Sans l'expérience du vol, il est difficile de s'imaginer les différents mouvements de la masse d'air au-dessus de nos têtes. Tout comme la mer, cela va du calme plat exaspérant jusqu'au déchaînement le plus violent. Si on pouvait visualiser ces mouvements, on verrait qu'à certains endroits l'air monte, descend, se met à tourbillonner, s'accélère ou s'arrête. Ce sont ces différents mouvements que le pilote de vol libre ou de planeur, tout comme certains oiseaux, s'applique à utiliser au mieux pour prolonger son vol.
Dans ce qui suit, je vais vous décrire et vous expliquer, les phénomènes couramment rencontrés en vol.

Domaine d'application

Tout d'abord, je veux insister sur le fait que la micro météo ne décrit que les phénomènes à petite échelle, c'est à dire au niveau régional (vallées, massif montagneux…). La micro météo ne vous permettra donc pas de savoir quel temps il fera dans les jours qui suivent. Ce genre de prévision relève du domaine de la météo qui, elle, couvre les phénomènes à une échelle presque planétaire.

L'atmosphère

L'atmosphère terrestre est un fin voile à la surface de notre planète. Son épaisseur ne vaut que le centième du rayon de la terre. Malgré cela elle remplie les rôles d'écran contre les rayons solaires, de dissipateur thermique et elle nous fournit l'oxygène qui nous fait vivre. L'histoire de la terre et de la vie qu'elle porte est déterminée par ses fluctuations. C'est la raison pour laquelle il est urgent de prendre des mesures pour la préserver, malheureusement le choix de ces mesures reste entre les mains des hommes politiques qui eux mêmes sont gouvernés par l'argent.

Constitution

L'air que nous respirons est constitué principalement de trois éléments :

• L'azote qui représente 79 pour cent du total
• L'oxygène qui représente 20 pour cent du total
• Le 1 pour cent restant est principalement constitué d'argon.

La concentration des autres gaz est si faible qu'elle s'exprime en parties par million (ppm) plutôt qu'en pourcentage. Les principaux gaz rares sont le dioxyde de carbone (340 ppm), le néon (18 ppm), l'ozone (12 ppm vers 3000 m d'altitude) et l'hélium (5 ppm).
Malgré sa rareté, l'ozone est un gaz extrêmement important pour les organismes vivant à la surface de la terre. L'ozone est le seul gaz atmosphérique qui absorbe le rayonnement solaire dans le proche ultraviolet (0.2 et 0.3 micromètre). Ce rayonnement est trop intense et donc nocif pour tous les être vivants.

L'atmosphère est découpé, virtuellement, en 4 couches :

• La troposphère, de 0 à 13 km. C'est dans cette couche, qui contient 80 pour cent de la masse de l'atmosphère, qu'ont lieu tous les phénomènes météorologiques.
• La stratosphère, de 13km à 50 km. C'est dans cette partie que se trouve la couche d'ozone.
• La mésosphère, de 50 km à 80 km.
• La thermosphère de 80km à 500 km. Cette couche est le siège des aurores polaires.

Température

La courbe de température de l'atmosphère en fonction de l'altitude ne décroît pas linéairement comme on pourrait le penser.

schéma 1: Courbe de température de l'atmosphère

La forme de cette courbe s'explique de la façon suivante :

• Dans la troposphère, le sol accumule la chaleur du rayonnement solaire, donc les basses altitude sont plus chaudes que les hautes et la température décroît avec l'altitude.
• La stratosphère contient la couche d'ozone qui absorbe le rayonnement ultraviolet du soleil. Comme elle absorbe de l'énergie elle se réchauffe.
• La mésosphère absorbe peu le rayonnement solaire, donc la température y décroît à nouveau
• La thermosphère est très sensible au chauffage solaire donc la température augmente.

La micro météo

Les courants ascendants

Les courants ascendants sont un terme générique désignant les déplacements verticaux de bas en haut d'une masse d'air. Ces courants sont indispensables au pilote de vol libre pour gagner de l'altitude et donc prolonger son vol.

