Manuel-de-cisaillement-du-vent-dans-les-basses-couches-Doc9817

Doc 9817
AN/449
Manuel sur
le cisaillement du vent
dans les basses couches
Approuvé par le Secrétaire général
et publié sous son autorité
Première édition — 2005
Organisation de l’aviation civile internationale
Doc 9817
AN/449
Manuel sur
le cisaillement du vent
dans les basses couches
Approuvé par le Secrétaire général
et publié sous son autorité
Première édition — 2005
Organisation de l’aviation civile internationale
AMENDEMENTS
La parution des amendements est annoncée dans les suppléments au Catalogue des
publications de l’OACI. Le Catalogue et ses suppléments sont disponibles sur le site
web de l’Organisation à l’adresse suivante : www.icao.int. Le tableau ci-dessous est
destiné à rappeler les divers amendements.
INSCRIPTION DES AMENDEMENTS ET DES RECTIFICATIFS
AMENDEMENTS
RECTIFICATIFS
No
Date
Inséré par
1
26/9/08
OACI
2
21/2/11
OACI
No
Date
Inséré par
AVANT-PROPOS
Depuis 1943, le cisaillement du vent dans les basses couches a été mis en cause dans plusieurs
accidents et incidents d’aviation qui, partout dans le monde, ont fait au total plus de 1 400 morts. Le fait que le
Conseil de l’OACI considère le cisaillement du vent comme un des problèmes techniques majeurs auxquels
l’aviation est confrontée traduit bien la prise de conscience de la communauté aéronautique à l’égard du
caractère dangereux et insidieux de ce phénomène.
Jusqu’aux années 80, faute de systèmes opérationnels adéquats de détection, et vu la complexité
du phénomène, son étendue très variable et son caractère essentiellement capricieux, le problème n’a pas pu
être complètement résolu, ce qui a limité l’élaboration des normes et pratiques recommandées internationales
nécessaires concernant l’observation, la communication et la prévision du cisaillement du vent.
En 1975, le cisaillement du vent a été cité à propos de cinq accidents ou incidents mettant en
1
cause des avions de ligne à réaction, l’un d’eux faisant un grand nombre de victimes . Ce dernier accident,
survenu le 24 juin 1975 à l’aéroport international John F. Kennedy (JFK) de New York, ainsi qu’un accident
survenu à Denver (Colorado, États-Unis), le 7 août 1975, heureusement sans conséquence fatale et dans
une région où il était possible de surveiller de près le champ du vent, seront sans doute considérés comme
marquant un jalon dans l’histoire du cisaillement du vent. L’analyse détaillée et exhaustive du rôle joué par
ce phénomène dans ces deux accidents a permis de lever les doutes qui pouvaient encore subsister sur la
réalité du danger qu’il constitue. Les recherches accélérées qui ont suivi, et qui ont culminé avec le vaste
projet JAWS (Joint Airport Weather Studies) entrepris à l’aéroport Stapleton de Denver (Colorado,
États-Unis) en 1982, ont fortement contribué et contribuent encore à faire mieux comprendre le problème,
surtout en ce qui concerne les cas de cisaillement du vent associés à des orages.
2
La huitième Conférence de navigation aérienne de l’OACI (Montréal, 1974) avait recommandé
que des éléments indicatifs soient élaborés et publiés pour aider tous les intéressés à utiliser au mieux les
renseignements disponibles sur le cisaillement du vent. Le Groupe d’étude sur le cisaillement du vent et la
turbulence dans les basses couches (WISTSG) fut constitué en vue de rédiger ces éléments indicatifs et de
publier, en fin de compte, le présent manuel. Avec son concours, un exposé des besoins opérationnels en
matière d’observation et de communication du cisaillement du vent et de la turbulence fut élaboré. Cet
exposé, accompagné d’une première liste de termes recommandés, avec leur explication, et d’un rapport
sur l’avancement des travaux concernant le cisaillement du vent, fondé essentiellement sur les circulaires
publiées par certains États, fut adressé aux États, pour leur servir de guide, sous couvert de la lettre
AN 10/4.6-79/142 du 31 août 1979.
L’intensification des travaux de recherche dont il est fait mention plus haut a alors conduit à
l’adoption de l’Amendement 64 à l’Annexe 3 — Assistance météorologique à la navigation aérienne
internationale, devenu applicable en novembre 1983 ; cet amendement a introduit notamment de nouvelles
dispositions et une version révisée des dispositions existantes concernant l’observation et la communication
du cisaillement du vent dans les basses couches. En même temps, l’exposé des besoins opérationnels a
été légèrement modifié ; la version révisée figure à l’Appendice 1 du présent manuel.
En 1982, aux États-Unis, deux sous-comités (s’occupant respectivement l’un des enquêtes et
de la supervision, l’autre des transports, de l’aviation et des matériels) du Comité des sciences et
techniques de la Chambre des représentants ont tenu des réunions communes sur les problèmes météorologiques en aviation, notamment le cisaillement du vent. À la suite de ces réunions, la Federal Aviation
III
26/9/08
o
N 1
IV
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
Administration (FAA) a passé un contrat avec l’Académie nationale des sciences pour étudier l’état des
connaissances, les différentes façons d’aborder le problème et les conséquences d’avertissements de
cisaillement du vent et de conditions météorologiques dangereuses à l’égard des autorisations de décollage
et d’atterrissage pour les aéronefs commerciaux et d’aviation générale. Afin d’accomplir cette tâche, un
comité ad hoc pour l’étude du cisaillement du vent dans les basses couches a et de ses dangers pour
l’aviation a été institué. Ce comité a publié un rapport extrêmement complet et une série de conclusions et
de recommandations1 (voir Appendice 2).
Depuis 1967 la FAA poursuit l’exécution d’un programme détaillé visant à réduire le danger que
présente, pour l’aviation, le cisaillement du vent dans les basses couches. Dans le cadre de ce programme
général, il est donné ou il a été donné suite aux recommandations formulées par le comité dont il est
question au paragraphe précédent, ainsi qu’aux recommandations formulées de temps à autre par le
National Transportation Safety Board (NTSB) à la suite des enquêtes sur les accidents d’aviation. À cet
égard, la FAA met au point un programme intitulé « Integrated Wind Shear Programme », qui implique une
coopération étroite avec un certain nombre d’organismes gouvernementaux, comme l’Administration
nationale de l'aéronautique et de l’espace (NASA), l’industrie aérospatiale, les associations de pilotes de
ligne et l’OACI ; le programme comprend aussi un outil de formation en matière de cisaillement du vent qui a
été publié en février 1987. Ce programme a pour objet de poursuivre, au cours des cinq à dix prochaines
années, l’élaboration et la mise au point de procédures de formation et de procédures opérationnelles, de
techniques utilisables en surface et à bord pour la détection du cisaillement du vent, et enfin de systèmes
embarqués de guidage de vol. En même temps, la recherche scientifique se poursuivra dans ce domaine et
permettra de mieux comprendre les dangers inhérents au cisaillement du vent. En 1987, avec le concours
du Groupe d’étude sur le cisaillement du vent et la turbulence dans les basses couches (WISTSG), l’OACI
publiait la Circulaire 186, Cisaillement du vent, qui précède le présent manuel.
Lorsque la Circulaire 186 a été publiée en 1987, on pouvait lire dans l’avant-propos : « Les
renseignements disponibles sur le cisaillement du vent, notamment du point de vue de l’exploitation, n’ont
pas atteint, pour la plus grande part, un degré de maturité suffisant pour servir de base à des dispositions
normatives ». Les amendements apportés ultérieurement aux Annexes pertinentes et aux procédures pour
les services de navigation aérienne (PANS) en vue de répondre au besoin de fournir aux pilotes des
renseignements sur le cisaillement du vent et le fait que la circulaire est aujourd’hui remplacée par le
présent manuel, témoignent de la plus grande maturité à laquelle on est parvenu dans ce domaine.
Les progrès réalisés depuis 20 ans s’expliquent par deux évolutions principales. Depuis 1987,
d’importantes percées techniques se sont produites dans la conception des équipements au sol et
embarqués destinés à détecter les cisaillements du vent et à avertir de leur présence. Notamment, la
technologie des radar Doppler et du traitement des signaux a connu un progrès fulgurant, ce qui a permis
de mettre au point des systèmes hautement efficaces et spécialisés de détection et d’alerte du cisaillement
du vent, installés au sol. Des percées semblables ont également permis de concevoir des systèmes de
détection/alerte explorant vers l’avant qui répondent aux exigences opérationnelles applicables à
l’équipement de bord. Cependant, au moment de la rédaction du présent texte, la cadence de mise en
œuvre de tels systèmes était beaucoup lente que prévue pour certaines compagnies aériennes. Les textes
normatifs pertinents de l’OACI ont été modifiés pour suivre cette évolution.
a.
C’est l’expression « cisaillement du vent dans les basses couches » qui a été choisie pour le présent manuel, de préférence à
« cisaillement du vent à basse altitude » ; l’OACI définit, en effet, l’altitude comme étant la « distance verticale entre un niveau, un
point ou un objet assimilé à un point, et le niveau moyen de la mer ». Or, c’est lorsqu’il se produit relativement près du sol, quelle
qu’en soit l’altitude, que le cisaillement du vent est un phénomène critique pour les aéronefs.
26/9/08
o
N 1
Avant-propos
V
Parallèlement à la mise au point d’équipements de détection et d’avertissement du cisaillement
du vent, la formation du personnel d’exploitation a également été améliorée pour prendre en compte les
graves conséquences que le cisaillement du vent peut avoir sur un aéronef en vol. La formation des pilotes
revêt bien entendu une importance cruciale. D’excellents outils didactiques sont aujourd’hui utilisés pour
expliquer le phénomène du cisaillement du vent et la façon de le reconnaître et d’éviter ses effets au
décollage et à l’atterrissage. Les techniques de vol permettant au pilote de redresser l’appareil après un
épisode de cisaillement sont également exposées dans le matériel didactique. De nos jours, la formation au
simulateur de vol devrait comprendre dans tous les cas des modules portant sur la reconnaissance du
cisaillement du vent, sur l’évitement et sur les techniques de redressement de l’appareil.
La dernière décennie a vu une réduction appréciable du nombre d’accidents/incidents dans
lesquels le cisaillement du vent a été signalé comme un facteur important. Toutefois, ce phénomène
comportera toujours des risques élevés pour l’aviation, et il peut faire encore des victimes ; par conséquent,
la vigilance doit être maintenue, et la formation des pilotes est nécessaire dans ce domaine.
— — — — — — — —
26/9/08
o
N 1
VI
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
Références
1. Report by the United States National Academy of Sciences Committee on Low-Altitude Wind Shear and Its Hazard
to Aviation, 1983, National Academy Press, Washington, D.C., Library of Congress No. 83-63100.
2. OACI, 1974 : Rapport de la huitième Conférence de navigation aérienne (Doc 9101), Montréal.
___________________
TABLE DES MATIÈRES
Page
Chapitre 1.
Introduction................................................................................................................
1-1
Chapitre 2.
Caractéristiques du cisaillement du vent dans les basses couches...................
2-1
Le vent .................................................................................................................................
Variations du vent dans l’espace .........................................................................................
Calcul du cisaillement du vent .............................................................................................
Unités de mesure pour le cisaillement du vent....................................................................
Limites de l’application pratique des méthodes de calcul du cisaillement du vent..............
2-1
2-2
2-2
2-6
2-7
Chapitre 3. Conditions et phénomènes météorologiques qui causent un
cisaillement du vent dans les basses couches ............................................................................
3-1
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
Profil du vent dans les couches inférieures de l’atmosphère ..............................................
Circulation du vent autour des obstacles.............................................................................
L’écoulement du vent et les surfaces frontales ...................................................................
Brise de terre et brise de mer ..............................................................................................
Orages .................................................................................................................................
Climatologie du cisaillement du vent par convection...........................................................
Statistiques sur le cisaillement du vent dans les basses couches
à proximité des aérodromes ................................................................................................
Tourbillons de sillage ...........................................................................................................
Pénalisations aérodynamiques causées par de fortes pluies .............................................
Chapitre 4. Effets du cisaillement du vent dans les basses couches
sur le comportement des avions ....................................................................................................
4.1
4.2
4.3
3-1
3-6
3-11
3-13
3-14
3-32
3-36
3-39
3-40
4-1
Généralités...........................................................................................................................
Comportement de l’avion dans des conditions particulières de cisaillement du vent .........
Comportement des avions dans le cisaillement du vent et techniques
dont disposent les pilotes pour reconnaître et affronter le phénomène ..............................
4-20
Chapitre 5. Observation, prévision et compte rendu du cisaillement
du vent dans les basses couches ..................................................................................................
5-1
5.1
5.2
5.3
Observation du cisaillement du vent — observations au sol et en vol ................................
Prévisions des cisaillements du vent ...................................................................................
Messages d’observation de cisaillement du vent ................................................................
VII
4-1
4-9
5-1
5-34
5-55
26/9/08
o
N 1
VIII
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
Page
Chapitre 6.
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
6.6
6.7
6.8
6.9
Formation ...................................................................................................................
6-1
Généralités...........................................................................................................................
Formation des équipages de conduite — Objectifs.............................................................
Formation au sol — Équipage de conduite .........................................................................
Formation en vol et sur simulateur ......................................................................................
Programme de formation de la FAA ....................................................................................
Formation du personnel ATC...............................................................................................
La formation des météorologistes........................................................................................
Aspects didactiques des messages d’observation de cisaillement du vent ........................
Résumé................................................................................................................................
6-1
6-2
6-2
6-3
6-5
6-5
6-6
6-7
6-7
Appendices
1.
Exposé des besoins opérationnels .............................................................................................
APP 1-1
2.
Recommandations du Comité des sciences de l’Académie des États-Unis sur le cisaillement
du vent dans les basses couches et ses dangers pour l’aviation (1983) ...................................
APP 2-1
3.
Analyse mathématique de l’effet du cisaillement du vent sur la portance ..................................
APP 3-1
4.
Alertes de cisaillement du vent et de turbulence à Hong Kong (Chine) .....................................
APP 4-1
5.
Profileur de vent à ultra-hautes fréquences à l’aéroport de Nice Côte d’Azur............................
APP 5-1
6.
Exigences visant les équipements de détection du cisaillement du vent
dans les basses couches............................................................................................................
APP 6-1
7.
Séries de données de simulation du cisaillement du vent ..........................................................
APP 7-1
8.
Règles visant les prévisions........................................................................................................
APP 8-1
9.
Aides didactiques qui peuvent être obtenues auprès de l’OACI ................................................
APP 9-1
10. Procédures supplémentaires pour B-737 — conditions météorologiques défavorables
et manœuvres anormales ........................................................................................................... APP 10-1
Glossaire ...........................................................................................................................................
Bibliographie
26/9/08
o
N 1
G-1
Chapitre 1
INTRODUCTION
1.1
Au sens le plus large, l’expression « cisaillement du vent dans les basses couches » englobe
toute une famille de mouvements de l’air dans les couches inférieures de l’atmosphère, allant des
mouvements tourbillonnaires de faible étendue qui peuvent affecter les aéronefs, comme la simple
turbulence, jusqu’au déplacement d’une couche d’air, sur une grande étendue, le long d’une couche
adjacente. Parmi les phénomènes très divers qui peuvent provoquer ces mouvements de l’air, on peut citer
les orages, les brises de terre ou de mer, les courants-jets de basse couche, les ondes orographiques et les
systèmes frontaux. Pour comprendre, dans ce contexte particulier, le dénominateur commun qui relie des
phénomènes aussi variés, il convient de préciser le sens de l’expression « cisaillement du vent ». La
définition la plus courante s’énonce comme suit : « changement de vitesse et/ou de direction du vent dans
l’espace, courants ascendants et descendants compris ». Il s’ensuit que tout phénomène atmosphérique ou
tout obstacle physique à la circulation de l’air qui produit un changement dans la direction et/ou la vitesse du
vent provoque effectivement un cisaillement.
1.2
Le cisaillement du vent est toujours présent dans l’atmosphère et sa présence est souvent
visible pour l’observateur. On peut citer à titre d’exemples le déplacement de couches de nuages à différents niveaux, dans différentes directions ; les panaches de fumée cisaillés évoluant dans différentes
directions, à différentes hauteurs ; les débris et /ou gouttelettes d’eau en suspension et en rotation dans les
tourbillons de poussière, relativement inoffensifs, ou dans les trombes d’eau et les tornades, extrêmement
dangereuses ; la limite frontale des tempêtes de poussière ou de sable, qui se dresse comme un mur, ou
encore les arbres qui ploient dans toutes les directions sous les brusques rafales d’une ligne de grains.
Tous ces effets visibles témoignent de la présence universelle du cisaillement du vent et des phénomènes
qui l’engendrent dans l’atmosphère.
1.3
L’importance du cisaillement du vent en aviation s’explique par ses effets sur les performances
des aéronefs, avec les conséquences graves que cela peut avoir sur la sécurité des vols. Bien qu’il puisse être
présent à tous les niveaux de l’atmosphère, c’est lorsqu’il survient au-dessous de 500 m (1 600 ft) que le
phénomène revêt une importance particulière pour les aéronefs qui atterrissent ou qui décollent. Au cours des
phases de montée et d’approche, les valeurs de la vitesse et de la hauteur sont proches du niveau critique, ce
qui rend les aéronefs particulièrement vulnérables aux effets négatifs du cisaillement du vent. Comme on le
constatera dans les chapitres qui suivent, la réaction d’un aéronef au cisaillement du vent est un problème
extrêmement complexe et elle dépend de nombreux facteurs, notamment le type d’aéronef, la phase de vol,
l’étendue du phénomène par rapport aux dimensions de l’aéronef, et enfin son intensité et sa durée.
1.4
Ayant appelé l’attention sur la présence généralisée du cisaillement du vent dans l’atmosphère
et sur les dangers que ce phénomène peut présenter pour l’aviation, il convient de rappeler, pour bien situer
les choses, que sur le nombre élevé d’aéronefs qui décollent et atterrissent dans le monde, très peu
connaissent des difficultés entraînant un accident, et qu’alors, le cisaillement du vent n’est que rarement un
facteur contribuant. Néanmoins, le simple fait que le cisaillement du vent ait déjà le moindrement contribué à
des accidents est une raison suffisante pour que tous ceux qui interviennent dans l’exploitation des aéronefs
soient tenus de comprendre les effets catastrophiques que ce phénomène peut avoir sur les performances
des aéronefs, en particulier dans les phases d’atterrissage et de décollage.
___________________
1-1
Page blanche
Chapitre 2
CARACTÉRISTIQUES DU CISAILLEMENT DU VENT
DANS LES BASSES COUCHES
2.1
LE VENT
2.1.1
La plus simple définition du vent est celle-ci : « mouvement de l’air par rapport à la surface
terrestre ». Selon cette définition, le vent peut souffler librement dans un espace tridimensionnel, ce qu’il fait
effectivement ; puisqu’il est caractérisé à la fois par une vitesse et par une direction, on le considérera
comme un vecteur qu’il est possible de résoudre en trois composantes orthogonales. Par rapport à la terre,
il s’agit des composantes de direction nord/sud, est/ouest et ascendante/descendante. Par rapport à la
trajectoire de vol d’un aéronef, il s’agit des composantes vent debout/vent arrière (longitudinale), vent
traversier de gauche/de droite (latérale) et ascendante/descendante (verticale) (Figure 2-1).
2.1.2
Sauf cas spéciaux, la composante verticale du vent dans l’atmosphère est généralement faible
en comparaison de l’une ou l’autre des composantes horizontales ou de ces deux composantes. Cela est
particulièrement vrai à proximité du sol, où l’air est contraint de se déplacer dans le plan horizontal. Comme
les composantes horizontales sont généralement dominantes, on a tendance à imaginer, quand on parle du
vent, qu’il s’agit d’un mouvement horizontal de l’air, parallèlement à la surface de la terre, et on néglige ainsi
l’élément vertical. Les cas spéciaux évoqués plus haut, où la composante verticale est dominante, sont dus
notamment aux nuages de convection (orages, en particulier), aux ondes orographiques et aux thermiques ;
étant particulièrement liés au cisaillement du vent, les deux premiers de ces phénomènes seront examinés
en détail au Chapitre 3.
2.1.3
Si l’on considère l’effet du vent sur les manœuvres d’atterrissage et de décollage, le choix de la
piste étant tel que l’avion atterrit ou décolle généralement contre le vent, la composante longitudinale a
automatiquement tendance à l’emporter sur la composante latérale. C’est pourquoi on insistera normalement sur les changements de la composante longitudinale du vent (debout/arrière), sauf dans les cas
spéciaux déjà mentionnés où la composante verticale (courant ascendant/descendant) est dominante. De
plus, le calcul du cisaillement du vent au-dessus d’un aéroport doit tenir compte du sens des pistes, ce qui
signifie qu’il faut résoudre tous les vecteurs du cisaillement par rapport aux caps de piste de manière à les
présenter sous forme de composantes vent debout/vent arrière. Dans le cas du cisaillement du vent lié à un
front de rafales, de nombreux systèmes de détection (radar météorologique Doppler de région terminale
[TDWR], système météorologique intégré de région terminale [ITWS] et processeur de système
météorologique [WSP]) ne produisent pas de solution par rapport à des caps de piste. Pour ces systèmes,
la valeur du cisaillement du vent est le gain du front de rafales, qui peut être très différent de l’augmentation
de la vitesse anémométrique rencontrée par un aéronef. Les systèmes de détection du cisaillement du vent
qui donnent un résultat en fonction de caps de piste sont le système avertisseur de cisaillement du vent
dans les basses couches — élargissement du réseau (LLWAS-NE) et le LLWAS — relocalisation et
maintien (LLWAS-RS). Un LLWAS-NE est coïmplanté avec un TDWR et/ou un ITWS ; grâce à des
techniques d’intégration, certaines valeurs de gain du cisaillement du vent sont rapportées à des caps de
pistes et d’autres ne le sont pas.
2-1
26/9/08
o
N 1
2-2
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
2.2
VARIATIONS DU VENT DANS L’ESPACE
2.2.1
Les changements dont fait mention la définition du cisaillement du vent donnée dans le Chapitre 1
sont des changements du vent moyen (ou dominant) d’un point de référence dans l’espace à un autre. Les
fluctuations de courte durée autour d’une direction et/ou d’une vitesse moyennes sont normalement
appelées « variations » par rapport au vent dominant. Ces variations du vent, individuellement au moins,
sont éphémères, un peu dans le genre des tourbillons de turbulence ; ceux-ci supposent bien entendu un
cisaillement du vent, mais comme ils se produisent sur une étendue beaucoup plus faible que les
dimensions d’un avion, ils ont tendance à se manifester simplement sous forme d’agitation de l’air ou de
turbulence. L’étendue du cisaillement du vent par rapport aux dimensions générales de l’avion en cause est
donc d’une importance fondamentale.
2.2.2
Il ressort aussi de ce qui précède que toute turbulence suppose un cisaillement du vent, fût-ce
sur une très faible étendue, mais que tout cisaillement du vent, en particulier sur une grande étendue, ne
suppose pas nécessairement de la turbulence. Le cisaillement du vent n’est pas qu’une forme de turbulence
en ciel clair ; de plus, le cisaillement du vent, sur une étendue telle qu’il affecte les performances d’un avion,
1
n’implique pas automatiquement de la turbulence .
