Le coin de l'éducation

 
 
 
♦  introduction
♦  le vent
♦  les précipitations
♦  la houle
♦  la marée de tempête



 

 
 

 

La FAQ (Foire Aux Questions) tente de répondre aux interrogations classiques concernant les ouragans, typhons et cyclones tropicaux.
Elle est autant que possible adaptée à l'hémiphère Sud, et fournit aussi des références bibliographiques aux lecteurs souhaitant approfondir les sujets.


Remerciements à Sim Aberson, Jack Beven, Gary Padgett, Tom Berg, Julian Heming, Gary Gray, Frank Woodcock, Stephen Caparotta, Steven Young, D. Walston, James Lewis Free, Jon Gill, Miles Lawrence, Robert A. Black, Bill McCaul, Bart Hagemeyer, Frank Marks, Joe Cione, Frank Lepore, Jan Nul, John Guiney, Chris Landsea, Philippe Caroff, Thierry Dupont et Anne-Claire Fontan pour avoir contribué à cette FAQ.

Source principale de la FAQ : NOAA.
Adaptation : Centre des Cyclones Tropicaux de La Réunion.
Traduction : Centre des Cyclones Tropicaux de La Réunion et Météo-France Nouvelle-Calédonie   

 

Les dangers du cyclone

La force des vents : les vents atteignent leurs valeurs maximales à la périphérie de l'œil. Quand un cyclone touche terre, les vents sont modifiés : la rugosité change et dans le cas d'un relief important (comme celui de La Réunion), la turbulence augmente fortement. Il en résulte un affaiblissement des vents moyens, mais en revanche un renforcement des rafales comparativement à ce qui se passe sur mer. Le relief entraîne également localement, soit des effets de masque, soit des renforcements importants du vent (effet Venturi sur les côtes parallèles au flux ou au niveau des rebords de falaises ou remparts exposés).
Les précipitations : qu'elles soient générées par une tempête tropicale ou un cyclone, les pluies accompagnant un système dépressionnaire tropical sont souvent torrentielles et provoquent inondations, éboulis ou glissements de terrain. Le relief accentue la quantité des précipitations, ce qui vaut ainsi à La Réunion de détenir tous les records mondiaux de précipitations pour les périodes comprises entre 12 heures et 15 jours.
La mer : l'élévation du niveau moyen de la mer liée au passage du cyclone se combine aux énormes vagues de la houle cyclonique pour saper le littoral ou inonder les plaines côtières. La bathymétrie joue un rôle déterminant : des fonds marins peu profonds favoriseront une amplification du phénomène de marée de tempête, ainsi que la propagation des vagues sur le rivage suite à leur déferlement, un profil marin associé à des profondeurs rapidement importantes (cas de la topographie de la Réunion) limite les conséquences de ce phénomène.

 


1. Introduction

Le cyclone tropical est un des phénomènes atmosphériques les plus puissants. L'énergie titanesque qu'il met en jeu équivaut à plusieurs bombes atomiques de type Hiroshima par seconde ! Il fonctionne comme une machine thermique, une pompe à chaleur avec une source froide, la haute troposphère, et une source chaude, l'océan où le cyclone puise l'énergie thermique qu'il transforme ensuite en mouvement tourbillonnaire et en nuages précipitants. Le cyclone tropical agit ainsi comme une soupape de sécurité permettant d'évacuer dans l'atmosphère le trop-plein d'énergie accumulé dans les océans tropicaux surchauffés (en période estivale donc prioritairement).

Ce rôle régulateur à grande échelle de la machine atmosphérique par les cyclones est toutefois éclipsé par les conséquences souvent catastrophiques de ces phénomènes météorologiques qui constituent l'un des phénomènes naturels les plus dévastateurs. Que ce soit en pleine mer ou a fortiori à l'approche des terres émergées, la libération colossale d'énergie du cyclone sous forme de mouvement (le vent) ou de chaleur latente (les précipitations) s'accompagne de phénomènes divers pouvant avoir tous localement des conséquences cataclysmiques.

Les dangers majeurs du cyclone sont ainsi liés à l'action du vent, de la pluie, et de la mer (houle cyclonique et marée de tempête).

