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Orages Supercellulaires

1. Réflexion autour de la Définition Ambiguë d'une Supercellule

Voici en guise d'introduction un formidable article d'un spécialiste fondateur des supercellules (Charles A. Doswell), résumé et traduit par mes soins. Ceci constitue une très bonne base d'introduction avant de se pencher plus en avant sur les supercellules.

Mésocyclone Profond et Persistant :
Photo d'une supercellule Une supercelulle se définit comme étant un système convectif possédant un mesocyclone profond et persistant. Par « profondément » on entend que les critères de mesocyclonité de l'orage affectent la circulation verticale dans une fraction "significative" de la profondeur de l'orage convectif. Par « persistant » on met cette durée, en rapport à une échelle de temps convective, définie par le temps que prend une parcelle d'air pour s'élever, de la base du courant aérien ascendant, vers le haut (de l'ordre de 10-20 minutes). Un mésocyclone peut être défini comme étant donc une grandeur de vorticité.
Signature Radar Particulière :
La vorticité "profonde" et "persistante" de l'orage, semble donc être un critère majeur permettant de le définir en tant que supercellule. Cette seule caractéristique ne suffit pas et il peut être difficilement admissible que l'on va classer un système convectif possédant 1.05 unité de vorticité mésocyclonique en tant que supercellule alors que celui ne possédant que 0.95 unité de vorticité mésocyclonique comme n'en étant pas un. Ce serait un non-sens si on utilisait ce seul critère. Une supercellule est également donc définie par une signature radar particulière, mais qui est souvent amené, contrairement à l'indice de vorticité (quantitatif), à être un jugement subjectif de la personne qui analyse l'écho radar.
Condition d'Environnement Atmosphérique Commune :
Il faut savoir qu'il y a plusieurs morphologies différentes de supercellule et que cela peut donc donner lieu à plusieurs variabilités possibles de spectre. On retrouvera pourtant un dénominateur commun. Mais en aucun cas la géographie du lieu donnera un spectre particulier, même si on retrouve des comportements typiques de supercellules dans les différentes régions. Non, il s'agira alors de l'environnement atmosphérique particulier qui donnera la spécificité, peu importe le lieu. La nuance est importante car mettez les mêmes caractéristiques atmosphériques d'un lieu A vers un lieu B et vous obtiendrez à fortiori la même structure et évolution de la supercellule. Ce ne sont donc pas les Grandes Plaines qui donnent la spécificité, mais l'environnement atmosphérique présent dans les Grandes Plaines Américaines. Partant de ce constat et sachant que les radars doppler ont été plus que généralisés et étudiés dans cette région du monde, on peut tout à fait penser que l'on puisse retrouver également les mêmes caractéristiques de l'atmosphère dans d'autres endroits du monde beaucoup moins étudiés et aussi équipés que les Grandes Plaines.
Subjectivité de la Définition :
Tous les prévisionnistes opérateurs (surtout américains) prennent en très forte considération le fait qu'un orage soit classé en supercellule ou non, car c'est sur ce critère semble-t-il qu'il jugera de la probabilité d'un évènement grave possible. Et pourtant, que penser de la génération d'une tornade sur un orage classé comme n'étant pas une supercellule (= landspout ou gustnadoes) ? Que penser des rideaux géants de grêle destructrice ? Que diriez-vous d'un front de rafale puissant ? Que penser d'une supercellule qui ne génère que des événements mineurs ? Tout n'est donc pas si simple dans la réalité et assez subjectif finalement.

2. Définition Générale

Classement :
Image Radar de 2 supercellules Les supercellules sont classées comme des orages très puissants, les plus puissants des orages monocellulaires. Mais d'autres les classent à part. On a donc souvent dit qu'il existait les orages supercellulaires et les autres, les orages ordinaires. En fait on classe aujourd'hui en 4 catégorie les orages : les monocellulaires, les multicellulaires, les lignes de rafales (ou grain) et les orages supercellulaires, ce qui est la classification la plus vraisemblablement admise aujourd'hui.
Mésocyclone :
La caractéristique principale d'une supercellule est qu'il s'agit d'un orage violent possédant un courant aérien ascendant tournant profondément dans la structure de l'orage et de façon persistante. La présence d'un mésocyclone bien formé est donc primordiale pour définir un orage supercellulaire.
Isolement :
Une supercellule est habituellement isolée des autres orages, d'où le fait qu'on les ait classés longtemps comme de type monocellulaire. En effet ce sont des orages généralement indépendant des autres orages et qui se développent souvent de manière éloignée, mais on peut aussi parfois les trouver enfoncé ou bien même à l'avant d'une ligne de grain puissante.
Déplacement :
Ce sont des orages qui peuvent durer des heures et traverser de très grandes étendues sans baisser d'intensité. Bien que cela ne soit pas une règle générale, les supercellules se déplacent souvent très rapidement (50km/h). Elles ont surtout la possibilité de dévier du flux moyen directeur (conditionné par le vent de moyenne altitude). C'est une caractéristique propre qui permet de les classer en 2 catégories. Si elles dévient vers la droite (ou gauche) du vent moyen, on dit qu'ils sont des droit-moteur (ou gauche-moteur). La grande majorité des supercellules des Grandes Plaines à la fois puissante et vivant longtemps sont des droit-moteur.
Dimension et Intensité :
Les orages supercellulaires peuvent être de toute taille en fait, de l'ordre de 10 kilomètres de large jusqu'à 100 km de diamètre. La taille moyenne d'une supercellule typique étant de l'ordre de 20 à 60km (20 miles est le plus répandu = environ 32km de diamètre). De même la hauteur peut varier de 6 km seulement jusqu'à 16km d'altitude (en fonction de la latitude et des saisons), mais ce sont souvent les orages (aux latitudes tempérées) qui ont les plus grandes extensions verticales. Habituellement ils produisent d'intenses chutes de grêles et de grêlons extrêmement volumineux, des précipitations torrentielles, des vents destructeurs et constants et environ 30% des supercellules produisent des tornades sous le mesocyclone. La taille et la puissance d’un orage super-cellulaire sont d’autant plus grandes que l’environnement lui est favorable (instabilité, humidité de basses couches, air sec en moyenne troposphère…).
Situation dans le Monde :
Les supercellulaires peuvent se produire dans beaucoup de régions des Etats-Unis (dans le Middle West surtout et plus particulièrement dans la Tornado Alley dès le début du printemps), cependant elles sont aussi fréquentes dans les grandes plaines et les déserts du monde entier si les conditions atmosphériques s'y prêtent. D'ailleurs la toute première supercellule identifiée comme telle a été étudiée par Keith Browning et Frank Ludlam en 1962 en Angleterre près de la petite ville de Wokingham.

