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Œil de l’ouragan Isabel de catégorie 4 vu de la Station spatiale internationale le 15 septembre 2003
L’œil est une région de temps généralement calme que l’on trouve au centre des forts cyclones tropicaux. L’œil d’une tempête est généralement circulaire et a généralement un diamètre de 25-40 miles (40-65 km). Il est entouré par le mur de l’œil, où se produisent les phénomènes météorologiques les plus violents d’un cyclone. La pression barométrique la plus basse du cyclone se produit dans l’œil, et peut être jusqu’à 15% inférieure à la pression atmosphérique à l’extérieur de la tempête.
Définitions de base
Une vue de l’intérieur de l’œil de l’ouragan Betsy. Sur cette photographie, prise par des chasseurs d’ouragans à bord d’un avion au milieu de l’œil, on voit des nuages bas recouvrant l’océan au premier plan, le mur de l’œil se profilant à des kilomètres de hauteur à l’arrière-plan.
L’œil est probablement la caractéristique la plus reconnaissable des cyclones tropicaux. Entouré d’un mur vertical d’orages (le mur de l’œil), l’œil est une zone grossièrement circulaire située au centre de circulation du cyclone. Dans les cyclones tropicaux forts, l’œil est caractérisé par des vents légers et un ciel clair, entouré de tous côtés par un mur de l’œil symétrique et imposant. Dans les cyclones tropicaux plus faibles, l’œil est moins bien défini et peut être recouvert par le couvert dense central, une zone de nuages élevés et épais qui apparaissent clairement sur les images satellite. Les tempêtes plus faibles ou désorganisées peuvent également présenter un mur de l’œil qui n’entoure pas complètement l’œil, ou un œil caractérisé par de fortes pluies. Dans toutes les tempêtes, cependant, l’œil est l’emplacement de la pression barométrique minimale de la tempête : la zone où la pression atmosphérique au niveau de la mer est la plus basse.
Diagramme en coupe transversale d’un cyclone tropical mature, avec des flèches indiquant la circulation de l’air dans et autour de l’œil.
Structure
Un cyclone tropical typique aura un œil d’environ 25 mi (40 km) de diamètre, généralement situé au centre géométrique de la tempête. L’œil peut être clair ou avoir des nuages bas tachetés (un œil clair), il peut être rempli de nuages de basse et moyenne altitude (un œil rempli), ou il peut être obscurci par le couvert dense central. Il y a cependant très peu de vent et de pluie, surtout près du centre. Cela contraste fortement avec les conditions dans le mur de l’œil, qui contient les vents les plus forts de la tempête.
Bien que normalement assez symétriques, les yeux peuvent être oblongs et irréguliers, notamment dans les tempêtes qui s’affaiblissent. Un grand œil déchiqueté est un œil non circulaire qui semble fragmenté, et qui est un indicateur d’un cyclone tropical faible ou en voie d’affaiblissement. Un œil ouvert est un œil qui peut être circulaire, mais le mur de l’œil ne l’entoure pas complètement, ce qui indique également un cyclone affaibli et privé d’humidité.
L’ouragan Nate, tel que vu sur cette photo du 6 septembre 2005, présente un œil rempli de nuages.
Alors que les tempêtes matures typiques ont des yeux de quelques dizaines de miles de diamètre, les tempêtes qui s’intensifient rapidement peuvent développer un œil extrêmement petit, clair et circulaire, appelé œil en trou d’épingle. Les tempêtes avec des yeux en trou d’épingle sont sujettes à de grandes fluctuations d’intensité, et fournissent des difficultés et des frustrations aux prévisionnistes.
Les petits yeux (moins de 10 nmi de diamètre) déclenchent souvent des cycles de remplacement du mur de l’œil, où un nouveau mur de l’œil commence à se former à l’extérieur du mur de l’œil original. Cela peut avoir lieu n’importe où entre dix et quelques centaines de miles (quinze à des centaines de kilomètres) à l’extérieur de l’œil interne. La tempête présente alors deux murs de l’œil concentriques, ou un « œil dans l’œil ». Dans la plupart des cas, le mur extérieur de l’œil se contracte peu après sa formation, étouffant l’œil intérieur et créant un œil beaucoup plus grand, mais stable. Bien que ce processus ait tendance à affaiblir les tempêtes lorsqu’il se produit, le nouveau mur de l’œil peut se contracter assez rapidement après la dissipation de l’ancien mur de l’œil, ce qui entraîne un nouveau renforcement de la tempête et la répétition du processus. Le nouveau mur de l’œil contracté peut déclencher un autre cycle de remplacement du mur de l’œil.
