Tipe : Les cyclones tropicaux

1°) Les cyclone
a) Echelles et quelques définitions
i) Présentation de deux échelles courantes, utiles pour la classification des cyclones tropicaux :

L'échelle de Beaufort doit son nom à l'amiral britannique Francis Beaufort (1774-1857), qui eut l'idée d'attribuer des chiffres aux degrés de l'échelle des vents utilisée par les marins. Un degré Beaufort correspond à la vitesse moyenne du vent sur une période de dix minutes. Jusqu'à 117km/h, la force sur l’échelle de Beaufort peut être calculée par

L’échelle de Saffir-Simpson fut établie en 1971 par les Américains Herbert Saffir (ingénieur) et Robert Simpson (météorologue). Ils ont développé cette échelle à la demande de l’Organisation Météorologique Mondiale pour décrire les effets potentiels d'un cyclone tropical sur les infrastructures humaines. La vitesse des vents est calculée sur une période moyenne de 1 minute.

ii) Quelques définitions :

Une perturbation tropicale est une région d’activité convective accompagnée de vents de surface modérés avec des indices de circulation cyclonique. L’Organisation Météorologique Mondiale a défini trois classes de perturbation tropicale en fonction de la vitesse du vent :
* Dépression tropicaleonde tropicale : vent inférieur ou égal à force 7 Beaufort
* Tempête tropicale : vent compris entre force 8 et force 11 Beaufort
* Cyclone tropical : vent atteignant force 12 Beaufort. Il existe de nombreux synonymes suivant les régions où ces cyclones tropicaux sévissent. C’est un «ouragan» (hurricane en anglais) dans l'océan Atlantique et le Nord-Est du Pacifique ; un «typhon» (sur le Nord-Ouest du Pacifique ; une «tempête cyclonique violente» dans l’Océan Indien Nord ; un «cyclone tropical» dans l’océan Indien Sud à l'ouest de 90°E et Océan Pacifique sud à l'est de 160°E.)

En Europe, en dehors des zones tropicales et subtropicales, l'ouragan est, au sens courant, une tempête très violente suscitant des vents dont les vitesses moyennes atteignent des valeurs de l'ordre de 120 km/h ou davantage. Cette confusion vient de la météorologie marine, en effet, on appelle ouragan tout vent atteignant la force 12 Beaufort.
Une tornade est un système météorologique très compact et localisé, c’est une perturbation atmosphérique tourbillonnante de petite dimension mais très intense et destructrice qui dure au plus quelques heures. Même si les cyclones tropicaux et les tornades sont tous les deux des vortex atmosphériques, ils ont peu de choses en commun. On peut noter, cependant, que l'arrivée d'un cyclone tropical au-dessus des surfaces terrestres peut fournir les conditions nécessaires à la formation des tornades.
Dans notre TIPE, comme dans le langage courant nous utiliserons le terme cyclone comme synonyme abrégé de cyclone tropical (en météorologie ce terme seul désigne simplement une zone de dépression; ce terme s'opposant à celui d'anticyclone).

b) Les effets des cyclones

De par l'énergie qu'ils développent, les cyclones mettent en branle les éléments naturels de façon paroxysmique, leur puissance dévastatrice s'exerce dans trois domaines : le vent, la pluie et la mer.
Le vent : Les brusques variations d'intensité et de direction fragilisent les structures au sol (la pression exercée sur une surface est proportionnelle au carré de la vitesse du vent).
La pluie : Un ralentissement de la propagation du cyclone s'observe notamment lors de l'arrivée sur le continent. Il accentue la durée de présence dans une même région et favorise des précipitations surabondantes qui provoquent des crues subites suivies d'inondations, des coulées de boue, des glissements de terrains etc...
La mer : Pour les zones côtières, l'un des principaux dangers résulte de la houle et de la marée de tempêtela houle cyclonique est engendrée par les vents qui soufflent dans le sens du déplacement du cyclone. La marée de tempête (qui s'ajoute à la marée astronomique) a pour origine un gonflement du niveau marin sous l'effet des basses pressions.
Paradoxalement, les cyclones remplissent des fonctions régulatrices essentielles : de manière globale, ils jouent le rôle de « soupape de sécurité » en libérant l'excès d'énergie solaire des zones équatoriales et en le redistribuant vers les régions polaires ; plus concrètement, ils jouent le rôle de pourvoyeurs d'eau en permettant la reconstitution des réserves d'eau de régions frappées par la sécheresse.

c) Statistiques
Nombre de cyclones dans la zone Atlantique de 1966 à 1999

Nombre de morts dus aux cyclones dans la zone Atlantique sur des périodes de 10 ans

Existe-t-il un lien avec El Nino ?

