Observatoire français des tornades et orages violents

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

Les supercellules diluviennes dites supercellules HP (high precipitation)

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)

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)

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

 

"Splitting storms", supercellules moteur droit et moteur gauche

 

Le cas particulier des supercellules moteur gauche (supercellules anticycloniques)

 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

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. 

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). 

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. 

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. 

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. 

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. 

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. 

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.