Vents et masses d'air

Le vent

Le vent est un déplacement de masse d‘air. On appelle vent la composante horizontale de ce déplacement.

La direction du vent est donnée par rapport au Nord géographique (vrai). Elle la désigne par un angle qui varie de 000° à 360°.

 Attention, les tours de contrôle donnent la direction d‘où souffle le vent par rapport au Nord magnétique car la désignation des pistes se fait elle aussi par rapport au nord magnétique.

La vitesse du vent ou force, correspond à la vitesse de déplacement de la masse d‘air. Elle est exprimée en kt ou en m/s.

1 m/s = 3600 m/h = 2 kt
Un vent de 36 kt correspond à 18 m/s.

Origine du vent :

Les différences de pression atmosphèrique sont à l’origine des vents . L‘air se déplace des hautes pressions vers les basses pressions c'est ce qui est à l'origine du vent.

La trajectoire des particules d‘air est parallèle aux isobares (ligne d’égale pression).

Le vent tourne dans le sens des aiguilles d‘une montre autour des centres de hautes pressions (A), et dans le sens inverse des aiguilles d‘une montre autour des centres de basses pressions (D). Les mouvements sont inversés dans l‘hémisphère sud.

En pratique lorsque l’on vole en direction d'une basse  pression, le vent vient de la  gauche et la  dérive est à droite (règle des 4 D 
Dépression = Dérive Droite = Danger). Danger, car d’une part nous allons vers du mauvais temps et d’autre part à altitude pression constante, nous volerons de plus en plus bas, d’où l’intérêt de réler régulièrement son altimètre sur le QNH du terrain le plus proche.

Lorsqu‘il y a convergence des isobares ou des isohypses, celles-ci se resserrent. Le gradient de pression est alors plus élevé, le vent se renforce.

A l‘inverse, lorsque l‘on vole vers une zone ou les isobares ou les isohypses divergent, le gradient de pression diminue, le vent diminue.

Circulation générale dans l‘atmosphère

Les variations de pression à la surface de la terre font apparaître :

-Un centre anticyclonique au Pôle Nord (1020 hPa).

- Un axe dépressionnaire sur le 60° N, correspondant au front arctique (1000 hPa).

- Une cassure de la courbe sur le 40° N, correspondant au front polaire.

-- Un axe anticyclonique sur le 30° N, correspondant à la

ceinture anticyclonique subtropicale (1025 hPa).

- Au environ de l‘équateur une bande dépressionnaire à gradient extrêmement faible (1010 hPa).


- les vents sont calmes au pôle Nord (courant polaire d‘Est).

- d‘Est du pôle Nord au 60° N.

- d‘Ouest du 60° N au 30° N (courant tempéré d‘Ouest). C‘est ce courant qui touche la France.

- Calmes dur le 30° N (calmes subtropicaux).

- d‘Est du 30° N au 5° N (Alizés).

- d‘Est très faibles puis nuls du 5° N à l‘équateur (calmes équatoriaux).

L‘hémisphère Sud se présente symétriquement par rapport à l'équateur.


Circulation du vent en altitude

L‘altitude pression de la surface 300 hPa augmente du pôle Nord jusqu‘à 15° N (de 8500 m à 9700 m), puis est en légére décroissance jusqu'à l‘équateur (9700 à 9600 m).

Au dessus de l‘altitude pression de 700 hPa, le pôle devient dépressionnaire, à l’inverse de sa surface. Ce qui génère un tourbillon d‘Ouest bordé par une  étroite zone de vents d‘Est aux latitudes faibles.

Gradient de pression

Pour définir le vent, nous parlerons du gradient de pression. Le gradient de pression est la différence de pression existant entre deux points divisée par la distance qui les séparent.

Donc, (PA-PB)/distance AB. Si la distance AB= 3MN alors le gradient de pression sera : 1012-998/3= 4,6 hPa/mn

Couche de friction  

Le vent souffle parallèlement aux isobares et isohypses. Ceci n‘est vrai qu‘en atmosphère dite « atmosphère libre », c'est-à-dire au dessus de 1500 m.

La couche d‘atmosphère comprise entre le sol et 1500 m est appelée couche de friction.

Variation du vent dans la couche de friction :

Près du sol, la force de frottement doit être prise en compte. Dans les basses couches l‘air frotte contre le sol et est dévié d‘environ 20° au dessus d‘une étendue maritime et de 30° au dessus d‘une étendue terrestre, vers les basses pressions du fait de la rugosité de la surface.

La friction étant opposée au déplacement, le vent faiblit lorsqu‘on se rapproche du sol.