3. Fonctionnement d'une Supercellule

Cisaillement et Instabilité :
Hodographe Supercellulaire C'est le cisaillement des vents qui est le moteur de la vorticité d'une supercellule. Il faut généralement un vent qui augmente avec l’altitude et un vecteur cisaillement qui tourne avec l’altitude, en général dans le sens anticyclonique (pour un moteur-droit). Comme dans le cas de l’orage multicellulaire, ce fort cisaillement vertical du vent, d’une part, empêche les subsidences de contrarier les ascendances, et d’autre part, favorise l’étalement du courant de densité dans une direction privilégiée. Les courants aériens ascendants forts soulèvent ensuite cet air tournant autour d'un axe horizontal et le font tourner en même temps autour d'un axe vertical à mesure qu'il s'élève. Mais c'est le cisaillement directionnel qui est le moteur principal et qui différencie un orage mésocyclonique d'un orage ordinaire. A noter que pour ce qui est des modèles hydrostatiques à maille large, la possibilité de disposer d'hodographes (courbe de cisaillement) dans les zones de Cape, va renseigner (suivant leurs formes) sur la nature des cellules orageuses, en particulier la probabilité de supercellules.
Ascendance et Vorticité :
Lorsque les ascendances sont très puissantes, les vitesses verticales peuvent atteindre jusqu'à 100 à 180km/h. De ce fait, les précipitations qui s’y forment sont rapidement transportées en altitude et les gouttes sont maintenues en suspension dans l’air. Ces dernières peuvent donc grossir jusqu’à atteindre un poids important. Elles retombent alors à la périphérie de la zone d’ascendance où les mouvements verticaux sont plus faibles. Le cisaillement des vents, combiné à cette puissante énergie convective, forme un courant aérien ascendant, tournant de manière "profonde" dans la structure de la supercellule : le mesocyclone. On peut très vite arriver à une situation où on a un renforcement du mouvement vertical sous le courant ascendant et une synchronisation entre le front de rafales descendant et le courant ascendant, presque en circuit fermé. De plus, si l'énergie potentielle convective disponible monte au-dessus de 1 500 J/kg, le courant ascendant permettra une très large extension verticale du courant ascendant principal (jusqu'à plus de 15 km d'altitude).
Effet de Couvercle :
Un effet de couvercle ou une "inversion couvrante" est habituellement exigé pour former un courant descendant de force suffisante. Cet "effet de couvercle" est provoqué par une couche d'inversion (de l'air chaud au-dessus d'un air froid) situé au-dessus d'une couche normale et qui constitue la frontière (air froid au-dessus d'un air chaud), ce qui va bloquer l'air extérieur chaud et empêcher qu'il descende trop loin. Ceci va permettre ce qui suit (l'un ou l'autre ou les 2 à la fois) :
- L'air au-dessous du couvercle va chauffer et/ou devenir plus moite
- L'air au-dessus du couvercle va se refroidir
Ceci crée une couche plus chaude et plus moite au-dessous d'une couche plus fraîche, et va rendre le tout beaucoup plus instable (parce que l'air chaud est moins dense et tend à se lever). Quand le couvercle s'affaiblit ou des mouvements ascendant fort percent la couche d'inversion, alors un développement explosif a lieu.
Dédoublement Orageux (Splitting Storm) :
Animation radar d'un splitting Un "split" d'une cellule orageuse est la division d'une cellule orageuse (généralement d'abord un multicellulaire de type cluster), en deux cellules distinctes qui partiront chacune d'un côté différent par rapport au vent moyen directeur. L'une déviera vers le côté gauche du flux moyen directeur et formera un moteur gauche. L'autre déviera vers la droite du flux moyen directeur et formera un moteur droit. Le mécanisme même d'un splitting explique ainsi la formation d'une double rotation et la possibilité de formation de 2 mésocyclones distincts. Tous les splitting n'aboutissent pas forcément à la formation de deux supercellules distinctes, mais c'est un évènement visible sur radar qui permet d'anticiper la probabilité imminente de formation d'une supercellule. Le moteur gauche est plus susceptible de s'affaiblir et de se dissiper, mais en de rares occasions va s'intensifier en une supercellule tournant dans le sens anticyclonique (sens horaire dans l'Hémisphère Nord). Le moteur droit a le potentiel le plus élevé pour devenir un orage violent ou une supercellule tournant dans le sens cyclonique (sens antihoraire dans l'Hémisphère Nord). Dans l'exemple de l'animation radar ci-contre, deux supercellules se sont formées à l'issu du split. La supercellule du moteur gauche sera d'ailleurs plus violente que le moteur droit et développera un nuage-mur rotatif très esthétique.
