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Météorologie atmosphere |
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Qu'est-ce que
l'atmosphère standard ? |
C'est un modèle théorique de référence
qui, en se limitant (!) à la troposphère
(jusqu'à une altitude d'environ 35 000 ft ou 11 km),
répond aux hypothèses suivantes :
- au niveau de la mer, la pression atmosphérique est de
1013 hPa (1013,25 hPa exactement), et la température de +
15°C ;
- la température décroit de 6,5°C quand
l'altitude augmente de 1 km (ou, de façon
équivalente, décroit de 2°C quand l'altitude
augmente de 1000 ft) ;
- l'air est assimilé à un gaz parfait.
Il résulte de ces
hypothèses une loi (non linéaire) de correspondance
entre altitudes et pressions qui peut être fournie par des
formules, ou plus commodément par des tables qui ont
été publiées en 1976.
Ce modèle est réaliste
dans la mesure où il correspond à des valeurs
moyennes de l'atmosphère réelle, mais en même
temps il reste idéal car l'atmosphère réelle
présente en fait de fortes variations autour de ces moyennes
: plus de 30 hPa pour la pression au niveau de la mer, et plus de
20°C pour la température. Pire, la variation de
température entre deux altitudes n'est pas constante et peut
même localement changer de signe ; corrélativement, la
loi de variation de la pression avec l'altitude est alors
modifiée.
Malgré ces différences
avec l'atmosphère réelle, l'atmosphère
standard est utile sur plusieurs aspects :
- Comme modèle de référence, elle facilite
la description de l'atmosphère réelle puisqu'il
suffit maintenant d'expliciter les différences entre les
deux.
- Elle définit une correspondance entre pressions et
altitudes : à toute pression p mesurée en
atmosphère réelle on sait associer une "altitude
pression" Zp qui est l'altitude à laquelle, en
atmosphère standard, on aurait la pression p. Plus
simplement, on peut dire que l'altitude pression Zp est l'altitude
donnée par la table d'atmosphère standard en regard
de la pression p. On pourrait donc graduer un baromètre
directement en altitudes pressions au lieu de le faire en hPa ou en
mm de mercure. En la perfectionnant un peu, cette idée,
aboutit à l'altimètre.
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Qu'est-ce qu'un
altimètre ? |
Un altimètre est un baromètre gradué en
altitudes pressions, auquel on a ajouté une
possibilité de réglage : si dans la fenêtre
dite "de calage" on affiche, grâce à un bouton de
réglage, une pression pc, l'altimètre
affiche la différence Zp - Zpc (en
notant Zpc l'altitude pression correspond à la
pression de calage pc).
Si pc = 1013 hPa (on
parle alors de calage standard), Zpc = 0 puisqu'en
atmosphère standard, c'est au niveau de la mer, donc
à l'altitude 0, que l'on trouve une pression de 1013 hPa.
L'altimètre affiche alors la pression standard
Zp. C'est déjà une bonne nouvelle : en
atmosphère standard, l'altimètre au calage standard
1013 affiche l'altitude. On avance !
Malheureusement, on a vu qu'on n'est
pratiquement jamais en atmosphère standard. Mais
l'altimètre va quand même nous permettre de nous
"repérer verticalement" en atmosphère
réelle.
En effet, la pression peut alors être une fonction assez
compliquée de l'altitude réelle, mais elle en est
toujours une fonction strictement décroissante même en
cas de "bizarreries" locales comme l'inversion de
température. Comme l'altitude pression est, de façon
similaire, une fonction décroissante de la pression, elle
varie dans le même sens que l'altitude réelle. Donc
l'altitude pression (on devrait dire la différence
d'altitude pression) affichée par un altimètre
(calé à 1013 ou pas) est une fonction strictement
croissante de l'altitude réelle : on ne sait pas sans calcul
quelle altitude réelle correspond à une altitude
pression donnée, mais on sait "graduer" la verticale en
altitudes pressions et se repérer sur cette échelle
des altitudes pressions grâce aux indications de
l'altimètre.
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En quoi
l'atmosphère réelle diffère-t-elle de
l'atmosphère standard ? |
On peut définir une "atmosphère réelle un peu
idéalisée", intermédiaire entre
l'atmosphère standard et l'atmosphère réelle
:
- la pression atmosphérique au niveau de la mer n'est plus
égale à 1013 hPa ;
- la température qui règne sur l'isobare 1013 hPa
(surface sur laquelle p = 1013 hPa) n'est plus égale
à + 15°C mais à 15°C + Δt ;
- cette atmosphère réelle étant
"graduée verticalement" en altitudes pressions, on lui
attribue la même loi de variation de la température
avec l'altitude pression qu'en atmosphère standard : la
température décroit de 6,5°C quand l'altitude
pression augmente de 1 km (ou, de façon équivalente,
de 2°C quand l'altitude pression augmente de 1000 ft).
Cette atmosphère
réelle idéalisée se déduit donc de
l'atmosphère standard par deux opérations :
- Modification de toutes les températures, du même
écart de température Δt : on dit qu'on est en
température standard + Δt.
- Décalage vertical entre le niveau de la mer (altitude
réelle 0) et l'isobare 1013 hPa (altitude pression 0).
