Environ 1, 000 tornades frappent les États-Unis chaque année, causant des milliards de dollars de dégâts et tuant environ 60 personnes en moyenne. Les données de suivi montrent qu'ils deviennent de plus en plus courants dans le sud-est, et moins fréquent dans "Tornado Alley, " qui s'étend à travers les Grandes Plaines. Les scientifiques ne comprennent pas clairement comment se forment les tornades, mais un défi plus urgent est de développer des systèmes de prévision et d'alerte plus précis. Cela demande un juste équilibre :sans avertissements, les gens ne peuvent pas s'abriter, mais s'ils éprouvent trop de fausses alarmes, ils vont s'endurcir.

Une façon d'améliorer les outils de prévision des tornades pourrait être de mieux écouter, selon l'ingénieur mécanicien Brian Elbing de l'université d'État de l'Oklahoma à Stillwater, au coeur de Tornado Alley. Il ne parle pas de sons audibles pour les oreilles humaines, bien que. Dès les années 60, les chercheurs ont rapporté des preuves que les tornades émettent des sons caractéristiques à des fréquences qui se situent en dehors de la portée de l'audition humaine. Les gens peuvent entendre jusqu'à environ 20 Hertz, ce qui ressemble à un grondement faible, mais le chant d'une tornade se situe probablement entre 1 et 10 Hertz.

Brandon Blanc, un étudiant diplômé du laboratoire d'Elbing, ont discuté de leurs récentes analyses de la signature infrasonore des tornades lors de la 73e réunion annuelle de la division de la dynamique des fluides de l'American Physical Society.

Elbing a déclaré que ces signatures infrasons avaient semblé être une voie de recherche prometteuse, du moins jusqu'à ce que le radar devienne une technologie de pointe pour les systèmes d'alerte. Les approches acoustiques sont restées au second plan pendant des décennies. "Maintenant, nous avons fait beaucoup de progrès avec les systèmes radar et la surveillance, mais il y a encore des limites. Le radar nécessite des mesures de la ligne de mire." Mais la ligne de mire peut être délicate dans les endroits vallonnés comme le sud-est, où se produisent la majorité des décès dus aux tornades.

Il est peut-être temps de revisiter ces approches acoustiques, dit Elbing. En 2017, son groupe de recherche a enregistré des rafales d'infrasons d'une supercellule qui a produit une petite tornade près de Perkins, Oklahoma. Lorsqu'ils ont analysé les données, ils ont découvert que les vibrations avaient commencé avant la formation de la tornade.

Les chercheurs en savent encore peu sur la dynamique des fluides des tornades. "À ce jour, il y a eu huit mesures fiables de pression à l'intérieur d'une tornade, et aucune théorie classique ne les prédit, " dit Elbing. Il ne sait pas comment le son est produit, Soit, mais connaître la cause n'est pas nécessaire pour un système d'alarme. L'idée d'un système basé sur l'acoustique est simple.

"Si je laisse tomber un verre derrière toi et qu'il se brise, vous n'avez pas besoin de vous retourner pour savoir ce qui s'est passé, " a déclaré Elbing. " Ce son vous donne une bonne idée de votre environnement immédiat. " Les vibrations infrasons peuvent parcourir de longues distances rapidement, et à travers différents médias. "Nous pourrions détecter des tornades à 100 miles de distance."

Les membres du groupe de recherche d'Elbing ont également décrit un réseau de capteurs pour détecter les tornades via l'acoustique et ont présenté les résultats d'études sur la façon dont les vibrations infrasons se propagent dans l'atmosphère. Le travail sur les signatures de tornades infrasons a été soutenu par une subvention de la NOAA.

D'autres sessions au cours de la réunion de la Division de la dynamique des fluides ont également abordé les moyens d'étudier et de prédire les événements extrêmes. Lors d'une session sur la dynamique non linéaire, L'ingénieur du MIT Qiqi Wang a revisité l'effet papillon, un phénomène bien connu de la dynamique des fluides qui se demande si un papillon battant des ailes au Brésil pourrait déclencher une tornade au Texas.

Ce qui n'est pas clair, c'est si les ailes de papillon peuvent entraîner des changements dans les statistiques à long terme du climat. En étudiant la question par calcul dans de petits systèmes chaotiques, il a découvert que de petites perturbations peuvent, En effet, effectuer des changements à long terme, un résultat qui suggère que même de petits efforts peuvent conduire à des changements durables dans le climat d'un système.

Au cours de la même séance, ingénieur mécanicien Antoine Blanchard, chercheur postdoctoral au MIT, introduit un algorithme d'échantillonnage intelligent conçu pour aider à quantifier et à prévoir les événements extrêmes, comme les tempêtes ou les cyclones extrêmes, par exemple. Les événements extrêmes se produisent avec une faible probabilité, il a dit, et nécessitent donc de grandes quantités de données, qui peut être coûteux à générer, informatiquement ou expérimentalement. Blanchard, dont la formation est en dynamique des fluides, voulait trouver un moyen d'identifier les valeurs aberrantes de manière plus économique. "Nous essayons d'identifier ces états dangereux en utilisant le moins de simulations possible."

L'algorithme qu'il a conçu est une sorte de boîte noire :tout état dynamique peut être alimenté en entrée, et l'algorithme renverra une mesure de la dangerosité de cet état.

"Nous essayons de trouver les portes du danger. Si vous ouvrez cette porte en particulier, le système restera-t-il au repos, ou va-t-il devenir fou ?" demanda Blanchard. "Quels sont les états et les conditions, comme les conditions météorologiques, par exemple, que si vous deviez les faire évoluer au fil du temps, cela pourrait provoquer un cyclone ou une tempête ?"

Blanchard a déclaré qu'il affinait toujours l'algorithme mais espère commencer à l'appliquer bientôt à des données réelles et à des expériences à grande échelle. Il a également déclaré que cela pourrait avoir des implications au-delà de la météo, dans tout système qui produit des événements extrêmes. "C'est un algorithme très général."