Les yeux peuvent avoir une taille allant de 200 miles (320 km) ( Typhon Carmen) à seulement deux miles (3 km) ( Ouragan Wilma) de diamètre. Bien qu’il soit très rare que les tempêtes avec de grands yeux deviennent très intenses, cela se produit, en particulier dans les ouragans annulaires. L’ouragan Isabel a été le onzième ouragan de l’Atlantique le plus puissant de tous les temps, et a soutenu un grand œil de 40 à 50 miles (65 à 80 km) de large pendant une période de plusieurs jours.
Formation
Les cyclones tropicaux se forment généralement à partir de grandes zones désorganisées de temps perturbé dans les régions tropicales. À mesure que d’autres orages se forment et se rassemblent, la tempête développe des bandes de pluie qui commencent à tourner autour d’un centre commun. Lorsque la tempête gagne en puissance, un anneau de convection plus forte se forme à une certaine distance du centre de rotation de la tempête en développement. Comme les orages plus forts et les pluies plus abondantes marquent les zones de courants ascendants plus forts, la pression barométrique à la surface commence à baisser et l’air commence à s’accumuler dans les niveaux supérieurs du cyclone. Cela entraîne la formation d’un anticyclone de niveau supérieur, ou d’une zone de haute pression atmosphérique au-dessus du couvert dense central. En conséquence, la majeure partie de cet air accumulé s’écoule vers l’extérieur de manière anticyclonique au-dessus du cyclone tropical.
Mesures d’ozone recueillies au-dessus de l’ouragan Erin le 12 septembre 2001. Dans le mur de l’œil (cercle de bleus et de violets), l’air s’élève rapidement depuis la surface de la terre, où il n’y a presque pas d’ozone. Dans l’œil (cercle de vert et de jaune), l’air descend de la stratosphère riche en ozone, de sorte qu’il y a plus d’ozone.
Cependant, une petite partie de l’air accumulé, au lieu de s’écouler vers l’extérieur, s’écoule vers le centre de la tempête. Cela entraîne une augmentation encore plus importante de la pression atmosphérique, au point que le poids de l’air contrebalance la force des courants ascendants au centre de la tempête. L’air commence à descendre au centre de la tempête, créant une zone essentiellement dépourvue de pluie ; un œil nouvellement formé.
De nombreux aspects de ce processus restent un mystère. Les scientifiques ne savent pas pourquoi un anneau de convection se forme autour du centre de la circulation au lieu de le recouvrir, ni pourquoi l’anticyclone de niveau supérieur n’éjecte qu’une partie de l’excès d’air au-dessus de la tempête. Des centaines de théories existent quant au processus exact de formation de l’œil : tout ce dont on est sûr, c’est que l’œil est nécessaire pour que les cyclones tropicaux atteignent des vitesses de vent élevées.
Détection
La formation d’un œil est presque toujours un indicateur de l’augmentation de l’organisation et de la force des cyclones tropicaux. Pour cette raison, les prévisionnistes surveillent de près les tempêtes en développement pour détecter les signes de formation d’un œil.
Pour les tempêtes dont l’œil est clair, sa détection est aussi simple que de regarder les images d’un satellite météorologique. Cependant, pour les tempêtes avec un œil rempli, ou un œil complètement recouvert par le couvert dense central, d’autres méthodes de détection doivent être utilisées. Les observations des navires et des chasseurs d’ouragans permettent de repérer visuellement un œil, en recherchant une baisse de la vitesse du vent ou une absence de précipitations au centre de la tempête. Aux États-Unis, un réseau de stations radar NEXRAD Doppler peut détecter les yeux près des côtes. Les satellites météorologiques transportent également des équipements de mesure de la vapeur d’eau atmosphérique et des températures des nuages, qui peuvent être utilisés pour repérer un œil en formation. En outre, les scientifiques ont récemment découvert que la quantité d’ozone dans l’œil est beaucoup plus élevée que celle du mur de l’œil, en raison de l’air descendant de la stratosphère riche en ozone.