Près du sol les vents s‘éloignent des anticyclones (zone de hautes pressions) et à convergent  vers les dépressions (zone de basses pressions).
Dans les basses couches, l‘air s‘éloigne d‘un anticyclone et doit être remplacé par de l‘air qui descend (subsidence) des couches supérieur. Il crée des phénomènes générateurs de beau temps.

A l‘inverse, dans les basses couches, l‘air se dirigeant vers les dépressions, il chasse vers le haut une quantité d‘air qui provoque un mouvement ascendant qui peut amener du mauvais temps.

C‘est pour cette raison que les anticyclones sont synonymes de beau temps et les dépressions de mauvais temps.


Conséquences au plan pilotage : Au décollage, lorsque l‘on prend de l‘altitude, la vitesse du vent va augmenter il  va tourner vers la droite (hémisphère Nord), à la descente, la vitesse du vent va diminuer et va tourner vers la gauche.




Les turbulences

Une turbulence c’est l‘effet produit sur un avion par des mouvements « désordonnés » de l‘air.

On distingue 5 types de turbulences :

- La turbulence de frottement : Elle est due au frottement de l‘air sur le sol. Ce type de turbulence apparaît que lorsque la vitesse du vent est > 20 kt.

Elle peut se faire sentir du sol à une hauteur de 1500 à 2000 m.
Au dessus d e cette couche turbulente, l‘atmosphère est dite « libre ».

- La turbulence convective : Lorsque le sol se réchauffe sous l‘effet de l‘insolation, à son contact l‘air se réchauffe. Devenant plus léger, il s‘élève. Il se crée une colonne ascendante, alors que des colonnes d‘air descendant d‘établissent au-dessus des zones qui s‘échauffent moins rapidement. Elle peut être ressentie dans toute l‘épaisseur de l‘atmosphère.

- La turbulence orographique : Elle est due à la perturbation de l‘écoulement de l‘air provoquée par un relief. Nous allons voir plus en détail ci-après.



-La turbulences en air clair : Elle est  liées au cisaillement du vent et se rencontrent au voisinage des courants-jets ou jet-streams à partir de 4500 m d‘altitude, au voisinage des ascendances dues à la convection et des zones orageuses.

- La turbulence de sillage : Ce n‘est pas une turbulence « naturelle ». Elle est provoquée par le passage d‘un avion. Elle est dangereuse car très forte et peut se rencontrer à très basse altitude.  Elle est directement liée à la portance d'un avion.Moins il y a de vent, plus l'avion est lord et lent et plus cette turbulence est forte.




Effet du relief

Passage d‘une chaîne de montagne

Le relief s‘oppose au mouvement de l‘air, il freine l‘air et le dévie. Ces deux effets sur le vent sont générateurs de turbulences.

Coté au vent :
La turbulence est faible la déviation de l‘air est régulière, surtout si la pente est faible.
Si la pente est supérieure à 40 %, il apparaît un tourbillon au pied de la pente.

Coté sous le vent :
L‘air redescend sous l‘effet de son poids. Des ondes de relief apparaissent.
Ces systèmes d‘ondes dégénèrent et donnent naissance à des petits tourbillons appelés rotor lorsque l‘on se rapproche du sol.
Le vol près du sol du côté sous le vent est dangereux.

Hauteur d‘influence

En présence d‘un relief, une partie de l‘air contourne le relief et l‘autre p est déviée au dessus du relief. L‘atmosphère est perturbée jusqu‘à un tiers de la hauteur de ce relief.

Lorsque le relief est très large l’intégralité de l‘air passe par-dessus ce relief. Dans ce cas l‘atmosphère sera perturbée jusqu'à une hauteur de 4 à 5 fois la hauteur de ce relief.

Distance horizontale d‘influence :

L‘influence du relief peut se faire sentir, jusqu‘à 3 à 7 km après le relief.


Ondes stationnaires ou orographiques

Si la masse d ‘air est suffisamment stable, les particules d‘air rejoignent leur niveau d‘équilibre après avoir passé le relief. Elles rejoignent leur équilibre après une série d‘oscillations, qui se traduisent par une succession de rabattants et d‘ascendants en altitude.

Ces ondes de relief, correspondant à des ondes stationnaires sont également appelées ondes orographiques (MounTain Waves ou MTW ) et peuvent s‘étendre jusqu‘à 25 km sous le vent du relief.

Dans certains cas ces ondes orographiques pourront se visualiser par la formation de nuages lenticulaires au niveau du sommet de ces ondes.

Vents locaux

Vents anabatiques et vent catabatiques

En l‘absence de nuage, le soleil réchauffe le sol qui par effet de conduction réchauffe l‘air.
L‘air chaud monte. Du fait de la pente cet air se retrouve à côté d ‘air plus froid, il a tendance à remonter la pente. C‘est une brise montante ou vent anabatique.

La nuit l’air se refroidi, s‘alourdi, l‘air va descendre la pente. C‘est la brise descendante ou vent catabatique.