2.3
CALCUL DU CISAILLEMENT DU VENT
2.3.1
Le cisaillement du vent, qui est un changement du vecteur vent d’un point de l’espace à un
autre, est donné par la différence entre les vecteurs vent aux deux points, laquelle est elle-même un vecteur
(ayant à la fois une vitesse et une direction). Pour calculer l’intensité du cisaillement, on divise la valeur de
la différence entre les vecteurs vent aux deux points par la distance entre ces points, en employant des
unités compatibles. On peut calculer le cisaillement sous forme graphique au moyen du triangle des
vitesses, ou en soustrayant l’une de l’autre les composantes des deux vecteurs vent, soit manuellement, soit
a
par ordinateur, soit par la trigonométrie. Considérons par exemple un vent V1 de 240°/15 m/s (30 kt) au
point A à 300 m (1 000 ft) au-dessus du niveau de sol (AGL), qui fait place à un vent V2 de 220°/5 m/s
(10 kt) au point B à 150 m (500 ft) AGL. La Figure 2-2 a) et b) montre le calcul graphique du vecteur
cisaillement du vent, effectué en soustrayant l’un de l’autre les deux vecteurs ( V2 – V1 ) ou ( V1 – V2 ), ainsi
que sa relation avec le vecteur « vent résultant » obtenu en additionnant les deux vecteurs vent ( V1 + V2 ).
La résultante ne peut avoir qu’un seul sens, puisque ( V1 + V2 ) = ( V2 + V1 ), tandis que la différence
vectorielle peut avoir l’un ou l’autre sens (avec la même vitesse), selon celui des deux vents que l’on
soustrait de l’autre. Autrement dit, cela dépend du sens dans lequel l’observateur se déplace, du point A au
point B ou du point B au point A, car ( V2 – V1 ) ≠ ( V1 – V2 ), sauf dans le cas trivial V1 = V2 , où il n’y a pas de
cisaillement.
2.3.2
Le fait que la différence vectorielle, c’est-à-dire le vecteur cisaillement du vent, puisse être
orientée dans un sens ou dans l’autre, selon le sens du changement du vent, est important du point de vue
de son incidence sur les performances d’un avion (voir les détails au Chapitre 4). Au § 2.3.1 on peut voir
aisément que le vecteur cisaillement du vent pour un atterrissage du point A vers le point B serait ( V2 – V1 ),
tandis que ce vecteur serait ( V1 – V2 ) pour un décollage du point B vers le point A, c’est-à-dire que la vitesse
serait la même dans les deux cas mais que le sens serait inversé. La Figure 2-2 illustre le calcul de la
différence vectorielle respectivement sur la base des composantes et par les formules standard. Dans la
pratique, on dispose normalement de tables qui donnent la valeur du cisaillement du vent en tenant compte
des vitesses des deux vents et de l’angle qu’ils forment entre eux, et en les résolvant en composantes le
long des caps de la piste [voir la Figure 2-2 c) et le § 2.1.3, respectivement].
a . Les vecteurs sont indiqués par un V .
21/2/11
o
N 2
Chapitre 2.
Caractéristiques du cisaillement du vent dans les basses couches
2-3
V EW
V NS
V UD
VEW = composante est/ouest
VNS = composante nord/sud
V
VUD = composante ascendante/descendante (verticale)
V = vecteur vent tridimensionnel réel
a) Composantes dans un cadre de référence terrestre
VCROSS
V HT
VUD
V
VCROSS = composante vent traversier (latérale)
VHT = composante vent debout/vent arrière (longitudinale)
VUD = composante ascendante/descendante (verticale)
V = vecteur vent tridimensionnel réel
b) Composantes par rapport à l’orientation de la piste
VCROSS
VUD = O
VCROSS = composante vent traversier (latérale)
VHT = composante vent debout/vent arrière (longitudinale)
V
VUD = composante ascendante/descendante (verticale)
VHT
V = vecteur vent bidimensionnel
c) Composantes par rapport à l’orientation de la piste
lorsque la composante verticale est négligée ou égale à zéro
Figure 2-1.
Composantes du vent selon divers systèmes de coordonnées
26/9/08
o
N 1
2-4
I.
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
Par construction (dessiner à l’échelle et mesurer la grandeur [vitesse] et la direction à l’aide d’une règle et d’un
rapporteur)
Somme des vecteurs (V2 + V1)
(résultante)
Somme des vecteurs ( V1 + V2)
(résultante)
Différence des vecteurs (de A vers B)
(vecteur cisaillement du vent)
(V2 – V1) = 070/21
V2 = 220/10
Différence des vecteurs (de B vers A)
(vecteur cisaillement du vent)
(V1 – V2) = 250/21
V2 = 220/10
V1 = 240/30
a) Du point A au point B
V1 = 240/30
b) Du point B au point A
La méthode graphique la plus simple consiste à tracer les vents sur un diagramme polaire, c’est-à-dire sous la
forme d’un « hodographe » (Figure 3-2).
II.
Par le calcul
a) À partir des composantes :
Composantes est-ouest
Composantes nord-sud
1 000′ sol
Point A, V1 = 240/30
+26
+15
1 500′ sol
Point B, V2 = 220/10
+6,4
+7,7
Note.— Les signes des composantes sont l’inverse des signes trigonométriques conventionnels, la direction
du vent étant la direction d’où le vent souffle.
Différence entre les vecteurs, du point A au point B (p. ex. dans le sens de l’atterrissage) = V2 – V1 .
Composante est-ouest de la différence vectorielle = (6,4 – 26) = –19,6.
Composante nord-sud de la différence vectorielle = (7,7 – 15) = –7,3.
Grandeur (vitesse) de la différence vectorielle = V2 – V1 =
Direction de la différence vectorielle = V2 – V1 = t g−1
( −19,6)2 + ( −7,3)2 = 20,9 = 21 kt .
( −7,3)
= 20° .
( −19,6)
Puisque les deux composantes de la différence vectorielle (cisaillement) sont négatives, l’origine du vecteur
cisaillement du vent est dans le quadrant nord-est, et puisque composante est-ouest $ composante nord-sud,
direction = (090 – 020) = 070E.
Vecteur cisaillement du vent du point A au point B (atterrissage) = 070/21.
Vecteur cisaillement du vent du point B au point A (décollage) = 250/21.
Figure 2-2.
Calcul du cisaillement du vent
Chapitre 2.
b)
Caractéristiques du cisaillement du vent dans les basses couches
2-5
Par le calcul trigonométrique :
B
c
V 2 = 220/10
A
a=
V
ur
ec t e
c is a
i ll
nt
em e
du v
e nt C
b
V 1 = 240/30
20°
A
Dans ce cas, on connaît deux côtés d’un triangle et l’angle qu’ils forment.
Côté « b » = 30, côté « c » = 10 et l’angle entre les vents V1 et V2 = 240° – 220°
A = 20E
En trigonométrie, on a dans un tel triangle
a² = b² + c² – 2bc cos A
(où « a » représente la grandeur de la différence vectorielle [cisaillement]),
ˆ vitesse du cisaillement = « a » = b 2 + c 2 − 2bc cos A
= 900 + 100 − 600 • (0,9397)
= 436,2 = 20,9
= 21 kt .
Les trois côtés du triangle étant maintenant connus (a = 21, b = 30 et c = 10), on peut trouver, comme suit, la
direction du vecteur cisaillement :
b² = a² + c² – 2ac cos B
⎡ a 2 + c 2 − b 2 ⎤ −363
= −0,8684 = 150° .
B = cos −1 ⎢
⎥=
2ac
⎣
⎦ 418
D’après la géométrie du schéma, direction du vecteur cisaillement = (180° – 150° + 40°) = 070° (ou à l’inverse
250°, selon l’ordre de soustraction des vecteurs vent).
Figure 2-2.
Calcul du cisaillement du vent (suite)
2-6
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
2.3.3
Le § 2.3.2 illustre le cisaillement du vent dans le plan vertical tel que le mesurerait un
anémomètre placé à 300 m (1 000 ft) et à 150 m (500 ft) AGL. Le même calcul pourrait être fait pour un
cisaillement du vent dans le plan horizontal, c’est-à-dire si les deux mêmes anémomètres étaient espacés
de 150 m (500 ft) au niveau du sol. Avec les mêmes valeurs du vent (240/30 and 220/10), on obtiendrait
exactement le même vecteur de cisaillement du vent et le sens de ce vecteur dépendrait à nouveau du
déplacement de l’observateur, du point A vers le point B ou du point B vers le point A, comme dans
l’exemple au § 2.3.2.
2.3.4
On ne saurait trop insister sur le fait que le cisaillement du vent est un vecteur et qu’il faut donc
tenir compte de la vitesse et de la direction des deux vents en cause. Il n’est pas possible de calculer le
cisaillement du vent par simple soustraction « scalaire » des vitesses de vent, sauf dans le cas particulier où
les directions des deux vents en cause sont exactement les mêmes ou exactement opposées. Il convient de
mentionner enfin que le « cisaillement scalaire » (c’est-à-dire le cisaillement obtenu par soustraction directe
des vitesses des vents, sans tenir compte de leur direction) est toujours inférieur ou égal au « cisaillement
vectoriel » et que cette méthode de calcul revient donc, dans la plupart des cas, à sous-estimer l’ampleur
réelle du cisaillement.
2.4
UNITÉS DE MESURE POUR LE CISAILLEMENT DU VENT
2.4.1
Dans la Figure 2-2, le cisaillement du vent est de 070°/10,5 m/s (21 kt) entre les points A et B et
de 250°/10,5 m/s (21 kt) entre les points B et A. L’intensité du cisaillement du vent est dans les deux cas
21/5 = 2,1 m/s par 30 m (1,05 m/s par 100 ft). L’intensité du cisaillement du vent s’exprime couramment en
kt par 100 ft, ou en kilomètre/heure (km/h) par 30 m, ou encore en mètres/seconde (m/s) par 30 m car, pour
le personnel aéronautique, ces unités sont commodes et faciles à comprendre. Dans le cas d’aéronefs qui
atterrissent ou décollent en un lieu où la pente de descente ou de montée au décollage correspond à un
angle déterminé (p. ex. angle de descente de 3°), la vitesse sol (GS) de l’avion étant connue et relativement
constante, il est possible de convertir les nœuds (kt) par 100 ft ou les m/s par 30 m en kt/s ou en m/s par s,
ce qui donne l’intensité du cisaillement en unités d’accélération (c’est-à-dire sous forme de variation de la
2
vitesse dans le temps), ce qui est particulièrement utile pour les pilotes (Figure 4-5) .
2.4.2
D’autres unités de mesure du cisaillement du vent, que les chercheurs emploient souvent et que
l’on rencontre donc dans les rapports de recherches et les publications scientifiques, peuvent être obtenues
comme suit, par analyse dimensionnelle :
Cisaillement du vent = (p. ex.) kt par 100 ft, c’est-à-dire :
unités de vitesse
L /T 1
=
=
unités de distance
L
T
où
L = longueur
T = temps.
De sorte que le cisaillement peut par exemple être exprimé en s–1. En langage scientifique, la « s–1 » est
effectivement l’unité qui convient pour la mesure du cisaillement du vent ; dans la pratique, cependant, elle
est difficile à interpréter et elle n’est pas particulièrement utile dans le domaine de l’exploitation aéronautique.
2.4.3
En résumé, si l’on applique les trois façons d’exprimer l’intensité du cisaillement du vent, dont il
a été question aux § 2.4.1 et 2.4.2, à l’exemple de la Figure 2-2, dans le cas d’un vent qui passe de V1
au point A à V2 au point B (p. ex. l’atterrissage), le vecteur cisaillement entre les points A et B est de
070°/10,5 m/s (21 kt) sur 150 m (500 ft), et par conséquent :
a)
21/2/11
o
N 2
l’intensité en m/s par 30 m = 2,1 m/s par 30 m ou en kt/100 ft = 4,2 kt/100 ft ;
Chapitre 2.
Caractéristiques du cisaillement du vent dans les basses couches
2-7
b)
la même intensité en unités scientifiques = 0,07 m/s ; et
c)
dans la mesure où elle risque d’affecter un aéronef à l’atterrissage en km/h par s (kt/s)
(c.-à-d. l’accélération) pour un angle de pente de 3° et une vitesse sol de 300 km/h
(150 kt) (c.-à-d. un taux de descente de 3,9 m/s (13 ft/s) = 1,09 km/h par s (0,546 kt/s) ou
0,025 g, où g = l’accélération causée par la gravité. Il faudrait calculer les valeurs réelles
des composantes du vent debout/vent arrière par la résolution de la différence des
vecteurs le long des caps de piste.
2.4.4
Il convient de noter ici que le cisaillement du vent dont il a été question jusqu’ici se produit en
atmosphère libre et qu’il existe indépendamment de la présence d’un aéronef. En fait, les météorologues
utilisent les cisaillements de ce type lorsqu’ils tracent des hodographes ou calculent le vent thermique. Dans
ces cas-là, on calcule le cisaillement entre des vents qui soufflent à deux niveaux de l’atmosphère en
soustrayant le vecteur vent au niveau inférieur du vecteur vent au niveau supérieur, c’est-à-dire ( V1 – V2 )
dans l’exemple donné au § 2.3.1. Lorsque nous arriverons au Chapitre 4 et examinerons l’effet du
cisaillement sur les performances d’un aéronef, la direction du vecteur cisaillement par rapport à la
trajectoire de vol de l’aéronef prendra de l’importance. En particulier, il faut résoudre le vecteur vent le long
des caps de piste, comme indiqué au § 2.4.3, alinéa c), pour prendre en compte la trajectoire de vol de
l’aéronef au décollage et à l’atterrissage.
2.5
LIMITES DE L’APPLICATION PRATIQUE DES MÉTHODES
DE CALCUL DU CISAILLEMENT DU VENT
2.5.1
Les méthodes de calcul du cisaillement du vent exposées dans le § 2.3 ne peuvent évidemment
être utilisées que si l’on dispose de renseignements sur le vent en deux points de l’espace, par exemple un
compte rendu d’aéronef en descente, une observation de radiosondage – radiovent ou les données de deux
anémomètres placés à différents niveaux sur un mât ou espacés le long d’une piste. Cela restreint
considérablement l’utilité pratique de ces méthodes, car on ne disposera généralement pas de renseignements sur les vents aux points particulièrement intéressants. Il existe deux autres limitations, d’ordre
opérationnel, dont il faut avoir conscience. En calculant le cisaillement du vent à partir de deux vents mesurés
en des points séparés par une distance donnée, on obtient simplement le cisaillement global entre ces deux
points. Cela n’indique pas si le taux de cisaillement est linéaire ou, tout au moins, progressif entre les points
considérés, ou s’il se produit essentiellement sur une courte distance entre les deux points. Autrement dit,
le calcul ne révèle pas nécessairement le cisaillement maximal dans la couche, qui est pourtant l’information
dont le pilote a besoin. La Figure 2-3 illustre ce problème en reprenant l’exemple de la Figure 2-2.
2.5.2
Dans le cas 1 de la Figure 2-3, le cisaillement qui se produit entre 300 m (1 000 ft) et 150 m
(500 ft) est approximativement linéaire et le cisaillement global calculé de 10,5 m/s (21 kt) au taux de
2,1 m/s par 30 m (1,05 m/s/100 ft) (sur la base des deux seuls vents connus, aux points A et B), reflète fort
bien les conditions réelles. Il n’en est pas de même dans les cas 2 et 3 où, même si le calcul donne toujours
10,5 m/s (21 kt) ou 2,1 m/s par 30 m (1,05 m/s/100 ft), le cisaillement est en réalité concentré sur 60 m
(200 ft), avec un cisaillement insoupçonné, qui dépasse de loin 2,1 m/s par 30 m (4,2 kt/100 ft) et atteint,
dans les exemples donnés, un maximum de 5,25 m/s par 30 m (10,5 kt/100 ft). Dans la pratique, on
constate cependant que le cisaillement linéaire ou tout au moins progressif dans les basses couches est le
cas le plus typique, tandis que le cisaillement non linéaire est l’exception qui se produit dans certaines
conditions (voir § 3.1.5).
2.5.3
La seconde limitation concerne le calcul du cisaillement sur la base des vents observés par une
3
sonde radiovent ou un ballon-pilote . Il faut noter à ce propos que ces vents représentent déjà des vents
moyens pour des couches successives de l’atmosphère, les vents à des niveaux particuliers étant obtenus
par interpolation4, et l’on n’obtient donc pas le cisaillement réel entre deux niveaux donnés.
21/2/11
o
N 2
2-8
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
Point A
1 000′
AGL
240/30
900′
237/27
800′
234/23
230/20
A
Cisaillement global
= 21 kt
(4,2 kt/100′)
240/30
900′
240/30
800′
240/30
700′
240/30
700′
227/17
600′
224/14
600′
230/20
220/10
B
220/10
Point B
500′
AGL
Cas 1
(Linéaire)
A
Cisaillement global
= 21 kt
(4,2 kt/100′)
Cisaillement local
(700′ – 500′)
= 21 kt
(10,5 kt/100′)
Cas 2
(Non linéaire)
Figure 2-3.
240/30
900′
230/20
800′
220/10
700′
220/10
600′
220/10
B
220/10
Cas 3
(Non linéaire)
Cisaillement du vent linéaire et non linéaire
— — — — — — — —
Cisaillement
local
(1 000′ – 800′)
= 21 kt
(10,5 kt/100′)
Cisaillement
global
= 21 kt
(4,2 kt/100′)
Chapitre 2.
Caractéristiques du cisaillement du vent dans les basses couches
2-9
Références
1. Melvin, 1975: The dynamic effect of wind shear, Pilot Safety Exchange Bulletin, Flight Safety Foundation Inc.,
Arlington, VA.
2. Carter, 1977: Aerospace Safety.
3. Jasperson, 1982: The limiting accuracy of wind profiles obtained by tracking rising balloons, Journal of Applied
Meteorology.
4. World Meteorological Organization Compendium of lecture notes, 1971: Determination of upper winds at specified
levels, WMO No. 291.
___________________
Page blanche
Chapitre 3
CONDITIONS ET PHÉNOMÈNES MÉTÉOROLOGIQUES
QUI CAUSENT UN CISAILLEMENT DU VENT
DANS LES BASSES COUCHES
3.1
PROFIL DU VENT DANS LES COUCHES INFÉRIEURES
DE L’ATMOSPHÈRE
GÉNÉRALITÉS
3.1.1
Il est notoire que, indépendamment de l’influence des facteurs météorologiques (MET)
particuliers qui causent un cisaillement du vent, ce phénomène est toujours présent dans l’atmosphère,
sans qu’il en résulte toutefois, normalement, des difficultés pour les pilotes. On le constate en particulier
dans la couche située au-dessous de 600 m (2 000 ft), où la traînée due au frottement qui s’exerce sur la
masse d’air la plus rapprochée de la surface terrestre entraîne des changements dans la vitesse et la
direction du vent avec la hauteur. On désigne généralement cette couche par l’expression « couche de
frottement ». Celle-ci peut être subdivisée comme suit :
a)
la « couche limite de surface », comprise entre la surface terrestre et une hauteur
d’environ 100 m (330 ft), dans laquelle le déplacement de l’air est contrôlé surtout par le
frottement avec la surface (terrestre) ;
b)
la « couche d’Ekman » , qui s’étend à partir d’une hauteur d’environ 100 m (330 ft) jusqu’à
une hauteur d’au moins 600 m (2 000 ft) ; dans cette couche, l’effet de frottement est
toujours significatif, mais il diminue progressivement à mesure que la hauteur augmente,
tandis que d’autres facteurs déterminants, notamment la force de Coriolis et la force du
gradient de pression horizontal, prennent de plus en plus d’importance.
a
3.1.2
Dans la couche de frottement, la vitesse du vent a tendance à augmenter partout avec la
hauteur, le changement le plus important se produisant immédiatement au-dessus de la surface terrestre,
dans la couche de surface. Dans celle-ci, la direction du vent a tendance à rester constante avec la hauteur,
tandis que dans la couche d’Ekman, elle a tendance à devenir dextrogyre dans l’hémisphère nord et
lévogyre dans l’hémisphère sud.
LA COUCHE LIMITE DE SURFACE
3.1.3
Dans la plus basse couche de l’atmosphère, au-dessous d’une hauteur d’environ 100 m (330 ft),
la direction du vent est à peu près constante avec la hauteur, tandis que l’on constate que sa vitesse
1
augmente avec la hauteur, la variation la plus rapide se produisant immédiatement au-dessus de la surface .
On rencontre certaines difficultés lorsqu’il s’agit d’établir, à partir des principes physiques, une relation
a.
V. Walfrid Ekman (1874-1954), physicien en océanographie suédois, connu pour ses études sur les courants des océans.
3-1
3-2
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
théorique entre la vitesse du vent et la hauteur dans la couche de surface, dans toutes les conditions
possibles de stabilité2. Il est cependant relativement simple de calculer cette relation dans l’état particulier
« d’équilibre indifférent » (c’est-à-dire lorsque l’atmosphère n’est ni stable, ni instable), état dans lequel le
gradient adiabatique réel est censé être égal au gradient adiabatique sec dans l’air non saturé, et égal au
gradient adiabatique saturé dans l’air saturé (le mouvement vertical dû aux forces ascensionnelles étant peu
important si on le compare au mouvement horizontal). Ces conditions sont approximativement remplies
dans la couche limite de surface si les vents sont suffisamment forts pour assurer un mélange turbulent. Par
vent très faible, et surtout dans des conditions de vent calme avec des inversions marquées dans les
basses couches, il ne s’établit pas de couche en état d’équilibre indifférent et la théorie ne s’applique pas.
Si l’on suppose que l’atmosphère présente un état d’équilibre indifférent dans la couche limite de surface,
la variation théorique de la vitesse du vent avec la hauteur est donnée par l’équation :
u=
u*
u
u*
k
zo
=
=
=
=
k
ln
z
zo
où
la vitesse du vent à la hauteur z,
la « vitesse de frottement »,
la constante de von Karmanb, (environ 0,38),
le degré de rugosité qui dépend de la nature (rugosité aérodynamique) de la surface en
cause.
Cette équation, dite « équation de Prandtl »c, permet d’obtenir le profil logarithmique des vitesses du vent.
3.1.4
L’équation de Prandtl permet d’obtenir le profil des vitesses du vent que l’on observe dans la
couche limite de surface tant que l’état d’équilibre indifférent existe. Si la couche limite de surface est
instable, la variation de vitesse du vent avec la hauteur sera plus faible que prévu selon l’équation
ci-dessus ; si les conditions sont stables, par contre, la variation sera plus forte que prévu [Figure 3-1 a)]3.
3.1.5
Un cas extrême relevant de la seconde situation, susceptible de toucher l’ensemble de la
couche de frottement, est celui qui se produit lorsque la stabilité est tellement marquée, par exemple du
fait de la formation d’une forte inversion par rayonnement en basse couche au cours de la nuit, qu’elle
a pour effet d’interrompre le mélange turbulent et le transfert de mouvement provenant de l’écoulement
d’air de grande amplitude au-dessus de l’inversion. Les vents de surface deviennent alors faibles ou
calmes, et comme l’air qui s’écoule au sommet de l’inversion est pratiquement à l’abri des effets retardateurs du frottement à la surface, un maximum de vitesse du vent se développe au sommet de l’inversion
4,5
[Figure 3-1 b)] . Dans certains cas, par exemple, si l’air qui s’écoule à travers de larges plaines est dévié
par une chaîne de montagnes, le vent maximal est concentré en une bande relativement étroite,
ressemblant à un « courant-jet ». Ces vents maximaux sont couramment appelés « courants-jets de basse
couche » ; comme la vitesse maximale peut dépasser 30 m/s (60 kt), cette appellation semble appropriée.
