2009-2010 Brevet dInitiation Aéronautique Collège Marie Mauron Pertuis Météorologie 1/2 1

2009-2010

Brevet d’Initiation Aéronautique

Collège Marie MauronPertuis

Météorologie 1/21

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Météorologie La météorologie repose sur l'observation régulière des phénomènes

météorologiques et sur l'étude des lois qui régissent les gaz de l'atmosphère, leurs changements d'état et leurs mouvements

Météorologie•Atmosphère: composition, pression atmosphérique, température, humidité, instruments de mesure.

•Masses d’air : notion sur les masses d’air, classification et propriétés.

•Nuages: constitution, représentation. classification et description.

•Vents: caractères généraux, direction, intensité, relations entre vent et pression atmosphérique.

•Fronts: définition différentes sortes de fronts, nuages liés aux fronts, systèmes nuageux.

•Phénomènes dangereux pour l’aviation : brouillard, brume, givre, grains, orage, foudre, précipitations, turbulences, applications aux vols / dossier météo.

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Météorologie

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•L’atmosphère représente une très mince « peau » autour du globe terrestre. •L’atmosphère est composée de 3 couches principales

•Mésosphère•Stratosphère•Troposphère

•99% de l’atmosphère est concentrée dans la plus base couche: la troposphère ( env. 12-15000 m : 8km aux pôles et 18km à l’équateur).

12-15000 m

50 000 mMésosphère

Stratosphère

Troposphère

Tropopause

Espace

0 m

Météorologie

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78%

21%

1%

Composition de l’air dans l’atmosphère

Azote 78%

Oxygène 21%

Gaz rares, vapeur d'eau 1%

Composition volumétrique de l’air secAzote 78%Oxygène 21%Argon 0.9%Gaz carbonique tracesHélium tracesHydrogène tracesOzone traces (concentrées entre 10 et 50 km)

NB: Dans un volume d’air la proportion de vapeur d’au est de quelques grammes pour un kilogramme d’air.

Météorologie

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Les corps peuvent avoir différents états, les changement d’états peuvent intervenir lors de • Refroidissement

•Contact•Détente

•Réchauffement•Rayonnement•Pression•Conduction•Convection

Liquide

Vaporisatio

nCondensa

ti

onLi

quéfact

io

n

Solidification

Fusion

Condensation

Solide

Sublimation

Gazeux

Solide

Air refroidi

Météorologie

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Exemples de refroidissement et réchauffements

Air Chaud

Surface froide (Terre ou Mer)

Refroidissement par contact

Refroidissement Élévation / détente

Air Chaud

Air Froid

Réchauffement par rayonnement

Surface Chaudeconvection

Air FroidAir Froid

conductionconvection

Réchauffement par conduction / convection

Réchauffement Descente/ compression

Air réchauffé

Air réchauffépar

conduction

Météorologie

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Humidité et Saturation de l’air en vapeur d’eau • Humidité: Quantité de vapeur d’eau contenue dans l’air. La vapeur d’eau est apportée par les oceans (+70% de la surface du globe) et l’évapotranspiration des forêts.

•Saturation: Quantité maximum de vapeur d’eau par volume d’air, cette quantité varie avec la température

•Humidité relative: C’est le rapport entre la quantité d’eau dans un volume d’air et la quantité maximum que ce même volume d’air pourrait contenir

Exemple pour 1 m3 d’air à la pression de 1000 hPa

Température de l’air ( °C)

Quantité maximum de vapeur d’eau (g)

-40°C 0,1g

-20°C 0,7g

0°C 4g

+20°C 15g

+40°C 46g

exemple: 1 m3 d’air à 1000 hPa et à +20°C, contenant 10g de vapeur d’eau aurait une humidité relative de 66,66%

Météorologie

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•Dans l’atmosphère la température et la pression diminuent avec l’altitude.•Dans les couches basses ( Troposphère) on peut considérer que la température et la pression diminue régulièrement quand l’altitude croît.

