Les Planeurs du Bassin d'Arcachon

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Météo du vol à voile

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Météo propice au vol à voile...

Comme beaucoup de termes en aviation, l'origine du nom « vol à voile » vient de l'analogie avec la navigation maritime. Dans ce cas, il s'agit plus d'une opposition au « vol moteur » que d'une véritable analogie avec la marine à voile, car le vol à voile ne consiste pas à exploiter le vent de la même façon que dans la marine à voile. La seule force motrice d'un planeur, une fois libéré de tout lien avec un avion remorqueur ou un treuil, est une composante de son propre poids.
L'art du vol à voile consiste donc à utiliser les mouvements verticaux de l'atmosphère, en passant dans des masses d'air dont les vitesses d'ascension sont plus élevées que la vitesse de chute propre du planeur et gagner ici de l'énergie potentielle (hauteur), sans perdre d'énergie cinétique (vitesse).

La suite de cet article vas essayer de vous apporter les connaissances utiles de météorologie pour comprendre l'origine des mouvements de l'atmosphère et les conditions qui sont propice au vol des planeurs.

On peut distinguer deux grandes classes de mouvement ascendant :

  • L'ascendance thermique, due à l'échauffement du sol par le soleil;
  • L'ascendance dynamique, due à la déflexion du vent au passage d'une chaîne montagneuse, ou dans le sillage de celle-ci.

Ces mouvement thermiques et dynamiques ont leur origine dans l'inégalité de distribution du rayonnement solaire sur la surface du globe.

La pression atmosphérique

En météorologie aéronautique, les pressions sont données en hectopascals (abréviation hPa). L'hectopascal est l'équivalent du millibar qu'il remplace. La valeur moyenne de la pression atmosphérique au niveau de la mer est de 1013 hPa.

Pour autant, la pression atmosphérique est variable. Dans nos régions, elle peux osciller entre 950 hPa et 1050 hPa au niveau de la mer. Ces différentes pressions sont représentées, sur les cartes météo, par le champ de pression obtenu en traçant les différentes lignes isobares, qui sont les courbes joignant tous les points ou s'exerce la même pression.
On pourra entendre parler de :Carte isobares

  • Dépression : région où la pression atmosphérique est faible;
  • Anticyclone : région où la pression atmosphérique est élevée;
  • Dorsale : axe de hautes pressions;
  • Thalweg : axe de basses pressions;
  • Marais barométrique : vaste étendue ou la pression atmosphérique varie très peu.

Le vent

Le vent est l'air en mouvement horizontal. Il est caractérisé par sa direction et sa force. La direction du vent est la direction d'ou il vient (exemple : un vent du nord souffle du nord vers le sud).
Cette direction est repérée soit à l'aide d'une manche à air, soit plus précisément à l'aide d'une girouette, généralement graduée de 20 en 20 degrés, à partir du nord.
La force du vent se mesure quantitativement avec un anémomètre ou par l'allure de la manche à air. En général, elle s'exprime en nœuds (abréviation Kt) et moins fréquemment en km/h ou en m/s. Approximativement, 1m/s = 2 Kt = 4 km/h.

Vent et champ de pression

Vent et champ de pressionSi la terre était immobile, le vent se dirigerait directement des hautes pressions vers les basses pressions, mais par suite de la rotation de la terre, il se produit une dérivation des mouvement de l'air vers la droite dans l'hémisphère nord, et la direction du vent devient alors sensiblement parallèle aux isobares.
Dans l'hémisphère nord ou se trouve notre club, le vent tourne dans le sens des aiguilles d'une montre autour des anticyclones et en sens inverse autour des dépressions. Un observateur qui se place face au vent a les basses pressions à sa gauche.

Ce sont ces différences de pressions qui créent les forces mettant l'air en mouvement. Ces forces seront d'autant plus importantes que, sur une distance donnée, les variations de pression seront importantes, donc que les lignes isobares seront proches les unes des autres.

