Un vent à 40 m/s,
c'est fort à quel point ?
Dans les bulletins météo de typhon, on entend parler de « rafales maximales à 50 mètres par seconde ». On sent bien que c'est fort, mais le chiffre seul ne parle pas vraiment. Il cache pourtant une propriété qui va à l'encontre de l'intuition. La force du vent n'est pas proportionnelle à sa vitesse. Elle augmente comme le carré de la vitesse. Si la vitesse double, la force est multipliée par quatre. C'est ce « carré » qui explique pourquoi il ne faut jamais sous-estimer le vent d'un typhon.
C'est le soir, un typhon approche. La télévision annonce : « Des rafales atteignant 50 mètres par seconde sont attendues d'ici demain matin. » Dehors, pour l'instant, seulement quelques bourrasques.
Sur le balcon : une perche à linge, un pot de fleurs, des sandales oubliées là. « Bon, ça devrait aller », vous dites-vous. Puis une question vous traverse l'esprit : un vent à 50 m/s, c'est combien de fois plus fort que le vent de cet après-midi ?
Si le vent de l'après-midi soufflait à environ 10 m/s, la réponse n'est pas « 5 fois plus fort ». En comparant la force avec laquelle le vent pousse les objets, c'est 25 fois plus fort.
Deux choses seulement à retenir
Quand la vitesse du vent double, la force est multipliée par 2×2, donc par 4. Elle est multipliée par 9 si la vitesse triple, par 25 si elle est multipliée par 5. La force grimpe bien plus vite que ne le suggèrent les chiffres. Un vent de 40 m/s pousse tout le corps avec une force comparable au poids d'un adulte.
Une perche à linge, un pot de fleurs, une tuile : dans un vent fort, tout devient un projectile. Le choc d'un objet emporté augmente lui aussi comme le carré de sa vitesse. À plus de 100 km/h, un objet transperce facilement une vitre.
Reprenons chaque point avec des repères concrets.
Que signifie « augmenter comme le carré » ?
À vélo, quand vous doublez votre vitesse, avez-vous remarqué à quel point la résistance du vent de face devient soudain beaucoup plus lourde ? C'est exactement cette sensation du « carré ».
Voici pourquoi. Plus on va vite, plus la quantité d'air rencontrée chaque seconde augmente (ça, c'est le premier facteur 2), et en plus, chaque particule d'air heurtée arrive avec plus de force (ça, c'est un second facteur 2). En les multipliant, on obtient 4. C'est la même chose du point de vue du vent : un vent deux fois plus rapide amène deux fois plus d'air, avec deux fois plus d'énergie chacun, donc une force multipliée par 4.
À cause de cette propriété, la sensation de force du vent trompe largement sur la progression des chiffres. À 10 m/s, « on ne peut pas tenir un parapluie ouvert ». À 20 m/s, « on ne peut plus tenir debout sans s'accrocher à quelque chose ». À 30 m/s, « sortir dehors est extrêmement dangereux ». À 40 m/s, « on ne tient plus debout, et les toits peuvent s'envoler ». À chaque palier de 10 m/s, c'est un monde différent.
Les « rafales maximales » : environ 1,5 fois la moyenne
La « vitesse du vent » des bulletins météo est une moyenne mesurée sur 10 minutes. Mais dans la réalité, le vent n'est pas constant : il y a des instants de quelques secondes où il souffle bien plus fort que la moyenne. C'est ce qu'on appelle la rafale, et elle atteint environ 1,5 fois la vitesse moyenne, parfois plus du double selon le relief.
Autrement dit, une prévision de « vent moyen à 30 m/s » sous-entend que « des rafales à plus de 45 m/s sont possibles ». En termes de force, même entre la moyenne et l'instant de la rafale, l'écart peut dépasser le double. Dehors, on peut se dire « ça va, je tiens debout », et se faire soudain emporter à la rafale suivante : c'est cette histoire de rafale maximale qui explique le phénomène.
La plupart des dégâts causés par les vents violents proviendraient moins du vent qui pousse directement que des objets emportés qui percutent quelque chose. L'énergie du choc d'un objet (son énergie cinétique) augmente elle aussi comme le carré de la vitesse. Un objet emporté par un vent de 40 m/s file à environ 144 km/h. Il frappe une fenêtre ou une personne avec la même violence qu'un objet jeté depuis une voiture sur autoroute. Ranger son balcon ou son jardin avant un typhon, ce n'est pas seulement protéger ses propres affaires : c'est surtout éviter que ses propres affaires ne deviennent des armes.
