Alors qu’un ouragan s’intensifie, des chasseurs d’ouragans sont dans le ciel pour accomplir une tâche presque inimaginable : voler au cœur de la tempête. À chaque passage, les scientifiques à bord de ces avions prennent des mesures que les satellites ne peuvent pas prendre et les envoient aux prévisionnistes du National Hurricane Center.
Jason Dunion, météorologue à l’Université de Miami, a dirigé des programmes de terrain sur les ouragans pour la National Oceanic and Atmospheric Administration. Il a décrit la technologie utilisée par l’équipe pour évaluer le comportement des ouragans en temps réel et l’expérience à bord d’un P-3 Orion alors qu’il plonge à travers le mur de l’œil d’un ouragan.
Que se passe-t-il à bord d’un chasseur d’ouragans lorsque vous survolez une tempête ?
En gros, nous emmenons un laboratoire volant au cœur des ouragans, jusqu’à la catégorie 5. Pendant que nous volons, nous analysons les données et les envoyons aux prévisionnistes et aux modélisateurs climatiques.
À bord des P-3, nous traversons régulièrement le milieu de la tempête, en plein cœur de l’œil. Imaginez un schéma en X : nous traversons la tempête à plusieurs reprises au cours d’une mission. Il peut s’agir de tempêtes en formation ou de tempêtes de catégorie 5.
Nous volons généralement à une altitude d’environ 10 000 pieds, soit environ un quart de la distance entre la surface de l’océan et le sommet de la tempête. Nous voulons traverser la partie la plus violente de la tempête car nous essayons de mesurer les vents les plus forts pour le Hurricane Center.
Cela doit être intense. Pouvez-vous décrire ce que vivent les scientifiques lors de ces vols ?
Mon vol le plus intense a été celui de Dorian en 2019. La tempête était proche des Bahamas et s’est rapidement intensifiée pour devenir une tempête de catégorie 5 très forte, avec des vents d’environ 185 mph. J’avais l’impression d’être une plume dans le vent.
Lorsque nous avons traversé le mur de l’œil de Dorian, nous n’avions que des ceintures de sécurité. Vous pouvez perdre quelques centaines de mètres en quelques secondes si vous avez un courant descendant, ou vous pouvez entrer dans un courant ascendant et gagner quelques centaines de mètres en quelques secondes. Cela ressemble beaucoup à des montagnes russes, sauf que vous ne savez pas exactement quand la prochaine montée ou descente aura lieu.
À un moment donné, nous avons eu des forces G de 3 à 4 G. C’est ce que subissent les astronautes lors d’un lancement de fusée. Nous pouvons également obtenir zéro G pendant quelques secondeset tout ce qui n’est pas attaché flottera.
Même dans les moments les plus difficiles de la tempête, les scientifiques comme moi-même sont occupés à traiter les données sur leurs ordinateurs. Un technicien à l’arrière a peut-être lancé une sonde depuis le ventre de l’avion, et nous vérifions la qualité des données et les envoyons aux centres de modélisation et au National Hurricane Center.
Qu’apprenez-vous sur les ouragans grâce à ces vols ?
L’un de nos objectifs est de mieux comprendre pourquoi les tempêtes s’intensifient rapidement.
L’intensification rapide se produit lorsqu’une tempête augmente sa vitesse de 35 mph en une seule journée. Cela équivaut à passer de la catégorie 1 à une tempête majeure de catégorie 3 en peu de temps. Ida (2021), Dorian (2019) et Michael (2018) ne sont que quelques-uns des ouragans récents qui se sont intensifiés rapidement. Lorsque cela se produit près des terres, cela peut prendre les gens par surprise, et cela devient rapidement dangereux.
Étant donné qu’une intensification rapide peut se produire dans un laps de temps très court, nous devons être sur place avec les chasseurs d’ouragans pour prendre des mesures pendant que la tempête se prépare.
Jusqu’à présent, il est difficile de prévoir une intensification rapide. Nous pourrions commencer à voir les ingrédients se réunir rapidement : l’océan est-il chaud à une grande profondeur ? L’atmosphère est-elle agréable et juteuse, avec beaucoup d’humidité autour de la tempête ? Les vents sont-ils favorables ? Nous examinons également le noyau interne : à quoi ressemble la structure de la tempête et commence-t-elle à se consolider ?
Les satellites peuvent offrir aux prévisionnistes une vue de base, mais nous devons envoyer nos chasseurs d’ouragans au cœur de la tempête elle-même pour vraiment décortiquer l’ouragan.
À quoi ressemble une tempête lorsqu’elle s’intensifie rapidement ?
Les ouragans aiment se tenir debout, comme une toupie qui tourne. C’est pourquoi nous recherchons l’alignement.
Une tempête qui n’est pas encore complètement formée peut avoir une circulation de basse altitude, à quelques kilomètres au-dessus de l’océan, qui n’est pas alignée avec sa circulation de moyenne altitude à 6 ou 7 kilomètres d’altitude. Ce n’est pas une tempête très saine. Mais quelques heures plus tard, nous pourrions revenir dans la tempête et remarquer que les deux centres sont mieux alignés. C’est un signe que la tempête pourrait s’intensifier rapidement.
Nous observons également la couche limite, la zone située juste au-dessus de l’océan. Les ouragans respirent : ils aspirent de l’air à basse altitude, l’air monte au niveau du mur de l’œil, puis il s’échappe au sommet de la tempête et loin du centre. C’est pourquoi nous avons ces énormes courants ascendants dans le mur de l’œil.
