Météorologie élémentaire

Les nuages : aspects opérationnels (V)

Les cumulonimbus

La hauteur des cumulonimbus au-dessus du sol varie entre 300 et 3500 m (1000-11500 pieds). Leur extension verticale (épaisseur) peut varier de 3000 à plus de 22500 m (10000 à 75000 pieds) selon l'intensité des mouvements convectifs et la latitude.

Convection : Elle est provoquée par le chauffage de la couche d'air près de la surface. Ce type de nuage se forme généralement en fin d'après-midi après le pic de chauffage diurne. Ils déclenchent des orages quotidiennement dans de nombreuses régions tropicales. Ces nuages sont généralement constitués de cellules uniques de cumulonimbus plutôt que de groupes de cellules et peuvent donc généralement être évités en les contournant (ce qui n'est pas le cas des orages constitués de plusieurs cellules).

Soulèvement orographique :  Elle est provoquée par le relief forçant le soulèvement de l'air. Des orages et des tempêtes peuvent se former lorsqu'un flux d'air instable et humide passe au-dessus d'un relief plus élevé, comme une ligne de crête ou une chaîne de montagnes. De telles orages se forment souvent en ligne (cf. les lignes de grains) le long d'une caractéristique du sol et sont donc plus difficiles à éviter que les cellules isolées.

Ascension de masse : Elle se produit lorsqu'un front météorologique force le soulèvement de l'air. Comme pour la portance orographique, les cellules de cumulonimbus forment une ligne à l'avant, souvent noyées dans un nuage frontal plus large, présentant donc un défi pour les pilotes qui tentent de naviguer à travers.

Turbulence : Les mouvements ascendants et descendants dans un cumulonimbus atteignent en moyenne 100 km/h ou 50 noeuds mais peuvent atteindre 480 km/h ou 45 pieds/s ! L'interaction entre de forts courants ascendants et descendants provoque un cisaillement du vent et de fortes turbulences dans le nuage. Dans ces conditions, on observe couramment à proximité d'un cumulonimbus des vents de surface violents, de direction et de force variables. Ce type de nuage peut être particulièrement dangereux pour les aéronefs au décollage ou à l'atterrissage.

A gauche, deux cumulonimbus capillatus incus derrière le cyclone Georges. A droite, un cumulonimbus capillatus incus entouré de thermiques à la base particulièrement bien marquée photographiés en Espagne dans une région propice au vol à voile. Documents Hurricane Hunters et Jean-Frédéric Fuchs.

Givrage en vol : On peut s'attendre à un givrage modéré à sévère, en particulier dans les niveaux supérieurs du nuage.

Perturbations électriques :  les aéronefs volant à proximité des cumulonimbus peuvent subir des perturbations électriques affectant les systèmes de communication et de navigation. Le phénomène le plus connu est le Feu de Saint-Elme, bien que n'étant pas une menace pour la sécurité du vol, est une indication de l'activité d'un cumulonimbus à proximité; l'aéronefs risque d'être touché par la foudre.

Précipitations : La grêle peut causer des dommages structurels importants à un aéronef. D'autres précipitations, comme la neige, le grésil ou la pluie, peuvent couvrir les pistes des aéroports et aérodromes, créant un danger pour les aéronefs qui tentent de décoller ou d'atterrir.

Conditions météorologiques extrêmes : les courants descendants, les microrafales et les tornades sont également caractéristiques des cumulonimbus. On reviendra sur les conditions associées aux orages.

Cumulonimbus capillatus incus et cumulus congestus. Doc Emmanuel Tailliet, M.Ratoz et Bernhard Mühr.

A l'intérieur des nuages : Les cumulonimbus sont constitués de gouttelettes d'eau et, particulièrement dans leurs régions supérieures, par des cristaux de glace. Ils contiennent également de grosses gouttes de pluie et souvent des cristaux ou des flocons de neige, du grésil ou de la grêle. L'eau des gouttelettes ou des gouttes de pluie peut être fortement surfondue. Il arrive souvent que cette eau surfondue soit présente en grand quantité, ce qui déclenche la formation d'un rapide dépôt de glace sur l'avion; ce cas est particulièrement fréquent lorsqu'il y a coexistence d'eau surfondue et de cristaux de glace.

Dans les régions inférieures et médianes des cumulonimbus, il fait sombre et la visibilité y est très faible, souvent nulle; dans leurs régions supérieures, l'éclairement peut être intense, mais la visibilité y est médiocre. Il est possible d'y rencontrer de puissants courants verticaux (ascendants et descendants) capables de disloquer un petit avion par effet de cisaillement. Les courants descendants sont principalement observés dans les zones où se produisent les fortes précipitations. La turbulence y est très forte. Il est possible d'y observer des décharges électriques qui paraissent plus fréquentes dans la région des nuages où la température est comprise entre 0°C et -2°C.

A gauche, des supercellules plafonnant à 75000 pieds photographiées depuis la navette spatiale. Au centre, un cumulonimbus capillatus incus accompagnés de cumulus congestus. A droite, un cumulonimbus en formation au-dessus de Cuba. Documents NASA/JSC et Dave Freeman.

Au-dessus des nuages : Vus du dessus, les cumulonimbus ont, suivant le stade de leur développement, l'aspect soit de cumulus congestus avec leurs vigoureux contrastes de luminosité, soit de cirrus denses ayant souvent la forme de vastes panaches ou d'enclumes, avec des parties ondulées ou bourgeonnantes. Lorsqu'ils sont directement éclairés par le Soleil, les cumulonimbus apparaissent d'un blanc éblouissant et présentent de très grands contrastes de luminosité. La partie principale des cumulonimbus émerge parfois d'une couche de nuages stratiformes.

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