Quels sont les stades de développement d’un orage ? What are the stages of a thunderstorm?
Quand les conditions propices à la formation d’un orage sont réunies, on appelle « cellules d’orage » les zones où l’air se déplace en courants ascendants et descendants. Un orage est généralement constitué de plusieurs de ces cellules; à mesure qu’elles se développent, chacune à son tour gagne en puissance et en altitude par rapport à la précédente.
L’image suivante présente plusieurs cellules d’orage s’étalant horizontalement, la plus massive étant située au centre.
When the conditions required for development are met, the areas of rising and descending air are called thunderstorm cells. A thunderstorm is usually composed of multiple thunderstorm cells that successively grow more powerful and to greater heights than the previous one as they develop.
The following picture shows multiple cells spread horizontally with the biggest one being at the centre.
Les orages ont un cycle de vie qui peut être divisé en trois stades distincts.
1 - Cumulus
Comme le nom l’indique, les orages commencent par être des cumulus, avant de devenir rapidement des cumulus bourgeonnants. Les courants ascendants dominent, et à cause de leur puissance, les précipitations sont rares. La température de l’air à l’intérieur du cumulus est constamment plus élevée que l’air ambiant, ce qui renforce le développement vertical de la cellule.
Cette étape finira par donner lieu à un nuage pouvant atteindre un diamètre de plusieurs milles marins et pouvant peser jusqu'à 800 000 tonnes (l'équivalent d'environ 2 900 Airbus A380 !) : le cumulonimbus.
2 - Maturité
À ce stade, la cellule atteint son point culminant, parfois jusqu’à 30 000 ou 40 000 pieds, voire à plus de 65 000 pieds dans certains cas. Les courants ascendants se renforcent (atteignant une vitesse de plus de 6 000 pieds par minute); désormais, les gouttelettes d’eau et les cristaux de glace sont suffisamment lourds pour défier la force du courant et tombent.
Les précipitations entraînent de l’air dans leur chute, créant des courants descendants. Ceux-ci ne sont, à cette étape, pas aussi puissants que les courants ascendants, même s’ils peuvent atteindre une vitesse de 2 000 pieds par minute. La présence de précipitations au sol indique la transition du stade de cumulus vers le stade de maturité.
Il arrive que l’effet de friction créé par la rencontre des courants ascendants et descendants crée des spirales; ces rouleaux d’air peuvent donner lieu à des nuages en rouleau ou de type fractus qui se forment à l’avant de l’orage.
Le stade mature ne dure que 15 à 30 minutes en moyenne.
3 - Dissipation
Ce stade commence lorsque le courant descendant devient plus fort que le courant ascendant. En effet, les précipitations ont refroidi les niveaux inférieurs de la cellule orageuse, et celle-ci perd de sa vigueur. Le courant descendant se diffuse petit à petit dans toute la cellule, jusqu’à ce qu’il l’occupe pleinement, hormis une partie en son sommet où perdure le courant ascendant.
Les précipitations cessent peu à peu, et le sommet de la cellule peut alors prendre la forme d’une enclume, en raison de l’inversion présente à la limite supérieure de la troposphère. Au-dessus, une différence de température entre la tropopause et la stratosphère empêche la cellule de se développer davantage.
S’il s’agit d’un orage de convection suffisamment instable (nous parlerons plus amplement des types d’orages et de leur stabilité dans la prochaine section), il se peut qu’il repousse la limite d’inversion et se développe en forme de bulle au-dessus de l’enclume.
L’image suivante illustre ces trois stades et l’évolution des courants verticaux :
Thunderstorms have a life cycle that can be separated into three distinct stages:
1 - Cumulus stage
As the name indicates, the cumulus stage is where thunderstorms start as cumulus clouds and rapidly turn into a towering cumulus. The rising currents are dominating and there is very little precipitation because of the powerful updraft. The temperature of the air inside the cumulus is constantly higher than the surrounding air, increasing the vertical development of the cell.
This growth stage of the thunderstorm will eventually lead to a cloud that can reach a diameter of several nautical miles and a weight up to 800,000 tonnes (the equivalent of approximately 2,900 Airbus A380!): the cumulonimbus.
2 - Mature stage
In the mature stage, the cell reaches its highest point, sometimes towering at heights of 30 to 40,000 feet and in some areas up to 65,000 feet. The updraft is gaining strength (attaining speed of up to 6,000 feet per minute), but now the water droplets and ice crystals are heavy enough to fall downwards against the airflow.
As precipitation falls it drags air down with it, creating downdrafts. The downdrafts at this point are not as strong as the updrafts but can attain speed of 2,000 feet per minute. The appearance of precipitation at the surface is the identifying factor that marks the transition from the cumulus to the mature stage of development.
Sometimes, the friction between downdraft and updraft creates spirals; these rolls of the air can create roll clouds or scud clouds forming at the leading portion of the storm.
The mature stage only lasts an average of 15 to 30 minutes.
3 - Dissipating stage
The dissipating stage is marked by the downdraft becoming more powerful than the updraft. This is caused by precipitation cooling down the lower level of the cell, reducing its energy from the bottom. The downdraft gradually spreads throughout the cell until it occupies the entire cell, except for a portion of the top, where the updraft persists.
Precipitation slowly ends, and the top of the cell may spread into an anvil shape. The reason for the anvil shape is due to the inversion at the top of the troposphere. At the top, there is a change in temperature from tropopause into the stratosphere, creating a barrier for further development.
If a storm is convective and unstable enough (we will delve deeper into thunderstorm types and stability in the next section), it can push through the inversion, creating a bubble above the anvil.
The picture below shows these three stages and their associated vertical air currents:
De gauche à droite : cumulus, maturité et dissipation.
Les cellules orageuses en elles-mêmes ne durent pas très longtemps et mesurent rarement plus de 10 milles marins de diamètre. Mais comme les orages sont constitués de plusieurs de ces cellules, ils peuvent faire des centaines de milles de large et durer des heures entières. Chacune suit son propre cycle de formation, et lorsque l’une d’elles se dissipe, une autre atteint sa maturité, et ainsi de suite. Mais au bout d’un temps, les conditions de formation de l’orage disparaissent, et celui-ci se dissipe complètement.
The cumulus stage is on the left, the mature stage in the middle and the dissipating stage on the right.
Individual cells do not last very long and tend to be no more than 10 nautical miles in diameter. The reason why thunderstorms can be hundreds of miles wide and last for hours is because, as we mentioned, they are made up of multiple cells. These are all at different stages of development and as one cell dissipates another one reaches maturation and so on and so forth. Eventually, the conditions required for development will no longer exist and the whole thunderstorm will dissipate.