Météorologie aéronautique
La connaissance de la science qui étudie l'atmosphère est essentielle pour pratiquer l'aviation et l'aérostation puisque c'est dans l'atmosphère que se déplacent les aéronefs.
Atmosphère
L'atmosphère est l'enveloppe gazeuse qui enveloppe la Terre et qu'on appelle air. Elle est constituée de différents gaz (principalement azote, oxygène, argon et gaz carbonique) ainsi que de particules liquides (comme l'eau) et solides (poussières, rejets industriels, ...).
A un endroit donné, la pression atmosphérique correspond au poids de la colonne d'air sur une unité de surface. L'unité de mesure est le Pascal, ou son multiple, l'hectopascal (abrégé en hPa). La pression moyenne au niveau de la mer est de 1013,25 hPa. À mesure que l'on s'élève, le poids de la colonne d'air diminuant, la pression diminue d'un facteur 10 tous les 15 km. À 5500 m par exemple, elle est de 500 hPa. Cette propriété est utilisée pour mesurer l'altitude d'un avion par une simple conversion pression-altitude dans un instrument appelé altimètre.
Néanmoins, la pression au niveau du sol n'est pas constante. Elle varie, quelques fois très rapidement, avec une variation identique en altitude. Pour mesurer une hauteur par rapport au sol ou une altitude vraie, il faut recaler la référence altimétrique avec la pression actuelle au niveau du sol (que les pilotes appellent le QFE) ou ramenée au niveau de la mer (que les pilotes appellent le QNH). Ces valeurs sont indiquées par des stations au sol.
La température de l'air joue également un rôle important en aéronautique puisqu'elle influe à la fois sur la densité de l'air et sur sa composition (en dessous de 0°C par exemple, les particules d'eau ont tendance à geler). En règle générale, elle diminue avec l'altitude, d'environ 2°C tous les 300 m.
Les différences de pression d'une zone géographique à l'autre vont inciter l'air à se déplacer (des zones de haute pression vers les zones de basse pression). Sous l'effet de la rotation de la Terre (force de Coriolis), le vent va prendre une direction telle qu'en fait il va s'enrouler autour des zones de hautes pressions et de basses pressions, suivant les lignes d'égales pressions ou isobares. En raison de la friction du vent sur le sol, dans les basses couches de l'atmosphère, le vent est plus faible qu'en altitude et dévié d'environ 30° (vers la gauche dans l'hémisphère Nord). Cette friction crée en outre des turbulences.
Phénomènes généraux et particuliers
La condensation de vapeur d'eau forme des nuages que l'on classe en 10 genres. À basse altitude, on trouve des stratus, stratocumulus, cumulus et cumulonimbus. À moyenne altitude, on trouve des nimbostratus, altostratus et altocumulus. À haute altitude, on trouve des cirrus, cirrostratus et cirrocumulus. Les nuages stratiformes sont signes d'un air stable et les nuages cumuliformes d'un air instable.
Au niveau du sol, la baisse de la visibilité en dessous de 5 km est appelée brume. Lorsque la visibilité est inférieure à 1 km, on parle de brouillard.
La limite entre l'air froid du pôle et l'air chaud des zones équatoriales est appelée front polaire. Les mouvements d'air chaud vers le pôle et d'air froid vers l'équateur créent ce que l'on appelle des perturbations. Un secteur d'air chaud entre 2 masses d'air froid définit, vers l'avant, un front chaud et, vers l'arrière, un front froid. Le déplacement de ces 2 surfaces frontales entraîne tout un système nuageux.
Les phénomènes particuliers, et potentiellement dangereux, en aviation sont la turbulence, le givrage et les orages. Une turbulence trop forte peut amener l'avion à des contraintes structurelles trop fortes. Le givrage de la cellule entraîne un alourdissement de l'avion, une modification du profil aérodynamique, des erreurs instrumentales ou encore un blocage des commandes. Le givrage des entrées d'air peut amener le moteur à s'arrêter, celui des hélices à diminuer fortement leur rendement. Les orages cumulent les 2 effets précédents et ajoutent les dangers liés à des fortes précipitations de pluie ou de grêle et ceux liés à la foudre.
Assistance aux pilotes
Les pilotes disposent d'un certain nombre d'informations pour préparer et exécuter leurs vols en bonne connaissance de la météo.
Tout d'abord, des observations régulières sont faites sur les terrains et transmises toutes les heures ou demi-heures sous forme de messages codés appelés METAR. Des prévisions, appelées TAF, sont associées aux terrains et sont émises pour des durées de validité de 3 heures. Ces messages indiquent les élémens suivants (observés ou prévus selon la nature du message) : vent, visibilité, température, hygrométrie, hauteur des nuages et nébulosité, pression atmosphérique et phénomènes particuliers. En plus, des cartes indiquent les phénomènes généraux, les vents sur les trajets à différentes altitudes. En vol, le pilote peut se renseigner auprès des services de la circulation aérienne sur les dernières observations et prévisions.
Pour exécuter un vol à vue ou un vol aux instruments, le pilote doit respecter un certain nombre de minima météorologiques qui dépendent de ses qualifications, de l'équipement de son avion, des zones qu'il traverse ou du terrain sur lequel il décolle ou se pose.
Typiquement, un vol à vue requiert une visibilité supérieure à 1,5 km (5 km à l'approche des grands terrains) et une base des nuages à 150 m au-dessus du sol minimum (500 m à l'approche des grands terrains). Un vol aux instruments n'a pas ce genre de limites sauf pour les phases d'atterrissage ou de décollage: un atterrissage de précision (de catégorie I) peut se faire avec 800 m de visibilité et un plafond de 75 m.