Formation d'une tornade



PLAN


1/ Définition et caractéristique d'une tornade.


2/ Expérience sur les tornades.


3/ Comment se passe le mécanisme " tornade " ?


1/ Définition et caractéristique d'une tornade.


Les tornades sont des tourbillons d'air violents qui deviennent souvent visibles sous la forme d'un entonnoir s'étirant de la base d'un nage jusqu'au sol. Le mot tornade provient de deux termes espagnols : " tronada "qui signifie orage et " tornar " qui signifie tourner. Elle ressemble par son fonctionnement à un ouragan miniature concentrant en peu d'espace énormément d'énergie. Elle agit comme un aspirateur capable d'aspirer et de rejeter des centaines de mètres plus loin des objets d'une masse considérable (voiture, piano, poutrelles d'acier…).
Le sens de rotation des tornades s'effectue différemment dans l'hémisphère Nord et dans l'hémisphère Sud : Dans l'hémisphère Nord les tornades tournent de façon cyclonique (dans le sens contraire des aiguilles d'une montre) et de façon anticycloniques (sens des aiguilles d'une montre) dans l'hémisphère Sud.
Leur diamètre est de cent mètre en moyenne mais peut varier de 10 à 1000 mètres.
En général une tornade se déplace du Sud Ouest vers le Nord Est à une vitesse moyenne de 50 à 60 km/h pouvant atteindre des vitesses de plus de 100km/h. Mais ces vitesses sont très variables d'une tornade à l'autre. Une tornade parcours 10km en moyenne.
Les vitesses de rotation d'une tornade sont également très variables : 100km/h à 500km/h et peuvent avoisiner (très rarement) les 700km/h.
Les tornades ont une durée de vie relativement courte contrairement aux ouragans. Elle est de l'ordre de quelques minutes et peut aller jusqu'à une heure.
Les tornades en contact avec le sol prennent un aspect gris noir en aspirant les débris ou terre jonchant le sol.



UNE TORNADE----------------------------------UNE TROMBE

Certaines tornades se produisent au dessus de l'eau. Le pouvoir aspirant de ces tornades est moins important qu'au sol car les vents dépassent rarement 80 km/h. L'eau ainsi aspirée est a l'origine de la couleur très blanche de la tornade. Ce cas spécifique se produisant en pleine mer est appelé trombe d'eau ou trombe marine.


2/ Expérience sur les tornades.


Nous avons voulu, d'autant plus qu'il y en avait la possibilité, réaliser une petite expérience permettant de visualiser ce qu'est une tornade, à petite échelle bien sur, à défaut de partir aux Etats-Unis pour les admirer grandeur nature. Celle ci est relativement simple, et demande peu de préparation (environ 15 min) pourun résultat relativement concluant.

a) But de l'expérience :

Le but est ici de visualiser le fonctionnement d'une tornade, il est bien entendu que ce ne sera pas une vrai tornade miniature capable d'aspirer !

b) Matériel nécessaire :

-2 bouteilles de 1.5 L en plastique, transparentes, rondes et avec leur bouchon (par exemple Coca Cola)
-du ruban adhésif et isolant
-du silicone
-eau
-une perceuse (foret 1 cm)
-du colorant (fluorescéine ou bleu de méthylène)

c) Protocole

Tout d'abord enlever les étiquettes collées sur les 2 bouteilles si il y en a. Percer ensuite un trou de 1 cm de diamètre au centre de chaque bouchon. Puis assembler les deux bouchon ou moyen d'une goutte de silicone. Laisser sécher puis entourer les deux bouchons de ruban adhésif pour satisfaire l'étanchéité. Visser le double bouchon sur l'une des bouteilles. Remplir l'autre bouteille aux ¾ d'eau et y ajouter quelques millilitres de colorant. Visser la bouteille vide sur la bouteille remplie d'eau. Il ne reste que plus qu'a manœuvrer l'ensemble : en tenant le double bouchon d'une main et le bas de la bouteille remplie de l'autre retourner les bouteilles et animer les d'un mouvement circulaire rapide pendant quelques secondes. Poser l'ensemble sur un endroit plat et observer. La manipulation peut être renouvelée indéfiniment en retournant à nouveau l'ensemble.