Là encore, nous manquons de recul : ce phénomène n'est étudié que depuis les années 1970. On sait qu'El Nino modifie sensiblement les caractéristiques dynamiques (vent) et thermodynamiques (température et humidité) de l'atmosphère tropicale, au-dessus du Pacifique bien sûr, mais aussi des bassins Atlantique et Indien. Pendant les épisodes El Nino, les eaux chaudes de l'ouest du Pacifique migrent vers l'est sous l'influence d'un renversement du régime des alizés. La fréquence des cyclones diminue alors dans la partie occidentale, mais augmente dans le Pacifique nord-est et dans le Pacifique central généralement épargnés, à cause de la température de surface anormalement élevée. La Polynésie française est ainsi régulièrement exposée, comme au début de 1983, quand une série de cyclones a dévasté les îles Sous-le-Vent et les Tuamotu. Pendant «Nina», quand les eaux chaudes reviennent vers l'ouest du Pacifique, les cyclones sont plus nombreux au-dessus du pacifique nord-ouest et plus rares à l'est. Côté Atlantique, les conditions deviennent moins propices durant El Nino : les eaux de surface tropicales sont plus froides qu'à l'ordinaire, tandis que les vents d'est se renforcent en altitude. Inversement, les conditions sont plus favorables pendant La Nina. En 1997 par exemple, où El Nino fut particulièrement intense, le bassin Atlantique a enregistré seulement huit tempêtes tropicales et cyclones, et neuf jours cycloniques. La Nina de 1998 a probablement influé sur les quarante-quatre jours cycloniques.

Quelques records
La durée de vie la plus longue a été pour l'ouragan JOHN avec 31 jours en août et septembre 1994, il est né dans le nord-est du Pacifique, puis a traversé la ligne de jour pour se retrouver dans le nord-ouest du Pacifique, pour finalement retraverser cette ligne ;
Le cyclone qui a été le plus meurtrier fit 300.000 morts en causant un raz-de-marée au Bangladesh en 1970 ;
Le cyclone qui a produit la marée de tempête la plus haute a été BATHURST BAY en Australie, en 1899, en causant des vagues déferlantes de 13 m ;
L'année avec le plus de cyclones sur Terre est 2005 avec : 70 tempêtes et dépressions tropicales confondues, 8 cyclones de catégories 1, 10 de catégories 2, 4 de catégories 3, 13 de catégories 4 et 5 de catégories 5 sur l’échelle de Saffir-Simpson.


2°) Moyens de prévention et déclenchement d’alertes
a) Moyens de prévention et déclenchement d’alertes

Un cyclone est un risque majeur contre lequel l'Homme ne peut que se protéger de manière passive, en effet, on ne peut l'empêcher de naître. Les seules mesures possibles relèvent de la protection. Ces dispositions, à la fois individuelles et collectives, sont destinées à limiter l'impact humain et économique.
La gestion du risque cyclonique repose en grande partie sur la surveillance météorologique et la mise en alerte progressive de la population exposée, ainsi que sur les actions d'information a propos de la conduite à tenir avant, pendant et après le passage du cyclone. Ces dispositions ont permis de faire chuter considérablement le nombre de victimes et l'ampleur des dégâts à déplorer par rapport aux bilans terrifiants des décennies, voire des siècles, antérieurs.
La réduction des bilans humains et économiques passe également par la mise en œuvre de stratégies constructives adaptées et par un contrôle rigoureux de l'occupation des sols.

