'une cellule convective unique et autonome. En revanche, contrairement au monocellulaire ordinaire dont la durée de vie est brève, la supercellule a pour particularité de pouvoir conserver une activité intense durant parfois plusieurs heures.
 

D'où provient cette longévité remarquable ?

Il faut aller en chercher l'origine dans un décalage spatial entre le courant ascendant principal et le courant descendant d'air froid. Alors que ce courant froid descendant va venir se mêler au courant chaud ascendant dans un monocellulaire ordinaire (et donc asphyxier la convection), il présente dans le cas d'une supercellule un décalage qui, non seulement, permet à l'air chaud ascendant de ne pas subir le refroidissement du courant descendant, mais qui, en constituant un pseudo front froid, vient même dynamiser ces ascendances en favorisant le soulèvement de l'air chaud par un renforcement local de la convergence des flux près du sol. Ce décalage au sein d'une même cellule orageuse est rendu possible par l'inclinaison du courant ascendant, qui vient donc s'alimenter à une distance respectable de la zone où se produisent les précipitations liées au courant descendant d'air froid. 

Cet aspect caractéristique des supercellules est lié à la présence d'un profil de vent fortement cisaillé qui, d'une part, incline la colonne convective d'alimentation de l'orage et qui, d'autre part, transporte verticalement une vorticité primitivement d'axe horizontal générée par le cisaillement présent dans l'environnement. Ainsi, en plus d'être incliné, le courant ascendant d'une supercellule est rotatif, élément qui est visuellement très spectaculaire et qui trahit la présence d'un mésocyclone au sein de la colonne convective d'alimentation de l'orage. C'est la mise en évidence de cette rotation mésocyclonique de manière persistante (au moins 30 minutes) qui définit à lui seul la supercellule et qui la distingue de tous les autres types d'orages. Elle se manifeste sur un radar Doppler de manière très évidente par la juxtaposition de vents de directions contraires dans la zone d'ascendance de l'orage ; sur un radar classique à balayage horizontal, la supercellule se distingue par la présence d'un écho en crochet sur le flanc sud-est de l'orage. 

Ce subtil équilibre entre les flux entrants et sortants de l'orage impose un environnement atmosphérique très particulier, où sont présents simultanément une forte instabilité et un cisaillement vitesse et directionnel des vents. Ces conditions sont assez rarement réunies au même moment et au même endroit, ce qui fait toujours d'un orage supercellulaire un phénomène remarquable et particulièrement dangereux. En effet, par sa structure et sa longévité, une supercellule est toujours associée à des ascendances extrêmement violentes, qui dans certains cas peuvent excéder 200 km/h (vent vertical ascendant), et à une production de météores particulièrement intense : violentes chutes de grêle, précipitations diluviennes, fortes tornades, rafales de vent extrêmes. 

Visuellement, une supercellule est souvent un orage aux dimensions impressionnantes, dont la tour d'alimentation convective, inclinée, rotative et excessivement bouillonnante, se prolonge vers le bas par un nuage-mur et vers le haut par un sommet fortement pénétrant. Un véritable mur de précipitations est généralement visible à quelques kilomètres de là et constitue la manifestation visible du courant descendant d'air froid. 

A l'instar des monocellulaires classiques et des monocellulaires à pulsation, les supercellulaires se forment généralement à distance respectable de leurs congénères. La présence d'autres orages actifs à proximité, notamment en aval dans le flux, a en effet tendance à réduire sensiblement l'énergie convective disponible, essentiellement en raison du brassage de la masse d'air (dispersion de la chaleur humide en réserve près du sol). Les supercellules ont ainsi tendance à se former à l'avant des dégradations orageuses organisées et constituent souvent des orages pré-frontaux. Leur structure totalement autonome tend à créer un vent relatif à l'orage qui conduit la supercellule à ne pas suivre le flux atmosphérique des couches moyennes (ce que font habituellement les orages), mais à dévier sur la droite du vent moyen atmosphérique avec un angle d'environ 25 degrés et à adopter une vitesse de déplacement supérieure à celle du vent moyen mesuré à l'altitude du niveau de contrôle habituel pour un orage. Un tel comportement atypique constitue souvent l'un des éléments importants dans la mise en évidence d'un orage supercellulaire. 

 Les orages supercellulaires répondent aux caractéristiques communes qui précèdent ; néanmoins, comme tout orage, ils présentent des morphologies différentes en fonction de leur environnement, ce qui conduit à en distinguer quatre types différents.
 

Les supercellules classiques

Elles présentent un mésocyclone sur le flanc sud-est de l'orage et une zone de précipitations concentrée dans la partie nord et nord-ouest de l'orage ; ces supercellules sont particulièrement propices à la formation de tornades de forte intensité.

Les supercellules diluviennes dites supercellules HP (high precipitation)



Supercellule du 19 juin 2013 en Côte-d'Or. Cliché pris à 17h43 locales, au moment où la tornade d'Etrochey produisait ses ravages. (c) Laetitia GIBAUD

Elles sont caractérisées par un mésocyclone positionné davantage sur le flanc est de l'orage et par une zone de précipitations qui concerne désormais, en plus de la partie nord de l'orage, sa partie ouest et sud, ce qui conduit les précipitations à envelopper une grande partie du mésocyclone. 