La modification des
températures se traduit par un changement de l'espacement
vertical des couches isobares : elles se resserrent si Δt est
négatif, et s'éloignent les unes des autres si
Δt est positif. Tout se passe comme si l'échelle des
altitudes pressions qui sert à graduer l'atmosphère
réelle se dilatait en fonction de la température.
Le calcul montre que, jusqu'à une altitude de 10 000 ft, le
"coefficient de dilatation" est d'environ 100 ft par tranche de
3000 ft et de 10°C. Si un altimètre indique une
différence d'altitude pression de 7500 ft (entre le point
où il est placé et la surface isobare correspondant
à la pression de calage) un jour où Δt =
20°C, on en déduit que la hauteur réelle
(différence d'altitude réelle) correspondante est
plus élevée de 100 ft x 2,5 x 2 = 500 ft (puisqu'on a
2,5 fois 3000 ft et 2 fois 10°C). Elle est donc de 8000 ft, et
conforme à l'adage "plus chaud, plus haut".
Quant à la "vraie"
atmosphère réelle, elle diffère de cette
atmosphère idéalisée par des tassements ou des
éloignements des isobares localisés à
certaines tranches de l'atmosphère. On retiendra que les
valeurs données par un aérodrome n'ont qu'une
portée locale car les extrapolations se heurtent à la
non-conformité de l'atmosphère réelle à
ce modèle idéalisé.
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Quand l'altimètre
indique-t-il de façon exacte l'altitude réelle ou une
hauteur réelle ? |
La réponse est : pas souvent, sauf si on l'y aide par le
calage.
On pouvait s'en douter : les
échelles d'altitude pression et d'altitude réelle ont
en général "les zéros décalés"
et on a vu que, de plus, la hauteur réelle entre deux
graduations de l'échelle d'altitude pression varie avec
Δt, généralement non nul.
On définit donc les calages
suivants :
- QFF : pression au niveau de la mer.
Un altimètre calé au QFF indique bien 0 au niveau de
la mer ; mais si Δt est non nul, il indique à tout
niveau supérieur une altitude fausse d'environ 100 ft par
tranche de 3000 ft et de 10°C de Δt.
- QNH : pression à afficher dans la fenêtre de
calage de l'altimètre pour qu'il affiche l'altitude exacte
au niveau de l'aérodrome.
A tout autre niveau, si Δt est non nul, il indique une
altitude fausse, dans un sens ou dans l'autre selon qu'on vole
au-dessus ou au-dessous du niveau de l'aérodrome.
En particulier, il n'indique pas zéro au niveau de la mer,
mais environ 100 ft par tranche de 3000 ft d'altitude de
l'aérodrome et de 10°C de Δt. Cette erreur est
généralement faible pour les terrains de plaine,
d'où la confusion fréquente entre QNH et QFF.
- QFE : pression au niveau de l'aérodrome.
Si cette pression entre dans la fenêtre de calage (ce qui
n'est pas possible si l'altitude de l'aérodrome est trop
élevée), l'altimètre calé au QFE
indique 0 au niveau de l'aérodrome, soit la hauteur exacte
au dessus de l'aérodrome. C'est le seul niveau où la
hauteur indiquée soit exacte ; elle est fausse dans un sens
ou dans l'autre selon qu'on vole au-dessus ou au-dessous de ce
niveau.
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Quand doit-on corriger
l'indication de l'altimètre en fonction de l'écart
avec la température standard ? |
Réponse : en pratique pas souvent, et surtout, ne le faire
qu'à bon escient.
Il y a à cela de nombreuses
raisons évidentes : rester "devant son avion" et regarder
dehors (en plus, c'est beau !) plutôt qu'avoir le nez dans
une calculette ou une table d'atmosphère standard, ne pas
s'embêter pour des "pouillèmes" alors qu'on est en VFR
(à 100 ft par tranche de 3000 ft et de 10°C, il faut
à la fois voler assez haut et dans des conditions de
température "significativement non standards", pour arriver
à des corrections de centaines de ft), etc.
Mais il y a aussi une raison plus
subtile : c'est que le calage de l'altimètre est avant
tout une convention simple qui permet de se coordonner avec un
minimum d'erreurs.
Deux avions dont les altimètres au même calage
affichent des altitudes pressions différentes (suffisamment
pour que les erreurs de mesure soit négligeables) vont
pouvoir se croiser sans risque de collision. Ils ne savent pas
forcément à quelle altitude réelle ils sont,
mais au moins, ils ne sont pas à la même.
Donc si le contrôle demande
à un pilote de voler à 3000 ft QNH, il doit le
prendre au pied de la lettre et ne surtout pas voler calé au
QFF avec l'altimètre à 2800 ft sous prétexte
d'être "vraiment à 3000 ft" malgré la
canicule...
De même, si on doit voler par
exemple au FL 85, il est pertinent de vérifier, lors de la
préparation du vol, qu'en fonction des conditions du jour
(QNH et Δt) ça passe bien au-dessus de l'altitude de
sécurité (et pas seulement au-dessus de la
surface...). Mais pour la même raison que ci-dessus, le vol
au FL 85 impose de maintenir 8500 ft à l'altimètre
calé à 1013, et il n'y a surtout pas de correction de
température à appliquer.
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Comment en savoir plus ? |
Une présentation plus complète, des formules, leurs
démonstrations, et des exemples d'applications sont fournis
à la rubrique atmosphère du site personnel de l'auteur de
ce chapître.
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