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Météorologie élémentaire

Phénomènes associés aux orages : aspects opérationnels

Parmi les phénomènes associés aux orages et décrits précédemment, rappelons que le givrage se rencontre avec la plus grande fréquence et la plus grande intensité environ 5000 pieds au-dessus de l'isotherme de 0°C. Cette zone devra donc être évitée dans la mesure du possible d'autant plus qu'elle correspond à la zone la plus turbulente. 

En effet les plus fortes turbulences observées à l'intérieur d'un nuage se situent au point de cisaillement (sheering) ou zone de transition des courants ascendants et descendants. Elles se présentent au milieu du nuage, très précisément dans les 5000 ou 6000 pieds au-dessus de l'isotherme de 0°C.

La turbulence peut également être très forte à l'extérieur des nuages d'orages. Dans les basses couches on peut la rencontrer devançant les cumulonimbus de 10 à 25 km ainsi que plusieurs milliers de pieds au-dessus d'un gros orage et dans un rayon de 40 km alentour.

De la neige modérée ou forte peut être observée avec le maximum de fréquence à une altitude de 20000 à 21000 pieds sous nos latitudes mais elle peut être observée à n'importe quel niveau au-dessus de l'isotherme de 0°C associée à de l'eau liquide dans la plupart des cas (sleet). Ceci est évidemment d'une très grande importance pour les conditions de givrage.

La grêle se rencontre au maximum dans 10% des nuages observés et peut-être présente dans l'ensemble du nuage (des basses couches à plus de 30000 pieds) avec des diamètres parfois conséquent pouvant endommager la structure des petits comme des gros avions, ainsi qu'en témoignent les images présentées ci-dessous, plutôt spectaculaires ! 

Des grêlons gros des oeufs de poules animés d'une vitesse relative supérieure à 600 km/h produisent le même effet que des coups de marteau bien assainis. Ils peuvent donc facilement déformer l'acier et percer les verres les plus résistants. Dans l'incident présenté ci-dessous, le nez de l'avion, la verrière, les phares ainsi que les bords d'attaque des ailes et des ailerons furent endommagés.

Cet exemple justifie à lui seul de recommander aux pilotes d'éviter les zones orageuses et de givrage et d'interdire aux pilotes privés de voler par mauvais temps pour leur propre sécurité. Mieux vaut ne pas prendre le risque de "casser du bois"...

Retour de guerre ? Non, une ligne commerciale ordinaire ! Quand une averse de grêle s'abat sur vous en région tropicale le vol prend l'allure d'un tir aux pipes. La zone à risque s'étendant d'ordinaire sur plusieurs kilomètres dans les deux plans, lorsque vous êtes "dedans" il est difficile d'y échapper. Heureusement dans ce cas ci il n'y eut que des dégâts matériels. Le pilote (et sans doute la compagnie aérienne) a sa responsabilité engagée dans cet incident car si ces événements sont difficiles à prévoir à l'échelle locale, la traversée d'un orage ou d'un nuage fortement instable est un acte volontaire. Documents G.Meier.

Le vent est également très intense dans une cellule orageuse avec des courants descendants dans les basses couches et latéraux près du sol (low level) accompagnés de violentes rafales au passage du pseudo-front froid. La vitesse de ces rafales est en général la plus grande que l'on puisse enregistrer au cours du passage d'un cumulonimbus.

Les observations effectuées jusqu'à présent montrent que leur vitesse est comprise entre 20 et 80 noeuds, les rafales de 20 à 30 noeuds étant les plus fréquentes. La durée de ces rafales excède rarement quelques minutes (15 min. max).

Des variations de pression très rapides et assez importantes sont enregistrées durant le passage d'un orage. Ces variations de pression se traduisent évidemment par d'importantes erreurs altimétriques dont il est indispensable de se méfier .

Enfin, rappelons que les éclairs semblent se produire le plus fréquemment aux altitudes de 16000 à 26000 pieds où ils ne provoquent que des dommages mineurs : panne de radio ou légères piqûres sur la structure de l'appareil. Mais reportez-vous à la fin du chapitre consacré aux orages pour plus de détails.

Développement vertical

 La hauteur des nuages d'orage est d'une grande importance pour la détermination du niveau de vol optimum. Les observations par radar ont permis de déterminer que les orages formés au sein d'une masse d'air (réchauffement à la base et orages orographiques) possèdent la plus grande extension verticale tandis que les nuages frontaux semblent les moins développés. Dans les régions tempérées, des orages s'étendant jusqu'à 50000 pieds sont très rares; le sommet moyen se situe entre 25000 et 30000 pieds en fin de maturité.