Ce terme a été employé pour la première fois pour décrire les maximums de vent en basse couche du type
« jet » que l’on rencontre fréquemment au-dessus des grandes plaines des États-Unis ; des cas analogues
ont été signalés dans d’autres régions des États-Unis, ainsi qu’en Scandinavie et le long de la côte orientale
d’Arabie saoudite. En pareil cas, le cisaillement qui se produit au-dessous du jet peut être important, et il est
6
proportionnel à l’ampleur de l’inversion . Comme c’est généralement au-dessous de 500 m (1 600 ft) que se
situe le niveau du vent maximal, ce cas présente un intérêt considérable en aviation.
b.
c.
Theodore von Karman (1881-1963), ingénieur hongrois connu pour l’application des mathématiques et de la physique à
l’aéronautique.
Ludwig Prandtl (1875-1953), physicien allemand qui a fait une contribution fondamentale à l’aérodynamique.
21/2/11
o
N 2
Chapitre 3. Conditions et phénomènes météorologiques qui causent
un cisaillement du vent dans les basses couches
150
3-3
500
u* = 0,5 m/s
z o = 0,01 m
120
400
90
60
30
Latéral
300
Altitude – ft
Altitude – m
Équilibre
indifférent
Stable
Instable
200
100
Longitudinal
0
Figure 3-1.
0
0
10
20
30
40
0
10
20
30
Vitesse du vent – kt
Vitesse du vent – kt
a) vents en atmosphère stable, instable
et en état d’équilibre indifférent
b) Vents en atmosphère très stable
(« jet » de basse couche)
40
Profils du vent en fonction des effets dans la couche limite atmosphérique
(d’après Ellis et Keenan, 1978)
3.1.6
La loi logarithmique du vent n’a pas qu’un intérêt purement théorique : elle permet aussi
d’établir un modèle de cisaillement du vent destiné à être utilisé pour l’homologation, sur simulateur, de
systèmes d’atterrissage automatiqued, ainsi que pour la formation des pilotes. Il faut souligner, cependant,
que dans tous les cas où ce modèle est utilisé dans un simulateur, la variation du cisaillement du vent avec
la hauteur sera progressive et continue ; dans les atterrissages simulés face à un vent debout de surface, le
vent debout diminue toujours au cours de la descente, tandis que lors des décollages simulés face à un vent
debout de surface, le vent debout augmente toujours avec la hauteur ; par définition, il n’y aura jamais de
changement de direction du vent à l’intérieur de la couche. Néanmoins, même si l’on tient compte de ces
limitations, le modèle représente bien les conditions « moyennes » que le pilote a le plus de chances de
rencontrer dans les couches les plus basses de l’atmosphère, au-dessous de 100 m (330 ft). Dans le profil
logarithmique, le cisaillement du vent est maximal au-dessous de 30 m (100 ft) et il diminue avec la hauteur ;
l’intensité du cisaillement peut dépasser 2,5 m/s par 30 m (5 kt/100 ft) dans les 15 premiers mètres (50 ft) et
tomber à moins de 0,5 m/s par 30 m (1 kt/100 ft) au-dessus de 100 m (330 ft). Le Chapitre 6 traite de la
mise au point de modèles de simulateur basés sur des cisaillements du vent de caractère plus anormal.
d.
Voir le Manuel de navigabilité (Doc 9760), Volume II, Partie A, Appendice L au Chapitre 4.
21/2/11
o
N 2
3-4
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
LA COUCHE D’EKMAN
3.1.7
Au-dessus de la couche limite de surface, à partir d’une hauteur d’environ 100 m (330 ft) jusqu’à
environ 600 m (2 000 ft), l’effet du frottement sur le vent diminue rapidement avec la hauteur ; la force du
gradient de pression horizontal et la force de Coriolis deviennent de plus en plus dominantes. Comme dans
le cas de la couche limite de surface, la vitesse du vent augmente avec la hauteur entre 100 m (330 ft) et
600 m (2 000 ft), en même temps que l’effet de frottement diminue. Cependant, la direction du vent ne
demeure pas constante avec la hauteur, comme on l’avait admis dans le cas de la couche limite de surface :
dans la couche d’Ekman, en effet, le vent devient dextrogyre avec la hauteur, dans l’hémisphère nord, et
lévogyre dans l’hémisphère sud.
3.1.8
La théorie permettant d’expliquer ces effets mathématiquement, qu’Ekman fut le premier à
élaborer, peut être appliquée à la couche de l’atmosphère comprise entre environ 100 m (330 ft) et environ
600 m (2 000 ft), que l’on a donc appelée la couche d’Ekman. Appliquée à l’atmosphère, l’équation d’Ekman
7
peut s’écrire de la façon suivante :
u = Vg - Vg
π
⎛
⎞
2 sin a e -Bz cos ⎜ Bz + − a ⎟
4
⎝
⎠
et
v = Vg
π
⎛
⎞
2 sin a e - Bz sin ⎜ Bz + − a ⎟
4
⎝
⎠
où
u et v
Vg
a
=
=
=
B
=
les composantes horizontales du vent à la hauteur z,
le vent géostrophique,
l’angle entre le vent réel au niveau de l’anémomètre et le vent géostrophique (voir
§ 3.1.10),
une constante faisant intervenir les paramètres de viscosité et de Coriolis.
3.1.9
Dans toute la couche d’Ekman, un équilibre s’établit entre la force de frottement, la force du
gradient de pression horizontal et la force de Coriolis. Au bas de la couche d’Ekman, les trois forces sont du
même ordre de grandeur et l’équilibre est réalisé par le vent qui souffle perpendiculairement aux isobares,
en direction de la zone de plus basse pression. L’angle de ce flux transisobares décroît de façon
exponentielle avec la hauteur à mesure que l’effet de frottement diminue, jusqu’à un niveau où l’effet de
frottement devient négligeable, où un équilibre s’établit entre la force du gradient de pression horizontal et la
force de Coriolis et où le vent souffle parallèlement aux isobares.
3.1.10
Le niveau auquel le vent souffle le long des isobares correspond au « niveau du vent
géostrophique » ou simplement au « sommet de la couche de frottement ». À ce niveau et plus haut, les
vents calculés selon la théorie d’Ekman sont très proches du vent géostrophique. D’après cette théorie,
l’angle du flux transisobares dans la couche d’Ekman atteint un maximum de 45° à la surface ou juste audessus, et il décroît de façon exponentielle au-dessus d’environ 100 m (330 ft), jusqu’à 0° au sommet de la
couche de frottement. Si l’on représente par un hodographe les vents calculés dans la couche d’Ekman, les
extrémités des vecteurs vent décrivent une spirale équiangle dite spirale d’Ekman (Figure 3-2).
3.1.11
En pratique, on constate dans l’atmosphère que la vitesse du vent augmente généralement
avec la hauteur dans la couche d’Ekman, que le vent souffle en coupant les isobares selon un certain angle,
Chapitre 3. Conditions et phénomènes météorologiques qui causent
un cisaillement du vent dans les basses couches
100 m
70 m
3-5
150 m
200 m
40 m
300 m
10 m
400 m
500 m
Figure 3-2.
Spirale d’Ekman
que cet angle décroît avec la hauteur, et qu’avec la hauteur le vent devient dextrogyre dans l’hémisphère
nord et lévogyre dans l’hémisphère sud. Cependant, la spirale idéale que montre la Figure 3-2 est rarement
réalisée ; en dehors des régions équatoriales où la force de Coriolis est quasi-nulle et où le vent peut
souffler selon pratiquement n’importe quel angle par rapport aux isobares, l’angle sous lequel le vent coupe
les isobares dépasse rarement 30°. En combinant le profil logarithmique des vents et le profil d’Ekman, on
obtient une représentation adéquate du cisaillement du vent « normal » (abstraction faite de l’influence de
phénomènes météorologiques particuliers qui provoquent le cisaillement du vent) entre la surface et une
hauteur d’environ 600 m (2 000 ft).
3.1.12
Les travaux poussés entrepris pour mettre au point des systèmes intégrés d’observation du vent
aux aérodromes, tels que les systèmes météorologiques intégrés de région terminale (ITWS), qui sont
décrits au § 5.1.36 et suivants, et les profileurs de vent employés pour appuyer le système d’espacement
des aéronefs en fonction des tourbillons de sillage (AVOSS) de la FAA et de la NASA, décrit au § 3.8.3, ont
permis de recueillir une somme importante de données sur les profils du vent dans la couche d’Ekman ainsi
que sur le cisaillement du vent qui y est associé.
3.1.13
Ces profils du vent présentent plus qu’un simple intérêt théorique pour les aérodromes étant
donné que les contrôleurs de la circulation aérienne (ATCO) souhaitent utiliser de plus en plus les données
sur la structure détaillée du vent jusqu’à une hauteur de 600 m (2 000 ft) pour accroître l’efficacité des
8
aérodromes en augmentant le taux d’acceptation des avions. Des études démontrent que le fait de
permettre à quelques aéronefs supplémentaires de se poser toutes les heures aux aéroports engorgés peut
se traduire par des gains de taille (de l’ordre d’environ 17 millions de dollars, à l’aéroport de Dallas/Fort
Worth, grâce aux produits servant à mesurer le vent, et de 27 millions de dollars à l’aéroport international
John F. Kennedy [JFK] à New York). Même si de forts cisaillements du vent n’ont pas été détectés (p. ex.,
des cisaillements qui ne présentent pas un profil de convection), un cisaillement au profil plus prononcé
exige que les pilotes fassent particulièrement attention à leur vitesse d’approche pour éviter des ratés
inutiles et les coûts qu’ils entraînent.
21/2/11
o
N 2
3-6
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
MODÈLES DE PROFILS DU VENT APPLICABLES À UNE
ATMOSPHÈRE EN ÉTAT D’ÉQUILIBRE NON INDIFFÉRENT
3.1.14
D’autres modèles représentant les profils du vent atmosphérique dans une atmosphère en état
d’équilibre non indifférent ont été établis empiriquement9,10,11. Le plus connu est la « loi de la puissance » qui
établit, au moyen d’un paramètre de stabilité, une relation entre les vitesses du vent à deux niveaux de
l’atmosphère, comme suit :
⎡z⎤
u = u1 ⎢ ⎥
⎣ z1 ⎦
γ
où
u, u1 = les vitesses du vent respectivement aux hauteurs z et z1,
γ
= un paramètre qui dépend de la stabilité, de la rugosité aérodynamique de la surface et
de la hauteur, dont la valeur est fixée empiriquement entre 0 et +1.
La « loi de la puissance » est généralement appliquée dans des conditions adiabatiques, avec des vitesses
de vent élevées dans la couche comprise entre 10 m et 200 m.
3.2
CIRCULATION DU VENT AUTOUR DES OBSTACLES
3.2.1
La combinaison de forts vents de surface et d’obstacles au vent dominant situés en aval de la
trajectoire d’approche ou de départ, comme de grands bâtiments, des collines de faible hauteur ou des rideaux
d’arbres élevés, peut créer des aires localisées de cisaillement du vent en basses couches. Dans de tels cas,
le cisaillement est généralement accompagné de turbulence en air clair (CAT). L’effet des obstacles sur le vent
dominant dépend de plusieurs facteurs, dont les plus importants sont la vitesse du vent et son orientation par
rapport à l’obstacle, ainsi que les dimensions de l’obstacle par rapport à celles de la piste.
3.2.2
Le cisaillement du vent de ce type, rencontré le plus fréquemment, surtout sur de petits
aérodromes, est celui que cause la présence de grands bâtiments situés à proximité d’une piste. Même si
des limites sont imposées à la hauteur des bâtiments en fonction de la distance qui les sépare du bord de la
bande de piste, afin qu’ils ne constituent pas un obstacle pour les avions, les dimensions latérales de ces
bâtiments sont souvent assez grandes et, pour diverses raisons, ils sont souvent groupés dans une même
zone. Ainsi, même s’ils sont relativement peu élevés, ces bâtiments (hangars, réservoirs de carburant, etc.)
opposent une barrière large et compacte au vent dominant de surface. Le vent est ainsi détourné et il circule
autour des bâtiments et au-dessus de ceux-ci [Figure 3-3 a)], ce qui a pour effet de faire varier le vent de
surface le long de la piste. Ce cisaillement horizontal du vent, normalement très localisé, de faible épaisseur
et turbulent, qui peut survenir dans ces conditions est celui qui préoccupe le plus les pilotes d’avions légers
qui utilisent les petits aérodromes ; on sait, toutefois, qu’il a déjà affecté également des avions de plus fort
12
tonnage .
3.2.3
Parfois, les aérodromes sont littéralement encastrés dans de grandes forêts, et la piste se
trouve en fait dans un « tunnel » d’arbres. Même si la limite des arbres se trouve au-delà de la bande de
piste et ne constitue donc pas un obstacle pour les avions, comme la hauteur de la forêt ou la voûte des
plantations peut atteindre 30 m (100 ft), il est fréquent qu’il n’existe que peu de rapport, voire aucun, entre le
vent de surface qui souffle le long de la piste et le vent dominant qui souffle au-dessus de la voûte de
verdure. Le plus souvent, le vent de surface est léger et variable, ou bien calme, indépendamment du vent
dominant [Figure 3-3 b)].
21/2/11
o
N 2
Chapitre 3. Conditions et phénomènes météorologiques qui causent
un cisaillement du vent dans les basses couches
3-7
3.2.4
Un cas d’un intérêt plus général est celui des pistes que l’on a dû construire dans une vallée
étroite ou le long d’une chaîne de collines. En pareil cas, l’obstacle est d’une telle étendue qu’il peut affecter
la circulation du vent dans les basses couches sur une vaste région. Si une chaîne de collines peu élevées
s’étend le long d’une piste, sa hauteur ne sera peut-être pas suffisante pour dévier le vent, mais comme
celui-ci est forcé de s’écouler par-dessus le relief, il acquiert une composante verticale (vers le bas), qui,
selon la proximité des collines par rapport à la piste, pourra causer localement, le long de celle-ci, des
courants rabattants à faible altitude [Figure 3-3 c)]. Si les collines ou les montagnes sont suffisamment
hautes pour dévier le vent dans les basses couches, le vent de surface pourra être canalisé le long de la
piste [Figure 3-3 d)]. Dans le cas particulier où des collines s’élèvent des deux côtés de la piste,
e
l’écoulement d’air ainsi canalisé pourra produire un effet de type Venturi , ce qui se traduira par une
13
accélération de vitesse du vent de surface .
Vent soufflant
au-dessus des
arbres
e
alm
ce c
a
f
r
su
t de
Ven
a)
b)
Vent dom
inant
c)
Figure 3-3.
e.
d)
Écoulement du vent autour des obstacles
Giovanni Venturi (1746-1822), physicien italien qui a fait un apport important à la dynamique des fluides, notamment en mettant au
point le « tube de Venturi ».
21/2/11
o
N 2
3-8
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
3.2.5
De forts vents de surface aux aérodromes où aucun obstacle important ne s’oppose à
l’écoulement du vent, peuvent aussi causer une augmentation du cisaillement du vent. En effet, dans les
couches atmosphériques les plus proches du sol, un vent fort accroît la turbulence mécanique, ce qui
produit un transfert de quantité de mouvement dans toute la couche ; le cisaillement du vent sera réduit à
proximité du sol, mais accru proportionnellement aux niveaux plus élevés de la couche limite de surface.
3.2.6
Le cisaillement du vent décrit aux § 3.2.1 à 3.2.4 est dû aux effets mécaniques créés par des
obstacles qui s’opposent au vent dominant. Dans certains cas, en plus des effets mécaniques, les
propriétés thermodynamiques de l’atmosphère peuvent agir sur l’air qui s’écoule autour des obstacles,
créant ainsi des conditions spéciales de cisaillement du vent.
3.2.7
Le cas le plus courant est celui du vent « catabatique » qui se manifeste la nuit sur un terrain en
pente, alors qu’il n’y a pas de nuages et qu’il existe un faible gradient de pression — en particulier
anticyclonique. Le vent se forme du fait de l’écoulement par gravité, vers le bas de la pente, de l’air plus
froid et plus dense qui est au contact de la pente, sous l’air plus chaud et plus léger qui se trouve au même
niveau mais à une certaine distance de la surface de la pente. Il se produit alors un cisaillement du vent et
une turbulence en basses couches le long du bord antérieur et du sommet de la masse d’air froide tandis
qu’elle descend la pente ; ces phénomènes se manifestent parfois brusquement, ressemblant alors à un
faible front de rafales (voir § 3.5.8 à 3.5.10). L’air froid et dense s’amasse en nappe au fond de la vallée,
formant une inversion de température à proximité du sol. Si l’inversion à la surface est suffisamment forte,
les vents dominants au-dessus de la surface pourront glisser par-dessus cette nappe d’air froid. Il en
résultera un cisaillement du vent à une certaine hauteur au-dessus du niveau du sol, à la limite supérieure
de l’inversion. Ce phénomène peut se produire à différentes échelles et sous différentes formes depuis la
« brise de vallée », qui se manifeste à très petite échelle, jusqu’à des vents comme les vents des fjords de
Norvège, le « mistral » du sud de la France, le « bora » de l’Adriatique et les forts vents, à l’échelle
14
continentale, soufflant du Groenland et de l’Antarctique . La formation de ces phénomènes à grande échelle
exige normalement l’intervention d’autres facteurs qui s’ajoutent à l’effet catabatique, par exemple une
masse d’air d’un froid intense en des points élevés ou une orientation optimale des isobares et donc du
vent dominant ; dans le cas du mistral, le vent froid qui descend du nord-ouest peut atteindre des vitesses
de 35 m/s (70 kt) ou plus par suite de l’effet Venturi produit par la vallée du Rhône.
3.2.8
Le cas simple d’un vent de surface contraint de franchir une chaîne de collines peu élevées à
proximité d’une piste a été mentionné au § 3.2.4. À plus grande échelle, si le vent doit franchir une chaîne
de montagnes, il peut se former, en fonction de la vitesse et de la stabilité d’écoulement de l’air, une série
15
d’ondes stationnaires sur le versant sous le vent . Certaines chaînes montagneuses présentant des caractéristiques particulières (en particulier un versant abrupt sous le vent), avec des conditions météorologiques
favorables, comme les Montagnes Rocheuses aux États-Unis, sont connues pour les ondes sous le vent
marquées qu’elles produisent. Les conditions météorologiques les plus favorables à la formation d’ondes
sous le vent sont notamment :
a)
une couche d’air stable prise en « sandwich » entre deux couches moins stables, l’une à
proximité du sol et l’autre à un niveau plus élevé ;
b)
un vent de plus de 7,5 m/s (15 kt) soufflant transversalement à la crête, à moins de 30° de
la perpendiculaire ;
c)
un cisaillement directionnel du vent faible ou nul dans la couche stable ;
d)
une différence de pression au niveau de la mer, perpendiculairement à la barrière
montagneuse.
3.2.9
Si les ondes sous le vent qui se développent sont d’une amplitude suffisante, un « tourbillon
d’aval » peut se former sous une crête d’onde. Dans des conditions extrêmes, ce tourbillon pourra parvenir
21/2/11
o
N 2
Chapitre 3. Conditions et phénomènes météorologiques qui causent
un cisaillement du vent dans les basses couches
3-9
au niveau du sol et inverser le sens du vent de surface dominant (Figure 3-4). Dans de telles conditions
extrêmes, on a vu des cas où les rafales produites à la surface par le tourbillon d’aval dépassaient 50 m/s
(100 kt), par exemple lors de « tempêtes de vent » près de Boulder, Colorado 16 . On ne comprend pas
encore parfaitement les facteurs qui conditionnent l’apparition de telles conditions, mais il a été avancé que
certaines formes de résonance naturelle et d’amplification pouvaient jouer un rôle déterminant. Lorsque l’air
qui s’écoule est suffisamment humide, un « nuage de tourbillon d’aval » très turbulent se forme dans les
parties supérieures du tourbillon fermé. Ces systèmes d’ondes stationnaires produisent des rabattants
marqués le long de la crête des montagnes ainsi que des courants descendants de moindre intensité à une
assez grande distance du flanc montagneux, dans les ondes secondaires et tertiaires des séries qui se
forment du côté sous le vent.
3.2.10
Un autre effet qui peut se produire lorsque le vent est contraint de franchir une chaîne de
montagnes est le « fœhn » qui souffle en descendant le versant sous le vent des montagnes (c’est
le « Chinook » de l’Ouest canadien et le « Santa Ana » de Californie, États-Unis). Dans la plupart des cas,
ce phénomène ne se produira que si la veine d’air contrainte de franchir les montagnes est suffisamment
humide pour que des nuages et des précipitations se forment le long des pentes situées au vent. L’air
ascendant se refroidit alors selon le gradient adiabatique saturé et, pourvu que l’eau soit éliminée par
précipitation sur les pentes au vent, le réchauffement adiabatique qui se produit lorsque l’air descend le
versant sous le vent s’effectue en grande partie selon le gradient adiabatique sec. Lorsque l’air atteint le sol,
c’est donc sous la forme d’un vent notablement sec et chaud. Le fœhn peut se mettre à souffler très
brusquement, en produisant de fortes rafales aux aérodromes situés sur son passage. S’il existe une forte
inversion de température à proximité du sol, le fœhn glisse au sommet de l’inversion, ce qui produit un
cisaillement du vent le long de la zone d’inversion, à une hauteur comprise entre 100 et 500 m (330 et 1 600 ft)
au-dessus du niveau du sol. Il arrive aussi que le fœhn se mette à souffler sans être accompagné de
précipitations du côté au vent de la chaîne de montagnes. On considère alors que le vent sec et chaud qui
descend la pente sous le vent vient de plus haut que la ligne de crête, peut-être à cause de la formation
d’une onde stationnaire sous le vent, comme on l’a vu aux § 3.2.8 et 3.2.9.
Vent dominant de l’ouest
contraint de franchir la
chaîne de montagnes
Crête
d’onde
Tourbillon
d’aval
n té e
e orie d
n
î
a
Ch o rd-s u
n
Vent d’est
à la surface
Figure 3-4.