Alors, que faire ?
- Rentrez tout ce qui est dehors, avant la veille de l'arrivée du typhonPerche à linge, pots de fleurs, sandales, housse de vélo : tout ce qui peut être déplacé doit l'être. Ce qui ne peut pas être déplacé doit être fixé. Intervenir sur le balcon une fois le vent déjà fort est le moment le plus dangereux.
- Quand le vent forcit, ne sortez pas. Éloignez-vous aussi des fenêtresLes rafales atteignent au moins 1,5 fois la moyenne : se dire « ça va, pour l'instant » n'est pas fiable. Fermez les volets ou stores, sinon tirez les rideaux, et restez dans une pièce éloignée des fenêtres.
- N'allez surtout pas « voir sur place »Chaque typhon apporte son lot d'accidents chez des personnes allées observer l'état des rizières, d'une rivière, de la mer ou d'un toit. Suivez la situation à la télévision ou sur smartphone, et fiez-vous aux consignes d'évacuation de votre municipalité pour savoir si vous devez évacuer.
En résumé
La vraie nature d'un vent à 40 m/s, c'est un monde où le carré agit doublement. ① La force augmente comme le carré de la vitesse, donc bien plus vite que ne le suggère le chiffre (16 fois celle d'un vent à 10 m/s). ② Même les objets emportés deviennent des armes, avec un choc qui augmente comme le carré de leur vitesse. Et la vitesse annoncée dans les prévisions n'est qu'une moyenne : la bonne façon de s'y préparer est de considérer qu'un instant, le vent peut souffler 1,5 fois plus fort.
La force du vent n'augmente pas par addition.
Si le chiffre de la vitesse double, le danger est multiplié par 4.
Cette même physique du « carré » atteint son paroxysme dans les tornades. Le mécanisme par lequel un vaste tourbillon se resserre en un vent d'une violence extrême est expliqué dans cet article. Pourquoi l'œil, au centre d'un typhon, est-il dégagé ? La réponse est dans cet article.
- Tenez un sous-main ou un éventail face au vent en position « faible » d'un ventilateur, et mémorisez la sensation de pression
- Passez en position « forte » et comparez la sensation, à la même distance et dans la même direction
Si la vitesse du vent double, la force qui pousse devrait être multipliée par 4. Essayez de vérifier que « l'écart de force » se ressent bien plus fort que « l'écart de vitesse ». En marchant, en courant, ou à vélo face au vent, en changeant simplement de vitesse, on peut ressentir le même effet du carré.
Pour aller plus loin ― vocabulaire, formules et liens avec les programmes scolairesDu collège jusqu'aux matières universitaires spécialisées, le niveau de chaque partie est indiqué
- CollègeNiveau des sciences au collège
- LycéeNiveau du programme de physique (tronc commun et spécialité) au lycée
- Lycée+Contenu avancé du programme de physique du lycée, ou encadré complémentaire des manuels
- UniversitéContenu non enseigné au lycée, relevant d'une matière universitaire spécialisée (mécanique des fluides, météorologie)
- RechercheSujet qui n'est pas encore enseigné comme un « acquis » même à l'université, encore en cours d'étude par les chercheurs
CollègeVocabulaire : bien comprendre les termes des bulletins météo
- Vitesse du vent : dans les prévisions météo japonaises, il s'agit de la vitesse moyenne du vent sur 10 minutes [m/s].
- Rafale maximale : valeur maximale de la vitesse du vent mesurée en moyenne sur 3 secondes. Elle vaut environ 1,5 fois la vitesse moyenne, parfois plus du double selon le relief.
- Pression du vent (pression dynamique) : force exercée par le vent sur une surface, par unité de surface. C'est ce qu'on appelle « la force du vent » dans le texte principal.
- Objets volants (débris emportés) : objets emportés par le vent. Considérés comme l'une des principales causes de dégâts liés aux vents violents.