Les vents secondaires

Brise de merLorsque les isobares sont espacées, déterminant ainsi un vent faible en surface, il peut se produire dans notre région, des vents liés aux caractéristique de la géographie locale.
Le jour, par beau temps, la terre s'échauffe plus vite que la mer. Il se développe sur la terre des courants ascendant du à la convection. Cet air qui s'élève est remplacé par de l'air plus froid venant de la mer. C'est la brise de mer. Hélas, cet air froid venant de la mer supprime toute possibilité de convection sur une large bande parallèle à la côte.
Inversement, la nuit, la terre perd de sa chaleur plus rapidement et le phénomène inverse se produit. C'est la brise de terre.
En montagne, on observe des phénomènes similaires qui génèrent les brises de vallées montantes ou descendantes (mais la montagne, c'est loin d'Arcachon).
Ces différents vents locaux peuvent entrer en conflit, soit avec un vent général dû au champ de pression, soit entre eux. On a alors à faire au phénomène de confluence. La progression de l'air marin sur la terre au cours de la journée se fait suivant un large front qui peur être matérialisé par des nuages cululiformes. C'est le front de brise de mer. Ces nuages sont alignée et leur bases peuvent être à deux niveaux différents en fonction de l'humidité des masses d'air qui se rencontrent. Il est féquent, au cours de la journée que le front de brise se stabilise à quelques kilomètres à l'intérieur des terres, donnant une vaste ligne d'ascendances qui peuvent être utilisées par un pilote de planeur. Dans l'air marin, plus frais et humide, il n'existe quasiment plus d'ascendances.

La température

ConvectionVous avez souvent entendu dire que la chaleur est une des formes de l'énergie. Cette énergie nous vient du soleil sous forme de rayonnement. En l'absence de nuages, notre atmossphère est pratiquement transparente à ce rayonnement, seule une infime partie est captée par l'air. Les rayons du soleil arrivent donc jusqu'au sol, qui , selon sa nature, en absorbe plus ou moins grande partie, ce qui le porte à une certaine température.
Les parties du sol les plus chaudes, par conduction, échauffent l'air immédiatement à leur contact. Cet air voit sa densité diminuer, et il aura tendance à s'élever. Remplacé par de l'air plus froid, il y aura apparition de courants de convection. C'est le principal moyen d'échange thermiques dans les basse couches de l'atmosphère.
En un lieu situé près du sol, la température subit des variations régulières étroitement liées à l'incidence des rayons solaires sur le sol. Ce sont les variations saisonnières et diurnes. Au cours de la journée, le minimum de température se situe après le lever du soleil, et le maximum dans le milieu de l'après midi. Toutefois, des irrégularités peuvent se produire, en fonction des déplacements des masses nuageuses, modifiant l'insolation.
Du sol à environ 11000 mètres d'altitude, la température diminue en moyenne de 6,5°C par 1000 mètres. Cette tranche de l'atmosphère s'appelle la troposphère, et c'est dans son épaisseur que se produisent la presque totalité des phénomènes météorologiques. Au dessus, se trouve la stratosphère où la température reste constante aux environs de -56°C. La tropopause est la limite entre troposphère et stratosphère.
En pratique, la décroissance verticale de température n'est pas régulière. Entre les tranches d'atmosphère où la température décroît plus ou moins, on peut trouver des tranches ou elle reste constante : ce sont les isothermies. On trouve également des tranches ou la température augmente avec l'altitude : Ce sont les inversions.