Ondes sous le vent
21/2/11
o
N 2
3-10
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
3.2.11
Dans ce même domaine des ondes atmosphériques, on peut mentionner ici un autre type d’onde
que l’on rencontre dans certaines parties du monde ; il ne s’agit pas cette fois d’ondes stationnaires mais d’une
onde qui se propage à la façon d’une onde de gravité dans les basses couches de l’atmosphère, surtout au
début de la matinée. Ce phénomène atmosphérique est connu sous le nom d’« onde solitaire ». C’est dans le
Golfe de Carpentaria, au nord de l’Australie, qu’on l’observe le plus fréquemment, associé à de spectaculaires
formations nuageuses en rouleaux localement appelées « morning glory »17. Le nom proviendrait des spectaculaires nuages ou série de nuages en rouleaux qui accompagnent l’onde de propagation. La Figure 3-5
présente un schéma en coupe des lignes de courant associées à un cas type de « morning glory »18. Les
rafales enregistrées dans les vents de surface au passage d’un tel phénomène ne dépassent généralement
pas 10 m/s (20 kt), mais leur apparition est soudaine, le vent change brusquement de direction, souvent à 180°,
et des courants descendants marqués se produisent au sein de l’onde elle-même19. L’onde se propage assez
régulièrement, généralement à plus de 10 m/s (20 kt), et un fort « crochet barométrique » se produit à son
passage. Sans comprendre encore parfaitement ce qui produit les ondes de ce type, on pense toutefois
qu’elles sont déclenchées par une perturbation (p. ex. un front de brise de mer, un front de rafales ou un front
froid) qui se propage le long d’une inversion nocturne et qui sert de guide d’onde en avant du front proprement
dit. Il est évident que ce phénomène est de nature à affecter les performances d’un avion au cours des
opérations d’atterrissage et de décollage. Il reste à déterminer si, comme le pensent certains chercheurs, le
phénomène a le moindrement joué un rôle dans des accidents d’aviation20.
10
20
0
–10
–20
–30
–40
–50
–20
–30
–40
–50
1 500
12 000
z (m)
10 000
1 000
8 000
6 000
500
0
–400
4 000
300
2 000
20
10
0
–10
x (km)
Figure 3-5. Schéma en coupe des lignes de courant normales à la ligne
de nuages dans le cas de « morning glory » du 4 octobre 1979, d’après des
données anémométriques obtenues à l’aide d’un théodolite double
(d’après Smith et Goodfield, 1981 ; adapté par l’OACI)
21/2/11
o
N 2
Chapitre 3. Conditions et phénomènes météorologiques qui causent
un cisaillement du vent dans les basses couches
3.3
3-11
L’ÉCOULEMENT DU VENT ET LES SURFACES FRONTALES
3.3.1
Les surfaces frontales sont des zones de transition séparant des masses d’air de différentes
températures, et donc de densité différente. Lorsque deux de ces masses d’air entrent en contact, un équilibre
se réalise de telle sorte que l’air plus froid et plus dense s’étend en coin sous l’air plus chaud et moins dense,
la limite entre les deux masses d’air formant un angle peu prononcé avec l’horizontale. L’inclinaison de la
surface frontale est due à la rotation de la terre, mais le degré d’inclinaison dépend aussi du contraste qui
existe dans la distribution de la température et du vent le long de la limite entre les deux masses d’air ; plus ce
contraste est grand et plus la pente est abrupte. La dynamique des surfaces frontales veut qu’il y ait une
discontinuité dans la vitesse du vent lorsqu’il traverse la surface, en particulier dans les basses couches de
l’atmosphère ; la surface frontale est donc, par définition, une zone de cisaillement du vent.
3.3.2
L’intersection de la surface frontale avec le plan horizontal indique sa position à un niveau
donné, l’intersection avec la surface terrestre étant appelée « front de surface » ou simplement « front ».
Les fronts sont classés selon leur déplacement et les changements de température qui en résultent là où ils
passent ; un front froid est un front le long duquel de l’air froid remplace de l’air plus chaud à la surface ;
inversement, un front chaud est un front le long duquel de l’air chaud remplace de l’air plus froid à la surface.
Les fronts relativement actifs, présentant des zones de transition nettes et donc des discontinuités
marquées de la vitesse du vent, sont les plus susceptibles de produire des cisaillements du vent suscep21
tibles d’affecter les aéronefs . La pente moyenne d’un front froid est de l’ordre de 1/50 à 1/100 ; cependant,
le frottement au sol freine le déplacement de l’air dense et froid proche de la surface, ce qui peut produire
des pentes encore plus fortes dans les couches inférieures de l’atmosphère ; dans certains cas, il se forme
un « nez » où l’air froid qui se trouve juste au-dessus de la surface progresse en avant de l’air froid qui est
au niveau du sol. Les fronts chauds sont moins inclinés, avec des pentes de l’ordre de 1/100 à 1/300, ou
plus faibles encore, jusqu’au niveau du sol. D’après les pentes types mentionnées ci-dessus, on voit que,
sauf dans le cas d’un front froid très actif à proximité du sol, la pente des fronts, même les plus inclinés, est
généralement moins prononcée que l’alignement de descente habituel de 3° (environ 1/20) d’un aéronef, et
beaucoup moins prononcée que la trajectoire habituelle de montée au décollage.
3.3.3
Il ressort de ce qui précède que le front chaud est incliné vers l’avant dans le sens du
déplacement du front, tandis que le front froid est incliné vers l’arrière en sens opposé à ce mouvement
(Figure 3-6). En conséquence, dans le cas d’un aérodrome traversé par des fronts, un cisaillement vertical
du vent au travers de la surface frontale se produira :
a)
au-dessus de l’aérodrome en avant du front chaud, la zone de cisaillement du vent
maximal s’abaissant jusqu’au niveau du sol à l’approche du front chaud ;
b)
au passage du front froid et en arrière de celui-ci, la zone de cisaillement du vent maximal
s’élevant au-dessus de l’aérodrome à partir du niveau du sol après le passage du front
froid.
3.3.4
Au niveau du sol, il se produit aussi un cisaillement horizontal du vent à travers le front, mais
sans doute de courte durée vu la vitesse habituelle de déplacement des fronts sur un aérodrome. Le
cisaillement le plus significatif, du point de vue de l’aviation, est le cisaillement vertical du vent à travers la
surface frontale au-dessus d’un aérodrome, à l’avant d’un front chaud qui se rapproche ou à l’arrière d’un
front froid qui s’éloigne. Comme les fronts chauds ont tendance à se déplacer plus lentement que les fronts
froids, les conditions de cisaillement du vent qui existent en avant d’un front chaud de surface pourront
affecter l’aérodrome plus longtemps que celles qui suivent un front froid. Nous n’avons parlé ici que du
cisaillement du vent lié à la surface frontale proprement dite, sans tenir aucun compte des cisaillements
produits par des orages, etc., qui peuvent survenir le long du front. L’effet qu’un cisaillement vertical frontal
produira sur un avion dépend de la largeur de la surface frontale (zone de transition) et du temps que met
cet avion à la traverser, lequel, à son tour, dépend des pentes respectives de la trajectoire de vol et de la
surface frontale ainsi que de la vitesse sol de l’avion.
21/2/11
o
N 2
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
Fro
nt
ch
au
d
3-12
S
S
S
S
tà
e ven
Veine d
ft
00
20
S
es
td
on
Fr
Fro
nt
fro
id
S
S
S
e
ac
urf
S
S
S
S
Fro
nt
de
su
rfa
ce
S
rface
e su
d
t
n
Ve
S = Vent de surface
Note.— Les manches à vent
ne sont pas à l’échelle
a) Schéma tridimensionnel de la veine de vent contournant un système frontal chaud/froid, jusqu’à
2 000 ft dans l’hémisphère nord (l’échelle verticale est exagérée)
Air chaud
Su
Air froid
rf
fr
ac e
o nt
b) Vue en coupe d’un système frontal chaud/froid (l’échelle verticale est exagérée)
Figure 3-6.
Surfaces frontales
a
ha
le c
u de
Air froid
Chapitre 3. Conditions et phénomènes météorologiques qui causent
un cisaillement du vent dans les basses couches
3.4
3-13
BRISE DE TERRE ET BRISE DE MER
3.4.1
Au-dessus de terres adjacentes à de vastes étendues d’eau, comme la mer ou les grands lacs
intérieurs, il se produit des variations diurnes marquées du vent de surface. Ce phénomène provient du
gradient de température qui se développe de jour entre la masse d’air qui s’étend au-dessus de la terre
échauffée et l’air du large rafraîchi par l’eau ; il est particulièrement perceptible lorsque le vent dominant
dans les basses couches est un vent léger, et que les journées sont ensoleillées et les nuits claires.
Pendant la journée, le vent de surface souffle de l’eau vers la terre sous la forme d’une brise de mer ou de
lac qui se met souvent à souffler assez brusquement le matin (Figure 3-7) ; à la tombée de la nuit, il
s’inverse pour devenir une brise de terre ou du littoral soufflant de la terre vers la mer. En plus du brusque
changement du vent de surface, l’apparition de la brise marine est souvent marquée par une chute de
température et une augmentation de l’humidité. La brise de mer souffle d’abord à peu près perpendiculairement au littoral, à des vitesses de 5 à 7,5 m/s (10 à 15 kt), pouvant cependant dépasser 10 m/s
(20 kt) en zone tropicale. La brise de mer est beaucoup plus forte que la brise de terre : elle peut pénétrer
au milieu de l’après-midi jusqu’à 48 km (30 NM) à l’intérieur des terres et se développer verticalement
jusqu’à une hauteur de quelque 360 m (1 200 ft) au-dessus du niveau du sol (AGL). La brise de mer cesse
de souffler dans la soirée, lorsque le refroidissement par rayonnement au-dessus des terres a pour effet de
réduire le gradient de température ; elle pourra être remplacée, avant l’aube, par une légère brise de terre,
de faible développement vertical.
3.4.2
La brise de mer est essentiellement un front de faible développement vertical étant donné que
l’air plus froid remplace l’air plus chaud ; toutefois, la pente et le gradient de température ressemblent à
22
ceux d’un front chaud plutôt que d’un front froid . Le cisaillement dans la brise de mer se produit surtout à
la surface, le long du bord antérieur, lorsque le front pénètre à l’intérieur des terres, bien qu’un cisaillement
de moindre ampleur existera à des niveaux plus élevés. L’importance de l’effet de la brise de mer en un lieu
donné dépend beaucoup de la topographie environnante ; cet effet peut donc être très localisé. Lorsque la
brise de mer est forte et pénètre à une certaine distance à l’intérieur des terres, la force de Coriolis
commence à se faire sentir et le vent finit par créer une composante parallèle au littoral. Au moment du
développement maximal de la brise de mer, en fin d’après-midi, le front peut être marqué par une ligne de
convergence et par une rigoureuse convection, pouvant provoquer des lignes d’averses ou même des
orages si les conditions sont favorables. La brise de terre ou de mer peut avoir des effets subtils selon la
topographie locale, par exemple la formation de lignes de convergence et des orages qui y sont associés, à
l’intérieur des terres, le long d’une péninsule, ou encore l’effet produit par un littoral « concave » qui
intensifie la convergence créée, au large, par la brise de terre.
Ha u te
Vent de
surface
dominant
me r
Fron
vers t de bris
l’inté e de
m
rieur
des er s’ava
terre
nçan
s
t
Figure 3-7.
Front de brise de mer
21/2/11
o
N 2
3-14
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
3.5
ORAGES
GÉNÉRALITÉS
3.5.1
Les orages sont sans doute la manifestation quotidienne la plus impressionnante des forces de
la nature dont le commun des mortels puisse être témoin à travers le monde. Le terme générique « orage »
recouvre un certain nombre de phénomènes produits par des cumulonimbus pleinement développés :
tonnerre et éclairs, pluies torrentielles, grêle, vents violents, tornades, etc. La plupart de ces phénomènes
sont des plus dangereux pour les aéronefs. L’énergie formidable qui intervient dans la formation d’un orage
violent peut être du même ordre de grandeur qu’une explosion atomique.
3.5.2
Le cumulonimbus, masse de nuages qui se dresse comme une tour sur des courants de
surtension, est une forme particulièrement violente et spectaculaire de convection atmosphérique. Lorsque
l’atmosphère devient instable, pour une raison quelconque, elle est soumise à un mouvement de convection.
Un exemple courant est celui des thermiques, qui sont des ascendances dues à l’échauffement des
versants orientés au soleil. Dans des conditions favorables, la convection produit localement des
ascendances suffisamment fortes pour que se forment des cumulonimbus et des orages. Jusqu’à présent,
on a classé les orages en deux types principaux selon la source de l’instabilité en question :
a)
orages de masse d’air ou de chaleur ;
b)
orages frontaux.
Les premiers sont liés à une variation diurne prononcée et se produisent le plus souvent l’après-midi ou le soir
au-dessus des terres, du fait du réchauffement solaire. Ils peuvent aussi survenir de façon plus ou moins
anarchique au-dessus d’une région où la masse d’air est homogène et où les conditions sont uniformément
favorables. Cependant, même si le développement anarchique est la norme, il ne faut pas grand chose pour
assurer un développement organisé au sein d’une masse d’air homogène. Ce développement organisé peut
être assuré par une ascendance orographique le long d’une chaîne de montagnes ou par une ascendance le
long d’une ligne de vents convergents soufflant à faible hauteur, par exemple le long de la zone de
convergence intertropicale ou dans les bandes de convergence en spirale qui sont liées aux cyclones
tropicaux. Les orages frontaux sont associés surtout à des fronts froids et à des dépressions frontales où la
convergence dans les basses couches et le passage de l’air froid sous l’air chaud produisent l’ascendance
nécessaire, comme on l’a vu au § 3.3.1. Des orages peuvent aussi se développer du fait d’une convergence à
faible altitude le long d’un front de brise de mer, dans l’après-midi, au-dessus des terres ou, avant l’aube, le
long du front de brise de terre qui se retire au-dessus de la mer ou de grands lacs intérieurs.
3.5.3
Les orages sont généralement constitués d’un agglomérat de plusieurs cellules, dont chacune
se comporte comme une unité de circulation convective comprenant à la fois des courants ascendants et
des courants descendants. Chaque cellule accomplit son propre cycle de vie en une période de 30 minutes
à une heure ; ce cycle peut se diviser naturellement en trois stades (Figure 3-8) selon la direction et
l’ampleur de la veine verticale de vent dominant dans la cellule :
a)
stade cumulus ou stade de croissance caractérisé par des ascendances dans toute la
cellule ;
b)
stade de maturité, caractérisé par la présence simultanée de courants ascendants et de
rabattants ;
c)
stade de dissipation, caractérisé par de faibles courants rabattants dans toute la
cellule.
Chapitre 3. Conditions et phénomènes météorologiques qui causent
un cisaillement du vent dans les basses couches
3-15
Température
Niveau de vol
Cirrus
400
–51 °C
350
–38 °C
300
–26 °C
250
–16 °C
–8 °C
200
Fort
s co
150
ttants
aba
sr
100
ura
nt
Forts courants
ascendants
50
Cumulonimbus
AcAs
Faibles courants
rabattants
Cumulonimbus
Cumulus congestus
Surface
a) Stade de croissance
0 °C
+8 °C
+17 °C
+28 °C
Forte pluie et
Front de rafales
vents forts
localisés
b) Stade de maturité
Légère pluie sur
une zone étendue
c) Stade de dissipation
Figure 3-8. Cycle de vie d’un orage
Le développement des cellules au sein d’un orage peut se produire à différents rythmes : tandis que
certaines cellules n’achèveront pas leur cycle de vie, d’autres pourront, à leurs dépens, se développer plus
vite. Si deux cellules se développent à proximité immédiate l’une de l’autre et si l’une des deux est plus forte,
elles ont souvent tendance à fusionner23.
3.5.4
Depuis les années 40, on comprend, tout au moins d’une façon générale, la structure des
masses d’air à l’intérieur et autour des orages, surtout grâce aux recherches menées par les États-Unis en
1946-4724 dans le cadre de l’important programme dit « Thunderstorm Project ». Ces dix dernières années,
l’emploi de radars Doppler multiples pour étudier la circulation de l’air en ciel clair et dans les nuages, ainsi que
la simulation de la dynamique des orages sur ordinateur25, ont permis aux chercheurs de réaliser une analyse
extrêmement détaillée de la structure des masses d’air (§ 5.1.17 à 5.1.47 et Figure 3-9, respectivement).
Comme on pouvait s’y attendre, les résultats de ces travaux montrent que les orages constituent un
mécanisme thermodynamique aussi complexe qu’élégant et efficace. Dans le détail, la structure d’une
cellule orageuse à maturité est constituée d’un ensemble bien organisé de courants ascendants et
descendants qui s’entremêlent et réagissent entre eux de façon à exploiter avec un maximum d’efficacité
l’excédent d’énergie que dégagent les surplus locaux de chaleur et d’humidité. Le fait que la veine d’air à
l’intérieur et autour des orages à maturité se concentre pour former des courants aussi puissants est d’une
extrême importance pour l’aviation.
3.5.5
Il s’est avéré que la structure cellulaire des orages et leur degré d’organisation cellulaire sont
des caractéristiques fréquemment observables au radar (en particulier au radar Doppler) et qui présentent
26
une relation assez systématique avec la violence de l’orage . En général, plus la structure cellulaire est
organisée et plus l’orage est fort. Cette caractéristique est à la base d’une classification des orages plus
détaillée que celle qui avait pu être établie précédemment ; le Tableau 3-1 montre une classification
possible. Le degré d’organisation des cellules d’un orage, qui est lui-même fonction de l’intensité de l’orage,
dépend en définitive de plusieurs facteurs météorologiques interdépendants, notamment la stabilité de
21/2/11
o
N 2
3-16
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
Limite de l’air froid
Zone de précipitation
Noyaux
des courants
ascendants
T
Courant
descendant
de flanc arrière
Écho en
crochet
Occlusion
Courant
descendant
Front de rafale
Figure 3-9.
Modèle d’orage avec tornade; (T) indique la position de la tornade
(d’après Weisman, 1983)
l’atmosphère, la convergence et la divergence des veines d’air à différents niveaux de l’atmosphère et le
profil du vent avec la hauteur. Il ressort des recherches récentes que les plus critiques de ces facteurs pour
déterminer l’intensité de l’orage, sont peut-être le profil du vent, c’est-à-dire le cisaillement du vent dans le
plan vertical, et l’instabilité 27 . S’il y a suffisamment d’instabilité, de convergence à basse altitude et
d’humidité dans l’atmosphère, l’intensité d’un orage a tendance à augmenter dans la mesure où le vent
augmente de force et devient dextrogyre (hémisphère nord) avec la hauteur. Avec l’accroissement du
cisaillement vertical du vent, le type de cellule orageuse aura tendance à changer, depuis les « cellules
uniques » éphémères et peu organisées, en passant par des cellules multiples organisées, jusqu’aux
« supercellules » orageuses (de type unicellulaire). Il existe cependant une limite supérieure naturelle et, en
présence de valeurs extrêmement élevées du cisaillement vertical du vent, la formation orageuse peut être
tellement cisaillée que l’organisation cellulaire finit par céder. Il existe apparemment une combinaison
optimale d’instabilité et de cisaillement vertical, particulièrement favorable au développement de super28 , 29 , 30
. Comme le montre le Tableau 3-1, ces orages peuvent causer d’énormes dégâts, non
cellules
seulement directement sous forme de grêle affectant une vaste zone, mais aussi indirectement, par les forts
rabattants et les tornades qu’ils engendrent (voir § 3.5.23 à 3.5.27).
21/2/11
o
N 2
Chapitre 3. Conditions et phénomènes météorologiques qui causent
un cisaillement du vent dans les basses couches
Tableau 3-1.
3-17
Classification des orages
Type
Orages de masse d’air
Orages frontaux
Structure cellulaire
Peu organisé
Multicellulaire organisé
Multicellulaire organisé
Unicellulaire très bien
organisé
Intensité
Modéré
Modéré à violent
Violent
Violent à très violent
Phénomènes
destructeurs
susceptibles d’être
associés aux orages et
particulièrement
préoccupants pour le
décollage ou
l’atterrissage des
aéronefs
Forts vents locaux en
rafales, rafales
descendantes
possibles mais assez
rares
Front de rafales,
rafales descendantes,
trombes au-dessus des
grandes étendues
d’eau, grêle locale
Front de rafales,
rafales descendantes,
microrafales, trombes
au-dessus des grandes
étendues d’eau, grêle,
tornades
Front de rafales,
rafales descendantes
et microrafales, famille
des tornades, grêle sur
une zone étendue
Exemples
Développement
anarchique d’une
masse d’air, le plus
souvent au-dessus de
zones maritimes/
océaniques ou
développement localisé
à proximité de
montagnes, etc.
Souvent organisés en
lignes, spécialement
sous les tropiques
(lignes de grains).
Lignes dans des
cyclones tropicaux
Principalement
frontaux et
extratropicaux.
Peuvent être organisés
en lignes, ou en
groupes à l’échelle
méso
Principalement
frontaux dans des
zones continentales de
latitude moyenne.
« Supercellules »
Mouvement
Généralement avec un
écoulement d’air
moyen. Peuvent être
pratiquement
stationnaires lorsqu’ils
se développent à
proximité des
montagnes
Avec un écoulement
d’air moyen, mais une
cellule peut se
développer en
séquence sur un flanc
privilégié, donnant ainsi
l’impression d’un
mouvement dans cette
direction
Avec mouvement
frontal, développement
de nouvelles cellules
au niveau des fronts de
rafales, en particulier
entre les cellules
existantes
Le plus souvent sur la
droite de l’écoulement
moyen (se divise
parfois en deux
orages). Stationnaires
dans de rares cas,
avec dommages
locaux catastrophiques
3.5.6
Les zones d’ascendances localisées dont dépend la naissance d’un orage sont engendrées et
entretenues par un ou plusieurs des phénomènes suivants : réchauffement de la surface, convergence de
veines d’air à basse altitude, ascendance frontale ou orographique, etc. La hauteur à laquelle parviennent
les ascendances et la formation de nuages dépendent principalement de la stabilité, de l’humidité et du
profil du vent dans l’atmosphère. Dans une cellule orageuse en développement, à mesure que les courants
ascendants s’élèvent au-dessus de la base des nuages, les gouttelettes d’eau du nuage grossissent
rapidement par coalescence et condensation puis commencent à se congeler, devenant finalement si
lourdes qu’elles retombent à travers les courants ascendants et s’alourdissent encore en ramassant
davantage de gouttelettes d’eau ascendantes. C’est l’origine des courants rabattants qui, à ce stade,
s’accélèrent sous l’effet de la gravité. Cependant, lorsque les courants rabattants atteignent les niveaux
inférieurs, de l’air plus sec venant de l’extérieur du nuage, surtout aux environs du niveau de congélation,
est entraîné dans ces courants, causant ainsi une évaporation qui provient des gouttelettes descendantes,
31
refroidit rapidement l’air environnant et accélère encore le courant rabattant .
3.5.7
Les gouttes d’eau du courant rabattant qui ne s’évaporent pas complètement tombent de la
base du cumulonimbus sous forme de pluie forte localisée, accompagnée de forts vents en rafales
provenant du courant froid descendant. Les courants descendants suffisamment forts pour s’insinuer sous
21/2/11
o
N 2
3-18
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
la base du nuage s’étalent horizontalement en toutes directions juste avant d’atteindre le sol, sous forme de
courant froid dont le bord antérieur ressemble à un front froid de faible hauteur, généralement appelé « front
de rafales ». Les courants rabattants qui parviennent au sol ne sont pas toujours nécessairement
accompagnés d’une forte pluie, même si c’est là le type le plus courant. Même si les gouttes d’eau
descendantes s’évaporent entièrement, au sein du nuage ou dans l’air juste sous la base du nuage, sous
forme de « virgas », le courant descendant qui les accompagne peut toujours s’insinuer sous la base du
nuage et parvenir au niveau du sol. Les courants ascendants et descendants, et spécialement ceux qui sont
associés aux orages sévères, sont d’une immense importance pour l’aviation. Ces phénomènes seront
examinés de façon plus détaillée dans le reste du présent chapitre.