Tourbillon Horizontal et Vertical :
Modèle Conceptuel Supercellulaire de Klemp La conjonction d’un tourbillon à axe horizontal, préexistant dans l’environnement cisaillé verticalement, avec un champ de vitesses verticales et des vents relatifs favorables à son basculement, entraînent une structure tridimensionnelle de l’orage avec un mouvement ascendant tourbillonnaire (rouge) et un flux d'air sec et froid (bleu) qui s’étale, lui aussi, en tournant pour former le courant de densité. Ce fort tourbillon vertical est l’une des particularités des orages super-cellulaires. La supercellule se forme donc à un point de conflit entre une descente d'air froid en altitude et un flux d'air sec dans les couches moyennes. Le flux d'air chaud et humide près du sol converge vers la supercellule en s'accélérant vers cette zone de conflit. Dans cette configuration pour un moteur-droit, nous apercevons sur les radars doppler une forme en haricot (ou écho pendant) sur le côté Sud-Ouest de la supercellule et une forme évasée vers le Nord-Est. Les précipitations les plus lourdes sont habituellement du côté Sud-Ouest, finissant abruptement au niveau de la base du courant aérien ascendant principal. Le courant descendant de flanc arrière (appelé aussi pseudo-front froid ou RFD) porte les précipitations dans le sens contraire des aiguilles d'une montre autour du côté Nord et Nord-Ouest produisant et se terminant en « écho de crochet » vers le Sud-Ouest, ce qui indique la présence d'un mesocyclone.
Isolement et Compétition des Cellules :
Plus la supercellule est isolée des autres orages, plus celle-ci sera destructrice, ce qui favorisera sa rotation et sa production de tornade, en raison d'une forte alimentation en air humide disponible autour de la supercellule. Aussi plus il y a d'orages violents autour, moins la supercellule sera intense, car cela réduit l'alimentation en air instable. On dit que les cellules convectives sont en compétition entre elles. Les grosses tornades sont donc très souvent formées dans une supercellule isolée et distante des autres orages. La distance est bien entendue proportionnelle à l'humidité disponible. Ceci n'est d'ailleurs pas que valable pour les supercellules mais également vrai pour tous les types d'orages.
Courant Descendant et Courant de Densité :
Les précipitations, lorsqu'elles se déclenchent, entraînent avec elles un courant de densité puissant et dynamique. Ce courant de densité peut être renforcé par l’intrusion d’air sec de la moyenne troposphère qui favorise une forte évaporation des précipitations et donc un refroidissement. Le courant descendant peut en effet atteindre 70km/h. Les rafales de vent associées au courant de densité sont souvent très fortes. Le fort courant de densité produit, au sol, une nette hausse de la pression atmosphérique et une baisse de la température. Ce sont en général les caractéristiques d’un orage fort. L’orage supercellulaire présente encore une autre particularité. Par suite d’une répartition propice des vents dans la troposphère, la propagation du puissant courant de densité jusque loin à l’avant de la cellule, où il va forcer les ascendances, s’effectue à une vitesse qui est exactement celle du déplacement de la supercellule orageuse. L’orage reste constitué de son unique cellule qui se propage en conservant une structure interne d’organisation stable des ascendances et des subsidences : la convergence au sol entre l’air froid subsident et l’air chaud se fait toujours au même endroit dans le repère lié à la cellule, d'où la durabilité de cette dernière.
Critères d'Identification d'une Supercellule Classique :
Selon Alex Hermant (Traqueur Orage), dans une supercellule classique :

* Les caractéristiques des échos radars comportent souvent (mais pas toujours) :
- un crochet ou un écho pendant
- une région limitée d'écho faible (BWER)
- une entaille en V
- un mésocyclone
- parfois un TVS

* Les caractéristiques visuelles (dans la partie Sud-Ouest essentiellement), incluent souvent :
- une base sans pluie
- une enclume rétrogressive
- souvent un nuage-mur
- une ligne d'alimentation (parfois en forme de tour pénétrante inclinée)
- un sommet pénétrant (ou outrepassant)
- des mammas sous l'enclume et/ou une enclume à rebord enroulé
- une bande d'afflux

4. Structure et Terminologie Visuelle d'une Supercellule Classique

Vu du Sud-Ouest, une supercellule classique présente certains éléments visuels communs. (Note : ils ne sont pas tous sur le schéma et leur présence n'est pas tous indispensable.)

