Comprendre la rotation des ouragans (cyclone tropical ou typhon) Nous étudions dans les questionnaires les conditions spéciales qui donnent naissance aux ouragans au-dessus des mers tropicales : de l eau de surface chaude (plus de 26,5 C), un certain éloignement de l équateur (8 de latitude) et un groupe d orages qu on nomme perturbation tropicale. Nous n étudions pas les conditions nécessaires à la naissance d une perturbation tropicale. Nous allons chercher à comprendre pourquoi l air d un ouragan circule de la façon indiquée sur la figure. L air est aspiré en tourbillonnant vers la base de l ouragan, puis il monte sur le pourtour de l oeil pour être finalement éjecté en tourbillonnant du sommet de l ouragan. Dans l hémisphère Nord, le tourbillon de surface est dans le sens antihoraire; le tourbillon supérieur est dans le sens horaire une fois qu il s est éloigné de l oeil (près de l oeil, le vent doit changer de direction et c est assez confus).
Dans l hémisphère Nord, les conditions favorables à la naissance des ouragans existent de juin à novembre. Il naît de 45 à 60 ouragans officiels (vent maximum soutenu de plus de 117 km/h) par année. Un ouragan est essentiellement une «machine à vapeur» qui transforme l énergie de la vapeur d eau en mouvements ascendants et tourbillonnants de l air (figure précédente). Il est difficile de se faire une idée juste de l énergie de cette machine. L énergie de mouvement de l air produite par un ouragan dans une journée est du même ordre de grandeur que l énergie consommée dans la même journée par l humanité entière pour s éclairer, se transporter, fabriquer des biens, etc. Les ouragans sont extrêmement destructeurs, mais ce sont des phénomènes normaux qui jouent un rôle important dans la redistribution de la chaleur à la surface de la planète. Ils ont d ailleurs, comme les orages, des effets bénéfiques au niveau des apports d eau douce. Traces d eau froide créées par deux ouragans. Animation de la NASA : http://svs.gsfc.nasa.gov/search/key word/atmosphericscience.html
La figure suivante montre les mécanismes de destruction d un ouragan : les pluies abondantes, les vents violents et la montée du niveau de la mer. La montée du niveau de l eau est créée par les vents qui poussent sur l eau et par les variations de la pression de l air sur l eau qui accompagnent l ouragan. 500 à 1000 km 500 à 1000 km fortes pluies pouvant s'étendre à des centaines de km du centre de l'ouragan zone des plus gros effets de soulèvement du niveau de la mer (jusqu'à 6 ou 7 m) zone des vents de plus de 62 km/h (ils peuvent atteindre 300 km/h) vagues crées par l'ouragan (jusqu'à 15 ou 20 m) déplacement jusqu'à 300 km direction du vent au sommet (à la base c'est l'inverse) oeil (30 à 50 km), une zone sans nuages où la pression est très basse Vue à vol d'oiseau d'un ouragan de l'hémisphère nord
Accumulations de pluie de l ouragan Isabel (2003). Animation de la NASA (idem) Soulèvement du niveau marin d un ouragan (le maximum enregistré a été de 13 m!). Images NOAA
Qu est-ce que comprendre un phénomène naturel? Quand on dit qu on comprend quelqu un, on dit en fait qu on peut prévoir facilement ce que la personne va faire. De la même façon, comprendre un phénomène naturel c est pouvoir prédire à peu près ce qui va arriver à partir de quelques idées simples et sans avoir à faire une longue analyse. Essayons de dégager les idées vraiment essentielles pour prédire que les vents d un ouragan doivent tournoyer et pour prédire dans quels sens. 1. Les mouvements verticaux de l air sont contrôlés par le principe d Archimède. Les mouvements horizontaux, eux, sont liés aux différences de pression. La pression moyenne à l altitude 0 mètre est de 1013 millibars (le 101,3 kilopascals du bulletin de météo). L air cherche à fuir les régions où la pression est plus haute que la moyenne (High) et à envahir les régions où la pression est plus basse que la moyenne (Low). C est ce comportement qui est à l origine des vents. Complétez le dessin suivant pour montrer comment vous pensez que l air va d un centre de haute pression vers un centre de basse pression.
