Comprendre les cyclones : un défi majeur pour les climatologues

Le cyclone Belal a frappé, le 15 janvier, l’île de La Réunion, faisant un mort et privant d’électricité près d’un quart des foyers. Pour autant, le phénomène « n’a pas provoqué le cataclysme que l’on pouvait redouter », a déclaré le préfet de l’île. Le cyclone est finalement passé légèrement plus au nord que prévu, modérant son impact sur La Réunion mais aggravant les dégâts sur l’île Maurice.

Cela souligne la complexité de ces monstres climatiques, dont les scientifiques peinent à modéliser et anticiper les comportements avec précision. Mieux les comprendre est un enjeu primordial pour les climatologues, tant ces phénomènes sont voués à s’intensifier à l’avenir, sous l’effet du changement climatique.

Chaleur et humidité, ingrédients de base des cyclones

Pour comprendre ce qui se joue sur ce front de science climatique, revenons d’abord sur ce que l’on sait de la genèse des cyclones. Leurs carburants essentiels sont la chaleur et l’humidité. Au-dessus d’eaux océaniques chaudes, l’air va chauffer et donc monter. L’air chaud est en effet moins dense que l’air froid : il est donc plus léger à volume équivalent (comme lorsque l’on chauffe le ballon d’une montgolfière pour la faire décoller).

Mais en montant, cet air va arriver dans des régions plus froides et à plus basse pression. S’il est assez chargé en humidité, ces conditions vont entraîner la condensation de l’eau. De l’état gazeux, celle-ci va en partie se transformer en gouttelettes liquides et particules solides, c’est-à-dire se changer en nuages. Or, cette condensation dégage de la chaleur, va réchauffer à son tour l’air environnant, ce qui va de nouveau le faire monter en altitude.

« Plus ça monte, plus ça chauffe, plus ça monte, etc. Cette rétroaction est à la source du cycle énergétique des nuages convectifs », explique Stella Bourdin, climatologue, spécialiste des cyclones à l’Institut Pierre-Simon Laplace (IPSL).

Cette colonne d’air qui monte, qu’on appelle phénomène de convection, est la première pièce du puzzle. En montant, l’air aspire aussi l’air environnant, ce qui génère les vents violents caractéristiques des cyclones.

On a vu que le phénomène générait des nuages, lesquels vont ensuite former des orages. C’est l’autre pièce essentielle : « Quand les conditions sont favorables, ces orages vont s’agréger en grand nombre. Lorsqu’ils deviennent assez gros, ils se mettent en mouvement, sous l’influence de la rotation de la Terre et tournent autour d’un œil central : c’est la formation des cyclones », résume Davide Faranda, chercheur du CNRS à l’IPSL.

C’est autour de l’œil, où se forme un « mur » de nuages, que les vents violents servent à définir officiellement les cyclones tropicaux. L’échelle de Saffir-Simpson les classe en catégories selon l’intensité de ces vents, de la catégorie 1 dès qu’ils atteignent 119 km/h, à la catégorie 5 à partir de 252 km/h.

Vus par satellite, ces phénomènes gigantesques, qui s’étalent sur des centaines de kilomètres, agrègent souvent les orages sous forme de bandes en spirales, donnant étrangement aux cyclones tropicaux la même allure envoûtante que les galaxies spirales. « C’est la théorie. En pratique, il existe une vaste variété de morphologies de cyclones, certains dissymétriques, certains qui n’ont pas d’œil bien défini… », complète Françoise Vimeux, climatologue à l’Institut de recherche pour le développement (IRD).

Les limites de la modélisation

Ce bref aperçu de la cyclogenèse permet de comprendre comment l’on tente de modéliser et d’anticiper l’évolution de ces cyclones tropicaux. Pour qu’un phénomène dépressionnaire se change en cyclone tropical, il faut que l’océan soit assez chaud (environ 26 °C), sur plusieurs dizaines de mètres de profondeur (pour fournir assez d’énergie), que l’air soit chaud et assez humide pour engendrer la formation de nuages, que les vents ne soient pas trop « cisaillés » (c’est-à-dire assez réguliers entre la basse et haute altitude pour que le cyclone reste bien droit) et, enfin, que le phénomène se déploie au bon endroit, entre 5 et 20 degrés de latitude (pour que la rotation de la Terre, via la force de Coriolis, mette en rotation le cyclone).

Or, sous l’effet du changement climatique, l’océan comme l’atmosphère se réchauffent. Les chercheurs ont établi que cela entraînerait des cyclones plus intenses (car disposant de plus d’énergie dans l’océan) et plus pluvieux (à cause de l’atmosphère contenant plus d’humidité). Pour 1,5 °C de réchauffement global, la proportion de cyclones tropicaux intenses sera 10 % plus élevée par rapport à aujourd’hui, et 20 % à 4 °C, selon le dernier rapport du Giec [1].