LE FRONT DE RAFALES
3.5.8
Bien que les effets généraux du front de rafales soient connus de longue date des météorologistes et des pilotes, et que le terme lui-même soit employé depuis au moins le début des années 60,
32
c’est assez récemment que l’on a acquis une connaissance détaillée de la structure du système . Le front
de rafales est le bord antérieur de l’air dense et froid provenant d’un courant rabattant orageux qui atteint
le sol et s’étale en toutes directions, en s’insinuant sous l’air plus chaud et moins dense qui l’entoure
(Figure 3-10). À cet égard, il ressemble à un front froid de faible hauteur, sous réserve que les vitesses de
vent, les cisaillements du vent et la turbulence qui y sont associés sont généralement beaucoup plus forts
dans le front de rafales. Tout d’abord, le front de rafales avance au niveau du sol de façon uniforme en
toutes directions, mais si la cellule orageuse elle-même se déplace, comme c’est généralement le cas, c’est
en avant de l’orage, dans la direction de sa progression, que le front de rafales avance le plus loin et le plus
vite (Figure 3-11). Cet effet peut être accentué si, comme c’est souvent le cas, le courant descendant froid
atteint le sol obliquement plutôt que verticalement, ce qui privilégie une direction déterminée pour
l’échappement du courant froid vers l’extérieur. Un fort cisaillement du vent horizontal se produit au niveau
du sol après le passage du bord antérieur du front et, comme celui-ci peut précéder d’une vingtaine de
kilomètres (12 NM) la cellule orageuse mère, ce brusque changement du vent de surface peut prendre les
pilotes complètement au dépourvu. Le changement de direction du vent de surface atteint souvent 180° et la
vitesse des vents en rafales qui suivent le passage du front peut être supérieure à 25 m/s (50 kt).
3.5.9
Les orages se développent souvent en lignes organisées, spécialement sous les tropiques ; les
fronts de rafales que forment ces lignes de grains ont tendance à avoir une plus grande longévité et à
s’écarter beaucoup plus vite et plus loin des cellules orageuses mères (jusqu’à 35 km [22 NM]) que ceux
qu’engendrent des orages isolés. Des lignes de grains extrêmement bien organisées sont une carac33
téristique de la saison des pluies dans toute l’Afrique de l’Ouest . L’épaisseur de la masse d’air froid dans
le front de rafales peut atteindre 1 000 m (3 300 ft) et un cisaillement vertical du vent peut se produire tout le
long de la surface de discontinuité entre l’air froid et l’air chaud. Comme dans le cas d’un front froid, le
frottement tend à ralentir le déplacement de la masse d’air froid la plus proche du sol, permettant ainsi à la
masse d’air froid située à environ 200 m (600 ft) au-dessus du niveau du sol de former un « nez » en
avançant plus vite. À l’intérieur de ce nez se développent des mouvements tournants ou tourbillons dans
lesquels, et dans le sillage desquels, les cisaillements du vent et la turbulence sont particulièrement
intenses. Une cellule peut produire une série de rabattants, avec les sautes d’air froid qui les accompagnent,
chacun formant un « nez » et se déplaçant dans le sillage de son prédécesseur.
3.5.10
Normalement, les fronts de rafales se forment et se déplacent en ciel clair sans rien de visible
pour marquer leur développement et leur passage ; il arrive cependant que l’air chaud qui les surmonte, s’il
est suffisamment humide, produise, au-dessus du « nez » du front de rafales, une ligne de « nuages en
rouleaux » lisses, luisants, ressemblant à de la meringue et qui, entourant la base de l’orage et précédant la
ceinture de pluie, paraissent toujours particulièrement turbulents et menaçants. Dans certaines régions les
courants rabattants, et surtout les tourbillons à l’intérieur du « nez » du front de rafales, soulèvent la
poussière ou le sable, ce qui forme un spectaculaire mur de sable en mouvement. Les « Haboobs » du
21/2/11
o
N 2
Chapitre 3. Conditions et phénomènes météorologiques qui causent
un cisaillement du vent dans les basses couches
Cellule
orageuse
3-19
Direction du
déplacement
de l’orage
Courant
descendant Courant
ascendant
Air chaud
surmontant
l’air froid
Air chaud
Fro
Courant
descendant
nt
r
af a
Saute d’air
froid
les
Saute d’air
froid
de
Jet d’air froid
vers l’extérieur
ra
al e
s
ge
ed
èr Centre de la rafale
i
s
Li
descendante
oid
r fr
’ai r
ld
u
dia térie
x
t ra
Je s l’e
r
ve
Lis
ièr
ed
el
’or
ag
e
’o
el
d
nt
ro
af
er
J
ve et d
rs ’ai
l’e r fr
xté oid
rie
ur
F
Figure 3-10. Coupe d’un front de rafales type
o
(d’après l’affiche n P621 de l’OACI « Front de rafales, turbulence et cisaillement du vent »)
Centre de
la rafale
descendante
Front de rafales
a) Orage stationnaire
Figure 3-11.
b) Orage se déplaçant vers le nord-est
Vue en plan de fronts de rafales types
t
en
em
c
pla
dé age
u
n d l’or
ctio de
e
r
Di
3-20
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
Soudan et les « Andhi » du nord-ouest de l’Inde en sont des exemples34. On peut parfois observer, sur les
radars météorologiques au sol, des fronts de rafales qui se présentent sous la forme de lignes ou d’arcs
minces mais distincts, et l’on a observé des lignes de grains sur des images satellites. La meilleure méthode
de détection des fronts de rafales est celle qui fait appel au radar Doppler ; cependant, pour que cette
méthode soit efficace, il faut employer des techniques de détection automatique.
LA « RAFALE DESCENDANTE »
3.5.11
Les indications données aux § 3.5.6 et 3.5.7 au sujet de la formation des rabattants de forte
intensité dans les cellules orageuses à maturité expliquent assez bien la majorité des phénomènes
effectivement observés en ce qui concerne les courants descendants et les fronts de rafales, mais deux
problèmes au moins sont encore insuffisamment expliqués. Le premier concerne l’exploitation occasionnelle,
dans un orage, de pluies très fortes et localisées qui ne sont pas ou pratiquement pas accompagnées de
rabattants parvenant au sol, ni de forts vents de surface en rafales. Le second problème est beaucoup plus
important, car il se situe à l’autre extrême, en ce sens que l’observation et l’étude des dommages causés à
des arbres montrent que les vitesses du vent dans les courants descendants ont dû atteindre des valeurs
extrêmement élevées, sans que l’intensité des pluies qui les accompagnaient ait paru plus forte que dans
les rabattants ordinaires.
3.5.12
Dès 1947, Faust avait recouru à l’étude détaillée des dommages causés aux arbres lors d’un
orage, qui montraient dans quelles directions les arbres, le maïs, le blé, etc. avaient été renversés par le vent.
Il avait pu en déduire, rétrospectivement, les caractéristiques et l’intensité des vents en cause. C’est également
la méthode que M. Fujita, professeur de météorologie à l’Université de Chicago, a employée pour étudier des
cas particulièrement graves de tornades, survenues en 1974. Selon les constatations de Fujita : « À une
certaine distance des trajectoires des tornades, les arbres des forêts avaient été soufflés dans des directions
radiales, comme si le souffle les avait projetés à l’horizontale vers l’extérieur. On soupçonne que ces arbres
ont été poussés ou abattus par des vents violents soufflant vers l’extérieur à partir du centre de la
35
perturbation » (Figure 3-12) . Byers et Fujita (1976) ont donné à ces rabattants de forte intensité le nom de
« downburst », ou « rafale descendante ». Ce phénomène était défini comme un « rabattant localisé de forte
intensité à l’intérieur duquel les courants verticaux descendants circulent à une vitesse dépassant 3,6 m/s (soit
720 ft/min) à 90 m (300 ft) au-dessus de la surface »35. En 1978, Fujita a généralisé comme suit cette
définition : « Fort courant descendant entraînant la formation, au sol ou à proximité du sol, de vents
dévastateurs soufflant violemment vers l’extérieur ». D’après l’étendue des dommages causés aux arbres par
ces rafales descendantes, il était clair que des vents très violents pouvaient parvenir au niveau du sol, mais
aussi que la zone affectée était relativement peu étendue, et assez petite pour passer complètement
inaperçue pour les systèmes d’observation normalement utilisés en exploitation.
3.5.13
Un certain nombre d’hypothèses ont été avancées pour expliquer la différence marquée qui existe,
du point de vue de l’intensité (p. ex., vitesse des rabattants et vitesse du jet d’air expulsé), entre les rabattants
observés dans un orage ordinaire, décrit aux § 3.5.6 et 3.5.7, et la rafale descendante (« downburst ») définie
f
théoriquement et découverte, depuis, de façon concluante par Fujita . Pour certains, la rafale descendante est
considérée comme un « super rabattant » qui prend naissance à un niveau très élevé dans l’orage, tandis que
pour d’autres, la rafale descendante prend naissance aux niveaux intermédiaires de l’atmosphère. Cette
dernière explication semble concorder avec l’observation et la simulation des « supercellules orageuses » (voir
§ 3.5.28). Wolfson36 a fait une étude comparative intéressante des différentes explications présentées, mais
elle parvient en fin de compte à la conclusion que, si tous les mécanismes proposés sont plausibles, il n’a pas
été démontré que l’un ou l’autre d’entre eux soit la cause réelle des rafales descendantes.
f.
Dans son livre intitulé « The Downburst » (voir bibliographie), M. Fujita présente une étude complète de l’état actuel (1985) des
connaissances dans ce domaine.
21/2/11
o
N 2
Chapitre 3. Conditions et phénomènes météorologiques qui causent
un cisaillement du vent dans les basses couches
3-21
Figure 3-12. Plus de 300 arbres renversés par le souffle d’une rafale
descendante de forte intensité près de Beckley, Virginie occidentale.
Des groupes d’arbres frappés de façon semblable ont été photographiés
par l’auteur en de nombreux endroits sur le passage des orages et tornades
qui balayèrent les États-Unis le 3 avril 1974
(d’après Fujita, 1976)
3.5.14
Depuis l’accident survenu en 1975, à l’aéroport international JFK de New York, à un B727
d’Eastern Airlines qui effectuait le vol 66, on porte davantage attention aux dangers inhérents aux rafales
descendantes, spécialement pour l’aviation. Sur la base d’une analyse détaillée des orages qui s’étaient
développés au-dessus de l’aéroport au moment de l’accident, M. Fujita a proposé un scénario fondé sur
l’existence d’une série de rafales descendantes pour expliquer la succession des événements survenus le
jour fatal. Il conclut que « les résultats des recherches et les déductions concernant les phénomènes étudiés
font penser qu’il existe dans certains orages des cellules du type rafale descendante. Ces cellules semblent
être caractérisées par des échos [radar] "en fer de lance", définition nouvellement introduite dans la
présente étude. Dans la région de New York, site principal en cause dans notre recherche, environ 2 % des
35
échos étaient des échos "en fer de lance" » .
LA MICRORAFALE
3.5.15
L’examen des dommages causés par des « rafales descendantes » a révélé qu’il existait
souvent, noyées dans le champ principal d’expulsion d’air du phénomène, des rafales descendantes plus
concentrées, mais d’intensité encore plus forte, auxquelles Fujita a donné le nom de « microburst », et que
l’on a appelées en français « microrafales descendantes » ou, plus couramment « microrafales ». La
microrafale est définie comme « un rabattant qui entraîne, à la surface du sol, une brusque expulsion de
37
vents horizontaux dévastateurs sur une étendue horizontale de 0,4 à 4 km » . La forte concentration de la
21/2/11
o
N 2
3-22
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
microrafale dans l’espace et le temps rend son observation quasi-impossible à l’aide des systèmes existants.
Or, c’est précisément cet aspect particulier du phénomène qui présente le plus d’importance pour l’aviation
et qui a conféré une urgence considérable aux recherches sur la dynamique des orages. Les microrafales
peuvent se produire isolément ou en « famille » et elles peuvent être ou ne pas être accompagnées de
pluie ; elles sont le plus souvent associées à de violents orages, mais elles peuvent être produites par
n’importe quel nuage de convection.
3.5.16
Pour faire progresser les recherches, l’Université de Chicago et le Service météorologique
national des États-Unis ont, en 1978, organisé conjointement une collecte de données qui a porté sur deux
ans. Au cours de ce programme de recherche, appelé NIMROD (Northern Illinois Meteorological Research
37
on Downburst) , l’existence des rafales descendantes a été confirmée et les premières mesures des
courants circulant au sein de microrafales ont été obtenues à l’aide du radar Doppler ; cependant, en raison
de l’espacement des trois radars utilisés, on n’a pu analyser que les données d’un Doppler unique g .
L’objectif suivant était d’obtenir des données sur les vents réels à l’intérieur et autour des rafales descendantes et microrafales, en utilisant notamment des radars Doppler multiples suffisamment rapprochés pour
mesurer en trois dimensions l’écoulement du vent. C’est pour atteindre cet objectif que le projet JAWS (Joint
Airport Weather Studies) a été entrepris à l’aéroport international Stapleton de Denver, Colorado, États-Unis
(1982-84)38. Dans le cadre de ce projet on a employé, en plus du réseau d’observations normal, une impressionnante batterie de moyens d’observation comprenant trois radars Doppler situés à moins de 30 km l’un
de l’autre, un système d’observation utilisant un mésoréseau automatisé mobile (PAM), un ensemble de
sondes radiovent à trois stations, des aéronefs dotés d’instruments, etc. La phase d’observation et de
collecte de données du projet NIMROD s’est déroulée pendant l’été 1982 et elle a été suivie, en 1983-84,
d’une phase de compilation et d’analyse. L’analyse toujours plus poussée des résultats va se poursuivre
pendant encore un certain temps, mais les résultats déjà publiés confirment à nouveau l’existence et la
gravité des rafales descendantes et microrafales. Il s’avère en même temps, comme on pouvait s’y attendre,
que ces phénomènes sont bien plus complexes qu’on ne l’imaginait à l’origine. Ainsi, selon certaines
indications, il existerait au sein des microrafales des structures encore plus concentrées et de plus forte
intensité. Les dommages que causeraient ces structures, au sein de l’anneau tourbillonnaire, couvriraient
une bande longue et étroite, très semblable à la trace laissée par une tornade. Pour décrire ces structures,
Fujita a créé le terme « burst swath ».
3.5.17
Au moins 236 microrafales ont été « prises » dans les « filets » d’observation des projets
NIMROD et JAWS ; la Figure 3-13 indique la fréquence diurne de ces phénomènes au cours de la période
expérimentale. La Figure 3-14 indique la fréquence des microrafales qui ont causé certaines différences
maximales dans la vitesse du vent de surface, parmi les 186 microrafales observées au cours du projet
JAWS. Les microrafales « sèches » représentent 36 % des microrafales observées dans le projet NIMROD
39
et 83 % de celles observées dans le projet JAWS . Le pourcentage élevé des microrafales « sèches » était
plutôt surprenant, bien que la climatologie de la région en cause soit caractérisée par des formations
orageuses à base élevée dans une couche d’air supérieure comparativement « sèche ». Dans les régions
plus humides, par exemple dans le sud-est des États-Unis, la majorité des microrafales sont de la variété
dite « mouillante ». La Figure 3-15 40 donne un exemple des champs de vent associés à l’une des
microrafales étudiées dans le cadre du même projet. Cette dernière figure indique la présence possible d’un
anneau tourbillonnaire autour de la microrafale, ce qui pourrait expliquer l’intensification rapide du courant
descendant, ainsi que son caractère concentré et localisé. Il a été avancé que ces anneaux tourbillonnaires
pouvaient se former en série, comme le montre la Figure 3-1641,42. La Figure 3-1743 illustre la séquence
probable des événements au cours du développement d’une microrafale, d’après une analyse des données
du projet JAWS.
g. Comme on l’explique plus loin (Chapitre 5), pour mesurer à distance les trois composantes du vent réel à l’aide du radar Doppler, il
faut qu’au moins deux radars observent simultanément un même volume de l’atmosphère. Un radar unique fournit seulement des
données sur la vitesse radiale de l’air par rapport au radar.
21/2/11
o
N 2
Chapitre 3. Conditions et phénomènes météorologiques qui causent
un cisaillement du vent dans les basses couches
3-23
Projet JAWS — 186 microrafales (86 jours)
40
15 h
Nombre de microrafales
30
18 h
20
Sèches
Mouillantes
10
00
03
06
09
12
15
18
21
00 MDT
21
00 CDT
Projet NIMROD — 50 microrafales (43 jours)
10
00
03
06
09
12
15
18
Microrafales mouillantes : 0,01 pouce de pluie ou plus au cours de la période des vents maximaux.
Microrafales sèches : Moins de 0,01 pouce de pluie entre le début des vents forts et la fin des vents associés aux microrafales,
y compris, le cas échéant, la période d’accalmie.
Figure 3-13. Variations diurnes des microrafales de surface
de toutes intensités mesurées aux 27 stations PAM
(d’après Fujita et Wakimoto, 1983 ; adapté par l’OACI)
3-24
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
186 microrafales de surface
aux 27 stations PAM du projet JAWS
20
Nombre de microrafales
Sèches
Mouillantes
15
10
5
0
5
10
10
15
20
20
30
40
25
50
30
35
60
40
70
45
80
m/s
90
kt
Différence maximale dans la vitesse du vent
Figure 3-14. Fréquence des microrafales de surface en
fonction des différences maximales dans la vitesse
du vent, mesurées aux 27 stations PAM
(d’après Fujita et Wakimoto, 1983)
3.5.18
Un point particulièrement intéressant est le caractère éphémère de la microrafale, qui atteint
généralement son maximum d’intensité en moins de dix minutes. Comme suite directe et application
pratique des résultats du projet JAWS, le Centre national de la recherche atmosphérique (NCAR) et la
Federal Aviation Administration (FAA) des États-Unis ont mené à bien le programme de recherches désigné
par le sigle CLAWS (classify, locate, avoid wind shear), visant à améliorer la sécurité des vols. Le projet
CLAWS, axé sur la détection et la prévision des microrafales à l’aéroport Stapleton de Denver, visait à
fournir aux pilotes et aux organismes des services de la circulation aérienne (ATS) des prévisions de
44
cisaillement du vent en temps réel, ainsi qu’à élaborer les procédures opérationnelles nécessaires . Au
cours du projet (du 2 juillet au 15 août 1984, entre 11 h et 20 h, heure locale), les avis suivants ont été
émis :
Avis de microrafales
Avis de série de microrafales
Avis de saute de vent (ou de front de rafales)
Avis de tornade
30
5
32
1
3.5.19
Les avis donnés au contrôle de la circulation aérienne concernant les sautes de vent sur les
pistes ont été très utiles aux contrôleurs lors du choix des pistes appropriées pour le décollage ou
21/2/11
o
N 2
Chapitre 3. Conditions et phénomènes météorologiques qui causent
un cisaillement du vent dans les basses couches
a)
3-25
40 kt
Horizontale — 16-33 AGL
Distance au sud de CP-2 (milles)
0
1
2
3
7
8
9
10
Distance à l’est de CP-2 (milles)
b)
30 kt
Verticale
5 000
Hauteur (ft)
4 000
3 000
2 000
1 000
0
7
8
9
10
Distance à l’est CP-2 (milles)
(CP-2, station radar Doppler bande S)
Figure 3-15. Champs de vitesse par rapport au sol, sur la base
d’une analyse des données de deux radars Doppler concernant une
microrafale survenue le 14 juillet 1982 à 1452 MDT.
Les courbes correspondent aux facteurs de réflectivité radar (dBZe)
(d’après Wilson et Roberts, 1983 ; adapté par l’OACI)
3-26
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
a) Rafale descendante dans un orage. Modèle d’anneau tourbillonnaire.
(D’après Woodfield et Vaughan, 1983 selon Caracena)
b) Anneau tourbillonnaire associé au bord antérieur d’une microrafale.
(D’après Fujita et Smith, Université de Chicago, 1985)
Figure 3-16.
Anneau tourbillonnaire
Hauteur (km)
Chapitre 3. Conditions et phénomènes météorologiques qui causent
un cisaillement du vent dans les basses couches
3
2
1
T – 5 min
T– 2 min
5–10 m/s
>10 m/s
T
T + 5 min
3-27
T + 10 min
0 1 2 3 4 5
Échelle (km)
Figure 3-17. Coupe verticale de l’évolution du champ de vent
d’une microrafale ; T est l’instant de la divergence initiale à la
surface. La partie ombrée indique les vitesses du vent vectoriel.
(d’après Wilson, Roberts, Kessinger et McCarthy, 1984 ; adapté par l’OACI)
44
l’atterrissage. L’analyse initiale des résultats du projet CLAWS, d’après McCarthy et Wilson (1985) ,
concluait de la façon suivante :
a)
il a été clairement démontré que le radar Doppler peut fournir à l’avance des
avertissements de microrafales et de sautes de vent ;
b)
les pilotes ont clairement exprimé le besoin de recevoir des estimations quantitatives
précises du cisaillement du vent réel le long des pistes d’atterrissage et de décollage,
plutôt que des indications semi-qualitatives sur l’existence de microrafales ;
c)
la zone à couvrir pour les avertissements de microrafales destinés à l’aviation pourrait être
considérablement restreinte et ramenée à la zone immédiate réservée aux opérations
d’approche et de départ des aéronefs.
45
3.5.20
La FAA a publié un rapport sur les aspects opérationnels du projet . Ce rapport indique en
conclusion que le projet CLAWS a fourni à la FAA l’occasion d’évaluer l’utilité opérationnelle de deux
produits très simples basés sur le radar Doppler et destinés à la tour de contrôle, à savoir les avis de
microrafales et les avis de fronts de rafales. Le projet a démontré l’utilité de ces deux produits à l’aéroport
de Stapleton, même dans leur forme élémentaire actuelle. Il a permis en outre de constituer un fonds
d’expérience opérationnelle en la matière.
3.5.21
En plus de poursuivre l’analyse de la masse de données recueillies au cours du projet JAWS, il
est prévu de procéder à de nouvelles recherches sur les microrafales dans le cadre d’un nouveau projet
appelé « MIST » (microburst and severe thunderstorm), qui sera réalisé conjointement par la NASA,
l’Université de Chicago et le Marshall Space Flight Centre aux États-Unis, et pour lequel on utilisera jusqu’à
cinq radars Doppler multiples, 55 stations PAM et des sondes radiovent lancées à chaque heure pendant
les journées orageuses.
3.5.22
Le projet décrit ci-dessus, ainsi que d’autres travaux de recherche, et l’analyse permanente des
accidents/incidents d’aviation dans lesquels le cisaillement du vent constitue un facteur ont confirmé hors de
tout doute que les fronts de rafales, les rafales descendantes et les microrafales existent bel et bien et qu’ils
représentent une menace grave pour les aéronefs en vol. D’autres initiatives lancées dans les années 1990
ont donc porté sur la détection du cisaillement du vent provoqué par ces phénomènes, à l’aide
21/2/11
o
N 2
3-28
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
d’équipements de détection à distance basés au sol et de dispositifs embarqués de détection et d’alerte de
cisaillement du vent, et sur la transmission d’avertissements aux pilotes en temps opportun. Les succès de
ces initiatives sont décrits au Chapitre 5.
