Généralités sur la météo

A partir du grade et programme examen du grade et supérieurs
A partir du grade et programme examen du grade et supérieurs

1. L’atmosphère

1.1 Composition

L’atmosphère est l’enveloppe gazeuse qui entoure le globe terrestre. Elle se compose d’un mélange de gaz composant l’air sec, de vapeur d’eau et diverses impuretés.

Gaz	Pourcentage
Azote N₂	78.08
Oxygène O₂	20.95
Argon A	0.93
Gaz carbonique CO₂	0.03
Néon Né	1,8.10^-3
Hélium He	5,2.10^-4
Krypton Kr	1,1.10^-4
Hydrogène H₂	5,0.10^-5
Xénon Xe	8,7.10^-6

Les trois premiers constituants composent 99.97% de l’air. La teneur en gaz carbonique varie beaucoup dans les basses couches, où elle dépend de l’activité humaine (industries) ou naturelle (volcan).

L’air est compressible, les basses couches supportent le poids de l’air qui est au‐dessus, l’air est donc plus dense. Plus on s’élève en altitude, le poids de l’air au‐dessus diminue, l’air est moins dense.

1.2 Températures

1.2.1 Généralités

La température d’un corps correspond au degré d’agitation des ses molécules.

Trois échelles différentes sont utilisées pour mesurer la température :

L’échelle Celsius (ou centigrade) utilisée en France : Température exprimée en degré Celsius (°C) ;
L’échelle Fahrenheit utilisée dans les pays anglo‐saxon : Température exprimée en degré Fahrenheit (°F) ;
L’échelle absolue utilisée dans les formules physiques : Température exprimée en Kelvin (K) et non « °K ».

Il y a une température en dessous de laquelle il est physiquement impossible de descendre, c’est la température pour laquelle les molécules sont immobiles. C’est le « zéro absolu » égale à 0 K.

1.2.2 Conversions

T_°F = ( T_°C x 9/5 ) + 32
T_K = T_°C + 273

T_°C = (T_°F ‐ 32) x 5/9
T_°C = T_K ‐ 273

1.2.3 Variation avec l'altitude

La température varie différemment avec l'altitude suivant différentes couches représentées ci‐dessous :

C'est dans la Troposphère, jusqu'à 11km d'altitude (FL360) que s'effectue la majorité des vols et que se produisent la plupart des phénomènes météorologiques.

Dans la troposphère, la température décroît normalement d'environ 2°C tous les 1000 pieds. Toutefois, localement, la température peut être constante sur une tranche d'altitude (isothermie) ou même augmenter avec l'altitude (inversion).

1.3 Tropopause

La tropopause est une couche dans l'atmosphère qui sépare la troposhère de la stratosphère.

L'altitude de la tropopause varie selon la latitude et la période de l'année. On parlera, en fonction de la latitude, de tropopause polaire, tropopause tropicale ou tropopause équatoriale.

Au dessus de la tropopause (aux altitudes généralement utilisées par les avions), la température reste constante.

décroissance_température.png

1.3.1 Localisation de la tropopause

La carte TEMSI indique la hauteur de la tropopause ainsi que sa température (rectangle rouge).

1.3.2 Intêret opérationnel

Les vents les plus forts dans l'atmosphère, tout comme la turbulence en air clair se rencontrent au voisinage de la tropopause. L'ordre de grandeur de croissance du vent dans la troposhère (sous la tropopause) est d'environ 5% par 1000ft.

La tropopause favorise la création de courant jet. Il est donc intéressant de connaitre l'altitude de la tropopause pour anticiper où se situe le vent maximal qui peut être avantageux (vent arrière) ou au contraire pénalisant (vent de face).

1.4 Pression atmosphérique

1.4.1 Définitions

Toute surface S est "surmontée" par une colonne d'air, illimité vers le haut, qui pèse sur cette surface. La pression atmosphérique est égale au poids de cette colonne d'air divisé par la surface.

L'unité de pression dans le système international est le Pascal (Pa).
1 Pa correspond à une force de 1 Newton appliqué à une surface de 1m².
L'unité équivalente dans le système anglo‐saxon est le pouce de mercure (in.hg).

1013 hPa = 29,92 in.hg

1.4.2 Variation avec l'altitude

Au niveau du sol, la pression résulte du poids de l'ensemble de l'atmosphère. En prenant de l'altitude, il y a de moins en moins d'air au‐dessus, la pression diminue.

Voir les effets de la pression dans le document concernant l'altimétrie.

