Expérimentation :

Afin d'éclairer notre compréhension du phénomène de formation d'une tornade, nous avons voulu réaliser trois expériences, que nous avons nommé respectivement "Expérience de niveau 1", "Expérience de niveau 2" et "Expérience de niveau 3". 

- Expérience de niveau 1 :

Cette expérience avait pour but de montrer uniquement l'aspect visuel de la tornade. Pour cela, nous avons eu besoin du matériel suivant :

- Une bouteille d'eau en plastique.

- Un cutter

- De l'eau sortant du robinet

Le bouchon de la bouteille d'eau fut percé d'un trou d'un centimètre de diamètres, puis la bouteille remplie d'eau à 95 %. Le bouchon fut ensuite vissé sur le goulot de la bouteille, puis nous avons retournée celle-ci tout en imprimant dans un premier temps un mouvement circulaire dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, pour représenter la force de Coriolis dans notre hémisphère Nord (la force de Coriolis « réelle » n'est pas observable sur une expérience à si petite échelle).

De l'air s'infiltre par le trou percé dans le bouchon et de l'eau en sort. On remarque la création d'un vortex, caractéristique de la tornade, tournant dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. 

Voici la vidéo de l'expérience : 

Nous avons réalisé cette expérience une nouvelle fois en imprimant un mouvement circulaire dans le sens des aiguilles d'une montre. Le vortex ainsi formé possède la même rotation que celle que nous imprimons en tournant la bouteille au début de cet essai.

Interprétation de l’expérience :

L'eau présente dans la bouteille descend dans le lavabo par le bouchon troué. L'espace qui se crée est alors rempli par l'air, pénétrant dans la bouteille par le trou du bouchon. Cet effet d'aspiration de l'air est le même que celui présent au sein d'une tornade. L'air et l'eau se croisent au niveau du bouchon, en tournant dans le même sens. L'eau prend ici la masse descendante d'air froid que l'on trouve dans la réalité, et l'air représente l'air chaud ascendant (l'eau est plus dense que l'air, il est donc normal que celle-ci descende dans le lavabo).

- Expérience de niveau II :

Cette expérience fut nettement plus compliquée à réaliser que la première. Nous voulions réussir à former une tornade miniature, il nous fallait donc réussir à créer un minimum de conditions favorables à l'apparition de celle-ci, soit une masse d'air chaud entrant en contact avec de l'air d'une température inférieure. Le matériel nécessaire à la réalisation fut le suivant :

- carton

- plaque chauffante

- récipient plat dans lequel mettre de l'eau, une poêle ou une casserole.

- de l'eau

- un cutter et un mètre

- du ruban adhésif

La première étape fut la réalisation d'un « caisson à tornades ». Pour cela, nous avions besoin d'un carton d'1 mètre 20 de long et de 60 centimètres de haut. À l'aide d'un cutter et d'un mètre, nous avons découpé quatre faces de 30 centimètres de long chacune, dans lesquelles nous avons ensuite réalisé des fentes de 2 centimètres de large à droite de chaque face, comme nous le montre le schéma suivant :

Lors du premier essai réalisé, nous avions également découpé dans une des quatre faces une large fenêtre, mais il s'est ensuite avéré que celle-ci empêchait l’expérience de fonctionner de manière correcte.

Une fois cette étape de découpe terminée, nous avons renforcé chaque arrête du caisson grâce à du ruban adhésif, afin de prévenir tout risque de gondolement.

Une mince quantité d'eau est versée dans la poêle placée sur la plaque chauffante allumée, puis le caisson est placé au-dessus de l'installation, comme le montre la photo suivante :Lors du premier essai réalisé, nous avions également découpé dans une des quatre faces une large fenêtre, mais il s'est ensuite avéré que celle-ci empêchait l’expérience de fonctionner de manière correcte.

Une fois cette étape de découpe terminée, nous avons renforcé chaque arrête du caisson grâce à du ruban adhésif, afin de prévenir tout risque de gondolement.

Une mince quantité d'eau est versée dans la poêle placée sur la plaque chauffante allumée, puis le caisson est placé au-dessus de l'installation, comme le montre la photo suivante :

De la vapeur d'eau se forme dans la poêle, et lorsque la quantité de vapeur est suffisante, au bout de quelques minutes, on remarque la formation d'un vortex semblable à celui d'une tornade, tournant dans le sens contraire des aiguilles d'une montre. Au cours de nos différents essais, la taille et la hauteur de ce tuba a varié. Lors de notre premier essai, la découpe d'une grande fenêtre dans l'une des faces du caisson avait empêché la formation de ce vortex. En effet, trop de vapeur s'échappait par cette ouverture.

Ci-après, nos deux essais les plus concluants :

Et voici la vidéo d'une des deux expériences :

La seconde photo montre un tuba différent, et qui dépassait largement la hauteur du carton à certains moments. Pour mieux visualiser ces tornades miniatures, nous vous invitons à aller sur notre blog où les vidéos des expériences sont disponibles. Cette expérience fut une réussite complète. Néanmoins, elle présente quelques défauts : ici, l'air chaud est obtenu en faisant s'évaporer de l'eau. De plus, la partie la plus conséquente de la tornade ne se situe pas en hauteur, comme elle le devrait dans la réalité, mais au niveau de la poêle. En effet, nous étions dans l'impossibilité de produire une masse d'air chaud conséquente d'une autre méthode que celle utilisée.

Interprétation :

L'eau contenue dans la poêle étant chauffée, celle-ci s'évapore et forme de la vapeur d'eau. L'air chaud, étant plus dense que l'air froid, monte. Cet air est alors remplacé par l'air ambiant, plus froid, et rentre à l'intérieur du caisson par les fentes situées à la droite de chaque face. L'air « froid » rentre donc en tournant à l'intérieur du caisson. La confrontation qui s'en suit forme alors ce vortex, ce tuba caractéristique de la tornade.

Expérience de niveau 3 :

Nous voulions alors réaliser une tornade de plus grande taille. Pour cela, nous avions besoin du matériel suivant :

- baril

- perceuse

- baguette de bois

- centrale à vapeur

Cette expérience n'a pu être réalisée, car, malgré nos recherches, nous n'avons pu trouver ni baril ni centrale à vapeur. Le but était de former une tornade en plaçant la centrale à vapeur en dessous du baril, en faisant passer la vapeur dans celui-ci à l'aide d'un trou percé préalablement. L'étape suivante était la confrontation d'une masse d'air froid avec cette masse d'air chaud, grâce à l'emploi d'un ventilateur puissant réalisé avec la perceuse et la baguette de bois.

Après avoir analysé le mécanisme de formation d'une tornade et éclairer notre compréhension du phénomène grâce aux expériences réalisées, il est nécessaire d'aborder les conséquences d'un tel événement sur notre environnement.