Typhons, cyclones et ouragans ont tous la même forme : un tourbillon géant ! Mais quelle est l’origine de ce phénomène ? Et bien c’est tout simplement une histoire de référentiel, engendrant une force assez particulière.

La force de Coriolis

La cause de du mouvement circulaire des ouragans est la force de Coriolis. Cependant,  ce n’est pas une force comme les autres ! En effet, elle n’est pas provoquée par le champ de gravitation d’un corps, d’un champ électromagnétique, ou d’une pression, mais  par un référentiel en rotation !

Pour comprendre cela, prenons un référentiel en rotation (un tourniquet) par rapport à un référentiel supposé fixe (on supposera le sol comme fixe).

Placez-vous dans ce tourniquet au repos, avec un camarade en face de vous.  Vous lui lancez le ballon, tout en lui donnant une trajectoire rectiligne.

Tourniquet au repos

La trajectoire du ballon est, comme attendue, rectiligne pour tout le monde.

Un camarade vous rejoint et commence à faire tourner le tourniquet. Le référentiel lié au tourniquet est donc en rotation par rapport au référentiel lié au sol. Or, vous êtes bien agrippé au tourniquet : vous êtes donc fixe par rapport au tourniquet, donc à son référentiel. Vous souhaitez lancer le ballon à votre ami en face de vous. Vous exécutez le même lancé que précédemment, mais soudain, surprise : vous constatez que le ballon est dévié vers votre droite !  Vous répétez cette expérience, en vain : votre camarade juste en face de vous n’est pas capable de rattraper le ballon.

Votre point de vu, avec le tourniquet en rotation

En effet, à l’instant où vous lancez le ballon, ce dernier se déplace en ligne droite. Cependant, comme vous êtes accroché au référentiel du tourniquet qui tourne (et vous avec) par rapport au sol, vous le voyez avec une trajectoire différente (non rectiligne). Vous vous déplacez en même temps que le ballon ! Bien entendu, votre camarade qui est resté sur le sol voit le ballon suivre une trajectoire rectiligne.

Point de vu du camarade au sol avec le tourniquet en rotation

Du point de vue de votre camarade sur le sol, la seule qui a engendré cette trajectoire rectiligne est votre force de poussée sur le ballon. Cependant, de votre point de vue sur le tourniquet, vous ne voyez pas une trajectoire rectiligne.

Nous savons qu’en mécanique, nous modélisons la cause de la mise en mouvement d’un objet par une force. Dès qu’un objet subit une accélération, une force est derrière tout ça, et ce, quel que soit le référentiel ! Il faut donc trouver une force supplémentaire à celle vue par votre camarade sur le sol pour expliquer la trajectoire que vous voyez. Et bien c’est la fameuse force de Coriolis ! Elle existe seulement dans le référentiel fixe par rapport au tourniquet (c’est-à-dire le votre), et du fait que le tourniquet soit en rotation. C’est n’est donc pas une force au sens strict du terme (comme la force de poussée par exemple) mais plutôt une force fictive, causée par la présence du référentiel en rotation. C’est la force de Coriolis qui dévie la balle lorsque que vos êtes sur le tourniquet. Elle intervient dans tous les référentiels en rotation, sur les objets en mouvement par rapport à ce dernier.

La Terre, un référentiel en rotation

Vous n’êtes pas sans savoir que la Terre est en rotation sur elle-même, comme le tourniquet. Or, nous sommes également fixes par rapport à cette dernière. Nous sommes donc dans le même cas que le tourniquet ! De notre point de vue, il existe une force de Coriolis qui intervient dans les mouvements des objets mobiles sur Terre. Mais rassurez-vous, étant donné que la vitesse angulaire de notre planète est assez faible : de l’ordre de 0,00005 radian par seconde, la force de Coriolis est très faible. Lorsque vous jouez au tennis, la modification de la trajectoire dû à la force de Coriolis est négligeable. Cependant, pour des échelles de l’ordre du km, cette force doit être prise en compte dans la trajectoire de l’objet. (Tir de sniper à grande distance par exemple). Cela est également valable pour le vent ! En effet, la différence de pression entre l’œil du cyclone et son extérieur implique un déplacement de masses d’air dans la direction de l’œil. De notre point de vu, (sur Terre) Cette masse d’air va être déviée par la force de Coriolis. Un tourbillon va en résulter.

Les flèche bleues et rouge représentent le gradient de pression (bleu basse pression et rouge haute pression);
Les flèches jaunes représentent la trajectoire des masses d’air avec la force de Coriolis