Les supercellules HP sont productrices de tornades faibles à modérées, mais parfois fortes, et sont associées à des précipitations excessivement intenses, notamment sur leur flanc sud-ouest. Elles peuvent ainsi provoquer des crues-éclairs, des destructions liées à la grêle, des rafales de vent extrêmes et une très forte activité électrique (forte propension aux chutes de foudre de forte intensité). 

 Cette catégorie de supercellules est excessivement dangereuse dans la mesure où les tornades générées par le mésocyclone sont souvent cachées par des rideaux de pluie et de grêle, comme ce fut le cas à Etrochey en juin 2013 (cf. photographie de Laëtitia GIBAUD ci-contre).
 

Les supercellules sèches, dites supercellules LP (low precipitation)

Elles présentent un mésocyclone positionné sur le flanc sud de l'orage et une zone de précipitations assez diffuse sur le flanc nord et nord-ouest de l'orage. Ces supercellules, qui se forment dans des environnements secs, se distinguent par une structure très dessinée, très visuelle et particulièrement nette. 

En effet, la faible humidité environnante conduit la structure de la cellule à apparaître au grand jour, sans être dissimulée par des rideaux de pluie, ce qui toutefois complique leur détection par les radars de précipitations. Le peu de précipitations significatives généré par les supercellules LP se concentre au nord immédiat du mésocyclone et se matérialise par une zone étroite de pluies fortes mêlées à de violentes chutes de grêle. 

Les supercellules LP sont ordinairement associées à des chutes de grêlons géants, à une activité électrique essentiellement intranuageuse, à de violentes microrafales et à des tornades qui peuvent se révéler de forte intensité. La durée de vie d'une supercellule LP est souvent plus brève que celle de ses consoeurs qui se forment dans des environnements plus humides.
 

Les mini-supercellules, dites supercellules LT (low topped)

Elles possèdent généralement toutes les caractéristiques d'organisation des supercellules classiques, mais qui, en raison d'une instabilité limitée et d'une tropopause assez basse (moins de 10 km), ne présentent pas des dimensions aussi imposantes. 

Les signatures radar d'écho en crochet sont plus ténues dans le cas des mini-supercellules, mais elles n'en demeurent pas moins des structures orageuses périlleuses, particulièrement favorables à la formation de tornades et à la survenue de violentes précipitations, de chutes de grêle et de rafales destructrices. 

Le cliché ci-dessous (Julien AVALET) illustre parfaitement ce type de structure. Il a été capturé le 8 septembre 2013 en Picardie.


 

Coupes horizontales de supercellules

Orage supercellulaire - On note la colonne d'air ascendant, très massive, inclinée et en rotation :



Supercellule HP - Le mésocyclone est positionné sur le flanc est / sud-est de l'orage :



Supercellule LP - Le mésocyclone est positionné sur le flanc sud est de l'orage :




 

"Splitting storms", supercellules moteur droit et moteur gauche

Un Splitting Storm, ou "orage dédoublé", désigne une cellule orageuse qui se scinde en deux. Chacune des deux cellules suit alors une trajectoire distincte de l'autre. L'une prend une trajectoire déviée sur la gauche du flux dominant (cellule à moteur gauche), et la seconde prend une trajectoire déviée sur la droite du flux dominant (cellule à moteur droit). La cellule à moteur gauche se déplace habituellement plus vite que la cellule à moteur droit. Le plus souvent, la cellule à moteur gauche tend à s'affaiblir et à se dissiper assez rapidement (seules certaines d'entre elles évoluent en supercellule à rotation anticyclonique) ; à l'inverse, la cellule à moteur droit évolue régulièrement en supercellule classique.
 

Le cas particulier des supercellules moteur gauche (supercellules anticycloniques)

Les supercellules à rotation horaire (anticyclonique), dites supercellules moteur gauche, sont relativement rares dans la mesure où les cellules moteur gauche issues d'un "split" ont tendance à se dissiper rapidement. Quelques cas ont toutefois été enregistrés ces dernières années en France. La supercellule anticyclonique du 11 mai 2009 en Charente-Maritime, lors de l'épisode supercellulaire qui a affecté le Sud-Ouest ce jour-là, en est un exemple. 

 Comme la photo ci-dessous en témoigne, les supercellules organisées autour d'un mésoanticyclone présentent visuellement une colonne convective en rotation horaire. Le cas photographié ici provient des Etats-Unis et illustre un cas très net de supercellule moteur gauche à faibles précipitations (supercellule LP). Il n'existe pas à ce jour de photographie aussi explicite de supercellule anticyclonique sur le sol français. Ces supercellules se distinguent par un nuage-mur positionné sur le flanc arrière gauche de la structure convective, dans le prolongement du mésoanticyclone. Par rapport à l'axe de déplacement de l'orage, le mésoanticyclone est ainsi positionné en parfaite symétrie du mésocyclone d'une supercellule classique, ce qui confère à la structure supercellulaire anticyclonique une allure originale et atypique. 



