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Protection contre les tornades

Domenii publicaţii > Fizica + Tipuri publicaţii > Articol în revistã ştiinţificã

Autori: Vasile Tudor

Editorial: 2011.

Rezumat:

L’une des formes de manifestation violente de la nature est la tornade, terme qui a l’origine provient du latin tonare. Les tornades sont des orages violents de la catégorie des courants de type tourbillonnaire (tourbillon, vortex), ayant l’aspect d’entonnoir ou de colonne en rotation rapide, dont le diamètre peut varier de quelques dizaines de mètres a 2 km environ. L’entonnoir de la tornade peut etre vertical ou incliné et au cours du déplacement, il se balance et se tord, parfois se détachant du sol. Le courant tourbillonnaire de l’air tourne autour du centre de baisse pression avec des vitesses qui peuvent dépasser 500 km/h, et la vitesse d’avancement de la tornade peut atteindre 110km/h, détruisant tout dans son chemin. Une tornade devient visible a la suite des vapeurs d’eau condensés des couches supérieures, mais aussi de l’entraînement de la poussière, de la boue et de divers objets de la zone de contact avec le sol. Les tornades produisent de la terreur parmi les gens par l’effet de surprise et sa force destructive. Le phénomène se déroule si rapidement que l’avertissement de la population est inefficace. Un pas en avant pour la prognose des tornades est assuré par les radars doppler qui peuvent détecter les gouttes d’eau de l’intérieur des nuages et permettent aux météorologues d’étudier la forme, la vitesse et l’orientation des courants d’air. Seuls les abrits résistants aux sollicitations mécaniques très grandes peuvent assurer la protection pour les gens et les animaux. Les équipes crées pour les situations d’urgence doivent informer en temps utile la population sur les mesures de sécurité et comment agir en situations critiques conformément aux projets d’intervention établis antérieurement. S’il existe des conditions favorables, les tornades peuvent apparaître n’importe quand sur la surface continentale, entre 20 et 60 grades latitude nordique et de sud. Sur la surface continentale, Les Etats Unis détiennent le record pour le nombre annuel des tornades, 800 environ, suivis de l’Australie, la Chine, l’Inde, la Russie, l’Angleterre, l’Allemagne et le Bangladesh. Il existe une région célèbre aux Etats-Unis, nomme l’Allée des Tornades (Tornado Alley) qui s’étend du golfe Texas vers le nord, par lest de Dakota du Sud. Des phénomènes similaires, mais de plus petite intensité, peuvent se produire au-dessus des océans, la masse d’air étant chargée de gouttes d’eau aspirées par les courants tourbillonnaires ascendants, comme il arrive dans les eaux sous tropicales du golfe Mexique et au large de la cote de sud-est des Etats-Unis. Il paraît que le responsable pour les trombes d’eau soit l’air continental qui se répand sur l’océan ou il donne naissance aux turbulences. A présent, la classification des tornades est basée sur les effets produits par celles-ci, parce que les mesurages directs de la vitesse du vent sont difficiles a réaliser. C’est le mérite de Théodore Fujita, professeur de météorologie a l’Université de Chicago, d’avoir introduit l’échelle qui porte son nom, ou les tornades sont classifiées en faibles (F0, F1), puissantes (F2,F3) et violentes (F4,F5). Si les tornades faibles n’affectent plus la population, au contraire celles de niveau F5 peuvent détruire des constructions solides, enlèvent dans l’air les voitures, renversent les trains, arrachent des arbres et peu de victimes sauvent leur vie, laissant derrière un paysage sinistre, comme la suite d’une explosion nucléaire. Peut-etre ces images désolantes ont déterminées certains superstitieux a considérer les lieux frappés par les tornades, maudits, affirmation qui prouve le manque des connaissances scientifiques dans le domaine de la physique de l’atmosphère. En général, les tornades apparaissent a l’avancement d’un air froid de pression baisse qui donne naissance a un orage violent avec des tonnerres et des clairs, connu sous le nom de super cellule (super-cel). L’air froid et séché du front atmosphérique par l’interaction avec l’air chaud et humide de la proximité du sol produit un courant vertical puissant qui se développe rapidement, acquiert un mouvement de rotation au niveau de super cellule, se refroidit et avec le courant de convection descendant contribue a la formation de la tornade. Plus précisément, en étapes, le processus se déroule comme ca:
– il se forme un courant d’air chaud et humide qui est poussé par le front d’air froid a l’intérieur du nuage de l’orage
– a cause des vents horizontaux, le courant ascendant acquiert dans la partie supérieure un mouvement de rotation qui stabilise localement l’orage, en le transformant en super cellule
– derrière la ligne de la tempete prend naissance un courant descendant d’air froid qui se répand sur la surface du sol avec des vitesses qui peuvent dépasser la valeur de 160 km/h
– la tornade se forme dans la zone entre le courant ascendant et celui descendant.