L'humidité

On trouve l'eau dans l'atmosphère sous ses trois formes :
- vapeur (gaz invisible),
- liquide (pluie et goutelettes formant les nuages),
- solide ( grêle et cristaux composant les nuages et la neige).
L'humidité représente la quantité de vapeur d'eau contenue dans l'air.
En fonction de sa température, l'air ne peut contenir qu'une quantité maximale de vapeur d'eau. Lorsque cette quantité est atteinte, on dit que l'air est saturé. Lorsque la température augmente, l'air peut contenir de plus en plus de vapeur d'eau. Un volume d'air qui contient une quantité fixe de vapeur d'eau et qui s'échauffe s'éloigne donc de la saturation.
Inversement, en refroidissant de l'air contenant une quantité fixe de vapeur d'eau, on se rapproche de la saturation qui peut être atteinte si le refroidissement est suffisant. Si la température chute encore, la quantité maximale de vapeur d'eau admissible dans ce volume d'air continue de diminuer. Il y a alors un exédent de vapeur d'eau qui vas être rejeté sous forme de fines goutelettes : C'est la condensation qui constitue le début de la formation d'un nuage. Toutefois, cette condensation n'apparaîtra qu'en présence de particules microscopiques (poussières, pollution, ...) autour desquelles se forment les goutelettes et qu'on appelle noyaux de condensation.
Si le refroidissement a lieu à une altitude constante, la température à laquelle se produit la saturation s'appelle le point de rosée (c'est le cas lors de la formation de la rosée matinale ou du brouillard de rayonnement).
Si le refroidissement est dû à la détente de l'air qui s'élève (courants ascendants), la température à laquelle la saturation est atteinte est le point de condensation (c'est le cas lors de la formation des cumulus ou des nuages liés aux fronts).


Stabilité - Instabilité

L'air est un très mauvais conducteur de la chaleur. Ainsi, un assez grand volume d'air, possédant une température donnée et se déplaçant dans une atmosphère de température différente, aura tendance à conserver ses caractéristiques propres sans céder ni prendre de la chaleur au millieu ambiant.
Lorsqu'une particule d'air s'élève, sa pression diminue et son volume augmente. Elle subit une détente et cette détente abaisse sa température. Inversement, si une particule descend, elle se réchauffe par compression.

Ces transformations se font sans échange de chaleur avec le milieu ambiant, elles sont appelées transformations adiabatiques.


Si l'air n'est pas saturé (en dehors des nuages) le fait d'élever une particule d'air de 100 mètres lui fait perdre 1°C.

La stabilité

En montant, l'air se détend et se refoidit.Supposez une tranche d'atmosphère non saturée ou la décroissance verticale de température est inférieure à 1°C par 100 mètres, par exemple, 16°C au sol et 13°C à 500 mètres. Supposez qu'il soit possible de prendre une particule au sol et de la faire monter à 500 mètres. Par suite de la détente adiabatique, cette particule se trouvera à 11°C, soit 2°C plus froide que l'air ambiant, donc, plus dense. Dans ces conditions, elle descendra d'elle même à son niveau de départ. Cette tranche d'atmosphère est stable. Les particules y subissant une solicitation vers le haut se retrouvent plus froides que l'air ambiant et retournent à leur niveau de départ. Dans ces tranches d'atmosphère, les phénomènes de convection ne peuvent se développer. Les isothermies et les inversions en sont des cas particuliers et sont des tranches d'air très stables.

L'instabilité

Supposez maintenant une tranche d'air non saturée où la décroissance verticale de température serait supérieure à 1°C par 100 mètres. Par exemple, 16°C au sol et 9°C à 500 mètres. Une particule partant du sol et s'élevant à 500 mètres se retrouverait par suite de la détente adiabatique à 11°C, soit 2°C plus chaude que l'air ambiant, donc moins dense que ce dernier. Elle poursuiverait donc son ascention. Cette tranche d'atmosphère est absolument instable. Les particules y subissant la moindre sollicitation vers le haut se retrouvent plus chaudes que l'air ambiant et leur mouvement ascendant se poursuit.

En général, l'atmosphère est constitué d'une succession de couches d'air stables et plus ou moins instables. Les premières bloquent les mouvements de convection.
Il est rare de rencontrer dans l'atmosphère des couches non saturées en état d'instabilité absolue. La décroissance maximale que l'on observegénéralement dans la tranche d'atmosphère où s'organisent les courants de convection est la décroissance adiabatique (1°C par 100m). A un instant déterminé de la journée, on peut définir au sol une températuremoyenne (20°C par exemple). Sur certaines surfaces plus favorables à l'échauffement, on pourra relever des températures supérieures à la moyenne (22°C par exemple). C'est sur ces surfaces que s'amorceront les courants de convection. L'air issu du sol à 22°C montera dans la tranche convective (ou la température varie également de 1°C par 100 mètres), en conservant son écart de 2°C avec l'air ambiant, jusqu'à ce qu'il rencontre une couche de blocage (inversion par exemple).