1.4.3 Dépression / Anticyclone

Les régions où la pression est minimale sont appelées dépressions (D), celles où la pression est élevée sont appelées anticyclones (A).
Pour représenter la pression sur une carte, on relie tous les points où règne la même pression. Les lignes obtenues sont des isobares.

1.5 Atmosphère standard (ISA)

1.5.1 Définition

Puisque la pression et la température de l'atmosphère varient tous les jours et pour que tout les aéronefs utilisent la même référence, une atmosphère moyenne a été définie. Cette atmosphère moyenne est appelée atmosphère standard, en abrégé ISA pour International Standard Atmosphere.

1.5.2 Valeurs clés

Pression au niveau de la mer : 1013,25 hPa ;
Décroissance de pression dans les bases couches : 28ft/Pa ;
Température au niveau de la mer : 15°C ;
Décroissance de la température jusqu'à 36000ft : 2°C/1000ft ou 6,5°C/1000m ;
Température au dessus de 36000ft jusqu'à 65000ft : ‐56,5°C.

Pression (hPa)	Altitude (m)	Altitude (ft)
1013,25	Niveau de la mer	Niveau de la mer
850	1500	5000 (FL50)
700	3000	10000 (FL100)
500	5500	18000
400	7200	24000
300	9100	30000
200	11800	39000

2. Le vent

2.1 Définition - Généralités

Le vent est le déplacement d'une masse d'air, il est caractérisé par une vitesse et une direction.

En général, la direction du vent est donnée par rapport au Nord vrai. Elle indique la direction d'où souffle le vent (001° à 360°). Sa vitesse, aussi appelée force, est exprimée en kt, en km/h ou m/s.

Au sol, le vent est mesuré par un anémomètre placé à 10 mètres de hauteur dans un endroit dégagé.

Le vent utilisé sur les documents météorologiques est le vent synoptique : valeur moyenne sur 10 minutes.

Au décollage et à l'atterrissage, le vent donné par la tour de contrôle est le vent aéronautique : moyenné sur 2 minutes.

En altitude, le vent est mesuré par radiosondages.

2.2 Origines du vent

La cause principale est une différence de pression. L'air se déplace des zones de hautes pressions vers les zones de basses pressions.

Le vent tourne dans le sens des aiguilles d'une montre autour des centres de hautes pressions et dans le sens inverse autour des centres de basses pressions. Les mouvements sont inversés dans l'hémisphère sud.

Lorsqu'il y a convergence (resserrement) des isobares, le gradient de pression est alors plus élevé, le vent se renforce. A l'inverse, lorsqu'elles divergent, le gradient de pression diminue, le vent diminue également.

2.3 Variation du vent

2.3.1 En altitude > 1500m : vent géostrophique

Au dessus de 1500 mètres environ, en atmosphère libre, c'est à dire sans prendre en compte les frottements de l'air sur le sol, le vent suit une trajectoire parallèle aux isobares.

2.3.2 Entre le sol et 500m : couche de friction

Plus on se rapproche de la surface, plus les effets du frottement deviennent importants et ralentissent le déplacement des particules d’air. On doit prendre en compte la force de frottement. Ainsi, par rapport au vent en altitude, l'air est dévié d'environ 20° au dessus d'une étendue maritime et de 30° au dessus d’une zone terrestre. La force du vent est plus faible lorsqu'on se rapproche du sol.

Au décollage, en prenant de l'altitude, le vent subi va augmenter en force et sa direction va tourner vers la droite (hémisphère nord). Inversement, lors d'une percée, on peut s'attendre à voir la force du vent diminuer et sa direction tourner vers la gauche.

2.4 Effets du relief

2.4.1 Passage d'une chaîne de montagnes

2.4.1.1 Côté au vent

2.4.1.2 Côté sous le vent

Le vol près du sol sous le vent est dangereux. On y rencontre des rabattants et tourbillons synonyme de turbulences.

2.4.1.3 Hauteur et distance d'influence

Lorsque le vent bute sur un relief isolé, une partie de l’air peut contourner le relief et une autre partie est déviée sur le haut du le relief, l’atmosphère peut être perturbé jusqu’à une hauteur pouvant le tiers de la hauteur.

L’influence du relief peut se faire sentir jusqu’à 3 à 7 km après le relief.

2.4.2 Vents locaux

2.4.2.1 Vent anabatique et catabatique

2.4.2.2 Brise d'amont - brise d'aval

2.4.2.3 Brise de mer - brise de terre

2.4.2.4 Divers

Localement, on peut rencontrer divers vents : Le Mistral, la Tramontane, l’Autan, le Marin, le Sirocco etc...