Nous pouvons donc surveiller les données de notre sonde à chute libre ou de notre radar Doppler de queue pour savoir comment les vents circulent au niveau de la couche limite. S’agit-il vraiment d’air humide qui se précipite vers le centre de la tempête ? Si la couche limite est profonde, la tempête peut également prendre une plus grande inspiration.
Nous observons également la structure. Souvent, la tempête semble en bonne santé sur le satellite, mais lorsque nous l’observons avec le radar, la structure est floue ou l’œil peut être rempli de nuages, ce qui nous indique que la tempête n’est pas encore prête à s’intensifier rapidement. Mais, pendant ce vol, nous pouvons commencer à voir la structure changer assez rapidement.
L’inspiration, le soulèvement et l’expiration de l’air – la respiration – sont un excellent moyen de diagnostiquer une tempête. Si cette respiration semble normale, cela peut être un bon signe d’une tempête qui s’intensifie.
Quels instruments utilisez-vous pour mesurer et prévoir le comportement des ouragans ?
Nous avons besoin d’instruments qui mesurent non seulement l’atmosphère, mais aussi l’océan. Les vents peuvent diriger une tempête ou la déchirer, mais la chaleur et l’humidité de l’océan en sont le carburant.
Nous utilisons des sondes de chute pour mesurer la température, l’humidité, la pression et la vitesse du vent, et nous renvoyons les données tous les 5 mètres environ jusqu’à la surface de l’océan. Toutes ces données sont transmises au National Hurricane Center et aux centres de modélisation afin qu’ils puissent obtenir une meilleure représentation de l’atmosphère.
Un P-3 est équipé d’un laser – un CRL (Compact Rotational Raman LiDAR) – qui peut mesurer la température, l’humidité et les aérosols depuis l’avion jusqu’à la surface de l’océan. Il peut nous donner une idée de la richesse de l’atmosphère, et donc de son potentiel à alimenter une tempête. Le CRL fonctionne en continu sur toute la trajectoire de vol, ce qui permet d’obtenir ce magnifique rideau sous l’avion qui indique la température et l’humidité.
Les avions sont également équipés de radars Doppler de queue, qui mesurent la manière dont les gouttelettes d’humidité soufflent dans l’air pour déterminer le comportement du vent. Cela nous donne une vue en 3D du champ de vent, comme une radiographie de la tempête. On ne peut pas obtenir cela à partir d’un satellite.
Nous lançons également des sondes océaniques appelées AXBT (bathythermographes jetables pour avions) en amont de la tempête. Ces sondes mesurent la température de l’eau à plusieurs centaines de mètres de profondeur. En général, une température de surface de 26,5 degrés Celsius (80 degrés Fahrenheit) et plus est favorable à un ouragan, mais la profondeur de cette chaleur est également importante.
Si l’eau de mer est chaude, à 30 °C à la surface, mais qu’à 15 mètres de profondeur elle est beaucoup plus froide, l’ouragan va rapidement mélanger cette eau froide et affaiblir la tempête. Mais l’eau chaude profonde, comme celle que l’on trouve dans les tourbillons du golfe du Mexique, fournit une énergie supplémentaire qui peut alimenter une tempête.
Nous testons également une nouvelle technologie : de petits drones que nous pouvons lancer depuis le ventre d’un P-3. Ils ont une envergure d’environ 2,1 à 2,7 mètres et sont en quelque sorte une station météorologique avec des ailes.
Un de ces drones largués dans l’œil pourrait mesurer les changements de pression, qui indiquent si une tempête s’intensifie. Si nous pouvions larguer un drone dans le mur de l’œil et le placer en orbite autour de celui-ci, il pourrait mesurer où se trouvent les vents les plus forts – c’est un autre détail important pour les prévisionnistes. Nous ne disposons pas non plus de beaucoup de mesures dans la couche limite, car ce n’est pas un endroit sûr pour un avion.
Vous avez également récemment ciblé les îles du Cap-Vert au large de l’Afrique. Que recherchez-vous là-bas ?
Les îles du Cap-Vert sont situées dans la pépinière des ouragans de l’Atlantique. Les jeunes pousses des ouragans viennent d’Afrique et nous essayons de déterminer les points de basculement à partir desquels ces perturbations se transformeront en tempêtes.
Plus de la moitié des tempêtes nommées que nous recevons dans l’Atlantique proviennent de cette pépinière, y compris environ 80 % des ouragans majeurs, c’est donc important, même si les perturbations surviennent peut-être sept à dix jours avant la formation d’un ouragan.
En Afrique, de nombreux orages se forment le long de la frontière sud du désert du Sahara avec la région plus fraîche et plus humide du Sahel en été. La différence de température peut provoquer dans l’atmosphère des ondulations que nous appelons ondes tropicales. Certaines de ces ondes tropicales sont les précurseurs des ouragans. Cependant, la couche d’air saharienne – d’énormes tempêtes de poussière qui viennent d’Afrique tous les trois à cinq jours environ – peut étouffer un ouragan. Ces tempêtes atteignent leur apogée de juin à la mi-août. Après cela, les perturbations tropicales ont plus de chances d’atteindre les Caraïbes.
Dans un avenir pas trop lointain, le Centre national des ouragans devra établir des prévisions sur sept jours, plutôt que sur cinq jours seulement. Nous réfléchissons à la manière d’améliorer ces prévisions précoces.
Cet article est republié par The Conversation, une organisation de presse indépendante à but non lucratif qui vous apporte des faits et des analyses fiables pour vous aider à comprendre notre monde complexe. Il a été écrit par : Jason Dunion, Université de Miami
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Jason Dunion reçoit des financements de la NOAA, de la NASA et du Bureau de la recherche navale.