Dans les nuages, la vapeur d'eau de l'atmosphère se transforme en goutelettes. Or, la condensation est un phénomène qui dégage de la chaleur. Ce dégagement de chaleur aura pour effet de ralentir le refroidissement des particules ascendantes. Ainsi, dans un nuage (atmosphère saturée), l'air qui s'élève ne se refroidit plus de 1°C par 100 mètres, mais d'une valeur variable entre 0,4 et 0,9°C pour 100 mètres. Cela peut expliquer que, dans de nombreux cas, l'ascendance se renforce dans les nuages, les conditions d'instabilité s'y rencontrant fréquement. Malheureusement pour nous, pôvres homo-vélivolus, en France, il nous est formellement interdit de voler dans les nuages.

Les masses d'air

le rayonnement solaire sur la terre varie avec la latitude. La même quantité de rayonnement doit échauffer aux pôles une grande surface alors qu'elle échauffe une petite surface à l'équateur, il s'en suit une grande différence de température des pôles aux tropiques. Par ailleur, les océans sont sources d'humidité et les continents, sources de sécheresse. Ces écarts de quantité de chaleur et d'humidité reçues vont engendrer une assez grande variété de climats. Lorsque un grand volume d'air séjourne assez longtemps sur une région climatique du globe (pôle, tropiques, équateur, etc.) il va prendre des caractéristiques bien précises, liées à son lieu d'origine. On appelle masse d'air, ce vaste volume où les conditions de température et d'humidité sont sensiblement constante.
L'atmosphère est une masse fluide au sein de laquelle les différences de température et de pression tendent à se combler. Aussi, les masses d'air ne sont pas immobiles. Elels quittent leur région d'aurigine en modifiant lentement leurs caractéristiques. En une semaine, on peut considérer qu'une masse d'air animée d'une vitesse de 40 à 50 km:h a presque totalement perdu ses paramètres d'origine.
En se déplaçant, elles se modifient en fonction des régions au-dessus desquelles elles circulent :

  • un trajet maritime les chargent d'humidité,
  • un trajet continental les assèche,
  • une masse d'air froid se déplaçant sur un sol plus chaud se réchauffe par la base et devient instable,
  • inversement, une masse d'air chaud se déplaçant sur un sol plus froid se refroidit par la base et devient stable.


Les fronts et les perturbations

Si deux masse d'air de qualité différentes ont des trajectoires ou des vitesses qui les conduisent à se rencontrer, elles ne se mélangent pas mais entrent en conflit, la plus chaude étant soulevée par la plus froide.
La surface qui sépare les deux masses d'air est appelée surface frontale et sa trace au sol est le front.
Une surface frontale est une région où varient brutalement : température, pression, humidité, vent, nuages, stabilité.

Les différents fronts

Frond chaudFront chaud : Si une masse d'air froid est rattrapée par uns masse d'air plus chaud, cette dernière, plus légère, va s'élever le long de la masse d'air froid en la repoussant devant elle.
La pente de la surface frontale est toujours faible, de l'ordre de 1/100. Sur les cartes météorologiques, la trace au sol du front chaud est représentée par ce symbole : Symbolisation d'un frond chaud sur une carte (ou une ligne rouge).

Front froid

Front froid : Lorsqu'une masse d'air froid rattrape une masse d'air plus chaud, l'air froid, plus dense, s'infiltre sous l'air chaud à la manière d'un coin, et l'air chaud est rejeté en altitude. La pente de la surface frontale est nettement plus accentuée que celle du front chaud. La trace au sol du front froid est matérialisée sur les cartes météorologiques par ce symbole : Symbolisation d'un frond froid sur une carte (ou un trait bleu).


Les perturbations

Création d'une perturbation - Stade 1Aux latitudes tempérées, on observe des masse d'air relativement froid d'origine polaire et des masses d'air plus chaud d'origine tropicale. La limite qui sépare ces masses d'air s'appelle le front polaire. Ce front n'est pas rectiligne.Lorsqu'il se produit une poussée d'air chaud en direction du pôle, on dit qu'il y a ondulation du front polaire (Stade 1). Ce volume d'air chaud entouré d'air froid crée au sol une dépression. les vents, suivant la loi de circulation dans l'hémisphère Nord, vont accentuer l'ondulation.