LA TORNADE
3.5.23
Si forts et dangereux que soient les vents produits par les microrafales, c’est à la tornade que
revient la palme pour la production des vents de surface les plus forts. À de nombreux égards, la tornade
est l’antithèse de la microrafale, en ce sens qu’elle provient d’un système de basse pression extrêmement
concentré dont le tourbillon aspire littéralement l’air environnant, tandis que la microrafale est un système
localisé de haute pression dans lequel les vents à basse altitude divergent à partir du centre du phénomène.
46
La Figure 3-18 montre, d’après Fujita (1981), la structure et l’échelle généralisées des divers systèmes de
pression qui produisent des vents de surface dévastateurs, leur classification selon les échelles
mondialement acceptées et les vitesses de vent maximales escomptées. Sur cette figure, les vitesses
maximales du vent sont aussi mises en relation avec « l’échelle F », laquelle est basée sur l’échelle des
dommages causés par six catégories de vitesses du vent, à savoir F0 (17,5-31 m/s [35-62 kt]) à F5
(113,5-138 m/s [227-276 kt]).
3.5.24
Les tornades se forment dans les ascendances concentrées et persistantes des orages violents.
Ceux-ci sont généralement du même type que ceux qui produisent les microrafales, mais les tornades se
forment dans les ascendances tandis que les microrafales et les fronts de rafales se forment dans les
courants descendants. Beaucoup d’autres facteurs interviennent évidemment, car les tornades ne se
forment pas nécessairement dans tous les orages violents. Une des plus importantes questions que les
chercheurs météorologistes ont à résoudre aujourd’hui est de savoir pourquoi certains orages violents
47
engendrent des tornades et d’autres pas. Une bonne description de la tornade a été donnée par Snow :
« Une tornade est un tourbillon : l’air est animé d’un mouvement de rotation autour de l’axe [vertical] de la
tornade, à peu près aussi rapide que son avance en direction et le long de l’axe (en montant). Attiré dans la
colonne d’air centrale par une très basse pression, l’air venant de toutes les directions s’introduit à la base
du tourbillon à travers une couche peu épaisse de quelques dizaines de mètres à proximité du sol. À la base,
l’air s’incurve brusquement pour remonter en spirale autour de la colonne centrale et se confondre
finalement à l’extrémité supérieure cachée de la tornade, avec l’air qui s’écoule dans le nuage d’origine.
Dans la colonne centrale, la pression peut être inférieure de 10 % à celle de l’atmosphère environnante : la
différence est à peu près la même que celle qui existe entre le niveau de la mer et une altitude de 1 km
(3 300 ft). Dans une tornade, les vents sont presque toujours cycloniques ». La puissance destructrice d’une
tornade provient de ce qu’une partie de l’énorme quantité d’énergie dégagée dans un orage violent se
concentre dans une zone qui n’a généralement pas plus de quelques centaines de mètres de diamètre. La
plus grande vitesse du vent à avoir été effectivement mesurée dans une tornade était de 130,5 ± 4 m/s
(261 ± 9 kt) ; cette valeur a été obtenue au moyen du Doppler sur roues de l’université de l’Oklahoma à
48
Bridgecreek (Oklahoma), le 3 mai 1999 . Il s’agit d’une mesure instantanée qui représente la vitesse de
particules réfléchissantes à 32 m, tandis que les mesures effectuées au moyen d’un anémomètre typique
représentent la vitesse moyenne des particules d’air sur une période de 3 secondes à 10 m. La variabilité de
la mesure du radar est exprimée par la marge de ±4,5 m/s (9 kt)49,50.
3.5.25
La plupart des tornades (et notamment toutes les fortes tornades) se forment dans des
« mésocyclones » h , lesquels sont souvent associés aussi aux observations de forte grêle et de vents
dévastateurs [Figure 3-18 a)]29. Même si tous les mésocyclones ne produisent pas de tornades, ils sont une
condition nécessaire, sinon suffisante, à leur développement.
h.
Un mésocyclone est un tourbillon cyclonique à l’échelle méso, dont le centre a un diamètre de 3 à 9 km et qui produit souvent une
« signature » radar reconnaissable.
21/2/11
o
N 2
Chapitre 3. Conditions et phénomènes météorologiques qui causent
un cisaillement du vent dans les basses couches
3-29
Masohaute pression
(anticyclone)
Masocyclone
ute
Ha
ion
ss
e
r
p
Haute pression
Front froid
1 000 km
1 000 km
pr Hau
es te
sio
n
Mésocyclone
id
fro Méso-haute pression
(dôme de pression)
Écho en crochet
Front
10 km
Misocyclone
(tornade)
ne
tilig
rec
t
n
Ve
e
ign
ctil
e
r
t
Ven
1 km
des
cen
dan
t
e
»
ath
sw
Raf
ale
t
urs
«B
Mosocyclone
(tourbillon aspirant)
100 km
e
fal
ra
e e
fal ant
Ra end
sc
de
Front de
Front de rafales
100 m
s
Miso-haute pression
(nez de pression)
Front de la rafale
descendante
10 km
Moso-haute pression
Front du
« burst swath »
1 km
a) Maso-, méso-, miso-, et mosocyclones selon les échelles
planétaires généralisées. La séquence suit l’ordre des
voyelles (a, e, i, o, u).
b) Maso-, méso-, miso-, et moso-haute pression selon les
échelles planétaires généralisées.
Vents dévastateurs maximaux escomptés
Microrafa
Systèmes haute pression
tante
m/s
scen
50
e de
l
a
f
Ra
rafales
Front de
1 km
100 m
100
10 m
b 40 m
a
Systèmes basse pression
Ouragan
MOSO
a
Tourbillon aspirant
F5
Tornade
Mésocyclone
200
100
F1
F0
100 km
10 km
MESO
b
mph
300
c) Vitesses de vent maximales escomptées,
tracées en fonction des échelles des systèmes
de haute et de basse pressions. Il est à noter
que les vents les plus forts soufflant vers
l’extérieur se produisent dans la rafale
descendante à l’échelle miso (microrafale),
tandis que la vitesse de vent maximale dans les
tornades ne dépasse pas 90 m/s en dehors des
traces laissées par les tourbillons aspirants
noyés dans la perturbation.
F2
50
1 000 km
1m
F4
F3
MASO
mph
100
»
MISO
b 4 km
a
ath
sw
F1
F0
MESO
400 m
m/s
150
10 km
t
urs
100 km
le
«b
1 000 km
MASO
F3
F2
1 km
MISO
100 m
10 m
1m
MOSO
Figure 3-18. Échelles planétaires généralisées
(d’après Fujita, 1981 ; adapté par l’OACI)
3-30
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
3.5.26
L’analyse des dommages causés par une tornade indique l’existence de « tourbillons
aspirants » intenses et organisés au sein de la tornade mère [l’échelle est indiquée sur la Figure 3-18 a)].
Un modèle de tornade de ce type, proposé par Fujita46 est représenté sur la Figure 3-19. Souvent, les
tornades ne deviennent visibles que sous la forme d’un « nuage en entonnoir » accolé à la base de la
formation orageuse d’origine. Le nuage en entonnoir est généralement de forme conique, mais il peut
prendre de nombreuses autres formes, notamment celle d’une longue corde traînée. Les tornades qui se
développent au-dessus de l’eau prennent la forme de « trombes marines »i et celles-ci sont beaucoup plus
répandues dans le monde que les tornades qui se forment au-dessus de la terre ferme51.
3.5.27
Ce serait, semble-t-il, énoncer un truisme que de dire que les tornades représentent un cas
extrême de cisaillement du vent et un danger pour les avions qui atterrissent et qui décollent. Il peut sembler
tout aussi évident que ce caractère dangereux puisse être un peu atténué, si l’on considère que :
a)
les tornades sont généralement visibles et un avion devrait pouvoir les contourner ;
b)
même si des tornades ont été signalées dans diverses régions du monde, elles sont
surtout fréquentes dans le centre et le sud-est des États-Unis et constituent donc dans
cette région un « danger connu ».
Les considérations qui précèdent semblent justifiées, mais il serait extrêmement déraisonnable de prendre à
la légère le danger que présentent les tornades pour l’aviation, car elles ne sont pas toujours visibles ; elles
peuvent naître, par exemple, dans les ascendances qui existent le long du front de rafales qui précède la
tempête, elles peuvent être noyées dans des nuages ou de fortes précipitations, ou encore se former de nuit
(voir Chapitre 4). De plus, si une tornade traverse la trajectoire de vol d’un avion et que celui-ci rencontre
l’air perturbé et le cisaillement du vent dans le sillage du tourbillon, ou le tourbillon de la tornade dans les
nuages, le phénomène peut encore constituer un danger.
LA SUPERCELLULE ORAGEUSE
3.5.28
Au § 3.5.5 et au Tableau 3-1, il a été question des « supercellules » orageuses. Les principales
caractéristiques qui les distinguent d’autres formations orageuses importantes sont :
a)
leur nature unicellulaire ;
b)
la persistance de cette cellule unique dominante dans un état quasi-stationnaire pendant
une période relativement longue ;
c)
les courants ascendants et descendants extrêmement puissants se soutenant réciproquement au sein d’une cellule en une relation de symbiose « quasi-biologique » ;
d)
la tendance à progresser sur la droite du courant de vent moyen ; et
e)
les dégâts phénoménaux que peuvent causer la grêle qui les accompagne et, dans
52
certaines régions du monde, les familles de tornades et de microrafales .
Le terme « supercellule » fut introduit par Browning dès 1962 à propos d’une très violente tempête de grêle
qui avait causé des dégâts considérables près de Wokingham (Angleterre) en juillet 1959. La Figure 3-2053
i.
Les trombes marines sont de deux types : le premier type se développe vers le bas, à partir d’un cumulonimbus, et peut être
considéré comme une tornade au-dessus de l’eau. L’autre type se développe vers le haut, à partir de la surface de la mer, sous la
forme d’une colonne d’eau en rotation et il n’est pas directement associé à un nuage mais s’apparente davantage aux tourbillons
de poussière qui se forment au-dessus de la terre ferme.
21/2/11
o
N 2
Chapitre 3. Conditions et phénomènes météorologiques qui causent
un cisaillement du vent dans les basses couches
3-31
Modèle de tornade à tourbillons aspirants multiples
T Vitesse de translation de la tornade
S Vitesse de translation du tourbillon aspirant
V Vitesse de rotation autour du centre de la tornade
Tourbillon
aspirant
gau
Lisière
d
Trajet
V–T
che
u c entr
e
rnade
de la to
Tourbillon
aspirant
Centre de la
tornade
n
spira
ilon a
tourb e débris
u
d
age
rée d
pass encomb
e de
Trac bande
t ou
V+T
dro
Lisière
ite
Fujita, 1971
Figure 3-19.
Modèle de tornade à tourbillons aspirants multiples
(d’après Fujita, 1971 ; adapté par l’OACI)
Écoulement vers l’extérieur
au niveau supérieur
Profil du vent
en altitude devenant
destrogyre et augmentant
avec la hauteur
Fron
t
à la de rafal
surf es
ace
Direction
du déplacement
Air sec entraîné
aux niveaux
intermédiaires
Ascendance au niveau de
la base des nuages
Figure 3-20.
Schéma d’une « supercellule » orageuse
(d’après A.J. Thorpe, 1981)
3-32
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
montre un schéma de la structure type d’une supercellule orageuse, que l’observation à l’aide de radars
Doppler multiples et la simulation par ordinateur28 ont permis de représenter de façon assez détaillée.
3.5.29
La plus importante des caractéristiques est peut-être l’ascendance très intense et
quasi-stationnaire, alimentée par l’air humide, potentiellement instable provenant des niveaux inférieurs sur
le flanc droit de la supercellule. Il a été estimé que les vitesses maximales dans l’ascendance dépassaient
largement 40 m/s (ou près de 8 000 ft/min) et que l’ascendance pouvait persister et maintenir une identité
distincte pendant près de deux heures. L’air entraîné dans le courant ascendant a aussi tendance, en
s’élevant, à être animé d’un mouvement de rotation cyclonique qui crée des conditions particulièrement
favorables à la formation des tornades.
3.5.30
Le courant descendant se rencontre le plus souvent sur le flanc gauche d’une supercellule
orageuse, c’est-à-dire en relation avec la direction de déplacement de l’orage, alimenté par l’air sec,
potentiellement froid, qui provient des niveaux intermédiaires, avec des vitesses du même ordre que celles
qui existent dans le courant ascendant. Il a été avancé que lorsque le front de rafales que produit le courant
descendant se propage à peu près à la même vitesse que l’orage, il peut en résulter une zone quasistationnaire de convergence à faible altitude au-dessous de l’ascendance, entraînant un soulèvement
continu de l’air humide qui pénètre en basses couches le long du flanc droit de l’orage, ce qui maintient
l’ascendance.
3.5.31
Comme on l’a vu au § 3.5.5, les conditions atmosphériques nécessaires au développement
d’une supercellule orageuse sont que le vent devienne dextrogyre (dans l’hémisphère nord), que sa force
–
augmente avec la hauteur (cisaillement ≥ 0,001 s ¹) et qu’il existe à tous les niveaux des vents assez forts,
mais pas trop forts. L’air très sec des niveaux supérieurs provoque la formation d’une forte grêle. Fort
heureusement, les supercellules orageuses ne sont pas très répandues et ne surviennent pas fréquemment ;
la grêle, les microrafales et les tornades qui les accompagnent présentent en effet un danger extrême pour
les avions qui atterrissent ou décollent.
3.5.32
Il ressort des recherches récentes effectuées à la suite d’incidents survenus à des aéronefs qui
ont rencontré une forte turbulence en ciel clair ou un cisaillement du vent aux niveaux de croisière, ayant
entraîné une perte de maîtrise temporaire et une descente non contrôlée, que ces incidents se produisent
souvent sous le vent d’une zone d’orages violents, entre les niveaux de vol 350 et 450. Il est nécessaire de
poursuivre les travaux sur ce problème, mais d’après les premiers résultats, la turbulence et le cisaillement
du vent peuvent être causés par les sommets d’orages violents, peut-être du fait d’une interaction des
sommets bourgeonnants avec des courants-jets passant à proximité ou avec l’inversion au niveau de la
tropopause. Il y a aussi des raisons de croire que des tourbillons ou des ondes peuvent se développer sur
54
une certaine distance sous le vent des sommets de formations orageuses . On a fait remarquer que les
avions volant contre le vent pourraient escompter recevoir un avertissement de la présence de perturbations
ondulatoires en avant d’eux (c’est-à-dire au vent) dès qu’ils rencontrent les ondes ou les tourbillons qui se
dissipent, tandis que ceux qui traversent le courant de vent ou qui voyagent avec celui-ci ne recevraient
aucun avertissement. Les chercheurs de l’Ames Research Centre de la NASA, en Californie, tentent
d’élaborer un modèle à utiliser sur le simulateur de vol, qui pourrait reproduire de tels effets pour différents
types d’aéronefs.
3.6
CLIMATOLOGIE DU CISAILLEMENT DU VENT PAR CONVECTION
55
3.6.1
La Figure 3-21 montre la répartition annuelle des orages dans le monde selon leur fréquence,
56
tandis que la Figure 3-22 illustre de façon plus détaillée leur répartition au-dessus des États-Unis. Le
Tableau 3-257 montre les régions des États-Unis à forte activité orageuse, avec les variations diurnes et
21/2/11
o
N 2
Chapitre 3. Conditions et phénomènes météorologiques qui causent
un cisaillement du vent dans les basses couches
3-33
70
5
1
10
60
5
20
50
40
10
20 30
40
60 40
20
40
60 60
80
30
20
80
5
0
10
10
10
20
30
40
20
60
80
100
20
20
20
30
10
50
165
80
100
140
135
120
90
75
60
45
100 80
5
5
5
40
10
20
10
5
30
10
5
1
15
0
15
30
45
1
60
75
90
105
120
135
150
Moyenne annuelle de jours d’orage dans différentes régions du monde
o
(Source : Publication n 21 TP21 de l’OMM, 1953)
Océ
an a
tlant
ique
Océan pacifique
Figure 3-21.
105
20
40
60
40
60
20
1
150
10
40
5
1
60
80
100
140
60
80
20
10
5
10
60
40
20
100
40
40
70
180
180
140
5
100
80
60 120 40
40
60
60 60
40
5
140
20 60 180
140 140
180
40 80 100
60
80
100
30
5
60
10
5
10
20
40
60
40
10
1
20
40
Golfe du Mexique
Figure 3-22.
Moyenne annuelle de jours d’orage aux États-Unis ; 1951-1975
(d’après Court et Griffiths, 1982)
165
180
3-34
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
Tableau 3-2.
Printemps
Régions
Côte ouest
Inter-Montane
Régions des États-Unis les plus affectées par les orages
(d’après Easterling et Robinson, 1985)
Été
Automne
Hiver
t
a
t
a
T
a
t
a
A
H
–
–
A/N
L/M
A/N
M
A
H
A/N
H
A
H
–
–
A/N
M/H
A/N
M/H
A/N
M/H
–
–
Centre
N
L
N
L
N
L
–
–
Grands Lacs
N
L
N
L
N
L
N
L
Plaines de l’Ouest
Nord-est
A
M
A
M
A
M
–
–
Sud-est
A
L/M
A
H
A
H
N
L
Péninsule de Floride
A
M
A
H
A
H
A
L
M/A/N
L
M/A
M/H
M/A
M
N/M
L
Golfe du Mexique
t = moment de la journée : M = matin
A = après-midi
N = nuit
a = amplitude : L = faible (≤0,5)
M = moyenne (0,5-1,0)
H = grande (≥1,0)
Figure 3-23. Distribution des accidents/incidents dans lesquels
l’intervention de microrafales a été confirmée ou soupçonnée
(d’après McCarthy et Wilson, 1984 ; adapté par l’OACI)
Chapitre 3. Conditions et phénomènes météorologiques qui causent
un cisaillement du vent dans les basses couches
3-35
Figure 3-24. Trajectoires de 972 tornades violentes
(F4/5) confirmées aux États-Unis, 1880-1982
(d’après Grazulis et Abbey, 1983)
saisonnières de cette activité. La Figure 3-2358 indique la distribution mondiale des accidents/incidents dans
lesquels il a été confirmé ou soupçonné que les microrafales avaient joué un rôle, tandis que la
Figure 3-2459 montre les trajectoires des tornades violentes et confirmées qui ont été observées au-dessus
des États-Unis entre 1880 et 1982.
3.6.2
On voit sur la Figure 3-21 que c’est au-dessus des régions continentales tropicales que les
orages sont le plus fréquents. On sait cependant que la distribution géographique des tornades est
différente. Même si des tornades se produisent occasionnellement dans de nombreuses régions du monde
et si les trombes sont sans doute encore plus largement répandues sur les lacs et les océans, la plupart des
tornades surviennent au-dessus du centre et du sud-est des États-Unis. La distribution mondiale des
microrafales n’est pas connue, surtout parce qu’elles ne sont généralement pas visibles directement, et
même leurs effets au sol, par exemple les dégâts causés aux forêts et aux récoltes, ne sont susceptibles
d’être attribués à une microrafale que s’ils ont fait l’objet d’une inspection aérienne détaillée.
21/2/11
o
N 2
3-36
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
3.6.3
Les microrafales ne connaissant la notoriété que depuis une dizaine d’années pour le rôle qui
leur a été imputé dans plusieurs accidents ou incidents d’aviation, leur répartition apparente sera forcément
centrée autour des régions terminales à forte densité de circulation. Les microrafales sont assez courantes,
mais comme elles sont très concentrées et de courte durée, la probabilité qu’un avion en rencontre une à
l’atterrissage ou au décollage est assez faible ; toutefois, comme le montrent plusieurs accidents majeurs,
cette probabilité n’est nullement négligeable.
3.7 STATISTIQUES SUR LE CISAILLEMENT DU VENT DANS
LES BASSES COUCHES À PROXIMITÉ DES AÉRODROMES
3.7.1
Une masse considérable de données sur le cisaillement du vent dans les basses couches à
proximité des aérodromes ont été recueillies, à l’échelle mondiale, au moyen des systèmes embarqués
d'enregistrement et d'acquisition de données (AIDS) embarqués à bord d’avions à réaction gros porteurs
60
61,62
. En 1984, la base de
B-747 de British Airways (BA) , B-747 et DC-10 de Royal Dutch Airlines (KLM)
données, portait déjà sur 10 000 atterrissages de KLM (dont 8 573 avaient été analysésj,63, avec publication
d’une sélection de données) et 9 136 atterrissages de BA (qui avaient tous été analysés avec publication
des résultats). Un projet semblable, entrepris en Allemagne, a permis la collecte pendant un an, la mise en
mémoire et l’analyse des données fournies par les systèmes AIDS dont sont dotés les avions Airbus A300
de la Deutsche Lufthansa64.
3.7.2
Pour analyser les données relatives aux atterrissages de BA, le Royal Aircraft Establishment
(RAE), Royaume-Uni, a employé la méthode des rafales discrètes. Le Tableau 3-360 présente des
statistiques sur la probabilité de un sur 1 000, de rencontrer un cisaillement du vent avec certains types de
changements affectant la vitesse du vent debout ; ces probabilités ont été calculées sur la base de plus de
9 000 atterrissages de BA. Quant aux données de KLM, on a déjà publié une analyse détaillée portant sur
1 909 atterrissages effectués à l’aéroport de Schiphol (Pays-Bas), ainsi qu’une analyse des données des
aéroports mondiaux constituant les « cas les plus défavorables ». Ces données ont permis de calculer
diverses statistiques de probabilités ; la Figure 3-25 montre la distribution de la densité de probabilité des
changements du vent longitudinal par tranches de 30 m (100 ft) de hauteur, tandis que la Figure 3-26
montre les probabilités de dépassement de certaines valeurs données du cisaillement du vent, dans les
61
deux cas pour l’aéroport de Schiphol .
3.7.3
Une des principales raisons à l’origine de ces projets de recherche était la fourniture de
données dont on pourrait tirer des modèles réalistes de cisaillement du vent, à utiliser pour vérifier les
systèmes de commande et d’affichage de bord, ainsi que les systèmes embarqués de détection et
d’avertissement de cisaillement du vent dans les basses couches. En même temps, ces projets fournissent,
bien entendu, des données précieuses concernant le type et l’intensité des cisaillements du vent sur de
nombreux aérodromes dans le monde entierk. La recherche de Woodfield et Woods traite des variations du
cisaillement du vent sur différents aérodromes :
« Quel que soit le niveau de dépassement, l’aéroport où existent les plus forts cisaillements
du vent enregistre des changements de vitesse qui ne dépassent pas de plus de deux fois environ
j.
k.
L’analyse des autres atterrissages a été publiée depuis par le « Netherlands National Aerospace Laboratory » (1984) en même
temps qu’une évaluation de divers équipements embarqués de détection du cisaillement du vent. Cette publication est disponible
en néerlandais, avec résumé en anglais.
Les lecteurs qui s’intéressent aux cas de cisaillement du vent sur certains aérodromes en particulier pourront consulter les
61
63
documents rédigés par Woodfield et Woods (1984) et Haverdings (1981) .