Base des courants ascendants :
Schéma d'une supercellule Cette base sombre et aux formes nuageuses turbulentes est très souvent sans pluie (parfois tout de même de la grêle ou de la pluie peut s'en échapper mais de façon sporadique). Cette zone généralement au Sud-Ouest et à l'arrière du nuage-mur, constitue l'apport en air chaud du courant aérien ascendant principal.
Ligne d'alimentation :
Il s'agit d'une formation cumuliforme en escalier qui pénètre à l'arrière de l'enclume vers la zone la plus active de la supercellule (le bas de l'escalier se trouvant au Sud-Ouest). Cette zone est le siège des ascendances cycloniques inclinées et peut parfois présenter un aspect torsadé en raison de la vorticité de la supercellule (mésocyclone). Cette zone coïncide souvent avec un pseudo-front froid.
Tour pénétrante principale :
Il s'agit en fait de la zone de la ligne d'alimentation la plus proche de la supercellule et constitue le coeur du courant ascendant cyclonique au-dessus du mésocyclone. Elle présente souvent l'aspect d'un mur cumuliforme (parfois torsadé) et s'étendant latéralement contre le flux général.
Enclume Rétrogressive :
Il s'agit de l'enclume de cisaillement arrière que le vent ascendant étend contre le flux d'altitude. C'est un signe d'orage violent, particulièrement si une rotation est visible car seul une ascendance très forte peut générer une enclume rétrogressive dans ce genre de cas.
Enclume à Rebord Enroulé :
Il s'agit d'une sorte de collier boursouflé entourant le bord d'une enclume rétrogressive et apparait lorsque l'extension horizontale de l'enclume est particulièrement rapide.
Mammas :
Présent sous la partie inférieure de l'enclume, ceci témoigne également d'un fort courant ascendant, mais se rencontre également dans beaucoup d'autres types d'orages. Seuls des mammas vraiment gros sont susceptibles de renseigner sur la violence d'un orage, souvent situés d'ailleurs à plusieurs kilomètres de là. Les protubérances sont formées par des poches d'hydrométéores plus lourds (parfois solide) qui ont tendance à s'affaisser avec la gravité, surtout si de l'air plus sec et moins dense se trouve en dessous.
Sommet Pénétrant :
Un sommet qui outrepasse en hauteur l'enclume est par contre un très bon indicateur de la puissance du courant ascendant. Il est avéré que certains sommets pénétrants de supercellules très violentes puissent s'élever jusqu'à 20km d'altitude, c'est à dire profondément dans la stratosphère. Un sommet pénétrant est donc un forçage de la tropopause, logiquement limite du développement nuageux. Ce dôme nuageux s'observe généralement également dans la partie Sud-Ouest de l'orage juste au-dessus de la tour pénétrante principale.
Nuage-mur :
Il s'agit de la zone de l'afflux principal en air chaud de la supercellule. Dans un orage HP, le nuage-mur n'est pas visible car caché dans les précipitations. Un nuage-mur d'une supercellule est forcément de nature rotative et témoigne de la probabilité (mais pas forcément) de la naissance d'une tornade.
Tornade :
30% des supercellules sont capables de générer une tornade. (on pourrait créer un dossier rien que consacré aux tornades, tant il y aurait à dire également).
Striures :
Ce sont des rainures dans la base des formations nuageuses situés autour du nuage-mur et qui se forment parallèlement au flux d'air. C'est un bon indicateur de la présence d'un mésocyclone
Mésocyclone :
Un mésocyclone est une rotation de l'orage sur un diamètre d'environ 3 à 10 km. En fait ceci n'est pas visible à proprement parlé car seul une vidéo accélérée est capable de montrer la présence d'un mésocyclone, ainsi que la présence de striure, d'une bande d'afflux courbé ou bien la présence d'une tour pénétrante torsadé, en bref des témoins indirects du mésocyclone. Un mésocyclone est en fait un terme propre aux signatures radars (nous y reviendrons donc plus tard).
Nuage-Queue :
Ce nuage peut s'étendre à partir du côté droit du nuage-mur en direction du Nord / Nord-Est et à la même hauteur que le nuage-mur. Il s'agit en fait de l'apport en air humide du courant descendant situé à proximité et qui provoque la condensation de ce nuage comme un prolongement du nuage-mur. On a souvent l'impression qu'il se déplace vers le nuage-mur en se régénérant à son extrémité. On peut même apercevoir un très rapide mouvement ascendant de ce nuage vers sa partie la plus proche du nuage-mur, provoqué par l'aspiration du courant ascendant.
Arcus :
Parfois mais pas toujours, le pseudo-front chaud (parfois mais plus rarement, le pseudo-front froid) se matérialise par un front de rafale en forme d'arcus (ou shelf cloud). Ceci n'est pas une caractéristique propre aux supercellules, mais plutôt aux orages en ligne de grain, et se rencontre également dans bien d'autres types d'orages.

