Montréal, le 17 janvier 2017 – À présent que l’hiver est bien installé, à l’extérieur, le mercure dégringole. Mais à l’intérieur d’une tornade, il fait toujours froid – été comme hiver. Une nouvelle étude de l’Université Concordia montre pourquoi.
Dans un article à paraître dans le Journal of Aircraft of the American Institute of Aeronautics and Astronautics, Georgios Vatistas, professeur de génie mécanique, analyse une violente tornade survenue en 1955 à Scottsbluff, dans le Nebraska.
À l’époque, au moment du passage de la tornade, trois journalistes de l’unité mobile d’une station de radio locale étaient sur place pour faire une émission en direct et avaient dû trouver refuge dans le sous-sol d’un bâtiment en pierre. Depuis cet endroit, alors que l’entonnoir de trombe se déplaçait au-dessus d’eux, ils ont observé d’étranges changements atmosphériques. La température, dans les normales saisonnières en cette période estivale, a chuté à tel point que les reporters ont commencé à avoir froid. De plus, ils ont éprouvé des difficultés à respirer.
Depuis, c’est-à-dire pendant 61 ans, les causes de ces phénomènes étaient restées inconnues. C’était sans compter sur Georgios Vatistas, une sommité dans ce domaine, qui est parvenu à élaborer une méthode analytique grâce à laquelle il a pu construire un nouveau modèle mathématique pour décrire un vortex compressible turbulent.
Pour y arriver, il a poussé plus loin ses recherches théoriques sur les vortex afin de tenir compte des effets de turbulence et de variation de masse volumique.
« Grâce à cette nouvelle méthode avancée, nous avons réussi à déterminer ce qui cause la baisse de la température à l’intérieur des vortex. C’est une première », affirme le Pr Vatistas, qui a mené cette recherche en collaboration avec Badwal Gurpreet Singh et Rahul Rampal, deux diplômés de Concordia qui ont obtenu une maîtrise ès sciences appliquées en 2014.
« En se déplaçant de la périphérie vers le centre du vortex, les trous d’air prennent de l’expansion, ce qui entraîne une baisse de la température et de la masse volumique. »
Dans le cas de Scottsbluff, Georgios Vatistas et son équipe ont calculé que la température à l’intérieur de la tornade serait passée de 27 °C à 12 °C. En outre, les chercheurs ont estimé qu’au centre de la tornade, la masse volumique de l’air aurait été inférieure de 20 % à celle que l’on mesure en haute altitude.
« C’est la masse volumique correspondant à ce qu’on appelle la "zone mortelle", cette zone commençant à 8 000 mètres d’altitude au-delà de laquelle les alpinistes ne devraient jamais se risquer sans appareil respiratoire », explique l’expert.
Voilà pourquoi les journalistes de Scottsbluff ont raconté avoir eu l’impression de manquer d’air. Par chance, la tornade est passée rapidement, ce qui leur a permis d’échapper à l’asphyxie.
« J’espère que cette importante découverte aidera les chercheurs à mieux comprendre les nombreux phénomènes mystérieux associés aux vortex atmosphériques violents, comme les tornades et les trombes d’eau », conclut Georgios Vatistas.
Cette recherche permettra également aux ingénieurs d’améliorer le processus de refroidissement des tubes vortex qui sont souvent utilisés pour refroidir les outils de découpage durant l’usinage, divers composants électroniques, les adhésifs thermofusibles, les échantillons de gaz et les joints thermiques.