Arrivé au stade de dissipation, le sommet du nuage prend la forme caractéristique d'une enclume (cb incus) soit parce qu'il a atteint la tropopause soit parce l'air est devenu plus stable à cette altitude. Constituée de cristaux de glace, cette enclume peut s'étendre horizontalement sur 10 nautical miles et on peut y observer des averses de grêle sous forme de virga. Si l'instabilité est très forte le sommet du nuage peut dépasser la tropopause de quelques centaines de pieds.

Aspect d'une cellule orageuse en vol. Les cumulonimbus affichant les courants verticaux les plus intenses atteignent la tropopause où ils présentent une forme d'enclume caractéristique constituée de cristaux de glace. Cette extension peut s'étendre horizontalement sur plus de 10 nautical miles et produire des virga. Document Bernhard Mühr/Wolkenatlas et M.Ratoz.

Courants verticaux

Les courants ascendants et descendants de l'air constituent la structure de base des nuages. Un courant vertical consiste en un mouvement continu de l'air vers le haut ou vers le bas. Ces mouvements à grande échelle s'étendent sur plusieurs milliers de pieds en altitude. La vitesse de ces courants est relativement constante, tout au plus varie-t-elle graduellement d'un niveau au suivant.

D'autre part, les rafales consistent en des discontinuités à petite échelle associées aux mouvements verticaux. Ces rafales ont une faible extension verticale et horizontale; ce sont elles qui provoquent la turbulence dans les nuages cumuliformes.

Grâce à différentes observations, on a pu tirer certaines conclusions définitives au sujet des courants verticaux :

A. Les courants ascendants les plus rapides existent aux niveaux moyens et supérieurs (maximum aux 2/3 de l'extension verticale du niage à partir de la base);

B. La vitesse moyenne des courants ascendants augmente avec l'altitude

C. Les courants ascendants sont plus rapides que les courants descendants sauf dans la partie inférieure du nuage.

Enfin, on a également pu obtenir certaines données relatives au déplacement vertical d'un avion dû aux courants ascendants :

A. Les plus grands déplacements s'observent en hautes altitudes. Un avion volant à 150 noeuds peut être soumis à un déplacement de l'ordre de 6000 pieds dans la partie supérieure d'une cellule orageuse tandis que le même avion volant à la même vitesse à 6000 pieds d'altitude observera un déplacement maximum de 1600 pieds;

B. Il existe très peu de cas dans lesquels un avion volant à une altitude de 5000 à 6000 pieds ait subi un déplacement dangereux vers le sol (du fait des courants descendants);

C. Le déplacement moyen dû au courants ascendants est, aux niveaux moyens et supérieurs, plus grand que le déplacement moyen dû aux courants descendants. Par conséquent, on peut dire qu'un avion qui sort d'un cumulonimbus aux niveaux moyens et supérieurs accuse une vitesse propre supérieure à celle qu'il possédait en y pénétrant;

D. Les courants descendants diminuent heureusement à proximité du sol, et le risque qu'un avion soit projeté contre le sol par ce courant descendant est faible, sauf dans les régions montagneuses. Toutefois, si un pilote tente de maintenir son altitude, il placera son appareil dans des positions extrêmes de "nose-up" ou "nose-down"; s'il rencontre alors une région de sévère turbulence (à la limite des courants verticaux de sens contraire), il peut éprouver de sérieuses difficultés jusqu'à perdre le contrôle de son appareil.

Rafales de vent

Un des facteurs importants pour l'avion lors de la traversée des cellules orageuses consiste en mouvements turbulents provoqués par les rafales de vent. Un orage sera d'autant plus sévère que les rafales sont fréquentes et intenses. Plusieurs statistiques instructives ont été rassemblées dont voici un résumé.

En premier lieu, il est important de noter que les rafales de faible vitesse (1 à 4 m/s) sont beaucoup moins fréquentes à toutes les altitudes que les rafales de vitesse plus élevée; il convient également de noter que des rafales de très grande vitesse (> 8 m/s) peuvent également être observées à toutes les altitudes, mais moins fréquemment.

Puisque toutes les vitesses de rafales existent à toutes les altitudes, il est important de connaître les altitudes auxquelles les rafales les plus rapides se rencontrent le plus fréquemment. Les statistiques montrent un maximum de fréquence bien défini pour les rafales de grande vitesse au voisinage de l'isotherme de 0°C. Il est donc logique de ne pas traverser les orages à cette altitude. Cela ne signifie pas que des rafales violentes n'existent pas aux autres niveaux, mais simplement qu'elles y seront moins fréquentes.

Enfin, les décharges électriques et les différences de potentiels qui se manifestent dans les cumulonimbus peuvent engendrer des effets électromagnétique et affoler l'avionique embarquée ou endommager la VHF. Sans parler des mauvaises conditions météo, la prudence nous incite à dire à tous les pilotes qu'il vaut mieux se dérouter de quelques dizaines de kilomètres plutôt que de pénétrer dans un nuage d'orage.

Prochain chapitre

Conditions de vol dans la zone d'une perturbation

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