L'atmosphère
Pourquoi parler de l'atmosphère ?
« Tout le monde sait ce qu'est l'atmosphère : la couche de gaz qui se trouve autour de la Terre et dans laquelle nous vivons. Principalement constituée d'azote, elle contient environ 20% d'oxygène et un peu de dioxyde de carbone. Nous en prenons des nouvelles tous les jours afin de savoir quel temps il fera le lendemain. Nous savons qu'il y a du vent, des anticyclones et des dépressions, et que les températures varient en fonction de l'heure de la journée (ou de la nuit) et de la saison... Et il y a aussi des nuages qui ont des formes variées. »
Je ne vais donc pas revenir sur tous ces points ! Par contre, gardez à l'esprit que tous ces éléments sont importants pour le monde de l'aéronautique. La météo aéronautique est d'ailleurs enseignée aux pilotes, aux contrôleurs aériens et aux ingénieurs et techniciens amenés à travailler dans l'aviation civile.
Ces conditions peuvent affecter les performances d'un avion et de ses moteurs. Par exemple, il sera beaucoup plus difficile à un avion de décoller d'un aéroport en altitude, où il peut faire (très) chaud (comme par exemple La Paz en Bolivie).
Les vents peuvent fortement pénaliser (ou favoriser) un vol.
Enfin, les phénomènes météo comme les turbulences atmosphériques ou les nuages peuvent aussi avoir des effets... sur le confort mais aussi sur la sécurité. Tous les pilotes et tous les avions ne sont pas capables de voler dans les nuages par exemple ! Certains nuages doivent même être impérativement contournés, quelque soit l'avion !
Je vous propose de revenir quand même sur certains de ces éléments.
Les anticyclones et les dépressions
C'est très intéressant parce que les "objets" que l'on désigne communément par ces mots correspondent à des zones où les pressions atmosphériques sont hautes (pour l'anticyclone) ou basses (pour les dépressions). Ce qui va nous intéresser très fortement en aéronautique, c'est la pression atmosphérique. Elle a effectivement un rôle important. C'est grâce à elle par exemple que les avions sont capables de connaître leur vitesse ou l'altitude à laquelle ils volent.
Si elle peut varier d'une zone géographique à une autre, elle varie aussi avec l'altitude.
Complément :
« C'est vrai que lorsqu'on va en montagne et que l'on redescend, nous sentons nos oreilles se boucher ! »
Exactement ! Et si elles se bouchent lorsqu'on descend, c'est parce que la pression de l'atmosphère est plus grande quand on est bas et elle diminue au fur et à mesure que l'on monte dans l'atmosphère. Et ça ne se limite pas aux niveaux des montagnes !D'ailleurs, si on monte suffisamment haut, nous allons nous retrouver dans l'Espace où il n'y a plus d'atmosphère (la pression y est donc nulle).
La limite entre l'atmosphère et l'Espace est arbitrairement positionné à 100 km d'altitude. Les spationautes sont d'ailleurs les personnes qui ont dépassé cette limite des 100km !
La température
« C'est la même chose pour la température ! Quand nous montons, il fait plus froid ! »
C'est vrai mais l'évolution de la température avec l'altitude est plus complexe que pour la pression. En effet, on peut trouver des altitudes où la température ne varie plus et d'autres où elle augmente avec l'altitude... Mais c'est vrai que ça se passe très haut dans l'atmosphère !
Les variations
Il y a autre chose que je constate dans ce que vous dites : c'est que tout (la pression, la température, les nuages, etc.) peut changer, d'une heure à l'autre, d'un jour à l'autre et tout au long de l'année.
Maintenant, c'est moi qui vous pose une question : Comment peut-on gérer toutes ces variations en aéronautique ?
Je vous vois un peu hésiter...
Comme vous le souligniez au début de cette partie, regarder les informations météo pour connaître les prévisions est très utile. S'informer sur la météo est d'ailleurs une étape très importante dans la préparation d'un vol.
Mais ce n'est pas suffisant car l'horizon temporel est assez court : c'est à dire que l'on ne peut connaître "le temps qu'il va faire" qu'à quelques heures, voire au maximum à quelques jours !
La difficulté est que nous pouvons être intéressés par un horizon temporel plus lointain : des semaines, des mois, des années.
« Mais il est impossible de connaître la météo aussi loin dans le temps ! »
C'est vrai ! Cependant, on constate que toutes ces variations ont lieu autour de valeurs moyennes. C'est pourquoi nous utilisons beaucoup dans le domaine aéronautique un modèle d'atmosphère de référence qui correspond à une atmosphère moyenne, uniforme sur la Terre et pour laquelle nous connaissons toutes les variations. C'est ce que nous appelons l'atmosphère standard.
L'atmosphère standard
Définition :
Nous appelons Atmosphère Standard, une atmosphère dont la pression et la température sont déterminées de la manière suivante, en fonction de l'altitude :
Pour la température :
Température à l'altitude z = 0m, c'est à dire au niveau de la mer : \(T^\circ\)
\(\degC\)
Remarque : Les conditions ISA
Nous serons amenés à considérer que nous sommes en conditions ISA, pour International Standard Atmosphère. Cela signifie qu'au moment considéré, l'atmosphère est conforme à l'atmosphère standard.
Il n'est pas nécessaire de retenir ces formules dans le détail. Voici un fichier qui synthétise les évolutions moyennes de la température et de la pression. Vous y trouverez aussi les informations sur la masse volumique de l'air et la vitesse du son qui peuvent être utiles parfois...
Voici aussi, les graphiques représentant ces évolutions :