2.5 Jetstream

On appelle "jetstream", un courant de vent d'une force au moins égale à 60kts.

Les jetstream sont indiqués sur les cartes TEMSI uniquement lorsque leur force est supérieure ou égale à 80kts

2.5.1 Formation d'un jetstream

Un jetstream se forme lorsqu'un courant chaud venant des tropiques rencontre un courant froid venant des pôles. Le fort contraste thermique oblige l'air à s'écouler horizontalement et comme la Terre tourne, cet air en déplacement rapide prend de la vitesse et produit un courant jet.

La tropopause marque un obstacle à l'air ascendant qui rencontre de l'air plus chaud, l'air ascendant est donc bloqué et ne pouvant plus monter, il se retrouve contraint de s'évacuer latéralement.

2.5.2 Les différents jetstream

Les courants jet suivants soufflent tous d'ouest en est à l'exception du jet tropical qui se déplace d'est en ouest.

2.5.2.1 Jet arctique

Il est formé grace à la différence thermique entre l'air arctique et l'air tropical. Il se situe entre la tropopause de l'air arctique et la tropopause de l'air polaire soit entre le FL200 et le FL300.

2.5.2.2 Jet polaire

La vitesse moyenne du jet polaire est de 60 à 80kts l'été et 120 à 150kts l'hiver. On le retrouve généralement au FL300 en hiver et FL400 en été.

2.5.2.3 Jet subtropical

Le jet subtropical est un courant jet "d'hiver". En été, il faibli considérablement, jusqu'à disparaitre alors que sa vitesse moyenne en hiver varie entre 120 et 150kts. On le retrouve, généralement, autour du FL400.

2.5.2.4 Jet tropical d'Est ou Jet equatorial

On retrouve ce jetstream en juillet-août au niveau de l'Asie du sud, Inde et Afrique de l'Est. Sa vitesse moyenne est d'environ 60 à 90kts. L'hiver il faiblit considérablement.

3. Humidité

3.1 Définitions - Généralités

On trouve l’eau dans l’atmosphère sous trois formes :

Vapeur (gaz invisible) ;
Liquide (pluie, bruine, nuages, brouillard, rosée) ;
Solide (neige, grêle, grésil, gelée blanche).

L’humidité représente la quantité de vapeur d’eau contenue dans l’air.

Une masse d’air ne peut contenir qu’une quantité limitée de vapeur d’eau. Cette quantité est fonction de la température de l’air et varie dans le même sens. Lorsque cette quantité est maximale, on dit que l’air est saturé.

3.2 Saturation de l'air

L’air arrive à saturation en vapeur d’eau suivant deux processus :

En augmentant la quantité de vapeur d’eau : forte pluie ou passage de la masse d’air sur une mer ;
En abaissant la température : mode le plus fréquent et peut se faire de deux manières :

Si la température s’abaisse à pression constante, la température à laquelle apparaît la saturation s’appelle « température du point de rosée » ou « Td » ou « DP pour Dew Point ». Tout refroidissement supplémentaire entraine une transformation d’une partie de la vapeur d’eau en gouttelettes d’eau (condensation). C’est l’origine de la rosée que l’on observe le matin quand l’eau se dépose sur le sol ou encore des brouillards matinaux lorsque l’eau reste en suspension dans l’air.
Si une particule d’air subit un soulèvement, la pression et la température diminuent. La saturation sera atteinte à la température du point de condensation. Si la température diminue encore, il apparaitra des gouttelettes d’eau en suspension dans l’air et donc formation de nuages.

3.3 Surfusion

L’état de surfusion est provoqué lorsque de l’eau liquide, qui s’est condensée dans une zone où la température est positive, traverse une zone où la température est négative (condition liée à un front).
L’eau, ainsi refroidie, reste à l’état liquide.

Cet état de l’eau est très instable, le passage d’un avion dans cette zone peut provoquer la cessation brusque de cet état et transformer instantanément l’eau en glace. Les gouttelettes d’eau surfondue se transforment rapidement en verglas sur les bords d’attaque de l’avion. C’est le givrage le plus dangereux, il est très rapide.

4. Les nuages

4.1 Définition - Généralités

Un nuage est un ensemble de minuscules particules d’eau liquides ou de glace, ou des deux à la fois, en suspension dans l’atmosphère.

Deux conditions sont nécessaires à la formation de nuages :

Il faut qu’il y ait condensation ;
Il faut en plus la présence de particules solides microscopiques appelées noyaux de condensation.