5. Autres Structures Visuelles

Bande d'afflux :
Parfois, le pseudo-front chaud est matérialisé par une bande d'afflux. Ce n'est pas quelque-chose qui se retrouve uniquement dans les supercellules, mais c'est un bon indicateur d'orage violent. Une bande d'afflux est une bande de nuage bas qui converge vers le courant ascendant principal (à ne pas confondre avec la ligne d'alimentation). Cette bande se place de manière à être parallèle aux vents de niveau inférieur et va nous renseigner sur l'apport en air humide de l'orage et donc sur la violence potentielle de l'orage. A noter qu'une bande d'afflux courbée est le témoin d'une rotation mésocyclonique. Sur le schéma cette bande d'afflux serait une bande de nuage bas placé au milieu-gauche (à droite de la ligne d'alimentation presque parallèlement) et convergerait vers le mésocyclone - raison pour laquelle je ne l'ai pas placé sur le schéma sinon cela l'aurait trop surchargé. (ce n'est pas propre aux supercellules, si non courbé)
Fente claire :
Juste à gauche du nuage-mur, on peut apercevoir une zone avec une visibilité nuageuse réduite, comme un coin plus clair sur le côté gauche du nuage-mur. Ceci est dû à la présence d'un air plus sec et permet de se rendre compte du courant descendant du flanc arrière (ou RFD).
Zone d'air sec arrière :
Une fente claire permet d'indiquer la présence d'un courant descendant de flanc arrière (ou RFD) près du mésocyclone et à gauche du nuage-mur. C'est une zone où on peut avoir un peu de pluie ou de grêle mais de façon dispersé et sporadique car c'est la zone où se trouve un crochet ou un écho pendant (visible sur un radar) situé à haute altitude. (Voir le tout premier schéma à droite dans la partie fonctionnement d'une supercellule, vous comprendrez mieux).
Zone de précipitation continue avant :
Le Nord-Est de la supercellule est la zone où se situe le courant descendant de flanc avant (ou FFD). C'est une zone de précipitations continues.
Mésocyclone occlus :
Lorsqu'un front de rafale enveloppe totalement le mésocyclone (pas le cas sur le schéma), l'afflux en air chaud humide et instable se retrouve coupé. C'est donc le courant descendant arrière (RFD) qui se propage en basse couche autour du mésocyclone. On appelle ça un mésocyclone occlus.
Pied de pluie :
Dans beaucoup de situation, lorsque le courant descendant est suffisamment fort, on peut apercevoir une sorte de pied de pluie générant de très forte turbulence (microburst). Sur le schéma j'ai seulement incliné les précipitations là où il y a marqué "grêle". Imaginez que le bas se propage sur la surface comme une sorte de pied. Parfois la situation dégénère totalement et le pied de pluie forme carrément une boucle fermé rejoignant le coté droit du nuage mur (nuage-queue par exemple). Nous avons alors là un circuit fermé entre le courant descendant aspiré totalement vers la base du courant ascendant principal du nuage-mur. Ce phénomène visuellement peut faire penser à une tornade. (un pied de pluie simple n'est pas propre aux supercellules)
Nuage auxilière :
Ces types de nuages sont des éléments structurels dépendant d'un plus grand système. Nous avons comme nuage auxiliaire par exemple, le nuage tabulaire, le nuage en rouleau, le nuage-mur, le nuage en queue, la queue de castor...etc. L'arcus en lui-même est considéré plutôt comme une "particularité supplémentaire" nuageuse, au même titre qu'un virga, un mamma, ou même la présence d'une enclume ou non (appelé "incus").
Nuage en collier :
Il est assez rare de le voir (sachant qu'il est déjà rare de voir une supercellule ^^). C'est en fait une sorte d'anneau entourant de façon circulaire le nuage-mur, comme une bouée placé entre le nuage-mur en dessous et la base nuageuse avec les striures au-dessus.
Nuage laminaire :
C'est un nuage visuellement très impressionnant qui se retrouve en de rare occasion au tout début du développement d'une supercellule, vers la ligne d'alimentation, là où on retrouvera plus tard sans doute un nuage-mur. Il ressemble à un empilement d'assiette lenticulaire à la base flou et lisse, auquel on aurait donné au-dessus un développement convectif explosif. C'est un indicateur d'un très gros forçage d'une couche d'inversion (effet de couvercle transpercé). La couche d'inversion se trouve à la limite entre le haut des lenticularisations et le bas du développement convectif.
Queue de castor :
Parfois, une forme de queue de castor plate est visible. Il s'agit d'un type particulier de bande d'afflux, attaché au courant ascendant principal et elle peut être la matérialisation du pseudo-front chaud. Comme une bande d'afflux classique celle-ci converge vers le courant ascendant principal. Sur le schéma elle serait placée sur le milieu droit (devant le mot arcus) et convergerait vers le mésocyclone. A ne pas confondre avec un nuage-queue (moi-même j'ai confondu au début d'ailleurs), car une queue de castor n'est pas rattaché directement au nuage-mur mais vers le courant ascendant principal et se situe à un niveau d'altitude légèrement supérieur que le nuage-mur, c'est à dire au même niveau que les bases nuageuses ascendantes, comme d'ailleurs les bandes d'afflux.
Nuage en rouleau :
Ceci n'est pas propre aux supercellules, mais il peut exister à basse altitude, une sorte d'arcus en forme de tube qui se trouve totalement détaché du reste de l'orage. Cela ressemble souvent à un stratocumulus très allongé situé le long du pseudo-front chaud à la place d'un arcus. Comme l'arcus c'est un signe de front de rafale, mais on les aperçoit surtout à la fin du développement d'un orage.
Nuage tabulaire :
C'est une autre variante encore de l'arcus que l'on retrouve sur les fronts de rafales des supercellules. Un nuage tabulaire ressemble à un arcus très proéminant comme une succession de coins nuageux allongés et soudés parfaitement entre eux. On dit "une forme tabulaire" qui désigne une forme en relief bien particulière. (n'est pas propre aux supercellules)
Griffes :
Un front de rafale classique, un arcus, un nuage en rouleau ou un nuage tabulaire peuvent présenter des griffes nuageuses qui peuvent raser de très près le sol. Il s'agit de prolongements déstructurés des "dents" propres à l'arcus, normalement assez compacts. C'est souvent un signe d'intensification de l'orage. (n'est pas propre aux supercellules)
Scud Cloud :
Il s'agit de nuages bas et isolés qui sont attrapés dans la sortie descendante de l'orage (zones de précipitations). Lorsque l'air froid atteint la terre, il soulève l'air relativement chaud, ayant pour résultat la saturation par la montée. Ainsi, la présence des scuds clouds indique presque toujours la présence de la sortie descendante en air froid. Cela ressemble à des fractocumulus comme des chiffons de nuages. (n'est pas propre aux supercellules)