Aucun consensus scientifique ne se dégage en revanche sur le changement de la fréquence de ces cyclones. Sur les données concernant les quarante dernières années dont disposent les chercheurs, la tendance est plutôt à la stabilité. Quant aux projections pour le futur, certains modèles prévoient une hausse du nombre de cyclones, d’autres une baisse ou une stagnation.

Les modèles climatiques ont du mal à simuler les cyclones. Les « mailles » des modèles globaux, c’est-à-dire leur résolution, simulent le climat en découpant la Terre en carrés de l’ordre de 200 km de côté. « Pour modéliser des phénomènes aussi fins que l’œil ou les bandes spiralées, on aurait besoin de mailles de 1 km, qu’on n’a pas », déplore Davide Faranda.

Mais la puissance de calcul ne fait pas tout. « Avoir de grosses machines ne suffit pas, il faut améliorer notre compréhension physique des phénomènes », souligne Stella Bourdin.

« Un cyclone peut parfois passer de catégorie 1 à 4 ou 5 sans que nous l’anticipions »

Turbulences dans la basse atmosphère, rôle du transfert radiatif et des effets microphysiques des nuages, effet des « poches froides » d’air descendant, évolution de la structure de l’œil… Les axes de recherche ne manquent pas pour les climatologues.

« Un verrou majeur aujourd’hui, c’est la compréhension du phénomène d’intensification rapide, souligne Françoise Vimeux. Un cyclone peut parfois passer de catégorie 1 à 4 ou 5 en quelques heures sans que nous l’anticipions, c’est un vrai problème pour l’alerte des populations. Il nous manque une compréhension fine de la physique de ces monstres météorologiques pour mieux anticiper ces intensifications. »

« Il y a une part de chaos et de turbulences qui constituent une limite théorique à la simulation. Même si on avait une résolution infinie, il resterait une part d’incertitude », complète Davide Faranda.

Hausse des mers, hausse des vulnérabilités

Plus fréquents ou non, les cyclones tropicaux vont quoi qu’il en soit menacer plus de monde. En grande partie parce que la population des littoraux va augmenter, mais aussi parce que le changement climatique tend à élargir les tropiques, et étendre d’autant les zones où peuvent s’épanouir les cyclones. « Des études montrent que leur zone de vie pourrait gagner 1 ou 2 degrés en latitude dans les prochaines décennies », précise Françoise Vimeux.

Au-delà de cette « zone de vie », l’océan devient trop froid et le cisaillement des vents trop élevé, privant le cyclone tropical de son moteur. S’il est suffisamment puissant, celui-ci peut toutefois, après une « transition extra-tropicale », survivre en se transformant en tempête de moyenne latitude. On parle alors de cyclone « post-tropical ». C’est ce qui est par exemple arrivé au cyclone Ophelia qui, en 2017, est devenu « le premier ouragan de cette puissance à évoluer aussi près des côtes européennes », selon Météo-France, avant de se transformer en tempête et de frapper durement l’Irlande.

Plusieurs études suggèrent une hausse à venir des transitions de cyclones en version post-tropicale, notamment en Europe de l’Ouest, sous l’effet du changement climatique. Sans avoir une structure similaire à celle d’un cyclone tropical, Ophelia avait toujours des vents équivalents à une catégorie 1 lorsqu’elle a touché l’Irlande. « Vue du sol, une telle tempête, ce sont des vents et pluies extrêmes, comme pour un cyclone. Seule l’intensité varie. Mais les conséquences humaines ne dépendent pas que de l’intensité : les cyclones les plus meurtriers ne sont pas forcément les plus puissants », souligne Stella Bourdin.

Et la chercheuse de rappeler que la vulnérabilité est la vraie notion essentielle. Même à intensité de vent — et donc de cyclones tropicaux — constante, les dégâts les plus dangereux sont occasionnés par les eaux. L’air plus chaud et plus humide augmentant l’intensité des pluies d’une part, et la montée du niveau de la mer aggravant le risque de submersion d’autre part.

« Ce qu’on appelle les ondes de tempête vont être plus élevées. Comme les cyclones sont associés à de faibles pressions, cela fait ponctuellement monter le niveau de l’océan, de 5 à 6 mètres pour les cyclones les plus intenses. Avec un niveau global des mers qui monte, le risque sera encore plus élevé », relate la climatologue.

Encore secouée par le passage du cyclone Belal, la société réunionnaise découvre l’importance de lutter contre ses fragilités, notamment pour les plus précaires. C’est l’autre urgence à laquelle nous enjoignent de répondre les cyclones, en plus de mieux renforcer les moyens des climatologues, pour se préparer aux mutations de ces monstres climatiques.