La surveillance
La coordination de la veille cyclonique est assurée au plan international par l'Organisation météorologique mondiale (OMM). Celle-ci a désigné dans chaque bassin océanique un Centre Météorologique Régional Spécialisé (CMRS). Ces centres ont pour mission de détecter le phénomène le plus tôt possible et d’essayer de prévoir leur trajectoire jusqu'à leur dissipation. Si nécessaire, ils assurent la diffusion de messages à tous les centres météorologiques de la région concernée, afin d'avertir du danger potentiel. Le NHC (National Hurricane Center) centre de Miami, est probablement le plus perfectionné et le plus complet des centres spécialisés dans la connaissance des cyclones. Il fait autorité dans la communauté météorologique internationale.
Les données diffusées concernent le comportement des cyclones tropicaux, leurs déplacements et leurs variations d'intensité ainsi que l'importance des marées de tempête et des inondations qu'ils sont susceptibles de provoquer. Ces prévisions permettent alors aux décideurs des zones concernées de déclencher éventuellement les dispositifs d'alerte prévus à cet effet.
La prévision cyclonique (comme nous le verrons en I.3) repose sur la modélisation numérique de l'atmosphère en zone tropicale, la modélisation numérique « perturbée » par un certain nombre d'observations fictives pour prendre en compte de façon réaliste le tourbillon, la climatologie et l'adaptation statistique à partir des prédicateurs fournis par le modèle numérique.

La prévention
Les cyclones sont des phénomènes sous haute surveillance. La prévention cyclonique s'appuie en grande partie sur la surveillance de l'évolution des perturbations atmosphériques et sur les dispositifs d'information de la population.
Le plan de communication établi par les autorités locales peut comprendre divers supports de communication, ainsi que des plaquettes et des affiches, conformes aux modèles arrêtés par les ministères chargés de l'environnement et de la sécurité civile.
On peut résumer les différentes actions des personnes concernées dans un tableau

Dès qu’une perturbation atteint le stade de tempête tropicale, un nom lui est donné pour faciliter la communication entre les autorités, les prévisionnistes et le grand public. Pour chaque bassin cyclonique des listes de noms sont préétablies. La première tempête tropicale de l’année verra son nom commencer par un A, la seconde par un B,… Les noms des cyclones importants sont retirés des listes, en effet si ceux-ci restent dans les mémoires à cause des dommages ou des décès qu’ils ont causés, en retirant leurs noms, on évite la confusion avec une ancienne tempête bien connue et une tempête actuelle. Pour le bassin atlantique, ces listes tournent sur 6 ans, par exemple si en 2008 Arthur reste une tempête tropicale de petite ampleur, en 2014 il pourra de nouveau y avoir une tempête tropicale nommé Arthur.

La maîtrise de l'aménagement
Les principes à respecter dans les zones sujettes aux cyclones sont les suivants :
* Eviter de construire en bordure du littoral, de façon à s'affranchir du risque lié à la houle cyclonique et à la marée de tempête
* Ne pas construire dans le lit majeur des cours d'eau (et plus largement dans toute zone inondable) compte tenu des risques de débordements existants pendant et après le passage du cyclone (liés à la pluviométrie souvent importante qui l'accompagne) ;
* Eviter les sites dont les caractéristiques topographiques leur confèrent une trop grande exposition aux vents ;
* Ne pas construire sur un versant soumis aux instabilités de terrain (de même qu'en tête ou au pied de celui-ci) ;
* Ne pas construire sous une ligne électrique haute tension (risque d'électrocution et d'incendie).

Dans les zones exposées aux risques, selon l'article L 562-1 du Code de l'environnement, les constructions sont soit interdites, soit soumises à des conditions de réalisation, d'utilisation ou d'exploitation.