4.2 Les différents nuages

Le schéma ci‐dessous représente les 10 sortes de nuages et montre leur extension verticale et les précipitations qu’ils peuvent donner :

4.2.1 Cirrus (Ci)

C'est un nuage séparé en forme de filaments blancs et délicats ou de bandes étroites blanches, avec un aspect fibreux.

C'est un nuage de l'étage supérieur.

4.2.2 Cirrostratus (Cs)

Voile nuageux transparent et blanchâtre, d'aspect fibreux couvrant entièrement ou partiellement le ciel et donnant généralement naissance à un phénomène de halo.

C'est un nuage de l'étage supérieur.

4.2.3 Cirrocumulus (Cc)

Banc, nappe ou couche de nuages blancs composés de petits éléments en forme de granules, disposés plus ou moins régulièrement.

C'est un nuage de l'étage supérieur.

4.2.4 Altostratus (As)

Il se présente sous forme de nappe ou de couche grisâtre ou bleuâtre, fibreux ou uniforme couvrant entièrement ou partiellement le ciel et laissant voir le soleil à travers.

Nuage de l'étage moyen.

4.2.5 Altocumulus (Ac)

Banc, nappe ou couche de nuages blancs ou gris ayant des ombres propres et bien marquées, d'aspect ondulés pouvant faire penser à des galets.

Nuage de l'étage moyen.

4.2.6 Stratus (St)

Couche nuageuse généralement grise pouvant donner lieu à de la bruine ou de la neige en grains.

Nuage de l'étage inférieur.

4.2.7 Stratocumulus (Sc)

Banc, nappe ou couche de nuages gris ou blanchâtres ayant presque toujours des parties sombres.

Nuage de l'étage inférieur.

4.2.8 Nimbostratus (Ns)

Couche nuageuse grise, souvent sombre, dont l'aspect est rendu flou par des chutes plus ou moins continues de pluie ou de neige, atteignant le sol. Ce nuage masque complètement le soleil.

Nuage de l'étage inférieur/supérieur.

4.2.9 Cumulus (Cu)

C'est un nuage séparé avec des contours bien délimités et une base plutôt plate. Sa forme générale s'apparente à un choux fleur.

C'est un nuage de l'étage inférieur/moyen.

4.2.10 Cumulonimbus (Cb)

C'est un nuage dense et très puissant à forte extension verticale. Le sommet de ce nuage se situe proche de la tropopause ce qui crée son développement latéral (enclume) à haute altitude.

Les CB sont des nuages associés à des phénomènes météorologiques dangereux pour l'aviation comme les orages, la grèle, la forte pluie et la turbulence modérée à sévère. Il convient donc de contourner ces nuages

Le Cb est un nuage dit de l'étage inférieur/supérieur, du fait de son important développement vertical.

5. Le brouillard

5.1 Définition - Généralités

Le terme brouillard est réservé à une visibilité horizontale, à hauteur de l’œil de l’observateur (1.8m), inférieure à 1000 m.

Si la visibilité est comprise entre 1000 m et 5000 m, on utilise le terme brume.

5.2 Types

5.2.1 Le brouillard de rayonnement

C’est le plus fréquent. Les conditions propices sont un vent faible, un ciel dégagé en fin de journée ou la nuit, le sol se refroidit. Ce refroidissement entraine une augmentation de l’humidité relative (voisine du point de rosée). Si la baisse de température est suffisante, il y a condensation et formation du brouillard. Il peut être très dense et se dissipe généralement pendant le jour sous l’effet du soleil.

5.2.2 Le brouillard d'advection

Il apparaît par l’arrivée d’une masse d’air chaud et humide sur un sol froid avec un vent modéré. L’air se refroidit au contact entraînant la condensation de la vapeur d’eau.

6. Les précipitations

6.1 Définitions - Généralités

Lorsque la condensation est intense, le diamètre des gouttelettes qui forment les nuages, s’accroît rapidement. La vitesse de chute des gouttelettes devient appréciable et on dit qu’il y a précipitations.

6.2 Différentes précipitations

Les précipitations se présentent sous forme de :

Pluie : gouttes d’eau de diamètre de 0.5 à 6 mm ;
Bruine : gouttes d’eau de diamètre < 0.5 mm ;
Neige : cristaux de glace ramifiés de 0.1 mm de diamètre agglomérés en flocons ;
Grésil : granules de glace de diamètre < 5 mm ;
Grêle : globules ou morceaux de glace de 5 mm à 5 cm de diamètre.