6. Signature Radar d'une Supercellule

Schéma d'une supercellule P-F F : Pseudo-Front Froid
P-F C : Pseudo-Front Chaud
FFD : Courant Descendant de Flanc Avant
RFD : Courant Descendant de Flanc Arrière
ER : Echo Radar
LA : Ligne d'Alimentation
LE : Limite de l'Enclume
1. : Crochet (Sud du Mésocyclone)
2. : Surplomb (Ouest du Mésocyclone)
3. : Entaille d'Afflux (Nord du Mésocyclone)
4. : Entaille en V
ER :
Voici en vert la signature radar typique d'une supercellule. Elle a une forme d'haricot ou d'aile de papillon. Il s'agit ici d'un droit-moteur, l'orage se déplace donc du SO vers le NE, la zone la plus violente étant le coin SO.
LA :
La ligne d'alimentation délimite la zone où l'air chaud monte en altitude et est attiré vers le centre de la supercellule, au niveau de la colonne d'air ascendant principale de l'orage.
LE :
La limite de l'enclume délimite l'extension verticale maximale de l'orage. L'enclume est parfois rétrogressive, avec une supercellule.
P-F F :
Le pseudo-front froid, délimite la zone d'air froid descendant arrière de l'air chaud instable s'engouffrant dans l'orage. Un P-F F peut être matérialisé par la ligne d'alimentation de l'orage.
RFD :
Le courant descendant de flanc arrière est un air froid subsident sortant vers le sol à l'arrière de la supercellule. Il s'agit généralement d'un air sec (voir fente claire) et la présence de précipitation sur une signature radar peut indiquer la présence d'un crochet (ou pendant).
P-F C :
Le pseudo-front chaud, délimite la zone d'air froid descendant avant de l'air chaud instable s'engouffrant dans l'orage. Un P-F C peut être matérialisé par une ligne de rafale (avec arcus) ou une bande d'afflux.
FFD :
Le courant descendant de flanc avant est un air froid subsident sortant vers le sol à l'avant de la supercellule. Il s'y produit d'intense précipitation. Un FFD est généralement plus fort qu'un RFD, car le FFD désigne le courant descendant principal.
Terminologie Des Signatures Radar
1. Echo en Crochet :
Schéma d'une supercellule Il s'agit d'un écho radar en forme de crochet à la pointe de la supercellule. C'est un bon signe de mésocyclinité. Un écho en pendant est semblable au crochet à la différence qu'il ne s'enroule pas de façon si prononcé qu'un crochet. Un écho en pendant reste perpendiculaire.
2. Surplomb :
Un surplomb est surtout visible sur une coupe radar vertical. Il s'agit d'une zone de haute réflectivité (forte pluie) qui surmonte une zone plus faible en dessous. Cette région de l'orage avec une faible réflectivité radar entourée sur les côtés et le haut (surplomb) de haute réflectivité est appelé un BWER (ou région limitée d'écho faible - voûte). On retrouve un BWER seulement sur des orages possédant un très fort courant ascendant principal capable de rejeter les précipitations en altitude.
3. Entaille d'Afflux :
Au niveau de la zone d'afflux de l'orage, on peut parfois trouver une forme en V dans la signature radar. Il s'agit d'une entaille d'afflux qui peut se trouver à plusieurs endroits différents selon les supercellules (quadrant droit - région Est - zone arrière d'une HP). Ne pas confondre avec une entaille en V.
4. Entaille en V
A ne pas confondre avec le précédent, une entaille en V se trouve toujours dans la partie avant des courants descendants (FFD). C'est un signe de flux divergent entre le FFD et l'air chaud ascendant du pseudo-front chaud. Cela révèle d'ailleurs un fort courant ascendant divergent.

7. Supercellule Classique :

Je ne reviendrais pas trop sur la supercellule classique, puisque c'est la catégorie de supercellule que nous avons étudié jusqu'à maintenant. Ces supercellules sont le cas d'école supercellulaire. Elles produisent de fortes précipitations, des chutes de grêles, des tornades et possèdent un courant ascendant et descendant équilibré.