Une super cellule peut durer plusieurs heures et peut parcourir des centaines de kilomètres, temps ou elle peut engendrer plusieurs tornades successives. Il existe aussi la possibilité qu’une tornade violente devienne de type multivortex, se divisant en plusieurs tourbillons qui tournent autour du tourbillon-mère. La majorité des météorologues est d’accord que cette explication est correcte, mais insuffisante pour comprendre le procès complexe de la formation des tornades. Vraiment, a coté des forces dues aux gradients de pression et de température, se manifestent les forces coulombiennes et de type Lorentz qui ont un role important dans la dynamique de l’atmosphère. La Terre n’est pas seulement un aimant géant, mais aussi une sphère conductrice avec charge négative qui est compensée par la charge positive de l’atmosphère. A la surface de la Terre, l’intensité du champ électrique est en moyenne de 130 V/m, mais elle baisse progressivement avec l’altitude, de sorte qu’a la hauteur de 10 km, elle devient négligeable. L’électricité de l’atmosphère est produite par les forces de frottement entre les courants d’air, par les radiations ionisantes solaires ou mises par les sources radioactives terrestres, mais aussi dans le processus d’évaporation et de condensation de l’eau sous formes de gouttes chargées de charge électrique positive. Les molécules d’eau (H2O) sont polarisées, parce que le centre des charges électriques positives ne coincide pas avec le centre des charges électriques négatives. Cette configuration s’explique par l’hybridation des orbitales des atomes d’oxygène qui possède deux paires d’électrons non participants a la formation des liaisons covalentes. En état condensé, les molécules d’eau s’associent par des liaisons d’hydrogène dues a l’attraction d’un atome d’hydrogène (électropositif) et l’un d’oxygène (électronégatif) d’une molécule voisine. Contrairement a la pluie, les précipitations solides (grele, neige) transportent de charge électrique négative. Il y a trois type de nuages polarisés, des nuages polaire-positifs, polaire-négatifs et tripolaires. Il faut vérifier par des mesurages directs si la charge électrique des nuages est libre ou liée, s’il est possible aussi une variante mixte, ou les dipoles a charge liée attirent la charge libre. D’habitude, les nuages qui produisent des averses de pluie sont chargés avec charge électrique négative a la partie inférieure et a l’autre extrémité se trouve distribuée la charge électrique positive. Cette distribution de la charge électrique est favorable a l’équilibre dynamique parce qu’elle assure une force électrique verticale qui compense partiellement le poids du nuage.Pour l’étude du mécanisme de la formation des tornades, il est bon a rappeler qu’une charge électrique q qui se déplace avec la vitesse v dans un champ électrique d’intensité E et un champ magnétique d’induction B, souffre l’action d’une force résultante F=qE+ qv x B, ou le premier terme correspond a la force électrique, le deuxième a la force Lorentz. Un nuage cumulonimbus peut accumuler a la partie inférieure une grande quantité de charge négative qui modifie localement les paramètres du champ électrique terrestre et il peut meme l’inverser. Dans ces conditions, les particules fines d’eau qui possèdent de charge positive sont entraînées pas seulement par les gradients de pression et de température, mais aussi par les forces électriques, dans un courant ascendant qui se développe rapidement et gagne un mouvement de rotation la suite de l’inscription des porteurs de charge sur des trajectoires hélicoidales autour des lignes de champ magnétique terrestre. C’est ainsi qu’on peut expliquer la formation des tornades anticycloniques dans l’atmosphère nordique ou le mouvement tourbillonnaire des courants d’air se fait en sens inverse des aiguilles de montre, mais aussi des tornades de l’atmosphère de sud, de type cyclonique, ou la circulation de l’air correspond aux aiguilles de montre, mouvements qui ne peuvent pas etre expliqués par l’action des forces Coriolis. Cette hypothèse théorique offre aussi une solution pratique pour l’atténuation des tornades qui mettent en péril la sécurité des habitats humains. En principe, la méthode consiste dans la réduction des perturbations locales du champ électrique terrestre, soit par la provocation d’une explosion puissante a la base du nuage pour disperser les charges électriques négatives, soit par la réalisation d’une charge électrique- par des canaux conducteurs- entre les points avec des potentiels électriques différents de l’atmosphère ou sur le sol. La technique actuelle permet la construction d’une gamme diversifiée d’appareils de vol, avec pilote automate ou télécommandes qui peuvent transporter a l’intérieur des super cellules des charges explosives, mais aussi des réservoirs avec des électrolytes, ayant le but d’atténuer les perturbations locales du champ électrique. Il y a aussi la possibilité de réaliser des réseaux conducteurs très hauts, planes ou de type cage Faraday, emplacés sur des structures avec fondation profonde et connectés l’électriquement au sol par des électrodes qui collectent les charges électriques de l’atmosphère et assurent la protection contre les tornades de l’espace environnant. Peut-etre, en perspective, on va construire des lasers de grande intensité dans le domaine ultraviolet dont les fascicules deviennent des canaux conducteurs par l’ionisation des molécules de gaz de la composition de l’atmosphère. Les tornades représentent une provocation pour la recherche applicative et une grande responsabilité pour les facteurs de décision politique. Bien sur, les efforts matériaux et financiers sont considérables, mais tout investissement pour apprivoiser la nature est nécessaire pour éloigner les souffrances des gens, protéger les habitats humains et assurer la qualité de la vie sur la plante bleue.

Cuvinte cheie: Ad Astra

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