21/2/11
o
N 2
Chapitre 3. Conditions et phénomènes météorologiques qui causent
un cisaillement du vent dans les basses couches
3-37
Tableau 3-3. Cisaillements du vent à rampe unidirectionnelle
avec une probabilité de un sur 1 000 atterrissages — Données mondiales
(d’après Woodfield et Woods, 1984)
Longueurs de
rampe pour
1 000 atterrissages
Changement de
vitesse (Longueur
de rampe)1/3
(m/s)/m1/3
305
30 000
–1,04
609
15 000
1 218
7 500
Longueur
de rampe
m
Changement
de vitesse
kt
Gradient
kt/100 m
200
300
400
–11,8
–13,5
–14,9
–5,9
–4,5
–3,7
–0,85
400
600
800
–12,2
–13,9
–15,3
–3,0
–2,3
–1,9
–0,78
800
1 200
1 600
–14,1
–16,1
–17,7
–1,8
–1,3
–1,1
0,6
Atterrissages
Altitude
Ev. stat.
Moyenne
Fréquence d’occurrence
Longueur
de rampe
nominale
m
1 909
30-300 m
0,89
0,20
0,4
0,2
0,0
–0
–4
–2
0
2
Changement du vent longitudinal/30 m
4 m/s–1/30 m 6
Figure 3-25. Distribution de la densité de probabilité des changements
du vent longitudinal par tranches de 30 m pour l’aéroport de Schiphol,
pour une gamme de hauteurs s’étalant de 30 à 300 m, courbe basée
sur des données fournies par le système AIDS, novembre 1977-1978
(d’après Haverdings, 1980 ; adapté par l’OACI)
3-38
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
Schiphol, 1977-1978
1 917 atterrissages
300
Médiane
Probabilité de 5 %
de changement
excessif du vent/30 m
200
Hauteur (m)
Probabilité de 1 %
de changement
excessif du vent/30 m
100
0
–10
–5
0
5
m/s –1 /30 m
10
Changement du vent longitudinal/30 m
Figure 3-26. Probabilités de 50 %, 5 % et de 1 %
de changement excessif du vent longitudinal/30 m
à l’atterrissage, en fonction de la hauteur
(d’après Haverdings, 1980 ; adapté par l’OACI)
ceux des aéroports qui présentent les cisaillements les plus faibles. Parmi ces aéroports, les niveaux
de cisaillement les plus faibles ont été enregistrés à Nairobi (NBO), Kuala Lumpur (KUL) et
Singapour (SIN). Les atterrissages à NBO se font surtout juste après le lever du soleil, car c’est à ce
moment que l’activité météorologique est souvent le plus calme. À KUL et SIN, par contre, les
atterrissages se font en fin d’après-midi ; ces aéroports sont aussi connus pour leurs niveaux
d’activité orageuse en été.
Les niveaux de cisaillement les plus forts ont été enregistrés à Hong Kong (HKG, RW 31
seulement), New York (JFK) et Londres (LHR) pour les aires de trafic simples et à Hong Kong (HKG,
Chapitre 3. Conditions et phénomènes météorologiques qui causent
un cisaillement du vent dans les basses couches
3-39
RW 31 seulement) pour les aires de trafic doubles. L’aéroport de Hong Kong, entouré d’un relief
montagneux accidenté, est connu pour son fort niveau de turbulence à l’approche. Seules les
approches vers la piste 31 ont pu être analysées, car les atterrissages pour la piste 31l exigent un
système d’atterrissage aux instruments décalé et un changement de cap tardif de 50°. En général, la
forme des distributions est bien établie, même avec à peine plus de 100 atterrissages sur un aéroport.
On pense que le fort événement qui est visible dans la distribution pour les aires de trafic doubles à
San Francisco (SFO) entrerait dans le schéma général si l’on utilisait un plus grand échantillon.
Puisque la plaque tournante [pour British Airways], LHR, est l’un des aéroports à forts
cisaillements du vent et que la sélection générale d’aéroports est représentative d’une grande variété
de conditions dans le monde entier, on pense que les distributions générales sont représentatives de
la plupart des réseaux de routes internationales. »
62
Haverding établit un classement des aéroports qui constituent « les pires cas », du plus fort au plus faible
pourcentage d’atterrissages avec cisaillement du vent (sur la base de 300 atterrissages ou plus) : JFK
(New York), Houston, Montréal, Schiphol (Amsterdam), Dubaï, Singapour et Bangkok.
3.7.4
Le National Aerospace Laboratory (NLR) des Pays-Bas a également analysé les données
mondiales de la KLM par la méthode des rafales discrètes. Il est prévu que le RAE et le NLR échangeront
leurs données et y ajouteront des données d’autres sources, notamment celles qui sont attendues de
Lufthansa. En tout, la base des données devrait porter sur plus de 20 000 atterrissages effectués dans le
monde entier, dans une large gamme de conditions saisonnières. La collecte de données sur de forts
cisaillements du vent se poursuit, constituant un projet permanent dans le cadre du programme « Civil
Aviation Airworthiness and Data Recording » (CAADRP) du Royaume-Uni. Cela fournira davantage de
données « extrêmes » qui permettront peut-être d’améliorer à l’avenir la classification du cisaillement du
vent selon son intensité (voir § 5.2.5 à 5.2.14).
3.8
TOURBILLONS DE SILLAGE
3.8.1
Un cisaillement du vent se produit à l’arrière de tout avion en vol, surtout sous la forme de
tourbillons d’extrémités d’ailes qui prennent la forme de deux tubes tourbillonnaires cylindriques animés d’un
mouvement rotatoire en sens opposés, dans le sillage des extrémités d’aile. Ces tourbillons sont violents
lorsqu’ils sont produits par un avion à réaction gros porteur, et ceux que produit un avion au décollage
pourraient constituer un risque important pour un avion qui le suivrait de trop près. Bien qu’il s’agisse d’un
cas particulier de cisaillement, les tourbillons de sillage ne sont normalement pas traités comme le
cisaillement du vent. Effectivement, l’effet de ces tourbillons sur les avions qui atterrissent et décollent peut
être évité avec l’application, par les organismes ATS, de minimums de séparation appropriés. À propos des
tourbillons de sillage, des éléments indicatifs sur les procédures que doivent suivre les services de la
circulation aérienne pour appliquer les minimums de séparation entre aéronefs afin de réduire les risques
potentiels associés à la turbulence de sillage et au cisaillement du vent figurent dans les Procédures pour
les services de navigation aérienne — Gestion du trafic aérien (Doc 4444), Chapitres 6 et 7.
3.8.2
Plusieurs pays (notamment l’Allemagne, les États-Unis, les Pays-Bas et le Royaume-Uni)
procèdent à des recherches en vue de mettre au point un « système d’évitement des tourbillons de sillage » ;
sur la base de renseignements météorologiques en temps réel, ce système permettrait aux contrôleurs de la
circulation aérienne (ATCO) d’évaluer le moment où il n’y aura plus de tourbillons sur la piste et donc de
réduire les intervalles moyens entre aéronefs à l’atterrissage (c’est-à-dire les minimums de séparation
l.
L’ancien aéroport Kai Tak de Hong Kong (Chine) a été remplacé par l’aéroport international de Hong Kong en 1998.
21/2/11
o
N 2
3-40
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
recommandés à cause des tourbillons de sillage) pour faire face à l’accroissement prévu du trafic65,66. Il
convient de noter toutefois que, si ces expériences tendent à confirmer la faisabilité technique d’un tel
système, il n’a pas été possible, jusqu’ici, pour un certain nombre de raisons pratiques, de l’utiliser pour
l’exploitation. Toutefois, à mesure que des systèmes d’observation pleinement intégrés fournissant une
image en quatre dimensions du champ du vent au-dessus d’un aéroport seront installés dans les
aérodromes les plus engorgés (voir § 5.1.10), il pourrait devenir rentable et réalisable en exploitation
d’introduire des prévisions relatives aux tourbillons de sillage pour augmenter la capacité des pistes et de
l’espace aérien en région terminale. Par exemple, on peut accroître de 14 % et 23 % la capacité à St-Louis
et Détroit en augmentant le nombre des départs sur les pistes parallèles rapprochées (CSPR), des pistes
67
distantes de moins de 2 500 ft l’une de l’autre, lorsque les conditions de vent sont favorables . Les gains de
capacité sont réalisés lorsque la vitesse du vent traversier dépasse un seuil précis à partir duquel on peut
faire décoller les aéronefs utilisant la piste en amont du vent sans leur imposer les contraintes d’espacement
liées à la turbulence appliquées à la piste en aval. En conséquence, les gains de capacité sont les plus
élevés quand les aéronefs lourds et les B757 décollent de la piste en aval. Une précision de 5 minutes est
nécessaire en ce qui concerne les prévisions du vent, pour respecter de façon prudente les exigences de
sécurité en matière d’espacement lié à la turbulence de sillage dans l’éventualité où la situation des pistes
passerait de « indépendante » à « dépendante » par rapport à la turbulence de sillage. Pour la planification,
une prévision de 10–20 minutes du seuil de vent traversier est souhaitable. Un moyen d’afficher la situation
de dépendance ou d’indépendance des pistes par rapport à la turbulence de sillage est en cours
d’élaboration avec la participation des contrôleurs aériens de St-Louis. Le but est de créer et mettre au point
une procédure en cas de turbulence de sillage dépendant du vent et de l’appliquer aux nombreux autres
aéroports à trafic élevé équipés de CSPR au cours des dix prochaines années. Les économies potentielles
de l’amélioration des techniques d’espacement lié à la turbulence de sillage ont été estimées à 952 millions
de dollars pour la période 2002 à 2015 à St-Louis, pour une dépense de seulement 7 millions, et à
68
9,6 milliards de dollars pour 18 aéroports pour un coût de seulement 64 millions .
3.8.3
La recherche se poursuit aux aéroports dotés de CSPR pour accroître la capacité en matière de
trafic aérien, notamment à Francfort, Houston Intercontinental, Paris-Charles de Gaulle et San Francisco.
Dans l’avenir, le radar optique Doppler (LIDAR) servira à déterminer les critères de vent debout nécessaires
pour réduire l’espacement à l’aéroport de Londres-Heathrow, ce qui permettra peut-être de remplacer
l’espacement en distance par l’espacement en temps. La combinaison de toutes les recherches sur la
turbulence de sillage concernant le LIDAR pourrait donner lieu à une nouvelle classification des types
d’aéronefs fondée non seulement sur le poids mais aussi sur d’autres caractéristiques, comme l’envergure.
3.8.4
La mise au point des systèmes de détection des tourbillons de sillage aux États-Unis tire parti
des différents systèmes de détection du vent qui ont déjà été installés à des aéroports très fréquentés dans
le cadre du programme ITWS (voir § 5.1.36 et suivants). Des algorithmes spécifiques ont été élaborés pour
fusionner ces données, par exemple l’algorithme d’analyse du profil du vent au Doppler, qui a servi de
prototype au système AVOSS d’analyse du vent (AWAS). Ces systèmes ont démontré que des profils précis
du vent, affichant une résolution verticale de 50 mètres, pouvaient être créés à partir de données provenant
69
d’un radar météorologique Doppler de région terminale (TDWR) (voir § 5.1.17 à 5.1.47). La prochaine
étape consisterait à formuler un algorithme pour formuler des messages adaptés à l’intention des
contrôleurs aériens et des pilotes, les prévenant de la présence de profils de cisaillement suffisamment
violents pour avoir une incidence sur les approches et les atterrissages à l’aérodrome considéré.
3.9
PÉNALISATIONS AÉRODYNAMIQUES CAUSÉES
PAR DE FORTES PLUIES
70
3.9.1
Certains chercheurs ont supposé que dans plusieurs accidents d’aviation où le cisaillement
du vent avait sans doute joué un rôle (par exemple l’accident survenu en 1975 au vol Eastern Airlines, à
21/2/11
o
N 2
Chapitre 3. Conditions et phénomènes météorologiques qui causent
un cisaillement du vent dans les basses couches
3-41
l’aéroport international JFK), la détérioration des performances de l’avion pouvait s’expliquer en grande
partie par des pénalisations aérodynamiques dues à de fortes pluies. Selon eux, celles-ci pouvaient affecter
les performances d’un aéronef au moins de quatre façons :
a)
les gouttes de pluie qui frappent l’aéronef lui impriment une certaine quantité de mouvement
vers le bas et vers l’arrière ;
b)
une mince pellicule d’eau formée par la pluie sur la cellule a pour effet d’augmenter la masse
de l’aéronef ;
c)
cette pellicule d’eau peut être rendue « rugueuse » sous l’effet des gouttes qui continuent à
tomber et des tensions superficielles, ce qui peut entraîner des pénalisations de portance et
de traînée comparativement à une surface portante sèche et lisse ;
d)
selon l’orientation de l’aéronef, les gouttes de pluie qui le frappent inégalement lui impriment
un moment de tangage.
3.9.2
L’analyse de ces hypothèses sur ordinateur à l’aide d’un modèle hydrodynamique, a conduit les
chercheurs à formuler les conclusions suivantes :
a)
les pénalisations en quantité de mouvement deviennent importantes pour des pluies de
l’ordre de 500 mm/h (pluie extrêmement forte) ;
b)
les pénalisations affectant la traînée et la portance pourraient être très importantes pour
des pluies de plus de 100 mm/h (forte pluie).
3.9.3
D’après les résultats de simulations d’atterrissage, une chute de pluie de 400 mm/h, rencontrée
dans l’approche, peut entraîner une détérioration des performances d’un aéronef équivalente à celle que
produit un cisaillement du vent de 4,5 m/s par 30 m (9 kt/100 ft). Il a été avancé aussi que la combinaison de
certains ou de l’ensemble des effets précités pourrait accroître temporairement la vitesse de décrochage de
l’avion laquelle pourrait éventuellement dépasser la vitesse à laquelle le système avertisseur de décrochage
(vibreur de manche) doit normalement fonctionner. Bien que l’on n’ait pas déterminé l’ampleur de l’effet
d’une forte pluie sur les performances d’un avion, le « Committee on Low-Altitude Wind Shear and its
Hazard to Aviation » (États-Unis) recommande de poursuivre les recherches dans ce domaine (voir
Appendice 2).
3.9.4
En marge du débat en cours concernant les pénalisations aérodynamiques causées par de
fortes pluies, il convient de rappeler certains cas où des avions qui avaient pénétré dans de violents orages
ont subi une perte totale de poussée sur tous les moteurs. Un exemple est celui du DC-9 qui s’est écrasé en
1977 en effectuant un atterrissage d’urgence après une perte totale de poussée en vol ; le National
Transport Safety Board (NTSB) des États-Unis a attribué cette panne à l’ingestion directe de quantités
massives d’eau et de grêle dans un violent orage, ce qui, en combinaison avec le déplacement de la
71
manette des gaz, a causé un décrochage brutal et des dommages importants aux compresseurs . Des
recherches sont en cours, par ailleurs, pour évaluer si les capteurs d’incidence, utilisés dans les systèmes
avertisseurs de décrochage, les systèmes avertisseurs de cisaillement du vent et les caractéristiques de
transmission/réception du radôme de radar météorologique ne risquent pas d’être affectés par la pluie. Il a
été avancé que des erreurs pourraient être causées par un alignement partiel des ailettes de captage avec
la direction de la pluie qui fait un angle de l’ordre de 8° avec l’horizontale aux vitesses normales d’approche
d’un avion.
— — — — — — — —
21/2/11
o
N 2
3-42
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
Références
1. Stewart,1979: The atmospheric boundary layer, Third IMO lecture, WMO No. 523.
2.
WMO Technical Note No. 93, 1969: Vertical wind shear in the lower layers of the atmosphere.
3.
Ellis and Keenan, 1978: Development of wind shear models and determination of wind shear hazards, FAA Report
No. FAA-RD-79-119.
4.
André and Mahot, 1982: The nocturnal surface inversion and influence of clear air radiative cooling, Journal of the
Atmospheric Sciences.
5.
Heald and Mahot, 1981: The dependence of boundary layer shear on diurnal variation of stability, Journal of the
Atmospheric Sciences.
6.
Abele, 1982: Diurnal variability of wind velocity increase with height, Los Alamos National Laboratory Research
Paper No. LA-9601-MS.
7.
Pettersson, 1956: Convective clouds and weather, Weather Analysis and Forecasting, Volume 1, 2nd Edition,
McGraw Hill.
8.
Cole, Evans and Rhoda, 1997: Delay reduction due to the integrated terminal weather system (ITWS), terminal
winds product, Preprints, Seventh Conference on Aviation, Range, and Aerospace Meteorology, Long Beach,
California, American Meteorological Society.
9.
Joffre, 1984: Power laws and the empirical representation of velocity and directional shear, Journal of Applied
Meteorology, Vol. 23, Issue 8.
10. Brooks, 1970: Preliminary study of wind shear in the boundary layer at Melbourne Airport, Meteorology Study
No. 19, Australian Bureau of Meteorology.
11. Saissac, et al., 1971 : Étude dynamique de la couche 0-100 m, Monographe No 81 de la Météorologie nationale,
France.
12. McKinley, 1984: Evaluating wind flow around buildings on heliport placement, FAA Report V85-21881.
13. Morrison, 1982: Refresher course, wind shear, Canadian Aviation.
14. Bedard and LeFebvre, 1983: Downslope windstorms and negative buoyancy forces, Preprints, 13th Conference on
Severe Local Storms, Tulsa, Oklahoma, American Meteorological Society.
15. Alaka, 1958: Aviation aspects of mountain waves, WMO Technical Note No. 18.
16. Zipser and Bedard, 1982: Front range windstorms revisited, Weatherwise, United States.
17. Smith, Crook and Roff, 1982: The morning glory: An extraordinary undular bore, Quarterly Journal of the Royal
Meteorological Society.
18. Smith and Goodfield, 1981: The 1979 morning glory expedition, Weather, London.
19. Christie and Muirhead, Solitary waves and low altitude wind shear in Australia, Aviation Safety Digest No. 123/3.
20. Christie and Muirhead, 1983: Solitary waves: A hazard to aircraft operating at low altitudes, Australian
Meteorological Magazine.
21. Richwien and McLeod, 1978: Low level frontal wind shear forecast test, FAA Report No. FAA-RD-77-184.
21/2/11
o
N 2
Chapitre 3. Conditions et phénomènes météorologiques qui causent
un cisaillement du vent dans les basses couches
3-43
22. Badner, 1979: Low-level wind shear: A critical review, NOAA Technical Memorandum No. NWS FCST-23.
23. Wei-Kuo Tao and Simpson, 1984: Cloud interactions and merging: Numerical simulations, Journal of the
Atmospheric Sciences.
24. Byers and Braham, 1949: The thunderstorm, United States Government Printing Office.
25. Weisman, 1983: An eye to the clouds, Weatherwise, United States.
26. Peterson, 1984: A triple Doppler radar analysis of a discretely propagating multicell convective storm, Journal of the
Atmospheric Sciences.
27. Bennets, McCallum and Grant, 1986: Cumulonimbus clouds: an introductory review, Meteorological Magazine,
Volume 115, Meteorological Office, London.
28. Rotunno and Klemp, 1985: On the rotation and propagation of simulated supercell thunderstorms, Journal of the
Atmospheric Sciences.
29. Davies-Jones, 1984: The origin of updraft rotation in supercell storms, Journal of the Atmospheric Sciences.
30. Vasiloff, Brandes and Davies-Jones, 1986: An investigation of the transition from multicell to supercell storms,
Journal of Climate and Applied Meteorology.
31. Srivastava, 1985: A simple model of evaporatively driven downdraft: Application to microburst, Journal of the
Atmospheric Sciences.
32. Seitter, 1983: Numerical simulation of thunderstorm gust fronts, United States Air Force Geophysics Laboratory,
Environmental Research Paper No. 862.
33. Moncrieff, 1986: Comments on nor-wester thunderstorm structure, Weather, Royal Meteorological Society, London.
34. Joseph, Raipal and Deka, 1980: Andhi, the convective dust storm of northwest India, Mausam, Volume 31, Indian
Meteorological Department.
35. Fujita, 1976: Spearhead echo and downburst near the approach end of a JFK Airport runway, New York City,
University of Chicago, SMRP Research Paper No. 137.
36. Wolfson, 1983: Doppler radar observations of an Oklahoma downburst, Preprints, Twenty-first Conference on
Radar Meteorology, Edmonton, Canada, American Meteorological Society.
37. Fujita, 1978: Manual of downburst identification for Project NIMROD, University of Chicago, SMRP Research Paper
No. 156.
38. McCarthy and Wilson, 1982: The Joint Airport Studies (JAWS) Project, Bulletin of the American Meteorological
Society.
39. Fujita and Wakimoto, 1983: Microburst in JAWS depicted by Doppler radars, PAM and aerial photographs,
Preprints,Twenty-first Conference on Radar Meteorology, Edmonton, Canada, American Meteorological Society.
40. Wilson and Roberts, 1983: Evaluation of Doppler radar for airport wind shear detection, Preprints, Twenty-first
Conference on Radar Meteorology, Edmonton, Canada, American Meteorological Society.
41. Woodfield and Vaughan, 1983: Airspeed and wind measurements with an airborne CO2 CW laser, Royal Aircraft
Establishment Technical Memorandum.
42. Fujita and Smith, 1985: from Fujita’s “The Downburst” SMRP Research Paper No. 210, University of Chicago.
21/2/11
o
N 2
3-44
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
43. Wilson, Roberts, Kessinger and McCarthy, 1984: Microburst wind structure and evaluation of Doppler radar for
airport wind shear detection, Journal of Climate and Applied Meteorology.
44. McCarthy and Wilson, 1985: The CLAWS project, Preprints, Second Conference on Aviation Weather Systems,
Montréal, Canada, American Meteorological Society.
45. Stevenson, 1985: The Stapleton microburst advisory service project: The operational viewpoint, United States
Department of Transportation, Report No. DOT/FAA/PM-85/21.
46. Fujita, 1981: Tornadoes and downbursts in the context of generalized planetary scales, Journal of the Atmospheric
Sciences.
47. Snow, 1984: The tornado, Scientific American.
48. J. Wurman et al., 2007: Low Level Winds in Tornadoes and Potential Catastrophic Tornado Impacts in Urban Areas.
Bulletin American Meteorological Society, Vol 88, No. 1, p. 31-46.
49. Snow and Pauley, 1984: On the thermodynamic method for estimating maximum tornado wind speeds, Journal of
Climate and Applied Meteorology.
50. Wolde-Tinsae, Porter and McKeown, 1985: Windspeed analysis of tornadoes based on structural damage. Journal
of Climate and Applied Meteorology.
51. Simpson, et al., 1986: Observations and mechanisms of GATE waterspouts, Journal of the Atmospheric Sciences.
52. Browning and Foote, 1976: Airflow, and hail growth in supercell storms, Quarterly Journal of the Royal
Meteorological Society, London.
53. Thorpe, 1981: Thunderstorm dynamics: A challenge to the physicist, Weather, Royal Meteorological Society,
London.
54. Ellrod, 1985: Indicators of high altitude non-convective turbulence observed in satellite images, Preprints, Second
Conference on Aviation Weather Systems, Montréal, Canada, American Meteorological Society.
55. World Meteorological Organization, 1953: World distribution of thunderstorm days, Part 2, WMO Publication No. 21,
Geneva, Switzerland.
56. Court and Griffiths, 1982: Thunderstorm Climatology, Volume 2, National Oceanic and Atmospheric Administration,
United States Department of Commerce.
57. Easterling and Robinson, 1985: The diurnal variation of thunderstorm activity in the United States, Journal of
Climate and Applied Meteorology.