Les dispositions constructives paracycloniques
L'objectif du génie paracyclonique repose sur un ensemble de principes conceptuels et de dispositions structurelles. Il ne s'agit pas de garantir une résistance totale du bâti contre tout phénomène cyclonique, mais d'améliorer la résistance générale du bâtiment (tout en conciliant l'objectif de climatisation naturelle du bâtiment, objectif incontournable du fait du climat des zones concernées). Ce dernier objectif est relativement simple à mettre en œuvre.
Un bâtiment construit selon les règles paracycloniques pourra subir des désordres structurels plus ou moins importants, mais la vie des occupants sera moins menacée.
Le génie paracyclonique, en cherchant à améliorer la résistance aux vents violents, s'attache notamment à optimiser les paramètres essentiels suivants :
* La prise au ventPour lutter efficacement contre l'effet « prise au vent » il faut réduire autant que possible la taille de ce qui dépasse des murs porteurs afin de limiter le risque de soulèvement du toit. Pour un meilleur compromis entre forces de soulèvement et surpression du versant au vent, la pente du toit doit se situer autour de 30 °
* La toitureL’emploi de la tôle ondulée comme couverture, courante dans les régions cycloniques, doit nécessairement s'accompagner de certaines précautions : fixation à l'aide de vis et non par des clous, recouvrement suffisant entre les tôles, ancrage des tôles toutes les trois ondes, aux extrémités du toit fixation des tôles sur les planches ou sur le béton des murs porteurs par des vis tous les 50 cm. Pour les toits en tuiles, il est nécessaire de n'utiliser que des tuiles à emboîtement (romanes, mécaniques). Les tuiles des extrémités et de faîtage doivent être scellées au mortier. On doit prévoir une liaison renforcée murs-charpente
* Le renforcement ou la protection des ouverturesQuel que soit le type d'ouverture, elle doit impérativement être protégée par un système de volets paracycloniques. À défaut, l'épaisseur du vitrage doit être d'au moins 6 mm. La fermeture des parties au vent et l'ouverture des parties sous le vent permet, durant le cyclone, de créer des dépressions compensatrices sur le profil du bâtiment. Un puits de dépression, ouvert en toiture, constitue une autre application de ce principe.
* L’ancrage au solLes maisons doivent avoir des fondations profondes pour éviter qu’elles ne s’envolent ou tout du moins être bien arrimées.

b) Le «é» de «»

Les Etats-Unis, grande puissance occupant le deuxième rang mondial au niveau de la production de pétrole, sont depuis toujours, un pays touché par de nombreuses catastrophes naturelles. Ainsi, le Sud-Est du pays est particulièrement sensible aux cyclones. Le 29 Août 2005, c'est un cyclone d'une ampleur historique qui frappe la Louisiane, le Mississipi et l'Alabama. Les villes sont ravagées, les régions sont dévastées et le pays est en état de choc. La Nouvelle-Orléans comptait 485 000 habitants intra-muros avant l'arrivée du cyclone. Après la catastrophe, plus de 275 000 personnes sans abri ont trouvé refuge dans 16 Etats.
Les autorités ont dès lors été vivement critiquées, à commencer par le président Bush pour la lenteur et l'insuffisance des secours.
L'administration américaine fut incapable de prendre en compte les avertissements alarmants et catégoriques des scientifiques: les dégâts auraient pu être limités. (Les conséquences pour la Louisiane et en particulier pour La Nouvelle Orléans étaient prévues dès septembre 2004, si un «» cyclone se présentait).
L'intervention tardive du président Bush n'a fait qu'alourdir le bilan humain. Plutôt que d'ordonner immédiatement à l'armée américaine d'aider les milliers de personnes privées d'eau et de nourriture, M. Bush a assuré au pays que la pénurie d'essence serait de courte durée
De plus, l'économie a été touchée de plein fouet puisque la région de La Nouvelle Orléans joue un rôle crucial dans l'économie américaine. Elle est non seulement une des plus grandes zones de ressource pétrolière, tant pour la production intérieure que pour l'importation, mais c'est aussi un centre de transport pour le Sud maritime et pour les cargaisons de fret dans tous les Etats-Unis. Enfin, ce sont surtout les images des populations pauvres et noires qui ont choquémorts, blessés, personnes affamés rendent compte d'une situation préoccupante.
Ainsi, il semble que le cyclone Katrina ait été non seulement une catastrophe naturelle, mais aussi un révélateur des défaillances politiques, sociales et économiques du pays. La superpuissance ne fut-elle pas contrainte d'appeler à l'aide !