Les captures radar ci-dessous sont relatives à la tornade de Los Altos (Etats-Unis), le 4 mai 1998. Le cas est très intéressant, tant les tornades issues de supercellules moteur gauche sont rares. L'image de gauche est issue d'un radar doppler, et celle de droite est une image de réflectivité radar sur laquelle est positionnée la tornade (marquée d'un cercle). La tornade s'est formée dans le prolongement du mésoanticyclone de la supercellule, et se trouve ainsi localisée sur le flanc sud-ouest de la structure convective (et non sur son flanc sud-est comme dans le cas des supercellules classiques, à moteur droit et à mésocyclone). Dès lors, l'écho en crochet, typique des supercellules, se trouve orienté vers la gauche de la structure, et non vers la droite.


 

Lexique des terminologies associées aux supercellules

Bande d'afflux 
Une bande d'afflux désigne la succession de nuages convectifs, généralement organisés sous la forme d'une ligne, qui viennent alimenter un système orageux. Ces cumulus sont autant de cellules convectives qui assurent la régénérescence de l'orage en bordure duquel ils se forment et par lequel ils se trouvent aspirés. La bande d'afflux se forme ordinairement à l'est ou au sud des systèmes orageux. 

BWER (Bounded Weak Echo Radar - Echo arqué à faible réflectivité) 
Un BWER désigne une signature radar caractérisée par la présence d'un noyau de faible réflectivité entouré et surplombé par de fortes réflectivités. Cette configuration trahit la présence d'un courant ascendant excessivement puissant, qui chasse les précipitations en altitude. Il s'agit d'une signature couramment associée aux orages supercellulaires. 

Inflow Notch (ou entaille d'afflux) 
Un inflow notch désigne une signature radar constituée par une encoche de faible réflectivité dans la zone d'afflux de la cellule orageuse. Cette encoche se présente généralement sous la forme d'un V. Les supercellules présentent souvent une entaille d'afflux dans la quadrant droit de l'orage, dans le cas des supercellules classiques notamment. Les supercellules HP tendent pour leur part à présenter un inflow notch sur leur flanc est ou à l'arrière immédiat de la cellule (RIN : rear inflow notch). 

Mésocyclone 
Zone de rotation au sein d'une colonne convective, d'un diamètre typique de 3 à 10 kilomètres. Cette rotation est ordinairement localisée sur le flanc arrière droit d'une supercellule (ou sur le flanc est d'une supercellule HP). La circulation atmosphérique induite par un mésocyclone est sensiblement plus large que celle de la tornade à laquelle, dans un certain nombre de cas, il donnera naissance. Au sens strict, un mésocyclone désigne une signature spécifique qui apparaît au radar Doppler et non un élément visuellement identifiable. Néanmoins, certains éléments visuels (stries, nuage-mur rotatif, ...) peuvent trahir sa présence. 

Mésocyclone occlus 
Un mésocyclone devient occlus lorsque le courant descendant du flanc arrière (RFD) finit par envelopper totalement la circulation cyclonique dans les basses couches, rompant ainsi l'alimentation de la cellule orageuse en air chaud, humide et instable. 

Moteur droit / Moteur gauche 
Une supercellule est dite à moteur droit lorsqu'elle dévie sur la droite du flux moyen (cas le plus fréquent) ou à moteur gauche lorsqu'elle dévie sur la gauche par rapport au flux moyen. 

Nuage-mur 
Un nuage-mur désigne une base nuageuse localement surbaissée, sous un nuage convectif, le plus souvent un Cumulonimbus. Il positionne la zone d'alimentation principale de la cellule convective et témoigne de l'existence de forts courants ascendants. Un nuage-mur rotatif est ordinairement associé à une structure de type supercellulaire et c'est sous ce nuage-mur que se forment ordinairement les tornades. 

Queue de castor 
Une "queue de castor" désigne une formation nuageuse plate qui s'étire à l'avant du courant descendant avant d'une supercellule. 

R.F.D. (Rear Flank Downdraft - Courant descendant du flanc arrière) 
Un RFD désigne la région où domine un courant descendant d'air sec, qui s'organise sur le flanc arrière du mésocyclone d'une supercellule et finit souvent par l'envelopper. Il se signale visuellement sous la forme d'une fente claire qui s'enroule autour du nuage-mur. Il draine souvent des précipitations dans sa zone de contact avec le nuage-mur, ce qui crée assez fréquemment une signature radar en forme de crochet, qui trahit ainsi la présence d'un RFD. 

R.I.N. (Rear Inflow Notch) 
Un RIN désigne une signature radar caractérisée par une encoche de faible réflectivité, souvent en forme de V, positionnée à l'arrière immédiat d'une cellule orageuse qui, le plus souvent, sera une supercellule HP. Cette faible réflectivité indique un afflux tellement violent dans les couches moyennes que les précipitations en sont pour partie chassées.