2. Le vent

La force du vent et les changements brutaux de direction et d'intensité qui peuvent l'accompagner sont la source de dégâts considérables.

L'énergie mise en jeu par le vent est proportionnelle au carré de sa vitesse. C'est à dire qu'un vent de 200 km/h est non pas 2 fois, mais 4 fois plus puissant qu'un vent de 100 km/h. Les dégâts augmentent donc très rapidement avec la vitesse, et ce de manière non linéaire, mais plutôt exponentielle. A titre indicatif, la pression exercée par le vent sur une surface plane qui lui est perpendiculaire est de l'ordre de 50 kg/m² pour un vent de 100 km/h, 100 kg/m² pour un vent de 140 km/h, 200 kg/m² pour un vent de 200 km/h, et 300 kg/m² pour un vent de 240 km/h (selon la formule P = 1/2 ρv²/9,81, qui s'exprime en kg/m², où ρ, la masse volumique del'air sec, est une constante ayant pour valeur 1,293 kg/m³ et v est la vitesse du vent en m/s).

Par ailleurs, le vent ne souffle pas régulièrement, mais de manière turbulente. Les rafales (mesure instantanée du vent sur 1 à 3 secondes) dépassent parfois de plus de 50% la valeur du vent moyen. Au sein d'un système dépressionnaire tropical, on estime ainsi que les rafales maximales de vent sur mer atteignent en moyenne 1,41 fois la valeur maximale du vent moyen sur 10 minutes.

En raison du resserrement du gradient de pression à l'approche du minimum dépressionnaire au cœur du système, les vents augmentent de façon quasi-exponentielle jusqu'à atteindre leur maximum dans le mur de l'œil. Dans l'œil, les vents sont faibles. La période d'accalmie est fonction de la taille de l'œil (diamètre moyen de 30 à 80 km, avec des valeurs extrêmes de 13 km, mesuré par radar pour Tracy en 1974 au nord de l'Australie, à 185 km pour Kerry, mesuré par reconnaissance aérienne, au nord-est de l'Australie en 1979) et de la vitesse de déplacement du cyclone (de zéro à 30 ou 35 km/h dans la zone tropicale, pouvant dépasser les 40 à 50 km/h lors de l'évacuation vers l'est dans les latitudes élevées). Cette accalmie peut durer quelques heures (deux heures pour un œil d'un diamètre moyen de 50 km se déplaçant à 25 km/h par exemple), puis, brutalement, les vents soufflent de nouveau de manière paroxysmique mais dans la direction opposée. Nombreux sont les dégâts engendrés par cette distorsion.

Les vents maximaux soufflent dans le mur de l'œil. Ils décroissent très rapidement quand on s'éloigne de la zone centrale (plus ou moins rapidement en fonction de la taille du cyclone), de sorte que les vents réellement destructeurs s'étendent rarement au-delà d'une centaine de kilomètres du centre.
Néanmoins, il arrive que des vents violents soufflent également dans certaines bandes nuageuses spiralées externes particulièrement actives.

graphe vent pression

Variations du vent et de la pression dans un cyclone type de l'hémisphère sud.

Quand un système tropical commence à affecter une terre émergée, le relief de ce dernier entre en jeu et modifie les vents. Il contribue à protéger temporairement certaines zones (effet de masque) et renforce, à l'inverse, le vent sur d'autres secteurs (effet Venturi d'accélération quand le vent est parallèle au relief, par exemple le long d'une côte ou des versants d'un relief, ou entre deux massifs montagneux –effet de canalisation du flux). Certaines régions peuvent ainsi être brutalement exposées à un vent violent après avoir été temporairement déventées, à l'abri sous le vent du relief.

De plus, un relief très marqué (comme à La Réunion) amplifie davantage le caractère turbulent du vent, on peut même aller jusqu'à un facteur 2 à 3 dans l'intérieur de l'île, notamment les cirques, entre les rafales maximales et le vent moyen sur 10 minutes. Ces brusques variations de vitesse et de direction provoquent des effets de vibrations et de percussions particulièrement destructeurs. Outre ses effets mécaniques directs, le vent peut soulever et transporter des objets lourds ou tranchants, les transformant en véritables projectiles mortels (branches d'arbre, plaques de tôle, panneaux).