3°) Prévision des cyclones tropicaux
a) Trajectoires

Les trajectoires comprennent généralement deux parties. Tout d’abord le cyclone se déplace d’est en ouest à l’intérieur des zones tropicales. Puis il change brusquement de direction (il se déplace vers l’est) lorsqu’il atteint les zones tempérées.
Ces deux mouvements confèrent aux tempêtes tropicales et ouragans une trajectoire globale en forme de parabole plus ou moins marquée selon les bassins océaniques, mais en pratique, les trajectoires sont très complexes et peuvent présenter des boucles, des points de rebroussement et sont difficilement prévisibles pour le moment (comme on l’a vu en février 2007 à la Réunion avec le cyclone «Gamède» qui est repassé deux fois contre l’avis des prévisionnistes près des côtes réunionnaises).

b) Prévisions

Un modèle numérique météorologique est d'abord un ensemble d'hypothèses sur la nature et l'évolution de l'atmosphère. Ces hypothèses sont traduites en équations mathématiques, puis numérisées pour pouvoir être appliquées aux variables à l'aide d'un ordinateur. Les différentes observations effectuées sur le cyclone sont " rentrées " dans ce programme, capable de donner à la fin du calcul les paramètres relatifs à l'évolution prévisible du phénomène.
Une large variété de modèles de prévisions de trajectoire de cyclone est utilisée de manière opérationnelle sur le bassin Atlantique :
* Les modèles statistiques, appelés CLIPER (Climatologie et Persistance), reposent sur la répétitivité dans l'espace et le temps des trajectoires des cyclones : ainsi le programme recherche dans sa base de données les autres cyclones ayant eu la même position au même moment de l'année, donc ceux ayant les caractéristiques les plus proches du cyclone. Jusqu'aux années 80, les scores de CLIPER était meilleurs que ceux des autres modèles de prévision numérique.
* Le modèle statistico-dynamique, NHC90 (Mc Adie 1991), utilise comme prédicateur le géopotentiel tiré du modèle aéronautique pour produire une trajectoire prévue quatre fois par jour. Les heures synoptiques de base pour les prévisions du NHC90 (00 et 12 UTC) sont tirées du précédent «» du modèle aéronautique (12 heures avant). Une version spéciale du NHC90, le NHC90-LATE, tourne aux heures synoptiques de base en même temps que le modèle aéronautique et elle est disponible quelques heures après le NHC90. Les deux versions du NHC90 tournent de manière opérationnelle depuis 1990.

Il y a de nombreux autres modèles de prévisions de trajectoires comme le VICBAR ou le NCEP qui sont plus rapides donc utilisés mais beaucoup moins précis.

En dépit de la variété de modèles de prévision de trajectoire de cyclone, il n'existe que peu de modèles de prévision d'intensité pour le bassin Atlantique :
* Semblable au modèle de prévision de trajectoire "CLIPER", le Forecast (SHIFOR) est utilisé pour les prévisions de changement de l'intensité mais reste peu fiable. C'est un modèle statistique à régressions multiples modèle de Statistique de Prévision d'Intensité (Statistical Hurricane Intensity) qui utilise au mieux la persistance et incorpore des données climatologiques (Jarvinen et Neumann 1979). Etonnamment, on n'arrive pas à améliorer SHIFOR en lui fournissant des données de modèles numériques.
* Le NHC a commencé à se servir du modèle statistico-synoptique, Statistical Hurricane Intensity Prediction Scheme (SHIPS), au milieu des années 90 (DeMaria et Kaplan 1994). Ses sources d'informations synoptiques sont la température de l'eau de mer, le cisaillement vertical du vent, etc. qu'il combine d'une manière optimale avec la tendance de l'intensité du cyclone. En 1996, pour la première fois, les performances de SHIPS ont été meilleures que celles de SHIFOR (en ayant une erreur moindre dans les vents maximaux prévus) entre 24 et 72 heures, bien que cette différence soit minime.
* Le modèle GFDL, cité plus haut donne aussi des prévisions de changement d'intensité. Mais à ce jour, ses résultats restent moins bons que par exemple SHIFOR.