•Pression -1 hPa pour chaque 28 ft d’élévation•T° -2°C pour chaque élévation de 1000ft équivalent à - 6,5°C par 1000 m

12-15000 m

50 000 m

Mésosphère

Stratosphère

Troposphère

Tropopause

0 m

-60° -40° -20° -10° 0° 10° 20° 30°

Tropopause: 1er niveau ou le gradient vertical de température est inférieur à -2°C par tranche de 1000ft sur plus de 2000m d’épaisseur

( hPa) 10 ……… 1013

•La pression est exprimée en hecto-Pascal ( hPa)•La température est exprimée en degrés Celcius ( °C)•L’humidité est exprimée en pourcentage ( % )

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MétéorologieRésumé:

Pression•La pression est mesurée avec un baromètre. •Elle est exprimée en hectoPascal ( hPa). •La pression standard est de 1013,25 hPa au niveau de la mer ( equiv. 76mm de mercure )•On peut considérer que le pression décroît régulièrement avec l’altitude ( -1 hPa par 28 ft ) dans les couches basses de l’atmosphère.

Température•La température est mesurée avec un thermomètre.•Elle est exprimée en degrés Celcius ( °C)•Elle est minimale environ 1h après le lever du soleil, •Elle est maximale environ 1h après le passage du soleil à son zénith.•Elle décroît régulièrement avec l’altitude ( -2°C par 1000 ft ou -6,5°C par 1000 m ), jusqu’à un niveau variable ( entre 11000 et 15000 m ) ou il y a une inversion ( la température augmente avec l’altitude ). Ce niveau s’appelle la tropopause.

Humidité•L’humidité est mesurée avec un hygromètre•L’humidité relative indique la quantité de vapeur d’eau présente dans un volume d’air relativement à la quantité maximum que celui-ci peut contenir. Cette quantité maximum dépend de la pression et de la température. Elle est exprimée en pourcentage ( % ). •Lorsque cette quantité maximum est atteinte ( 100% ) on dit que l’air est saturé.

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MétéorologieDéfinitions

•Les surfaces d’égale pression constituent une surface isobare.

•Un Anticyclone est une zone de hautes pressions. Il est représenté sur les cartes par la lettre A ( ou H ). Les pressions diminuent en s’éloignant du centre de l’anticyclone.

•Une Dorsale est un axe de hautes pressions.

•Une Dépression est une zone de basses pressions. Elle est représentée sur les cartes par la lettre D ( ou L ). Les pressions augmentent en s’éloignant du centre de la dépression.

•Un Thalweg est un axe de basses pressions.

•Un Col sépare deux anticyclones ou deux dépressions.

•Un Marais barométrique est une zone de basses pressions

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MétéorologieLes masses d’air

•Une masse d’air est un grand volume d’air à l’intérieur duquel les paramètres de températures et d’humidité sont proches.

•Il existe 4 types de masses d’air, •les masses d’air arctique/antartique (froid et sec)•les masses d’air polaire (froid et sec)

•les masses d’air tropical (chaud et humide)•les masses d’air équatorial (chaud et humide)

•Ces masses d’air se déplacent l’une par rapport à l’autre, et changent de nature, en traversant les ceintures terrestres (latitudes), et les altitudes.

•La surface de contact entre les masses d’air constitue un front

Air chaud

Air froid

Air chaud

Air froidAir chaud

Air froid

front

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MétéorologieLes fronts

Air chaud

Air froid

front chaudfront froid

Depression

Naissance du frontUne descente d’air polaire enfonce le front polaire vers le sud-est, entraînant par contrecoup une remontée d’air chaud tropical vers le nord-est. Cet air chaud, léger, surmontel’air froid polaire, tout en engageant dans le sens inverse des aiguilles d’une montre unmouvement de rotation des masses d’air

L’ondulation s’amplifie, ainsi que la rotation dans le sens inverse des aiguilles d’une montredes masses d’air et le mouvement vers le haut de l’air chaud.Ce mouvement est générateur d’une baisse de pression atmosphérique, ou d’une «dépression »

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Installation des fronts froid et chaud

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Etat des front avant la phase finale de la perturbation

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1

4

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1

3

4

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Le front froid « rattrape » le front chaud, formation d’une occlusion

Lorsque le front est complètement « occlus » c’est la fin de la perturbation

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Représentation sur les cartes

Front froid

Front chaud

Front stationnaire

Front occlus

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MétéorologieLes vents

•Le vent est un déplacement d’air directement associé aux variations du champ de pression atmosphérique.