Le thermique

Le thermique est une colonne d'air chaud qui monte plus ou moins verticalement. La journée, le soleil chauffe le sol par rayonnement, puis le sol chauffe l'air qui se trouve au-dessus de lui par conduction. Lorsque l'air est chauffé, il se forme prés du sol une bulle d'air chaud dont la taille augmente au fur et à mesure que sa température augmente. Au bout d'un moment, la bulle se détache du sol et s'élève dans les airs. Lorsque plusieurs bulles se rejoignent, elles forment une colonne dans laquelle l'air monte plus ou moins régulièrement.

schéma 2: Création d'un thermique

Jusqu'où monte cet air ?
Lorsque l'on comprime de l'air, celui ci se réchauffe. Par exemple quand vous gonflez un pneu de vélo, votre pompe chauffe. Inversement lorsqu'on décomprime de l'air celui-ci se refroidi. Cette propriété permet de fabriquer des frigos, mais dans ce cas, ce n'est pas de l'air qui est comprimé puis détendu car il n'a pas un bon rendement.
En montant, comme la pression atmosphérique diminue, l'air de la colonne se dilate et donc se refroidit. A force de se refroidir, il atteint la température de l'air qui l'entoure et finit par stopper sa progression vers le haut. L'altitude maximum atteinte par la colonne d'air dépend donc de sa température de départ et de la vitesse decroissance de la température de l'air autour de la colonne en fonction de l'altitude (le gradient de température).

Dans une atmosphère standard, la température de l'air décroît de 0.6 degrés par 100 mètres. La chute de température due à la détente d'une bulle d'air sec en ascension est de 1 degré par 100 mètres. Donc on voit déjà qu'en moyenne l'air en ascension dans le thermique se refroidit plus vite que l'air qui l'entoure. Cette propriété garantie une certaine stabilité à notre atmosphère, car si ce n'était pas le cas, il serait en ébullition permanente.

Le dynamique

Le dynamique est un phénomène mécanique qui se produit lorsque le vent (horizontal) rencontre un obstacle sur son chemin. Si cet obstacle est assez important, le vent ne pourra le contourner et il sera obligé de passer par-dessus. Lorsqu'il passe au-dessus de l'obstacle, sa direction ne sera plus horizontale mais aura une composante verticale.

schéma 3: Vent créant un dynamique

Sur le schéma ci dessus la zone en vert est exploitable pour gagner de l'altitude, par contre la zone en rouge est à éviter à tout prix car elle est non seulement le siége de descendances mais aussi de turbulences dangereuses pour le vol.

Le thermodynamique

Le thermodynamique est un mélange de dynamique et de thermique. Lorsque du vent remonte une pente (dynamique) et que cette pente génère du thermique, les deux phénomènes se conjuguent. Souvent le thermique permet de sortir de la seul zone exploitable du dynamique.

Les courant descendants

Nous avons vu que les thermiques sont des colonnes d'air ascendantes. Si l'air monte quelque part, on peut facilement en déduire qu'il doit redescendre ailleurs, sinon il n'y aurait plus d'air en bas ! Ces descendances sont donc un peu des thermiques en négatif et sont beaucoup plus connues sous le nom de trou d'air. Evidement le terme trou d'air est très imagé car il est strictement impossible que l'atmosphère contienne des vides !
Pour en revenir aux descendances, celles ci se rencontrent surtout aux abords des thermiques. En effet un thermique est une cellule convective dans laquelle l'air monte au centre, redescend sur les bords puis remonte au centre dans un cycle qui se répète tant que le soleil lui amène de l'énergie (voir schéma).

schéma 4: Cellule convective

Plus le thermique est puissant, plus la descendance sera forte. Pour un pilote de delta ou de parapente cela se traduit par une perte d'altitude très souvent accompagnée de secousses parfois importantes dues aux turbulences présente à l'interface entre l'air qui monte est celui qui descend.