Perturbation - Stade 2Cette ondulation va s'amplifier en donnant naissance à un système de deux fronts (chaud et froid), (Stade 2), qui constitue la perturbation du front polaire. Cette perturbation se déplace généralement d'ouest en est. La circulation des vents est en général la suivante :

  • à l'approche du front, vent du secteur sud,
  • entre le front chaud et le front frois, vent d'ouest à sud-ouest,
  • après le passage du front froid, descente d'air froid de nord à nord-ouest.

Perturbation - Stade 3Mais l'air froid se déplace plus vite que l'air chaud qui le précède, et il arrive un moment où l'air froid postérieur rattrape l'air froid antérieur. Il se forme alors une occlusion (Stade 3, partie supérieur de la perturbation). L'air chaud est rejeté en altitude. L'occlusion est matérialisée sur les cartes météo par ce symbole : front occlus (ou un trait violet).


Perturbation - Stade 4Le secteur chaud occupe une surface de plus en plus faible. C'est la fin de la vie de la perturbation (Stade 4). La durée de vie d'une perturbation est de 3 à 6 jours.



Perturbation classique d'été.

Perturbation classique d'été s'enroulant autour d'une vaste dépression centrée sur le proche Atlantique. Un voile de nuages élevés, bleutés, s'étend du Cotentin à la Suisse, tandis que les nuages convectifs sur les Pyrénées prennent une allure menaçante.

Influence en vol à voile


Nuages liés aux fronts

Passage d'une perturbation.


Front froid :
La pente de la surface étant assez forte, l'air chaud est rejeté assez rapidement en altitude, donnant naissance à de puissantes formations nuageuses. Cest nuages peuvent être générateurs d'importantes précipitations, principalement en été, lorsque l'air chaud est instable (orages, fortes averses, grêle).
Front chaud :
L'air chaud en s'élevant lentement (quelques centimètres par seconde) le long de l'air froid, se détent et se refroidit. Il y à condensation et formation de nuages se répartissant le long de la surface frontale et allant en s'épaissant. Lorsque leur développement vertical devient suffisant, ces nuages donnent des précipitations de pluie, ou parfois de neige en hiver.

Influence du passage d'une perturbation sur le vol à voile

L'approche du front chaud se signale par l'arrivée de cirrus et cirrostratus envahissant le ciel et qui gênent l'insolation. Si les conditions étaient favorables, elle deviennent alors de plus en plus médiocre, puis franchement mauvaises lors du passage du front. Ces conditions sont également celles qui se produisent au passage d'un front froid, quand l'air chaud qui le précède est stable.
Le secteur chaus est rarement favorable, avec une instabilité souvent faible et des visibilités médiocres. En hiver, il est presque générateur de stratus et de brouillards persistants.
Le passage du front froid, lorsque l'air chaud est instable, est matérialisé par une ligne quasi ininterrompue de cumulonimbus, à l'avant desquels s'organisent de puissantes ascendances qui furent utilisées au début du vol à voile pour certains vols de distances. Ce type de vol présentait de nombreux dangers, comme par example, se faire absorber dans la masse nuageuse, ou atterrir en campagne dans les rafales de vent et la turbulance précédent le passage du front. Aussi, ce genre d'exploitation est-il pratiquement abandonné au profit de technique plus sûres et plus confortables. Après le passage du front froid, arrive la traîne (air froid postérieur) où l'instabilité développe des nuages de type cumuliformes et où les conditions peuvent devenir excelentes pour le vol à voile. Si l'air froid est trop épais (plusieurs kilomètres) il se produira des averses. S'il est trop humide, la nébulosité sera gênante (voiles de stratocumulus).
Entre deux passages de perturbation, s'étend un intervalle plus ou moins long. C'est une zone peu nuageuse où les conditions pour le vol à voile peuvent être bonnes.