Phénomènes associés
Cycles de remplacement du mur de l’œil
Les cycles de remplacement du mur de l’œil, également appelés cycles concentriques du mur de l’œil, se produisent naturellement dans les cyclones tropicaux intenses, généralement avec des vents supérieurs à 115 mph (185 km/h), ou les ouragans majeurs (cat 3 ou plus). Lorsque les cyclones tropicaux atteignent ce seuil d’intensité et que le mur de l’œil se contracte ou est déjà suffisamment petit (voir ci-dessus), certaines des bandes de pluie extérieures peuvent se renforcer et s’organiser en un anneau d’orages – un mur de l’œil extérieur – qui se déplace lentement vers l’intérieur et prive le mur de l’œil intérieur de l’humidité et du moment angulaire dont il a besoin. Comme les vents les plus forts sont situés dans le mur de l’œil d’un cyclone, le cyclone tropical s’affaiblit généralement pendant cette phase, le mur intérieur étant « étouffé » par le mur extérieur. Finalement, le mur de l’œil extérieur remplace complètement le mur intérieur, et la tempête peut se réintensifier.
La découverte de ce processus a été partiellement responsable de la fin de l’expérience de modification des ouragans du gouvernement américain, le projet Stormfury. Ce projet visait à ensemencer des nuages à l’extérieur du mur de l’œil, provoquant la formation d’un nouveau mur de l’œil et affaiblissant la tempête. Lorsqu’on a découvert qu’il s’agissait d’un processus naturel dû à la dynamique des ouragans, le projet a été rapidement abandonné.
Presque tous les ouragans intenses subissent au moins un de ces cycles au cours de leur existence. L’ouragan Allen en 1980 a connu des cycles répétés de remplacement du mur de l’œil, fluctuant plusieurs fois entre le statut de catégorie 5 et de catégorie 3 sur l’échelle de Saffir-Simpson. L’ouragan Juliette (2001) a été un rare cas documenté de triple mur de l’œil.
Douves
Une douve dans un cyclone tropical est un anneau clair à l’extérieur du mur de l’œil, ou entre des murs de l’œil concentriques, caractérisé par un air qui descend lentement, peu ou pas de précipitations, et un écoulement dominé par la déformation . Le fossé entre les murs de l’œil n’est qu’un exemple de zone de filamentation rapide, ou d’une zone de la tempête où la vitesse de rotation de l’air varie fortement en fonction de la distance au centre de la tempête. De telles régions dominées par les déformations peuvent potentiellement se trouver à proximité de tout tourbillon suffisamment puissant, mais sont plus prononcées dans les cyclones tropicaux puissants.
Mésovortex du mur de l’œil
Une image de l’œil de l’ouragan Wilma prise à 8 h 22 CDT le 19 octobre 2005 par l’équipage à bord de la station spatiale internationale de la NASA, à 222 miles au-dessus de la terre. À l’époque, Wilma était l’ouragan le plus puissant de l’histoire de l’Atlantique, avec des vents de près de 185 mph (280 km/h) et une pression centrale minimale de seulement 882 mbar. Il s’agit non seulement d’un exemple classique d’œil en trou d’épingle (le plus petit jamais observé – seulement 3 km de diamètre), mais aussi de l’effet de stade, où le mur de l’œil s’incline vers l’extérieur et vers le haut.
Les mésovortices de l’œil sont des caractéristiques de rotation à petite échelle que l’on trouve dans les murs de l’œil des cyclones tropicaux intenses. Ils sont similaires, en principe, aux petits « tourbillons de succion » souvent observés dans les tornades à tourbillons multiples. Dans ces tourbillons, la vitesse du vent peut être jusqu’à 10 % plus élevée que dans le reste du mur de l’œil. Les mésovortex du mur de l’œil sont plus fréquents pendant les périodes d’intensification des cyclones tropicaux.
Les mésovortex du mur de l’œil présentent souvent un comportement inhabituel dans les cyclones tropicaux. Ils tournent généralement autour du centre de basse pression, mais ils restent parfois stationnaires. Des mésovortex de mur d’œil ont même été documentés pour traverser l’œil d’une tempête. Ces phénomènes ont été documentés de manière observationnelle, expérimentale et théorique.
Les mésovortex de paroi oculaire sont un facteur important dans la formation de tornades après l’atterrissage d’un cyclone tropical. Les mésovortices peuvent engendrer une rotation dans les orages individuels (un mésocyclone), ce qui conduit à une activité tornadique. À l’atterrissage, une friction est générée entre la circulation du cyclone tropical et la terre. Cela peut permettre aux mésovortices de descendre à la surface, provoquant de grands foyers de tornades.