L'inversion

Lorsqu'on parle d'inversion, il s'agit d'une inversion de température. En effet, comme nous l'avons vu plus haut, la courbe de température dans la troposphère tend à décroître avec l'altitude. Quand il y a une inversion, cette courbe présente, à une altitude donnée, une inversion de sa pente. On obtient donc à cette altitude, une température croissante ou stable avec l'augmentation d'altitude.

schéma 5: Altitude maximum atteinte par un thermique:
gauche sans couche d'inversion, droite avec couche d'inversion

Cette couche plus chaude agit comme un couvercle stoppant net tous les mouvements de convection.

explication
Imaginez une bulle d'air chaud s'élevant au-dessous de cette inversion. Disons que l'air de la bulle au depart du sol a une température de 24 degrés et que la température ambiante de l'air soit de 20 degrés.
Avec une décroissance de température de l'air de la bulle égale à 1 degré / 100m et une décroissance de l'air ambiant de 0.6 degrés / 100m, notre bulle montera à une altitude de 1000m.
Maintenant imaginez qu'à l'altitude de 600 m la température ne soit pas de 20 - 6 * 0,6 = 16,4 degrés mais de 18 à cause de l'inversion. A l'altitude de 600m la température de notre bulle d'air chaud est de 24 - 6 * 1 = 18 degrés. La différence de température entre l'air ambiant et l'air de la bulle est subitement devenue égale à 0 : la bulle d'air chaud est stoppée dans sa progression vers le haut.

Phénomènes météo dangereux

Les turbulences

Les turbulences sont des mouvements d'air désordonnés qui se rencontrent en général :

• Sous le vent d'un obstacle. Une crête par exemple, mais un thermique puissant peut être aussi considéré comme un obstacle pour le vent.
• A l'interface de deux couches de vent de direction et/ou de force différente. Dans ce cas on parle de cisaillement.
• Dans les zones qui sont le siège de fortes ascendances et descendances.
• Dans la traînée des autres aéronefs. La traînée d'un parapente ou d'un delta n'est pas bien gênante, celle d'un avion ou pire, d'un hélicoptère peut être dangereuse.
• Par temps de foën, sous les nuages d'onde, sur les fronts froids ou chauds, sous les orages...

Le cumulo-nimbus

Le cumulo-nimbus, dit cunimb, qui se compose des mots latins cumulus (=tas) et nimbus (=pluie) est un nuage aussi impressionnant et magnifique que dangereux pour tout ce qui vole et parfois même les pour infrastructures au sol. Vous en avez certainement déjà vu beaucoup puisqu'il s'agit du nuage qui donne l'orage.

Ce nuage a un développement vertical qui peut partir du sol et finir au niveau de la tropopause 10000m plus haut ! Un cunimb se forme le plus souvent les soirs d'été, lorsque le soleil a bien chauffé le sol. Il se présente d'abord sous la forme d'un cumulus qui va dégénérer rapidement en prenant du volume et de l'altitude. Du début de sa croissance jusqu'aux premiers éclairs, il faut environ deux heures ce qui donne le temps de réagir si on a la mauvaise idée de se trouver en l'air a ce moment.
De plus il est facilement repérable grâce à sa forme très caractéristique d'enclume. En effet la masse d'air qui monte à l'intérieur de ce nuage se condense en gouttelettes d'eau qui se transforment à leur tour en glace. Cette glace continue à monter jusqu'à rencontrer la tropopause. Comme nous l'avons vu plus haut, au niveau de la tropopause la température de l'air tend a remonter créant une énorme inversion. Lorsque le sommet du nuage rencontre cette inversion, l'air qui le constitue n'a pas d'autre choix que de s'étaler horizontalement créant du même coup cette forme d'enclume.

Deux sortes de danger sont liés à ce nuage :

• Tout d'abord un cunimb est avant tout un très gros aspirateur. Les ascendances qui le constituent peuvent atteindre une vitesse verticale de 60m/s (200Km/h) ce qui est énorme ! Pour vous donner une idée de ce que cela représente sachez qu'un homme en chute libre stabilisé, comme on les vois faire en chute libre, tombe à une vitesse de l'ordre de 200Km/h. Faite tomber un homme dans l'ascendance d'un cumulo-nimbus! il ne descend plus ! En écartant un peu les bras et les jambes il pourrait presque remonter. Un autre exemple : ces ascendances sont capables de faire remonter des grêlons gros comme des oeufs de poule.
  Si vous vous retrouvez sous ce nuage avec votre delta ou votre parapente vous serez inexorablement aspiré vers des altitudes qui, du fait du manque d'air et du froid, ne permettent pas de survivre bien longtemps. Dans ce cas le seul espoir est de pouvoir traverser le nuage et rejoindre une des descendances qui se trouvent à sa périphérie. Mais la tâche s'avère ardue car tenir un cap à la boussole dans des turbulences violentes, sans aucune visibilité et sans repère relève de l'exploit.