•Si la Terre était immobile, le vent se dirigerait directement des hautes pressions vers les basses pressions.

• Par suite de la rotation terrestre, il se produit une déviation des mouvements de l’air vers la droite dans l’hémisphère nord, et vers la gauche dans l’hémisphère sud ( forces de Coriolis) .

•Lorsque les lignes isobares sont serrées le vent est fort, si elles sont espacées le vent est faible

Règle de Buys-Ballot: Si on a le vent dans le dos, les zones de hautes pressions se trouvent à main droite dans l’hémisphère nord et à main gauche dans l’hémisphère Sud.

Dans l’hémisphère Nord: Autour d’un anticyclone:Dans le sens des aiguilles d’une montre

Dans l’hémisphère Nord: Autour d’une dépression:Dans le sens contraire des aiguilles d’une montre

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Exemple du « Mistral »

Règle de Buys-Ballot: Si on a le vent dans le dos, les zones de hautes pressions se trouvent à main droite dans l’hémisphère nord et à main gauche dans l’hémisphère Sud.

Dans l’hémisphère Nord: Autour d’un anticyclone:Dans le sens des aiguilles d’une montre

Dans l’hémisphère Nord: Autour d’une dépression:Dans le sens contraire des aiguilles d’une montre

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•On caractérise un vent •Par la direction d’où il vient en degrés par rapport au nord géographique dans les messages météo. cet angle est mesuré dans le sens des aiguilles d’une montre de 1° à 360°•Par sa vitesse exprimée en nœuds ( kt)

Exemple: Vent du 270° pour 14 kt

•La vitesse du vent est mesurée avec un anémomètre.•L’orientation du vent en altitude est décalée par rapport au vent en surface ( environ + 15°) Exemple: avec un vent du 315° en surface et vent du 330° à 1000 ft AGL.

La manche à air permet d’estimer le vent en surface en vitesse et en direction.

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MétéorologieLes vents• La brise côtière ou brise thermiqueLa terre se réchauffe / se refroidit plus vite que la mer. Ces brises sont générées par la différence de température des deux milieux.

Le jour, après midi le sol étant plus chaud que la surface de la mer, l’air réchauffé au dessus du sol s’élève et est remplacé par de l’air plus froid venant de la mer. C’est la « brise de mer »

La nuit, la surface de l’eau se refroidit moins vite que le sol, l’air réchauffé au dessus de l’eau s’élève et est remplacé par de l’air plus froid venant de la terre. C’est la « brise de terre»

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• La brise de vallée ou de montagne

Le jour, après midi les sommets se réchauffent plus vite que les fonds de vallée. L’air des sommets réchauffé s’élève et est remplacé par de l’air plus froid venant du fond de la vallée. C’est la « brise de vallée montante »

La nuit, les sommets sont plus froids que les fonds de vallées. L’air du fond de vallée s’élève et il est remplacé par de l’air plus froid venant des sommets. C’est la « brise de montagne descendante »

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Vitesse et direction des vents

Vitesse: Combinaison des symbolesa = 5kt, b = 10kt, j = 50ktDirection: Orientation de la flècheEx: b = 10kt du NE


Les vents régionaux

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MétéorologieLes Nuages

Un nuage est un ensemble de particules très fines d'eau liquide ou solide, obtenues par condensation de la vapeur d’eau et maintenues en suspension dans l'atmosphère par les mouvements verticaux de l'air et dont la saturation peuvent entraîner la chute de précipitations sous forme de pluie, neige ou glace.

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La forme et l’extension verticale dépendra de la stabilité de l’air ambiant.

StabilitéSupposons une tranche d’atmosphère où la décroissance verticale de température est inférieure à 1°C par 100 mètres (ex: 16°C au sol et 13°C à 500 m)Les particules d’air soulevées, se refroidissent par détente adiabatique (1) plus vite que l’air ambiant (ex: 16°C au sol et 11°C à 500 m)Elles sont alors plus froides, donc plus denses que l’air ambiant et retournent d’elle-même à son niveau d’équilibre.Cette tranche d’atmosphère est dite stable.