Effet de stade
L’effet de stade est un phénomène occasionnellement observé dans les cyclones tropicaux forts. C’est un événement assez courant, où les nuages du mur de l’œil s’incurvent vers l’extérieur de la surface avec la hauteur. Cela donne à l’œil une apparence ressemblant à un dôme ouvert vu du ciel, un peu comme un stade de sport. L’œil est toujours plus grand au sommet de la tempête et plus petit à sa base, car l’air ascendant dans le mur de l’œil suit des isolignes de même moment angulaire, qui s’inclinent également vers l’extérieur avec la hauteur. Ce phénomène renvoie aux caractéristiques des cyclones tropicaux à très petit œil, où le phénomène de pente est beaucoup plus prononcé.
Dangers
Bien que l’œil soit de loin la partie la plus calme de la tempête, sans vent au centre et avec un ciel généralement dégagé, au-dessus de l’océan, c’est peut-être la zone la plus dangereuse. Dans le mur de l’œil, les vagues entraînées par le vent se déplacent toutes dans la même direction. Au centre de l’œil, cependant, les vagues de toutes les directions convergent, créant des crêtes erratiques qui peuvent se superposer, créant ainsi des vagues scélérates. La hauteur maximale des vagues d’un ouragan est inconnue, mais de nouvelles recherches indiquent que les ouragans typiques peuvent avoir une hauteur de vague de près de 100 pieds (33 m). Cela s’ajoute à toute onde de tempête qui peut se produire, car les ondes de tempête s’étendent souvent dans l’œil.
Une erreur courante, en particulier dans les régions où les ouragans sont peu fréquents, est que les résidents se promènent à l’extérieur pour inspecter les dégâts pendant que l’œil passe au-dessus, pensant que la tempête est terminée. Ils sont alors pris complètement par surprise par les vents violents dans le mur de l’œil opposé. Le National Weather Service déconseille fortement de quitter un abri pendant le passage de l’œil.
Autres tempêtes
Bien que seuls les cyclones tropicaux aient des structures que l’on appelle officiellement des « yeux », il existe d’autres tempêtes qui peuvent présenter des structures semblables à des yeux :
Le blizzard nord-américain de 2006, une tempête extratropicale, a montré une structure en forme d’œil à son intensité maximale (ici vue juste à l’est de la péninsule de Delmarva).
Dépressions polaires
Les dépressions polaires sont des systèmes météorologiques de méso-échelle (généralement plus petits que 600 miles ou 1000 km de diamètre) que l’on trouve près des pôles. Comme les cyclones tropicaux, elles se forment au-dessus d’eaux relativement chaudes, peuvent présenter une convection profonde (orages) et des vents de force coup de vent ou plus (> 31 mph, 50 km/h). Cependant, contrairement aux tempêtes de nature tropicale, elles se développent dans des températures beaucoup plus froides et à des latitudes beaucoup plus élevées. Elles sont également plus petites et durent moins longtemps (peu d’entre elles durent plus d’un jour ou deux). Malgré ces différences, leur structure peut être très similaire à celle des cyclones tropicaux, avec un œil clair entouré d’un mur de l’œil et de bandes de pluie/neige.
Tempêtes extratropicales
Les tempêtes extratropicales sont des zones de basse pression qui existent à la limite de différentes masses d’air. Presque toutes les tempêtes que l’on trouve aux latitudes moyennes sont de nature extratropicale, y compris les classiques nor’easters nord-américaines et les tempêtes de vent européennes. Les plus sévères d’entre elles peuvent avoir un « œil » clair à l’endroit où la pression barométrique est la plus basse, bien qu’il soit généralement entouré de nuages plus bas, non convectifs, et se trouve près de l’extrémité arrière de la tempête.
Tempêtes subtropicales
Les tempêtes subtropicales sont des cyclones qui présentent certaines caractéristiques extratropicales et certaines caractéristiques tropicales. À ce titre, elles peuvent avoir un œil, mais ne sont pas de véritables tempêtes tropicales. Les tempêtes subtropicales peuvent être très dangereuses, avec des vents et des mers violents, et évoluent souvent en véritables tempêtes tropicales. À ce titre, le Centre national des ouragans a commencé à inclure les tempêtes subtropicales dans son système de dénomination en 2002.
Tornades
Les tornades sont des tempêtes destructrices à petite échelle, qui produisent les vents les plus rapides sur terre. Il en existe deux types principaux : les tornades à un seul tourbillon, qui consistent en une seule colonne d’air en rotation, et les tornades à plusieurs tourbillons, qui consistent en de petits tourbillons de succion, ressemblant eux-mêmes à des mini-tornades, tournant tous autour d’un centre commun. La théorie veut que ces deux types de tornades aient un centre calme, appelé « yeux » par certains météorologues. Ces théories sont étayées par les observations du radar doppler et les récits de témoins oculaires.
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