CollègeLycéeVérification par le calcul : la force d'un vent à 40 m/s sur une personne
La pression exercée par le vent sur une surface peut être estimée, à titre indicatif, par la formule pression [N/m²] ≈ 0,6 × (vitesse du vent)² (une formule approchée qui regroupe la densité de l'air et un coefficient de forme ; son origine est expliquée ci-dessous).
| En symboles | F = ½ × ρ × v² × C × A |
| En mots | Force exercée par le vent = ½ × densité de l'air × (vitesse du vent)² × coefficient dépendant de la forme × surface exposée au vent |
| D'où vient cette formule | L'air en mouvement possède, par m³, une énergie cinétique égale à « ½ × densité × (vitesse)² ». Cette énergie, arrêtée devant le corps, se transforme en pression (pression dynamique) qui pousse le corps. C'est la formule de la traînée en mécanique des fluides. Dans le calcul ci-dessous, on prend un coefficient C d'environ 1, et on regroupe ½ × 1,2 = 0,6. |
| Carré de la vitesse du vent | 40 × 40 = 1600 |
| Pression estimée (par m²) | 0,6 × 1600 = 960 (N/m²) |
| Surface frontale approximative d'une personne | environ 0,5 m² |
| Force totale reçue par le corps | 960 × 0,5 = 480 (N) |
| Conversion en sensation de poids | 480 ÷ 9,8 ≈ 49 (kgf) |
Cela correspond à peu près au poids d'un adulte, qui vous pousserait continuellement de côté. On comprend, en voyant ces chiffres, qu'on ne puisse plus tenir debout, et que des personnes soient parfois emportées par le vent.
| Rapport des vitesses | 50 ÷ 25 = 2 (fois) |
| Rapport des forces (carré) | 2 × 2 = 4 (fois) |
| Conversion de 50 m/s en km/h | 50 × 3,6 = 180 (km/h) |
50 m/s équivaut à 180 km/h. C'est une vitesse proche de celle du vent que l'on recevrait en passant la tête par la fenêtre d'un Shinkansen. L'écart entre « 25 et 50 », difficile à se représenter à partir des seuls chiffres, cache un monde d'une tout autre ampleur, à cause du carré.
LycéeD'où vient la formule approchée « 0,6 × (vitesse du vent)² » ?
La formule de la pression dynamique vue en physique est pression dynamique = ½ × densité de l'air × (vitesse du vent)². La densité de l'air étant d'environ 1,2 kg/m³, on a ½ × 1,2 = 0,6. C'est l'origine de la formule approchée. La force réellement subie par un objet s'obtient en multipliant cette pression dynamique par la surface exposée et par un coefficient dépendant de la forme (environ 1 à 1,3 pour une plaque plane, moins pour une forme profilée). Le calcul du texte principal est une approximation où ce coefficient, pris égal à 1, disparaît.
Lycée+Le choc des objets emportés : l'énergie cinétique, elle aussi au carré
L'origine du choc d'un objet emporté par le vent est son énergie cinétique, ½ × masse × (vitesse)². Le carré apparaît ici aussi. L'énergie d'un objet de 1 kg emporté à 40 m/s (environ 144 km/h) est de ½ × 1 × 1600 = 800 J. C'est l'équivalent de l'énergie d'un objet de 1 kg tombant d'une hauteur d'environ 80 m, bien au-delà de ce que peut supporter une vitre ordinaire. On estime que la plupart des dégâts sur les fenêtres pendant un typhon proviennent non pas de la pression du vent elle-même, mais des objets emportés, ce qui explique pourquoi volets et rideaux métalliques sont recommandés.
UniversitéPourquoi les rafales se forment-elles : turbulence et facteur de rafale
Près du sol, le vent est perturbé par le frottement contre le sol et les bâtiments, et souffle en contenant des tourbillons de toutes tailles (turbulence). Si la rafale maximale dépasse largement la moyenne, c'est parce que la vitesse du vent bondit à l'instant où ce tourbillon passe. En météorologie, le rapport entre la rafale maximale et la vitesse moyenne s'appelle le facteur de rafale : il est d'environ 1,2 à 1,5 en mer, et peut dépasser 2 sur un terrain accidenté ou en zone urbaine. Dans la conception des structures résistant au vent, on intègre les propriétés statistiques de cette turbulence (intensité de la turbulence, distribution de la taille des tourbillons) pour définir une vitesse de vent de calcul propre à chaque bâtiment.