InstabilitéSupposons une tranche d’atmosphère où la décroissance verticale de température est supérieure à 1°C par 100 mètres(ex: 16°C au sol et 9°C à 500 m)Les paticules d’air soulevées se refroidissent par détente adiabatique (1) moins vite que l’air ambiant.(ex: 16°C au sol et 13°C à 500 m)Elles sont alors plus chaudes, donc moins denses que l’air ambiant et poursuivent leur ascension à la moindre sollicitation.Cette tranche d’atmosphère est dite instable.

L’atmosphère est constituée d’une succession de couches d’air instables et stables. Les couches stables bloquent les mouvements de convection.

(1) adiabatique: sans apport ou échange avec le milieu extérieur

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Les nuages sont classifiés selon leur altitude, du sol à la tropopause ( env. 12-13000 m vers la latitude 45° )et leurs formes Cumuliformes ou Stratiformes.

•Etage inférieur ( Sol < alt < 2000 m )•Etage moyen ( 2000 m < alt < 4500 m )•Etage supérieur ( 4500 m < alt < Tropopause )

•Certains nuages « à grande élévation » sont présents à plusieurs niveaux. C’est le cas du CumuloNimbus et de certains cumulus comme le Cumulus Congestus ou Tower Cumulus

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MétéorologieLes nuagesLes fronts sont le lieu d’élévation de masse d’air chaud et sont générateurs de nuages

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MétéorologieLes nuagesLes fronts sont le lieu d’élévation de masse d’air chaud et sont donc générateurs de nuages caractéristiques

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MétéorologieLes nuagesLes fronts sont le lieu d’élévation de masse d’air chaud et sont donc générateurs de nuages caractéristiques

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MétéorologiePhénomènes dangereux pour l’aviation brouillard, brume, givre, grains, orage, foudre, précipitations, turbulence

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MétéorologieBrouillard: Le brouillard est généré par le passage d’une masse d’air humide sur un sol froid. Le refroidissement de la masse d’air provoque la condensation et génère le brouillard.On parle de brouillard lorsque la visibilité est inférieure ou égale à 1 km et de brume lorsqu’elle est comprise entre 1 et 3 km.

Le brouillard est responsable de nombreux accidents et catastrophes aériennes

Exemples:•1992 Crash du Mont ST Odile près de Strasbourg•1977 Catastrophe de Ténériffe, collision de deux Boeing 747 au sol.

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MétéorologieGivre: Le givre se dépose sur les certains points caractéristiques de l’avion ( bord d’attaque, nez, dérive verticale, hélices, …. ) lors de la traversée de brouillard ou nuages contenant de fine goutellettes d’eau ou de la pluie surfondue. Il se produit le plus souvent lorsque la température est comprise entre 0° et -15°C, mais peut se produire à des températures beaucoup plus basses. Le Givre alourdit l’avion et peut bloquer ses gouvernes au point de le rendre incontrôlable.Il est responsable de nombreux accidents et catastrophes aériennes

Exemples:•1982 Crash d’un Airbus au décollage dans le Potomac.

•Les avions commerciaux sont dégivrés au sol avant le décollage.

•Les avions volant dans des conditions givrantes sont équipés de systèmes permettant d’éliminer le givre ou de prévenir sa formation.

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MétéorologieGrains : Le grain orageux se développe lorsque le cœur de pluie devient trop pesant pour être soutenu par les courants ascendants qui génèrent le nuage. Ce sont les rafales descendantes qui causent les grains.Les grains peuvent être très violents et durent de quelques secondes à plusieurs minutes.

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MétéorologieTurbulences : On appelle turbulence un écoulement non laminaire de l’air. Il existe des turbulences d’origine thermique ou d’origine dynamique.

Les turbulences rendent le vol inconfortable et peuvent amener l’aéronef à ses limites structurelles. Pour chaque avion, Il existe une vitesse limite (VNO) à ne pas dépasser en atmosphère turbulente.

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MétéorologieCumulonimbus ( Cb) : Les cumulonimbus sont des nuages de très gros volumes et de très grande extension verticale ( Jusqu’à 12-13000m) . Ils sont le siège violent de tous les phénomènes météorologique confondus : Vents, turbulences, ascendances, rabattants, grêle, pluie, neige, foudre,….. Ils se déplacent rapidement et peuvent former des barrières infranchissables.

Ils sont extrèmement dangereux pour l’aviation et incompatibles avec le vol d’avion légers.

FIN

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