2. La carte ci-contre montre un centre de haute pression (H), un centre de basse pression (L) et la direction du vent. On constate que l air va bien des hautes aux basses pressions, mais qu il ne le fait pas en ligne droite. Il le fait en tournoyant autour des centres de la façon indiquée sous la carte. Ces deux sens de rotation résultent en fait d une seule et même règle: au nord de l équateur, le vent dévie toujours vers sa droite (au sud, c est vers sa gauche). Appliquez cette règle aux vents de la figure suivante pour vous convaincre que cela donne bien les bons sens. direction du vent s'il ne déviait pas vers sa droite L H
3. Comme les vents au nord de l Équateur dévient vers la droite et que ceux au sud de l Équateur dévient vers la gauche, il faut nécessairement que les vents ne soient pas déviés sur l Équateur lui-même. Comme un ouragan ne serait pas un ouragan sans rotation, il ne peut donc pas naître sur l Équateur, même si la température de l eau est assez chaude. Montrez que l affirmation précédente est correcte en comparant sur les figures suivantes les zones où naissent les ouragans et les zones où l eau était à plus de 26 O C en juillet 2001. Eau à plus de 26 en juillet 2001 En superposant les deux figures, on constate que de nombreuses régions de la mer situées au voisinage de l Équateur avaient une température supérieure au seuil critique de 26 en juillet 2001. C est le cas par exemple dans les océans Indien et Pacifique. Malgré tout, il ne se forme jamais d ouragan dans ces régions. NOTE : Les ouragans qui ne semblent pas respecter le seuil de température se forment à d autres mois. Naissance des ouragans
4. La planète Terre possède un équateur parce qu elle tourne sur elle-même, l équateur étant la ligne qui se trouve à mi-chemin entre ses deux pôles de rotation. Qu est-ce que la rotation de la Terre a à voir avec le fait que les vents sont déviés? Les travaux de Gaspard Coriolis ont permis de comprendre que c est la rotation de la Terre qui crée la déviation des vents. Gaspard-Gustave Coriolis (1792-1843, mathématicien et ingénieur français)
Tous les objets à la surface de la planète prennent un peu moins de 24 heures pour faire un tour, mais tous ces tours n ont pas la même longueur (figure ci-contre). Cela signifie que toutes les parcelles d air sur la même ligne nord-sud n ont pas la même vitesse vers l est! Si une de ces parcelles tente de se déplacer dans le sens nord-sud, elle prendra du retard ou de l avance sur les autres parcelles. C est «l effet Coriolis» qu illustre la figure ci-dessous. Comment la parcelle dévie-t-elle au nord de l Équateur? sur l Équateur? au sud de l Équateur? Longueur nulle Équateur Pôle Longueur maximale vitesses des N : Dévie parcelles sur à droite une ligne nord-sud É : Ne dévie pas le trajet vers le nord de la parcelle rouge vu par le personnage S : Dévie à gauche ligne nord-sud la parcelle suit de plus en plus facilement les autres équateur la parcelle suit de plus en plus difficilement les autres
Animation de la trajectoire d une rondelle lancée de Vancouver en direction de Détroit. La rondelle glisse sans frottement sur une Terre lisse. Trajectoire noire : sur une Terre qui ne tournerait pas. Rouge : vue par une observatrice de Vancouver qui tourne avec la Terre. Bleue : vue par un observateur sur la Lune qui regarde la Terre tourner. Source : http://www.physics.orst.edu/~mcin tyre/coriolis/east_gif.html
5. Il ne reste qu une chose à comprendre. Pourquoi un ouragan aspire-t-il l air au niveau du sol? Les ouragans se développent à partir d un groupe de nuages orageux. Il faut donc des conditions qui soulèvent de l air chaud et humide, puis qui permettent à cet air de monter comme des bulles dans l air ambiant plus froid. Expliquez pourquoi un tel mouvement ascendant crée une aspiration au niveau du sol. courants ascendants d'air chaud humide Un courant ascendant laisse nécessairement un certain manque d air au niveau du sol, ce qui fait chuter la pression à cet endroit. La différence de pression pousse l air des régions voisines à se diriger vers cet endroit pour tenter de combler le manque. Cette aspiration dure tant que le courant se maintient.