L'intensité d'un système dépressionnaire tropical est définie par la vitesse maximale des vents moyens près du sol (à 10 mètres d'altitude, par convention) générés en mer par celui-ci. La terminologie d'usage dans le Sud-Ouest de l'océan Indien est la suivante : la dépression atteint le stade de tempête tropicale (qui est également le seuil du baptême) quand les vents maximaux (moyens sur 10 minutes) près du centre dépassent 63 km/h (rafales supérieures à 90 km/h), et de cyclone tropical quand les vents excédent les 118 km/h (rafales alors supérieures à 165 km/h). L'ordre de grandeur des vents près du sol soufflant au cœur des cyclones les plus intenses est de 250 à 280 km/h (soit des rafales proches de 400 km/h, jamais enregistrées).

A cette vitesse, les appareils de mesure directe sont généralement détruits ou fortement endommagés, d'où la difficulté d'obtenir des données fiables. Les rafales les plus violentes enregistrés sur le Sud-Ouest de l'océan Indien sont de 280 km/h à Maurice (Gervaise en 1975), et 277 km/h à La Réunion (pendant Dina en 2002, mesurés au Piton Maïdo, à 2000 m, avant destruction de l'anémomètre). Au niveau mondial, les rafales au sol du super-typhon Tip dans le Pacifique Nord-Ouest (octobre 1979) ont été estimées (et non mesurées) à environ 350 km/h, pour une pression minimale mesurée à 870 hPa. Ces vents sont moins violents que ceux soufflant dans les tornades, qui sont estimés pouvoir atteindre les 500 km/h, mais il n'y a jamais eu de mesure directe de tels vents (la mesure de vent au dessus du sol la plus élevée jamais enregistrée est de 468 km/h ; elle fut effectuée par radar doppler mobile le 3 mai 1999 au sein d'une tornade à Bridge Creek, USA).

Les vents les plus violents ayant été enregistrés par dropsondes (radiosondes lâchées par avion) lors des reconnaissances aériennes au cœur des cyclones sur l'Atlantique sont des rafales (sur 0,5 s) de 385 km/h (107 m/s), mesurées à 1400 mètres d'altitude au cœur de l'ouragan Isabel (12 septembre 2003). A plus basse altitude, on a mesuré 364 km/h (101 m/s) à 100 mètres d'altitude au sein de Felix (2 septembre 2007), pour des vents moyens sur 1 minute estimés à 10 mètres du sol (par radiomètre micro-onde SFMR) à 317 km/h (88m/s). (source Sim Aberson, AOML/HRD).

3. Les précipitations

Des pluies torrentielles accompagnent le passage d'une perturbation tropicale et peuvent avoir des conséquences souvent plus dévastatrices que le vent (inondations, glissement de terrain, coulées de boue, éboulis, crues, torrents ou ravines débordant).
Contrairement au vent, l'intensité des précipitations n'est pas reliée à l'intensité de la perturbation. Des systèmes dépressionnaires tropicaux relativement faibles (simples dépressions tropicales, zones perturbées mal organisées) peuvent occasionner des pluies plus abondantes que des cyclones matures. En outre, même à intensité équivalente, les précipitations sont très variables d'un cyclone à l'autre. Le langage populaire reflète ces disparités, en distinguant les cyclones "de vent" ou "de pluie".
Les quantités de pluies sont liées à la vitesse de déplacement du météore qui les génère (plus il se déplace lentement, plus les pluies peuvent durer longtemps), ainsi qu'à la taille et à la structure nuageuse du phénomène, souvent asymétrique. Les pluies abondantes et grains orageux peuvent se produire dans des bandes nuageuses périphériques jusqu'à 1000 km du centre pour les phénomènes les plus larges. Si la partie centrale (mur de l'œil) se déstructure assez rapidement à l'arrivée sur un continent, avec donc une atténuation des vents et des pluies les plus fortes, ces bandes nuageuses spiralées externes résistent mieux à la transition et sont souvent responsables de pluies intenses et durables à l'intérieur des terres.