• Si vous ne vous êtes pas fait aspirer parce que vous voliez assez bas, il faudra vous méfier des rafales de vent au sol toujours présentes sous ces nuages. J'ai testé une fois ce genre de rodéo sous un cunimb peu actif, c'est à éviter à tout prix !

Fonctionnement du cumulo-nimbus

Ces nuages sont constitués d'une ou plusieurs ascendances qui utilisent le soleil comme source d'énergie mais aussi la chaleur latente contenue dans la vapeur d'eau:
En effet pour faire évaporer de l'eau il faut lui amener de la chaleur, l'évaporation est une réaction endothermique car elle consomme de la chaleur. A l'inverse, quand cette vapeur d'eau se condense, elle libére cette chaleur consommée, cette transformation est exothermique car elle fournit de la chaleur.

Pour en revenir à notre nuage, si on isole une fois de plus une bulle d'air chaud dans l'ascendance qui s'élève à partir du sol, on constate que sa température interne décroit régulièrement de 1degrè / 100 m. Cette décroissance fixe l'altitude maximum à laquelle notre bulle va pouvoir monter, altitude qui est fonction de la différence de température initiale entre l'air ambiant et l'air présent dans la bulle. En fait, cette altitude maximum peut être dépassée grâce à la chaleur latente contenue dans la vapeur d'eau présente dans la bulle.
Si la température de notre bulle d'air ''chaud'' s'abaisse suffisamment pour que la vapeur d'eau se condense, la chaleur libérée par cette condensation va augmenter la température interne de la bulle qui peut ainsi reprendre son ascension de plus belle. Ce phénomène a été mis à contribution dans une expérience dont le but était de faire monter un ballon à air chaud le plus haut possible sans autre apport d'énergie que celui fourni initialement lors de son gonflage avec de l'air chaud contenant de la vapeur d'eau. Cette expérience avait été baptisée ''bulle d'orage''.

Les trajectoires des flux d'air à l'intérieur du cumulo-nimbus sont complexes et ne se résument pas a une cellule de convection.

schéma 6: Coupe d'un cumulo-nimbus

Dans ce schéma l'air chaud et humide situé au niveau du sol (flèche rouge) monte vers le haut du nuage en se condensant.
Les particules liquides qui en résultent sont rejetées au sommet et sur les cotés de l'ascendance. Arrivées en haut, ces particules gèlent et retombent soit derrière l'ascendance (à gauche) soit vers l'avant (à droite).

• Celles qui partent vers l'avant retombent dans l'ascendance qui les monte à nouveau vers le haut du nuage. Ce cycle, créateur des grêlons, peut se reproduire plusieurs fois. A chacun de ces cycles le grêlon grossit en s'entourant d'une couche de glace supplémentaire; c'est la raison pour laquelle les grêlons, en coupe, présentent une structure constituée de couches de glace successives, un peu comme les couches successives de peau d'un oignon.

• La glace qui retombe vers l'arrière du nuage rencontre l'air sec d'altitude (en bleu) qui la fait s'évaporer en partie. Cette évaporation refroidit l'air et augmente la force du courant de subsidence (en vert) responsable des fortes rafales au sol qui accompagnent les orages. Arrivé au sol, ce courant s'étale, et engendre un pseudo front froid qui fait obstacle a l'air chaud et humide en le repoussant dans l'ascendance augmentant ainsi la convection.

Les nuages

Pour pouvoir les étudier et les classifier, les nuages sont répartis en dix genres :

Comme on peut le constater, les nuages se repartissent en deux formes principales :

• Les cumulus
• Les stratus

En observant leur formes on peut tirer des conclusions sur l'état de l'atmosphère :

• Les cumulus dénotent de violent mouvement ascendant de la masse d'air.
• Les stratus sont les résultats de glissement d'air humide et chaud sur de l'air froid.
• Les formes déchiquetées témoignent de vent fort et turbulent.