Chutes : précipitations qui durent souvent plus d’une heure et liées à l’arrivée d’une perturbation.
Averses : précipitations de courte durée, faibles ou intenses, liées à des nuages instables (Cu et Cb).

7. La visibilité

7.1 Au sol

7.1.1 Visibilité météorologique (VIS)

C’est la visibilité minimale mesurée au cours d’un tour d’horizon par un observateur météo. Cela correspond à la distance jusqu'à laquelle il est possible de voir un objet non éclairé.

7.1.2 Visibilité balises (VIBAL)

Lorsque la visibilité est faible, le météorologiste mesure la visibilité non loin du seuil de piste à l’aide de balises spéciales.

7.1.3 Portée visuelle de piste (PVP ou RVR)

Cette mesure de visibilité est donnée par un appareil de mesure appelé diffusomètre. Il est composé d’un émetteur de lumière et d’un récepteur mesurant la quantité de lumière reçue. Dès que la visibilité est inférieure à 1500m, la RVR (Runway Visual Range) ou PVP (Portée Visuelle de Piste) est transmise au pilote et indiquée dans les messages météo. Les instruments sont capables de mesurer des RVR à partir de 2000m. Par définition, la RVR correspond à la distance jusqu'à laquelle le pilote d'un aéronef sur la piste peut en voir le balisage lumineux.

Différence entre la visibilité et la RVR : la visibilité correspond à la distance à laquelle est visible un objet non éclairé. En revanche, par définition la RVR est la distance jusqu'à laquelle on peut voir les lumières de piste. La RVR sera toujours plus élevée que la visibilité.

7.2 En vol

Cette visibilité, dite oblique, correspond à la visibilité le long de l’axe œil du pilote / seuil de piste. Elle est estimée par le pilote.

8. Perturbations

8.1 Masse d'air

On appelle masse d’air un très grand volume de l’atmosphère assez homogène en température et humidité.

Les principales masses d’air :

Air arctique : masse d’air froid située entre les pôles et le 60°N ;
Air polaire : masse d’air frais s’étendant du 60°N au 40°N ;
Air tropical : masse d’air chaud entre le 40°N et le 5°N ;
Air équatorial : masse d’air chaud situé entre le 5°N et le 5°S.

8.2 Fronts

8.2.1 Généralités

Le contact entre deux masses d’air de températures différentes s’effectue suivant une surface dite, surface frontale. L’intersection de cette surface avec la surface terrestre est appelée front.

A nos latitudes moyennes, on observe des masses d’air sec et froid d’origine polaire et des masses d’air chaud et humide tropicale. La limite entre ces deux masses d’air est appelée front polaire. Cette limite n’est pas rectiligne et subit des ondulations qui correspondent aux zones de mauvais temps.

8.2.2 Perturbations

L’air froid polaire tend à s’écouler vers l’équateur tandis que l’air chaud tropical s’écoule vers le pôle. Ces deux mouvements opposés provoquent l’enfoncement de l’air chaud dans l’air froid, c’est le secteur chaud d’une perturbation. Ce secteur sépare la surface frontale en deux parties :

L’air chaud remplace l’air froid, c’est le front chaud ;
L’air froid remplace l’air chaud, c’est le front froid.

L’ensemble front chaud / front froid constitue une perturbation.

8.2.3 Front froid

L’air froid polaire descend vers le sud‐est en repoussant l’air chaud vers le nord‐est. L’air froid, plus lourd, s’infiltre sous l’air chaud et le soulève. L’air chaud soulevé subit soulèvement, détente, refroidissement, condensation, nuages, précipitations. Cette avancée s’appelle front froid.

Symbole :

8.2.4 Front chaud

De l’autre côté de la perturbation, l’air chaud, déplacé vers le nord‐est, entre en conflit avec l’air froid devant lui qu’il repousse vers le nord. L’air chaud, plus léger, va glisser par‐dessus l’air froid. C’est le front chaud.

Symbole :

8.2.5 Occlusion

Le front froid à l’arrière se déplace plus vite que le front chaud. L’air froid postérieur rattrape l’air froid antérieur et l’air chaud est rejeté en altitude. Cette vallée d’air chaud est appelée occlusion. L’occlusion s’enroule souvent autour de la dépression et forme un vortex.

Symbole :

8.2.6 Systèmes nuageux liés aux perturbations

Les nuages liés à un front se forment lorsque l’air chaud s’élève au dessus de l’air froid soit en glissant (front chaud) soit en étant poussé (front froid). Les genres de nuages accompagnant un front ne sont pas liés au type de front mais dépendent du caractère de stabilité ou d’instabilité de l’air chaud.