Ces pluies sont mesurées en millimètres (mm). Un millimètre enregistré correspond à 1 litre d'eau tombé sur 1 mètre carré. Par exemple 100 mm de pluie correspondent à 500 000 litres d'eau tombés sur un terrain de football! A La Réunion, où l'on mesure fréquemment des quantités de pluies supérieures à 100 mm (en raison du relief, voir plus loin), on imagine l'importance des quantités d'eau en jeu et les dégâts potentiels. Au passage d'une perturbation tropicale, c'est souvent plus d'un milliard de tonnes d'eau qui s'abattent ainsi sur l'île...

En pleine mer, si l'intensité moyenne des précipitations dans la partie nuageuse la plus active du système (dans un rayon de 100 à 200 km autour de l'œil) est de l'ordre de 80 à 100 mm par jour, il n'est pas rare d'observer localement des valeurs de 300 à 400 mm en 24 heures.

L'arrivée sur un continent (ou une augmentation de la rugosité de surface) provoquent une forte convergence dans la zone au vent, rendant plus intenses les mouvements verticaux convectifs et accélérant la formation des précipitations sur les régions côtières. En outre, la présence d'un relief marqué renforce d'autant plus les ascendances et donc les précipitations (effet orographique : l'air subit une ascendance forcée le long des pentes montagneuses, en s'élevant il se refroidit et peut contenir moins d'humidité sous forme de vapeur, l'humidité excessive se condense donc, formant nuages et pluies). A La Réunion, avec ses deux sommets culminant, en pentes fortes, à 2630 m et 3070 m, cet aspect revêt une importance considérable, donnant aux pluies un caractère souvent hors norme et faisant que l'île détient tous les records mondiaux de précipitations enregistrés pour les durées allant de 12 heures à 15 jours, records tous occasionnés par des passages de tempêtes ou de cyclones (Cf. tableau ci-dessous).

Par ailleurs, les dégâts engendrés par les pluies dépendent également de la configuration hydrologique et géologique pré-existante : les crues et les dégâts seront plus importants si le sol est déjà détrempé, tandis que les premières pluies survenant sur sol sec seront moins propices aux glissements de terrain, mais l'érosion superficielle sera plus importante. Une île comme La Réunion, jeune avec une forte érosion et un relief important, cumule les caractéristiques qui la rendent très sensible aux pluies (mais elle est également habituée à ces dernières et si le relief accentué amplifie les pluies, il permet en contrepartie une évacuation rapide des eaux). Outre les destructions directes pendant le passage du cyclone, certains dégâts dus à une fragilisation du terrain peuvent se produire plusieurs jours ou même plusieurs semaines après une période de fortes pluies. Ce fut le cas de l'éboulis sur la route du littoral du 24 mars 2006, soit 15 jours après le passage de la tempête Diwa. Ce risque géologique induit par les fortes pluies est beaucoup plus aléatoire et imprévisible.

Durée Localités Date Hauteur (en mm)
1 mn Unionville Md (152 m) USA 04/07/1956
31.2
15 mn Plum Point Jamaïque 12/05/1916
198.1
1 heure Holt (Montana) (263 m) USA 22/06/1947
304.8
12 heures Foc Foc (2290 m) Réunion (Denise) Janvier 1966
1144
24 heures Foc Foc (2290 m) Réunion (Denise) Janvier 1966
1825
48 heures Cherrapunji Inde (1313 m) 15-16 juin 1995
2493
72 heures Commerson (2310 m) Réunion (Gamède) Février 2007
3930
96 heures Commerson (2310 m) Réunion (Gamède) Février 2007
4936
5 jours Commerson (2310 m) Réunion (Gamède) Février 2007
4979
6 jours Commerson (2310 m) Réunion (Gamède) Février 2007
5093
7 jours Commerson (2310 m) Réunion (Gamède) Février 2007
5441
8 jours Commerson (2310 m) Réunion (Gamède) Février 2007
5510
9 jours Commerson (2310 m) Réunion (Gamède) Février 2007
5511
10 jours Commerson (2310 m) Réunion (Hyacinthe) Janvier 1980
5678
15 jours Commerson (2310 m) Réunion (Hyacinthe) Janvier 1980
6083
1 mois Cherrapunji Inde (1313 m) Juillet 1861
9300
1 an Cherrapunji Inde (1313 m) Août 1860 à Juillet 1861
26461
2 ans Cherrapunji Inde (1313 m) de 1860 à 1861
40768

Records mondiaux de précipitations. Tous les records de précipitations pour les périodes de 12 heures à 15 jours (excepté 48 heures) sont détenus par l'île de La Réunion et sont liés à des passages de tempêtes ou cyclones tropicaux. Sur des périodes plus courtes, les records sont liés à des pluies orageuses, sur des périodes plus longues, ils résultent de la mousson indienne.