La répartition de la pluie d un ouragan permet de situer les courants ascendants (hot towers). La couleur indique l altitude (15 km en rouge foncé). Animation de la NASA.
En conclusion, un ouragan c est un courant ascendant chaud-humide (le moteur) qui aspire à sa base encore plus d air chaud-humide (le carburant) et qui rejette en altitude de l air plus froid et plus sec (les gaz d échappement). À cause de la rotation de la Terre, l air aspiré converge vers le courant ascendant en tournoyant. http://s121758490.onlinehome.fr/edl/cyclones/cyclones.htm
Faut-il connaître un peu la science? Le réchauffement global Connaître quelque chose fait toujours de nous des personnes plus averties, mais cela n est pas une nécessité. On ne peut pas s intéresser à tout et toucher à tout. Dans le domaine des risques naturels, on peut appliquer correctement des «recettes» sans connaître tout ce qui les fonde. Par exemple, il est possible d appliquer des «recettes» pour renforcer considérablement une maison et éviter son effondrement lors d un tremblement de terre sans rien connaître de la sismologie, de la mécanique des sols et du génie civil. Ne rien savoir de la science devient un handicap quand on souhaite comprendre comment les choses marchent ou quand on veut se faire sa propre idée sur un sujet qui est l objet d un débat public. Ces sujets sont actuellement passablement nombreux. Voici quelques questions d actualité : Faut-il interdire les aliments modifiés par génie génétique (OGM)? Est-il dangereux de transplanter des organes de porc dans les humains? Le climat est-il en train de changer de façon radicale? Les pesticides dérèglent-ils le système hormonal des enfants? Y a-t-il des régions assez stables pour y enfouir les déchets nucléaires?
Il suffit parfois de prendre conscience d un aspect des choses auquel on n a jamais pensé avant pour voir un sujet d un oeil neuf. Les listes d ingrédients sur les produits alimentaires en sont un bon exemple. La liste des ingrédients de certains aliments est une longue liste de composés chimiques. Pour d autres produits, au contraire, on ne trouve que des ingrédients naturels comme l eau, le sucre, le jus d orange... Savez-vous que si les lois étaient différentes et qu il fallait écrire tous les ingrédients du jus d orange, par exemple, la liste contiendrait 100 composés chimiques dont le 5,6-Dimethyl-8-iso-propenylbicyclo-[4.4.0]-dec-1-ene? Le concept de «naturel» change d allure quand on réalise que tous les aliments sont nécessairement faits de composés chimiques. Liste complète des ingrédients d une orange. Page web.
Pour voir plus clair dans le problème du réchauffement global de la planète, il faut prendre conscience de certains aspects peu familiers des choses. Par exemple, vous connaissez sûrement les divers rayonnements que les objets peuvent émettre : micro-ondes, lumière, infrarouge, ondes radio, etc. Mais savez-vous que tous les objets qui vous entourent émettent constamment un ou plusieurs de ces rayonnements et que cela les refroidit? On n y pense pas parce que, le plus souvent, cette émission est invisible. Mais elle existe bel et bien. C est pour cela qu on peut ralentir le refroidissement d un poulet chaud en l enveloppant dans un miroir formé par une simple feuille de papier d aluminium. On utilise d ailleurs le même truc avec les maisons et les personnes (les «space blankets»). Le rayonnement émis par une souris permet à un serpent, qui «voit» ce rayonnement, de chasser à la noirceur ; de même, avec l équipement approprié, les gardes-frontières «voient» les personnes qui tentent d entrer illégalement dans un pays de nuit. On ne s étonne pas de voir un objet très chaud (flamme, élément de grille-pain, lave...) émettre de la lumière, mais on ne pense pas que l objet émet du rayonnement à toute température.
Réflecteur en aluminium pour réduire les pertes de chaleur. Rayonnement infrarouge émis par deux maisons.
C est l analyse du rayonnement constamment émis par un morceau de la surface terrestre qui permet à un satellite de mesurer à distance la température de ce morceau. La figure montre les températures de surface calculées à partir des données des détecteurs de radiation MODIS montés sur les satellites Terra et Aqua. Il s agit de la température moyenne pour le mois de juillet 2003 durant les vagues de chaleur qui ont augmenté beaucoup les taux de mortalité en Europe. Ce type d informations n est disponible que pour les années après 1980.