📖 Pour la démonstration des formules et pour aller plus loin : Traînée (Wikipédia, en japonais) ／ Turbulence (Wikipédia, en japonais)
RechercheCe qui n'est pas encore complètement élucidé
La physique de la force du vent est bien établie, mais prédire « quand, où et avec quelle intensité » le vent va souffler reste en partie non résolu.
- La prévision des rafales à l'échelle d'un bâtiment reste impossible. Si la prévision de la trajectoire globale d'un typhon a beaucoup progressé, on ne peut toujours pas prédire directement, même avec la puissance de calcul actuelle, à quel endroit précis d'une ville une rafale d'une intensité donnée va souffler, à cause de la complexité de la turbulence créée par les bâtiments. La simulation détaillée des conditions de vent en zone urbaine est un domaine de recherche actif.
- L'évolution de l'intensité des typhons avec le changement climatique fait toujours débat sur le plan quantitatif. Plusieurs études montrent une tendance à l'augmentation de la proportion de typhons intenses, mais les estimations concernant le nombre d'occurrences ou les variations régionales divergent selon les recherches, et la surveillance ainsi que les réanalyses se poursuivent.
- La modélisation des conditions dans lesquelles les objets commencent à s'envoler est également en cours. À quelle vitesse de vent tel ou tel objet commence-t-il à s'envoler, et jusqu'où est-il transporté ? Cela dépend fortement de la forme de l'objet, de la façon dont il est posé, et des bâtiments environnants. Des recherches s'appuyant sur les enquêtes après dégâts de tornades ou de typhons progressent, dans le but de les intégrer aux normes de prévention des risques.
Autrement dit, le contenu de cet article aussi reste « une explication fondée sur ce que l'on sait aujourd'hui ». C'est justement parce que la prévision n'est pas parfaite que le fait de « terminer ses préparatifs avant que le vent ne forcisse » demeure la protection la plus sûre.
Liens avec les programmes scolaires (par niveau)
| Niveau | Matière / unité | Partie correspondante de l'article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences ・ Force et pression／Météorologie | La force du vent sur les objets, comment lire la vitesse du vent dans les prévisions météo |
| Lycée | Physique (tronc commun) ・ Équilibre des forces ; Physique ・ Énergie cinétique | Formule de la pression dynamique, origine de « 0,6 × (vitesse)² », calculs ① et ② |
| Lycée+ | Physique ・ Contenu avancé sur l'énergie | Estimation de l'énergie cinétique des objets emportés |
| Université | Mécanique des fluides ・ Météorologie ・ Génie civil et bâtiment | Turbulence et facteur de rafale, principes de conception résistant au vent |
| Recherche | Météorologie ・ Génie du vent (non résolu) | Prévision des rafales en zone urbaine, changement climatique et typhons, modélisation des objets emportés |
| ― | Prévention des risques ・ Éducation à la sécurité | Préparatifs avant la veille, comment lire les rafales maximales, « ne pas aller voir sur place » |
- Agence météorologique japonaise, « Force du vent et ses effets » (repères de ressenti et de dégâts selon la vitesse du vent, relation entre vitesse moyenne et rafale maximale) — Japan Meteorological Agency, 気象庁「風の強さと吹き方」.
- Agence météorologique japonaise, « À propos des typhons » et documents de sensibilisation du Cabinet Office (内閣府) sur la prévention des risques (préparatifs à l'approche d'un typhon, ne pas sortir, ne pas aller voir sur place).
- Explications sur la pression dynamique, la traînée et l'énergie cinétique dans les manuels de physique standards.
- Architectural Institute of Japan (日本建築学会), document explicatif du « Guide des charges pour les bâtiments » (建築物荷重指針) (vitesse de vent de calcul, facteur de rafale, traitement de la turbulence).
- Knutson, T. et al., Tropical Cyclones and Climate Change Assessment, Bulletin of the American Meteorological Society 101(3), 2020 (évaluation de la relation entre changement climatique et intensité des typhons).
※Cet article est une vulgarisation scientifique à destination du grand public. Pour vos décisions concrètes en matière de prévention des risques, suivez les alertes et avis de l'Agence météorologique japonaise ainsi que les consignes et instructions d'évacuation de votre municipalité et des services de secours. Les valeurs indiquées sont des repères et des estimations destinés à faire comprendre les mécanismes en jeu.