DOUBLE BOUCHON


d) Observations

On observe l'apparition d'une Colonne d'air translucide et Tourbillonnante au centre de la bouteille supérieure, s'étendant du double bouchon à l'air situé au dessus de l'eau. L'eau s'écoule le long des parois de la bouteille inférieure.



e) Interprétation

En animant l'eau d'un mouvement circulaire, l'air s'infiltre verticalement par le trou des deux bouchons et suit ainsi le mouvement l'eau. La tornade est alors ce tourbillon d'air nettement visible et conique comme dans la réalité.




3/ Comment se passe le mécanisme " tornade " ?


L
ors de la formation d'une tornade la structure de l'air est bien particulière : on constate une basse couche d'air humide (environ 1 à 3 km) surmontée d'une couche d'air sec et donc conditionnellement stable. Cette dernière la sépare des couches supérieures. La couche basse souvent chaude est alors ascendante et accompagnée de vents relativement violents. C'est là qu'on peut constater le rôle prépondérant de la couche intermédiaire : celle ci empêche les vents violents de pénétrer la couche d'air sec jusqu'à ce que ces vents possèdent assez d'énergie pour réussir à percer la couche intermédiaire ce qui aura pour effet de provoquer la formation de vents tourbillonnants en altitude et verticalement.
Ensuite le tourbillon bascule dans le sens horizontal (sens du tourbillon de la tornade) sous l'action de vents opposés ( cisaillement). Ce tourbillon gagne alors de la vitesse, se resserre et donne naissance à un mini cyclone s'étirant vers le haut et vers le bas. A ce moment on peut constater une chute de pression, élément déterminant dans la suite de cette formation. Les vents convergent vers le sol au niveau où le nuage est le plus bas (nuage mur). Le vent tourbillonnant s'accélère et commence à se frayer un chemin le long du courant ascendant principal en direction du sol. Finalement une colonne d'air émerge du nuage. Celle ci devient tout d'abord visible sous la forme d'un nuage en entonnoir ( couleur blanche du nuage) grâce à la condensation due à une ligne de basse pression le long de l'entonnoir.
Une fois que l'entonnoir (ou tuba) à atteint le sol la tornade est à l'apogée de sa puissance. Le tuba s'élargit et devient un aspirateur géant. Il aspire les poussières ce qui rend le tuba d'autant plus gris et donc plus visible. La condensation et la poussière ne constituent en fait que la partie extérieure et visible de la tornade.
Lorsque le tuba s'étend du sol au nuage le fonctionnement de la tornade est telle que sur le schéma. Les courants ascendants très forts entourent un œil calme de basse pression où l'air descend lentement, la pression la plus basse étant située juste au dessus du sol ( c'est l'encart). L'air aspiré dans le tourbillon y est d'abord animé d'une rotation accélérée puis ralentit peu à peu dans le cumulonimbus supérieur.
Une tornade est très souvent accompagnée de mini tornades ou vortex, qui se forment à l'intérieur même de la tornade où à proximité. Ces tourbillons sont les plus dangereux car leur formation est imprévisible et leur vitesse peut atteindre les 500 km/h, contrairement à la tornade principale qui dépasse rarement les 300 km/h .Il s'agit du phénomène de rotation autour d'un axe : tout objet en rotation autour s'accélère en se rapprochant de son axe, tout en conservant sa vitesse angulaire. Enfin le cône qui s'affaiblit peut prendre l'aspect d'une corde, se tordre et finalement disparaître en rentrant dans la base du nuage.






Dans l'hémisphère Nord le schéma aurait été le même à quelques détails près : le sens de rotation des masses d'air chaudes ( au sol et ascendantes ) serait l'opposé c'est à dire qu'elles tourneraient dans le sens contraire des aiguilles d'une montre.