Si les précipitations cycloniques peuvent avoir des conséquences très néfastes, directement ou indirectement (infrastructures, agriculture, conséquences sanitaires notamment), il faut toutefois souligner qu'elles ont aussi un côté positif. La ressource en eau de certaines îles tropicales, telle Rodrigues par exemple, est en effet très tributaire des pluies déversées par les systèmes dépressionnaires tropicaux : de ce point de vue, on peut dire que pour ces îles, les cyclones sont un mal nécessaire.

4. La houle

Au cœur du cyclone, les vents violents génèrent par frottement avec la surface de la mer des vagues énormes pouvant atteindre 10 à 20 mètres de hauteur significative (qui correspond à la moyenne du tiers des vagues les plus hautes –hauteur intuitive visuellement estimée par les marins). La vague la plus haute levée par un cyclone et mesurée par un navire fut estimée à 34 mètres (bâtiment américain USS Ramapo) le 7 février 1933 dans le Nord-Ouest du Pacifique.

La houle cyclonique est engendrée lorsque les vents forts soufflent suffisamment longtemps sur une même zone. La hauteur de la houle dépend donc de la vitesse des vents et de la durée pendant lesquels ils ont soufflé. Cette houle, ondulation de grande amplitude, se déplace généralement plus rapidement que le cyclone lui-même. Elle est donc souvent un signe précurseur de l'approche de la dépression et peut atteindre une terre bien avant que les conditions météorologiques ne se dégradent (c'est d'ailleurs par ce biais que les anciens pouvaient autrefois anticiper l'approche d'un "coup de vent", appellation locale des cyclones); elle peut également se faire sentir loin du cyclone, jusqu'à plus de 1000 km du phénomène, sans que celui ne vienne forcément à passer à proximité. Les dégâts provoqués par cette houle dépendent de sa hauteur et de sa période, mais aussi du profil des côtes (un plateau côtier peu profond amplifie les vagues). Les houles les plus énergétiques sont associées à des périodes élevées (typiquement les vents cycloniques s'accompagnent de période modérément énergétiques, de l'ordre de 12 à 15s, mais plus le cyclone se déplace rapidement, plus il peut potentiellement lever des houles de forte période –sachant que la houle se propage à une vitesse égale à 1,5 fois la période en secondes, donc souvent avec des vitesses de l'ordre de 40 km/h).

On peut signaler que les violentes tempêtes des régions tempérées (dans les 40èmes "rugissants" ou 50èmes "hurlants" notamment), en raison de leur fetch (dimension et durée de la zone de vent fort) plus étendu, génèrent des vagues et des houles qui peuvent être encore plus hautes que celles engendrées par les cyclones tropicaux. Dans l'hémisphère sud, les houles dites "polaires", formées par les profondes dépressions du Grand Sud, arrivent par le sud-ouest, tandis que les houles cycloniques proviennent plus souvent du nord ou de l'est, du moins sur les Mascareignes et la côte est de Madagascar.

5. La marée de tempête

Bien que beaucoup plus méconnue, la marée de tempête est le phénomène le plus meurtrier et dévastateur qui accompagne les cyclones. Elle est particulièrement dangereuse pour les régions côtières de basse altitude qui possèdent une baie avec un plateau continental étendu et peu profond, où l'énorme quantité d'eau soulevée par le cyclone peut pénétrer jusqu'à plusieurs kilomètres à l'intérieur des terres en noyant et détruisant tout sur son passage (générant des raz-de-marée comparables à ceux occasionnés par des tsunamis d'origine sismique -tremblements de terre-, mais avec lesquels il ne faut toutefois pas les confondre).