Brise d‘amont, brise d‘aval :

L‘origine de ces brises correspond à un échauffement diurne de l‘air dans une vallée. L‘air au contact du sol sur les versants et au fond de la vallée se réchauffe plus vite que l‘air qui est au milieu. L‘air chaud monte le long des versants de la vallée et est remplacé par de l‘air plus froid qui descend au milieu de celle-ci.

Il se crée ainsi une brise montante ou brise d‘avale.


La nuit le phénomène s‘inverse et donne naissance à une brise descendante ou brise d‘amont.


Brise de mer, brise de terre :

De jour, la terre se réchauffe plus que la mer. L‘air au dessus de la terre a tendance à s‘élever et à être remplacer par de l‘air plus dense, donc plus froid qui vient de la mer. Il se crée u n déplacement de l‘air de la mer vers la terre, c‘est la brise de mer.

Au cours de la nuit, c‘est l‘inverse avec de l‘air plus chaud au dessus de la mer qui se refroidit moins vite que l‘air au dessus de la terre.
Il se crée un déplacement de l‘air de la terre vers la mer, c‘est la brise de terre.

Effet venturi :

Le vent qui pénètre dans une vallée voit sa vitesse se renforcer par effet venturi.


Divers vents locaux :

Le Mistral :
Vent du secteur Nord dans la vallée du Rhône. Il survient lorsqu’il y a un anticyclone sur l’atlantique et une dépression sur l’Italie sa vitesse peut atteindre 50 kt. Il donne naissance à des courants rabattants violents.
Il souffle sur une épaisseur de 1500 à 2000 m.

La Tramontane :
Vent du secteur Nord-Ouest. Il survient lorsqu’il y a un anticyclone sur l’Espagne et une dépression sur le centre de la France, il subit par effet venturi une accélération entre la Montagne Noire et les Corbières. Il souffle sur le Bas Languedoc et le Roussillon.

Autan :
Vent du secteur Sud-Est, qui subit une accélération entre la
Montagne Noire et les Corbières. Il souffle sur le Haut Languedoc (vallée de la moyenne Garonne).


Marin :
Vent du secteur d‘Est-Sud-Est qui souffle entre Perpignan et Montpellier.

Sirocco :
Vent du secteur Sud qui prend naissance dans la région saharienne. C‘est un vent chaud qui souffle en Provence et sur le Midi de la France.

Bora :
Vent du secteur d‘Est-Nord-Est sec et froid à travers l‘Adriatique en hiver.


Notions d’équilibre

L‘état de stabilité ou d‘instabilité d‘une particule d‘air dépend de la température de cette particule par rapport à la température de l‘air environnant.

On peut rencontrer 3 cas suivants :
• La particule d‘air est plus chaude que l‘air ambiant, elle va s‘élever.
• La particule d‘air est plus froide que l‘air ambiant, elle va descendre.
• La particule d‘air est à la même température que l‘air ambiant, elle va rester immobile.


On distingue 4 types différents d‘équilibres.

-Equilibre stable : A partir de sa position d‘équilibre, si une particule d‘air est déplacée vers le haut, si à ce moment elle est plus froide que l‘air ambiant elle va redescendre, c'est-à-dire revenir à sa position d‘équilibre.
Inversement, si elle est déplacée vers le bas et qu‘elle se trouve plus chaude que l‘air ambiant, elle va remonter et revenir à sa position d‘équilibre. Dans ces deux cas on dira que l‘atmosphère est stable.

-Equilibre instable : A partir de sa position d‘équilibre, si une particule d‘air se déplace vers le haut, et qu’à ce moment elle est plus chaude que l‘air ambiant elle va continuer à monter, c'est-à-dire s‘éloigner davantage d e sa position d‘équilibre.
Inversement, si elle est déplacée vers le bas et qu‘elle se trouve plus froide que l‘air ambiant, elle va continuer à descendre, c'est-à-dire s‘éloigner davantage de sa position d‘équilibre. Dans ces deux cas on dira que l‘atmosphère est instable.


-Equilibre indifférent : A partir de sa position d‘équilibre, si une particule d‘air est déplacée vers le haut ou vers le bas et qu‘elle se trouve la même température que l‘air ambiant, elle va rester à sa nouvelle position. Cette position est aussi une position d‘équilibre.


-Equilibre conditionnel : Tant que le déplacement de la particule à partir de sa position d‘équilibre reste faible, elle revient à sa position initiale, qui est dans ce cas une position d‘équilibre stable. Si le déplacement l‘emmène au-delà d‘un certain point, elle va continuer à s‘éloigner de sa position initiale et deviendra instable. Suivant l‘importance de la perturbation l‘équilibre sera stable ou instable.