8. Supercellule Low Topped (LT) :

Définition :
Supercellule LT On appelle supercellule LT, les orages ayant les caractéristiques d'une supercellule classique mais étant visuellement trop faible pour en être vraiment une. En effet lorsque les conditions d'instabilités restent modérées mais que le cisaillement des vents (particulièrement en basse couche) est important, l'orage ne peut développer toutes les caractéristiques d'une supercellule classique, même si des signes évidents mésocycloniques sont repérés. Les supercellules LT possèdent généralement une hauteur de tropopause plus faible (low topped) et leur crochet repérable sur la signature radar est souvent moins marqué.
Phénomènes Météorologiques Violents :
Le risque de grêle, de précipitations intenses et de vent violent n'est pas à négliger sous une supercellule LT. Souvent cependant, l'intensité de foudroiement reste soit faible soit totalement absent. Il s'agit en revanche de cellules tout à fait capable de produire une tornade, bien que plus fréquemment d'intensité faible, ces supercellules sont malgré tout parfois capable de produire des tornades dévastatrices à forte intensité comme cela est déjà arrivé. Ces "mini-supercellules" comme on les appelle parfois, ne doivent donc pas être sous-évalué ni confondu avec des orages non-supercellulaires produisant un tuba ou une petite tornade non-mésocyclonique d'intensité faible.
Observations :
Les cas référencés de ces supercellules LT, pourtant productrice de tornade font état d'une supercellule peu étendu verticalement et horizontalement, le sommet ne dépassant pas les 10km d'altitude et leur apparence générale étant assez petite. Ces supercellules LT ont généralement aussi des caractéristiques classiques ou bien LP (Low Précipitation), mais rarement HP (High Précipitation). On note souvent pour ce genre de supercellule une absence d'enclume bien étalé, surtout au-dessus de la partie ascendante de l'orage (absence d'enclume rétrogressive).
Caractéristiques Synoptiques :
Les supercellules LT qui ont été étudiés montrent qu'elles se développent dans des environnements à faible CAPE (inférieur à 1000 J/Kg) mais à forte diminution de la température avec l'altitude, typique des orages à noyau de basse pression froide en altitude. Elles se développent généralement près d'un centre dépressionnaire de surface et dans un environnement d'humidité de surface assez faible et parfois un manque de cisaillements verticaux. Elles sont donc 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 semble être une condition indispensable à leur formation.

9. Supercellule Low Precipitation (LP) :

Définition :
Radar Supercellule LP Comme son nom l’indique, elle produit peu de précipitations, mais elle est structurellement impressionnante en raison d'un manque d'humidité permettant d'observer toute la structure supercellulaire. La base est souvent nette avec un nuage-mur plus visible qu'avec le classique. Ces orages possèdent une rotation généralisée leur donnant la forme d’un cornet retourné avec une enclume (ou d'une montgolfière). La plupart des supercellules qui se développent avec un courant ascendant isolé dans une région sans canopée de cirrus épais devrait être une supercellule LP pendant au moins un bref instant (min ~ 20-40) au début de son cycle de vie, et peut ensuite progresser vers la fin en classique ou HP car un nombre croissant des hydrométéores sont ensuite réintégrés dans le courant d'air ascendant. Une supercellule LP peut donc ensuite évoluer soit en classique, soit en HP.
Phénomènes Météorologiques Violents :
Les supercellules LP sont capables de produire des fortes rafales de vents en raison d'une grande quantité de refroidissement par évaporation car les précipitations s'évaporent en entourant l'air sec situé à moyen ou basse couche. En revanche les précipitations ne sont donc jamais très fortes. Elles sont très difficiles à repérer sur une image radar en raison des faibles précipitations associées voir même une absence totale de pluie. Mais les précipitations bien que faible peuvent se produire sous forme de gros grélons. Les tornades associées aux LP sont généralement plus faibles que les tornades issues d'une supercellule classique ou HP, bien que des cas de fortes tornades aient été recensés. La foudre par contre reste généralement faible et restera plutôt intranuageuse. Il est aussi possible d'observer sous une LP des tubas aux niveaux d'altitude moyens.
Observations :
Visuellement, elles ne sont pas difficile à identifier par rapport aux autres formes supercellulaires avec notamment la présence de striures laminaires sculptant la base même du courant d'air ascendant donnant parfois à celui-ci une forme de tire-bouchon ou de cloche dont la tour cumuliforme se déverse 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. La présence des précipitations, s'il y en a, ont généralement lieu bien en retrait de la zone ascendante et donc de la zone constitué du mésocyclone/nuage-mur/tornade. Leur dimension horizontale reste généralement modeste et ont tendance à se déplacer plus lentement qu'une supercellule HP.
Caractéristiques Synoptiques :
Les supercellules LP se forment généralement le long d'une ligne sèche (ligne de faible point de rosée) ou d'un creux de basse pression en divisant l'air chaud et sec à l'ouest de l'air très humide à l'est. Les supercellules LP sont plus susceptibles de se former quand il n'y a pas d'orages en amont qui provoquerait sinon des hydrométéores dans le courant ascendant de la supercellule. La CAPE bien qu'importante (3000 J/Kg en moyenne) est souvent plus faible que dans les environnements où l'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 avec notamment un vent plus fort et plus cisaillé au-dessus de 4km d'altitude dans l'environnement des LP, favorisant ainsi un transport des hydrométéores loin du courant ascendant. Un hodographe montrera cependant un cisaillement plus simple et moins tortueux sur une LP que pour une supercellule classique.