Il s'agit d'une élévation anormale du niveau moyen de la mer associée au passage du cyclone. Cette surélévation unique (onde "solitaire") dure plusieurs dizaines de minutes (jusqu'à une à deux heures), est de l'ordre de quelques centimètres à quelques mètres (son amplitude, très variable, peut atteindre 4 à 8 mètres pour les cyclones puissants et dans les zones où il existe un vaste plateau continental) et peut s'étendre sur une largeur d'une à plusieurs dizaines de kilomètres. La marée de tempête est maximale juste à l'avant du cyclone : dans la zone avant gauche (par rapport au déplacement) dans l'hémisphère sud, et dans la zone avant droite dans l'hémisphère nord. Comme la houle, elle s'amplifie à l'approche des côtes. Cependant, sur des côtes ou des îles où les fonds marins sont vite importants au large (comme à La Réunion ou autres îles d'origine volcanique), la surélévation due à la seule présence du cyclone (hors marée astronomique) sera plus faible, de 1 à 1,5 mètres tout au plus.

La marée de tempête est la somme de la marée astronomique normale et de "l'onde de tempête", également appelée "surcote", qui est l'élévation du niveau moyen de la mer due à l'action conjuguée du vent et de la baisse de pression au cœur du cyclone.

Elévation due à la baisse de pression, ou "effet baromètre inversé" : au cœur du cyclone, le poids de la colonne d'air au dessus du sol est moindre et la mer est comme "aspirée" vers le haut. Une règle simple à retenir est la suivante : une baisse de 1 hPa correspond à une élévation d'un centimètre. Donc, sachant la pression moyenne au niveau du sol est de l'ordre de 1013 hPa, et que celle au cœur des cyclones les plus puissants est de l'ordre de 900 hPa (record minimal enregistré de 870 hPa pour le super-typhon Tip), on en déduit que cet effet d'aspiration du à la baisse de pression est de l'ordre de quelques dizaines de centimètres jusqu'à un peu plus d'un mètre, au grand maximum.

En fait, la majeure partie de l'onde de tempête est due à l'action des vents les plus forts à la périphérie de l'œil, qui poussent mécaniquement l'eau à l'avant du cyclone. Ces vents créent par frottement sur la surface de l'océan un très fort courant (dit "courant de dérive"). En pleine mer, ce courant est en partie compensé en profondeur, au-delà de 50 à 60 mètres de fond, par un contre-courant de sens opposé. L'amplitude de l'onde de tempête est alors relativement faible. Lorsque le cyclone arrive au niveau du plateau continental ou tout près des terres, ce contre-courant n'existe plus et l'eau de surface s'accumule vers le rivage (d'autant plus que le plateau continental est marqué).

L'amplitude de la marée de tempête dépend donc le l'intensité et de la structure (la taille en particulier) du cyclone tropical (ou de la tempête, car ce phénomène existe également dans les zones tempérées), mais également d'autres facteurs indépendants tels la configuration du littoral, la topographie des fonds marins, la trajectoire du phénomène, la marée astronomique : une marée haute et de grande amplitude (marée de vives eaux), une trajectoire de la tempête rectiligne et perpendiculaire à la côte, un estuaire, une baie ou un delta dans laquelle l'eau va se retrouver piégée comme dans un "cul-de-sac" marin (tel le fond du Golfe du Bengale), des fonds marins peu profonds, sont autant de facteurs qui vont décupler la montée des eaux.

La marée de tempête la plus haute, reconnue par l'OMM, est de 13 mètres en mai 1899 dans une baie de Queensland en Australie (cyclone Mahina, plus connu sous le nom de "Bathurst Bay Hurricane"). De nombreux témoignages de l'époque confirment cette estimation, qui pourrait paraître contestable. La marée de tempête qui a, quant à elle, fait tant de victimes (plus de 300 000) au Bangladesh (delta très vulnérable, maintes fois exposé) en 1970, était estimée entre 4 et 6 mètres. Plus récemment, les ravages de l'ouragan Katrina en 2005 dans le Mississipi ou du cyclone Nargis (mai 2008, plus de 100 000 victimes) en Birmanie sont en grande partie dus à la marée de tempête.

L'ensemble des records météorologiques validés par l'OMM est disponible sous http://wmo.asu.edu