10. Supercellule High Precipitation (HP) :

Définition :
Radar Supercellule HP Comme son nom l'indique, une supercellule HP entraîne de très violentes précipitations sur une vaste étendue. Dans une telle supercellule le courant descendant très puissant vient se placer en circuit fermé complet avec l'air ascendant, chacun renforçant l'autre au niveau du sol. Elles peuvent donc durer très longtemps et traverser de longues distances sans perdre d'intensité. Il est reconnu que dans les vastes plaines américaines c'est la forme supercellulaire malheureusement la plus répandu, en raison principalement du fait qu'il a été constaté que lorsqu'à proximité et en amont d'autres supercellules ou cellules se formaient, elles déposaient des hydrométéores dans le courant ascendant d'une autre supercellule, formant ainsi artificiellement à la supercellule située en aval, les mêmes caractéristiques d'interaction entre le courant ascendant/descendant qu'une supercellule HP.
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 danger principal vient du fait qu'une tornade peut être invisible car noyé au milieu des précipitations. Le risque de chutes de grêle intense est très important au sein d'une supercellule HP et ce sont souvent les supercellules qui ont leur plus fort taux de foudroiement.
Observations :
Supercellule HP 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, il est difficile d'observer un nuage-mur ou même une tornade en son sein, ce qui n'en exclue pas la présence. Généralement difficilement observable donc, quand la supercellule HP est isolé dans un environnement avec peu de nuages, elles ont l'apparence visuelle d'un courant ascendant en rotation semi-annulaire (ouvert à l'arrière) avec de la pluie au milieu, un nuage-mur possible sur le côté avant gauche du courant ascendant, et souvent de fortes précipitations à l'avant de la région possédant une vaste enclume. En revanche l'écho radar est souvent plus explicite car un écho de précipitation entoure le mésocyclone, avec un vaste écho en crochet ou en forme d'haricot.
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 (supérieur à 3500-4000 J/kg), ainsi que de forts taux d'eaux précipitables et des environnements généralement plus chauds que leur homologue. 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 sèche se trouve à moyen étage. En revanche le cisaillement surtout en haute altitude est moins prononcé et plus constant dans le cas d'une supercellule HP que pour une supercellule classique ou LP, mais ont tendance à se déplacer plus rapidement, permettant aux hydrométéores d'être beaucoup plus facilement ingérés dans le courant d'air ascendant.

11. Supercellules et Systèmes Convectifs de Méso-Echelle (SCME) :

Supercellule et Ligne de Grain :
LEWP et mésocyclone A la base, une supercellule peut être considérée comme un super-orage monocellulaire (avec une rotation) de par son isolement et sa nature non-multicellulaire. Cependant il arrive parfois qu'un mésocyclone se développe dans d'autres conditions. Les lignes de grains en arc ou bien en vague (LEWP) peuvent par exemple être accompagnés de supercellules à l'avant de la ligne de grain et de manière isolé. Mais il arrive aussi, qu'un mésocyclone se développe directement à l'une des extrémités de la ligne de grain, générant ainsi une supercellule (cyclonique ou anticyclonique en fonction de l'extrémité). La nature multicellulaire de l'orage n'est alors plus du tout évident. Si cette nouvelle cellule située à l'extrémité de la ligne de grain se sépare de sa ligne et prend un caractère isolé en déviant du flux moyen, alors sa nature supercellulaire par rapport au reste de la ligne devient évidente. En revanche il peut aussi arriver que cette cellule avec une rotation persistante et profonde reste noyé au sein de la ligne multicellulaire, on parle alors d'une cellule supercellulaire au sein d'un système multicellulaire. La caractérisation et l'identification d'une telle supercellule devient alors très difficile, c'est d'ailleurs ce qui s'est passé avec la fameuse tornade EF4 de Hautmont le 3 août 2008, puisque la supercellule qui a causée tant de ravage était noyé au sein d'un système multicellulaire plus vaste. Dans ce cas, même l'observation en temps réel devient délicate. L'image ci-contre montre les endroits où un mésocyclone pourrait se former au sein de ce LEWP. Celle la plus au Sud est la mieux placée pour former une supercellule distincte.
Amorces Supercellulaires :
D'autre part, la présence d'un mésocyclone partiel (non profond et non persistant) par exemple sur un orage monocellulaire ou même multicellulaire ne permet pas de caractériser cet orage comme étant une supercellule. Plus que la présence du mésocyclone, c'est sa persistance et sa capacité à caractériser en profondeur l'orage qui définit la supercellule. On parle alors d'amorce supercellulaire ou bien de presque-supercellule.
Mésocyclone / Mésodépression :
Un MCS circulaire possédant une rotation cyclonique, n'est absolument pas une supercellule. D'ailleurs la rotation d'un MCS circulaire n'est pas liée à un "mésocyclone", mais à la présence d'une "méso-dépression" engendrant une rotation cyclonique dépressionnaire. Ce type de rotation à grande échelle des orages multicellulaires, visible sur un radar, sont souvent confondus avec un mésocyclone, le mot même prêtant à confusion. Mais il faut bien se rendre compte que la rotation mésocyclonique d'une supercellule n'est absolument pas visible via radar classique, elle se déduit seulement après interprétation d'un radar doppler. Ce qu'un radar classique de précipitation peut nous apprendre sur la présence d'un mésocyclone supercellulaire, c'est une signature radar particulière (en forme d'aile de papillon par exemple) ou une déviation du vent moyen directeur, pas une rotation des pluies sur le radar.


Dernière mise à jour : le 06-juin-12