58. McCarthy and Wilson, 1984: The microburst as a hazard to aviation, 2nd International Nowcasting Symposium,
Norrk`ping, Sweden.
59. Grazulis and Abbey, 1983: 103 years of violent tornadoes, 13th Conference on Severe Local Storms, Tulsa,
Oklahoma, American Meteorological Society.
60. Woodfield and Woods, 1984: World-wide experience of wind shear during 1981-82, Advisory Group for Aerospace
Research and Development (AGARD), Conference Proceedings No. 347.
61. Haverdings, 1980: On the use of AIDS data for a statistical analysis of wind shear during the approach, Netherlands
National Aerospace Laboratory, Report NLR MP 80008 U.
62. Haverdings, 1981: AIDS-derived wind shear statistics for approach and landing, Netherlands National Aerospace
Laboratory, Report NLR TR 81066L.
21/2/11
o
N 2
Chapitre 3. Conditions et phénomènes météorologiques qui causent
un cisaillement du vent dans les basses couches
3-45
63. Haverdings, 1984: Wind shear investigation programme at the NLR (in Dutch, English summary), Netherlands
National Aerospace Laboratory, Report NLR MP 84027 U.
64. Krauspe, 1984: Wind shear measurement on board an airliner, NASA Technical Memorandum NASA TM-77463.
65. United States Federal Aviation Administration, 1981: General Aviation News.
66. Woodfield, 1983: Wind shear and wake vortex research in the United Kingdom (1982), NASA Report CP-2274.
67. Lang, Steven (FAA), and C.R. Lunsford, J.A. Tittsword, W.W. Cooper, L. Audenaerd, J. Sherry (MITRE), R.E. Cole
(MIT/LL), 2005: An analysis of Potential Capacity Enhancements Through Wind Dependent Wake Turbulence
Procedures. 6th USA/Europe Seminar on Air Traffic Management Research and Development, Baltimore.
68. Source: Business Case Analysis for NASA Wake Vortex Technology, Robert V. Hemm, Jeremy M. Eckhause,
Virginia Stouffer, Dou Long, Jing Hees, Technology Assessment and Resource Analysis Group, 3/1/2004, LMI
Report #: NS254T2).
69. Cole, Dasey and Mathews, 1998: Atmospheric profiling to support adaptive wake vortex spacing of aircraft,
4th International Symposium on Tropospheric Profiling: Needs and Technologies, Snowmass, Colorado.
70. Luers and Haines, 1981: The effect of heavy rain on wind shear attributed accidents, American Institute of
Aeronautics and Astronautics, St. Louis.
71. Flight Safety Foundation, 1985, and the United States National Transport Safety Board Report No. NTSB-AAR-78-3
(1978).
21/2/11
o
N 2
Page blanche
Chapitre 4
EFFETS DU CISAILLEMENT DU VENT
DANS LES BASSES COUCHES SUR
LE COMPORTEMENT DES AVIONS
4.1
GÉNÉRALITÉS
4.1.1
Pour comprendre l’influence du cisaillement du vent sur le comportement d’un avion, il convient
tout d’abord de rappeler brièvement certains des principes élémentaires du vol. Les principales forces
agissant sur un avion en vol sont représentées sur la Figure 4-1 ; ces forces sont la traction du ou des
moteurs, le poids de l’avion, la portance créée principalement par les ailes, et la traînée. Les figures sont
légèrement simplifiées : on suppose par exemple que la traction s’exerce exactement dans le sens de la
trajectoire de vol. Cette simplification facilite la compréhension du raisonnement sans modifier la portée
pratique des conclusions tirées.
4.1.2
Quand les forces agissant sur un avion animé en vol d’un mouvement uniforme non accéléré
sont en équilibre, la somme de toutes celles qui s’exercent vers le haut, perpendiculairement à la direction
du vol, est égale à la somme de toutes celles qui s’exercent vers le bas, perpendiculairement à la direction
du vol et la résultante de ces forces est nulle. De la même façon, la somme de toutes les forces qui
s’exercent vers l’avant, dans la direction du vol, doit être égale à la somme de toutes les forces qui
s’exercent vers l’arrière, dans la direction opposée. L’avion est alors en état d’équilibre et, qu’il soit en
montée, en descente ou en palier, il conservera cet état conformément à la première loi de Newton (loi sur
le mouvement), jusqu’à ce que l’équilibre des forces soit rompu.
4.1.3
Quoique simples, ces équations permettent de tirer d’importantes conclusions. En vol à vitesse
constante en palier (cas de mouvement uniforme), la traction doit faire équilibre à la traînée et la portance
au poids [Figure 4-1 b)]. En montée à vitesse constante la traction, qui doit aussi équilibrer une partie du
poids (W sin γ), est nécessairement plus forte qu’en vol en palier, son importance étant alors proportionnelle
à l’angle de montée. Les angles de montée possibles peuvent être déduits de l’équation simplifiée (1) de la
Figure 4-1. Pour les petits angles de montée usuels sin γ • γ, l’équation (1) devenant :
T = D + Wγ
et
γ=
T −D
W
Ainsi, l’angle de montée est directement proportionnel à l’excédent de la traction sur la traînée et
inversement proportionnel au poids. Dans le cas d’un vol en descente à vitesse constante [Figure 4-1 c)],
l’équation (5) montre qu’il faut moins de force de traction que pour le vol en palier du fait qu’une composante
du poids (W sin γ) s’exerce alors dans le même sens que la traction.
4.1.4
C’est ici qu’une question peut se poser : qu’est-ce que tout ceci peut avoir à faire avec le
cisaillement du vent ? La réponse tient à un examen attentif des variables de chacune des quatre forces
4-1
Traction (T)
Figure 4-1.
Forces agissant sur un avion en vol
b) Palier
Poids (W)
Traînée (Fx)
Traction (T)
T = Fx + sin γ ....................(1)
Fz = P cos γ.......................(2)
Fz = P .......................(4)
Fz = P cos γ.......................(2)
c) Descente
Poids (W)
Portance (Fz)
T = Fx .......................(3)
1) Par hypothèse, vol à vitesse uniforme, sans accélération, axe de traction de trajectoire confondus ;
2) Par hypothèse l’angle de montée ou de descente est γ ;
3) Décomposition des forces perpendiculaires et parallèles à la trajectoire de vol :
Traction (T)
Portance (Fz)
T = Fx + sin γ ....................(1)
Notes.—
a) Montée
Poids (W)
Traînée (Fx)
Portance (Fz)
Traînée (Fx)
4-2
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
Chapitre 4.
Effets du cisaillement du vent dans les basses couches sur le comportement des avions
4-3
principales qui s’exercent sur un avion. Le poids P n’est rien d’autre que le produit de la masse (m) par
l’accélération de la pesanteur (g), de sorte que P = mg ; la traction T est la force directement produite par le
ou les moteurs, la portance (Fz) et la traînée (Fx) sont proportionnelles à la masse volumique de l’air (ρ), à
la surface alaire (S) et au carré de la vitesse de l’air sur les ailes (V), c’est-à-dire que Fz et Fx sont
proportionnels à ρ, S et V². Les constantes de proportionnalité Cz and Cx, appelées respectivement
coefficient de portance et coefficient de traînée, sont telles que :
Fz =
1
2
Cz ρ S V 2
Fx =
1
2
Cx ρ S V 2
et
dépendent, entre autres, de l’angle d’attaque (α) de l’aile. En considérant ces équations, on peut constater
que la portance et la traînée dépendent de l’angle d’attaque (autrement dit du Cz) et du carré de la vitesse
de l’air ou vitesse propre ; or, nous pourrons voir que le cisaillement du vent influe à la fois sur l’angle
d’attaque et sur la vitesse propre, qui influent à leur tour sur la portance et la traînée, ce qui perturbe en
définitive l’équilibre de l’avion (voir Appendice 3).
EFFET DU CISAILLEMENT DU VENT SUR LA VITESSE PROPRE
4.1.5
Tout d’abord, avancer que « le vent influe sur la vitesse propre » semble en contradiction avec
le principe, sur lequel on a insisté pendant la formation de base du pilote, selon lequel « le vent n’influe que
1
sur la vitesse-sol et la dérive » . Cette apparente contradiction peut avoir causé de la confusion dans l’esprit
de certains pilotes, contribuant peut-être à la difficulté de compréhension de la gravité des effets que le
cisaillement peut avoir sur les performances de l’avion. Les deux postulats peuvent se concilier si l’on
introduit le mot « passager » dans le premier, de sorte qu’il se lise « le vent (par exemple un changement de
vent) a un effet passager sur la vitesse propre », et si l’on tient compte de la stabilité longitudinale de l’avion
qui cherche à reprendre la vitesse propre pour laquelle il a été compensé à l’origine. Cela signifie que par
vent stable, ou lorsque la composante horizontale du vent se modifie progressivement, le vent est sans effet
sur la vitesse propre et la fameuse égalité suivante reste vraie :
Vitesse-sol (VS) = vitesse vraie (VV) ± vitesse du vent sur la route suivie (VENT)
En cas de cisaillement du vent, cependant, le vent horizontal (sa composante par rapport à la route suivie
est alors l’élément important, qu’il s’agisse d’un vent debout au décollage ou à l’atterrissage ou d’un vent
arrière pendant le vol) n’est assurément pas stable, pas plus qu’il ne change progressivement, pouvant au
contraire changer rapidement sur une distance relativement courte. S’il est exposé à un passage aussi
rapide de vent debout à vent arrière, un avion ne peut, en raison de son inertie, manifestement pas
accélérer ou décélérer instantanément pour reprendre la vitesse propre pour laquelle il a été compensé et,
pendant une période courte mais de durée finie, la vitesse propre se modifie selon le changement du vent.
Ce changement « passager » de vitesse propre modifie la portance et la traînée, rompant l’équilibre des
forces qui s’exercent sur l’avion. On peut illustrer comme suit ce cas de changement progressif de vent :
soit 140 kt de vitesse-sol et vent nul. On a
140 kt (VS) = 140 kt (VV) – 0 (VENT)
avec passage progressif à un vent debout de 20 kt on a alors :
120 kt (VS) = 140 kt (VV) – 20 kt (VENT)
4-4
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
Note – Dans le présent exemple, on utilise le « nœud », unité hors-SI pour indiquer la vitesse.
Selon l’Annexe 5, l’unité principale, le « kilomètre-heure », peut être employée au lieu du « nœud ».
La vitesse-sol s’adapte en permanence au changement de régime du vent et la vitesse propre demeure
2
inchangée. Si le changement du vent est rapide, l’égalité se présente comme suit :
soit 140 kt de vitesse-sol et vent nul
140 kt (VS) = 140 kt (VV) – 0 (VENT)
avec un cisaillement rapide donnant jusqu’à 20 kt de vent debout, on a temporairement
140 kt (VS) = 160 kt (VV) – 20 kt (VENT)
où l’équilibre est rétabli et la vitesse propre après compensation regagnée (c’est-à-dire que
l’avion a ralenti par rapport au sol)
120 kt (VS) = 140 kt (VV) – 20 kt (VENT)
comme dans l’exemple précédent.
La manière dont l’avion reprend son équilibre du fait de sa stabilité longitudinale est traitée aux § 4.1.11 à
4.1.13.
4.1.6
La rupture de l’équilibre des forces agissant sur l’avion crée une force résultante telle qu’au lieu
de l’équation (1) T = Cx + P sin γ ou T – Cx – P sin γ = 0 (donc une résultante des forces nulles), on a après
cette rupture T – Fx – P sin γ = R (la résultante), cette résultante donnant lieu à une accélération immédiate
de l’avion. Cette accélération résulte de la seconde loi de Newton selon laquelle « la vitesse de modification
de l’énergie cinétique d’un corps, proportionnelle à la force qui lui est appliquée, s’exerce dans la direction
de cette force ». Cette loi s’exprime plus communément sous la forme :
F = ma (masse × accélération) ou F =
P
a
g
Avec rupture d’équilibre sous l’effet momentané du cisaillement du vent, les équations (1) à (6) devraient
3
s’écrire :
(montée)
(vol en palier)
(descente)
T – Fx – P sin γ
P
= • accélération selon la trajectoire de vol
T – Fx
g
T + P sin γ – Fx
(montée/descente) Fz – P cos γ
Fz – P
(vol en palier)
=
P • accélération normale à la trajectoire
g de vol
L’avion accélère dans la direction dans laquelle s’exerce la force perturbatrice jusqu’à ce que l’équilibre
soit rétabli. Soulignons le fait que, bien que l’équilibre soit assurément rétabli, l’avion vole inévitablement sur
une nouvelle trajectoire et, conformément à la première loi du mouvement de Newton, il reste sur cette
nouvelle trajectoire jusqu’à ce que l’équilibre soit à nouveau perturbé. L’avion cherche toujours une
trajectoire de vol sur laquelle les forces auxquelles il est soumis seront en équilibre. En d’autres termes, le
Chapitre 4.
Effets du cisaillement du vent dans les basses couches sur le comportement des avions
4-5
cisaillement du vent modifie la trajectoire de vol de l’avion et, pour que celui-ci reprenne la trajectoire de vol
voulue, le pilote devra intervenir. La Figure 4-2 montre les changements auxquels la trajectoire de vol est
d’abord soumise du fait des modifications passagères de vitesse propre causées par le cisaillement du vent.
Ces effets sont produits par le cisaillement du vent horizontal tels qu’on pourrait le rencontrer dans un vent
de fort gradient près du sol (notamment dans un courant-jet des couches inférieures) ou dans un système
frontal, par exemple.
Note.— Il conviendrait maintenant de noter qu’en ce qui concerne l’effet passager d’un
cisaillement du vent sur la vitesse propre, un vent debout dont la force décroît a exactement le même effet
passager sur la vitesse propre (une diminution) qu’un vent debout qui augmente. De la même façon, un vent
debout qui augmente a exactement le même effet passager sur la vitesse propre (une augmentation) qu’un
vent arrière en diminution. D’autres éléments interviennent une fois l’équilibre rétabli particulièrement dans
le cas d’un avion à l’atterrissage ; il en sera question au § 4.2.6.
EFFET DU CISAILLEMENT DU VENT SUR L’ANGLE D’ATTAQUE
4.1.7
On a indiqué au § 4.1.4 que le cisaillement du vent peut modifier l’angle d’attaque. On rappelle
qu’au § 2.1.1 l’attention a été attirée sur des cas particuliers de l’atmosphère dans lesquels la composante
verticale du vent n’est pas nulle (ou très petite) et peut même l’emporter sur les composantes du vent
debout, arrière et traversier. Ainsi en est-il des ondes orographiques et notamment des rafales
descendantes liées aux nuages de convection (voir § 3.2.8 et 3.5.11 à 3.5.14, respectivement). Aux § 4.1.8
et 4.1.9, il sera surtout question de l’effet de cisaillement des rafales descendantes, puisque celles-ci
constituent à n’en pas douter le risque le plus important du phénomène du cisaillement du vent, mais ce qui
en est dit vaut aussi bien pour n’importe quelle situation dans laquelle la composante verticale du vent a
plus d’importance que les composantes horizontales et change rapidement.
4.1.8
En vol en palier rectiligne un avion a une assiette en tangage qui confère à l’aile un angle
d’attaque (α) variable selon la vitesse propre. La relation entre l’angle d’attaque et la vitesse propre postule
que l’air heurte horizontalement le bord d’attaque de l’aile (c’est-à-dire avec une composante verticale
ascendante ou descendante négligeable), ce qui, le plus souvent, est effectivement le cas. Si, toutefois, un
avion traverse une ascendance ou un rabattant, l’air ne heurte pas l’aile selon l’horizontale mais sous un
petit angle par rapport à celle-ci, angle qui dépend des grandeurs relatives de la vitesse propre et de la
composante verticale du vent (rabattant ou ascendance). Dans ces conditions, l’angle d’attaque varie
4
effectivement sans aucun changement de l’assiette en tangage . La Figure 4-3 montre comment l’angle
d’attaque diminue dans un rabattant alors que l’assiette en tangage reste inchangée. L’exemple donné est
celui d’un rabattant de 5 m/s (1 000 ft/min) et d’un avion qui, volant à 280 km/h (140 kt) de vitesse propre,
réduit son angle d’attaque d’environ 4° sans changement d’assiette en tangage.
Note.— Il conviendrait de noter que, si une vitesse de 5 m/s (1 000 ft/min) est probablement
assez représentative de celle de la plupart des rabattants, on a mesuré dans ceux des orages violents des
vitesses de pointe supérieures à 25 m/s (5 000 ft/min).
4.1.9
Tout comme un changement de vitesse propre dû au cisaillement du vent (voir § 4.1.5), un
changement d’angle d’attaque dû à un rabattant ou à une ascendance est un changement passager qui
précède le retour à l’angle d’attaque original après compensation par la stabilité longitudinale de l’avion. Un
rabattant cause une diminution passagère de l’angle d’attaque, diminution qui, à son tour, entraîne une
diminution du coefficient de portance et rompt l’équilibre des forces auxquelles l’avion est soumis, suscitant
ainsi une résultante déporteuse qui entraîne un enfoncement de la trajectoire de vol (voir Figure 4-4). Une
ascendance agit dans le sens opposé. Un rabattant a donc le même effet initial sur un avion qu’une
diminution du vent debout ou une augmentation du vent arrière tandis qu’une ascendance a le même effet
initial qu’une augmentation du vent debout ou une diminution du vent arrière. Cependant, l’effet d’un
Traction (T)
R
Traction (T)
R
R
Traction (T)
Poids (W)
Traînée (Fx)
Portance (Fz)
(Fz inférieure)
Traction (T)
R
Poids (P)
Portance (Fz)
(Fz inférieure)
Figure 4-2. Vecteur représentant la trajectoire de vol
soumise au cisaillement du vent horizontal
Traction (T)
R
Poids (P)
Traînée (Fx)
Portance (Fz)
(Fz supérieure)
Traction (T)
R
Poids (P)
Portance (Fz)
(Fz supérieure)
b) Représentation vectorielle de la trajectoire de vol (R) après augmentation transitoire de la vitesse propre du fait d’un vent
debout en augmentation ou d’un vent debout en diminution.
Poids (P)
Traînée (Fx)
Portance (Fz)
(Fz supérieure)
a) Représentation vectorielle de la trajectoire de vol (R) après diminution transitoire de la vitesse propre du fait d’un vent
debout en diminution ou d’un vent debout en augmentation.
Poids (P)
Traînée (Fx)
Portance (Fz)
(Fz inférieure)
Traînée (Fx)
Traînée (Fx)
4-6
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
Chapitre 4.
Effets du cisaillement du vent dans les basses couches sur le comportement des avions
Co
rd
Écoulem
ed
ep
rof
il
Profil d’aile
ent ano
rmal
(Résul
nte rabat
et vitesta
ta
se propre nt
)
Vecte
Angle d’assiette
en tangage
Écoulement horizontal
normal lié à la
vitesse propre
4-7
ulta
t rés
men
le
u
o
ur éc
nt
Vecteur
rabattant
de 10 kt
4°
Vecteur vitesse
propre (140 kt)
Angle d’attaque
réduit dans un
écoulement d’air
normal
Angle d’attaque dans
un écoulement normal
(échelle agrandie en ordonnées)
a) L’angle d’attaque diminue à cause du rabattant
mais l’angle d’assiette en tangage reste le même
b) 4° de diminution d’angle d’attaque à cause d’un
rabattant de 10 kt à 140 kt de vitesse propre
30 m/s 6 000 ft/min
20°
25 m/s 5 000 ft/min
gle
’an
l
de
te
n
ta
mi
co
n
co
on
i
t
nu
mi
Di
20 m/s 4 000 ft/min
ue
aq
t
t
d’a
18°
16°
14°
12°
10°
15 m/s 3 000 ft/min
8°
6°
10 m/s 2 000 ft/min
4°
5 m/s 1 000 ft/min
2°
Composante
verticale
(rabattant)
80
148
90
167
100
185
110
204
120
222
130
241
140
260
150
278
160
297
kt Vitesse propre
km/kt
c) Diminution de l’angle d’attaque par suite de diverses combinaisons de la
vitesse propre et de la composante verticale du vent (rabattant)
Figure 4-3.
Diminution de l’angle d’attaque dans un fort rabattant
4-8
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
Portance (Fz)
(Fz inférieure du fait
de la réduction d’α)
Traînée (Fx)
Rabattant
Traction (T)
R
Poids (P)
Figure 4-4. Vecteur représentant la trajectoire de vol soumise
au cisaillement de la composante verticale du vent (rabattant)
(en supposant l’existence d’un fort rabattant permanent)
rabattant ou d’une ascendance est dû à un changement passager de l’angle d’attaque alors que l’effet du
vent debout ou du vent arrière est dû à un changement passager de la vitesse propre. Une fois rompu,
l’équilibre est rétabli par la stabilité longitudinale mais l’avion vole sur une nouvelle trajectoire. D’autres
éléments interviennent une fois l’équilibre rétabli ; il en sera question au § 4.2.6.
EFFET D’UN CISAILLEMENT DU VENT TRAVERSIER
4.1.10
Jusqu’à présent, nous nous en sommes tenus au cas du cisaillement des composantes vent
debout ou vent arrière et à ses effets sur la vitesse propre, ainsi qu’à celui du cisaillement des composantes
verticales du vent (rabattants ou ascendances) et à ses effets sur l’angle d’attaque. Comme il a été indiqué
au § 2.1.3, le fait que les pistes soient orientées autant que possible de façon à présenter la plus faible
composante traversière du vent explique que le cisaillement des composantes vent debout ou vent arrière,
ainsi que les cas particuliers du cisaillement des composantes verticales du vent (par exemple les rafales
descendantes), tendent à dominer les débats portant sur le phénomène de cisaillement du vent. Cela ne
revient pas à dire qu’il n’y a pas de cisaillement de la composante traversière du vent, ni qu’un tel
cisaillement soit sans effet sur l’avion. En fait, il y a presque toujours une certaine composante de vent
traversier mais, de façon générale, elle n’affecte ni la vitesse propre ni l’angle d’attaque et, par conséquent,
ne modifie pas l’équilibre des forces qui, dans le plan vertical, s’exercent sur l’avion. Elle affecte par contre
les angles de dérive et de dérapage, ce qui ajoute aux difficultés du pilote dans une situation déjà complexe.
Certaines de ces complications sont commentées au § 4.2.8.
RÉTABLISSEMENT DE L’ÉQUILIBRE GRÂCE À LA STABILITÉ LONGITUDINALE
4.1.11
Il est maintenant nécessaire d’examiner comment l’avion retrouve ses conditions d’équilibre après
en avoir été écarté, comme ce pourrait être le cas du fait du cisaillement du vent. Ce redressement tient à ce
Chapitre 4.
Effets du cisaillement du vent dans les basses couches sur le comportement des avions
4-9
qu’on appelle la stabilité de l’avion qui est son aptitude à revenir à une situation de vol donnée après en avoir
été légèrement écarté. L’avion est conçu pour être stable autour de chacun de ses trois axes (tangage, roulis
et lacet). Dans le cas des perturbations dues au cisaillement du vent, c’est la stabilité autour de l’axe de
tangage, ou stabilité longitudinale, qui nous intéresse particulièrement. La stabilité longitudinale fait que, si
l’angle d’attaque est modifié, des forces de redressement interviendront instantanément et automatiquement
5
pour le ramener à sa valeur d’origine . (L’étude détaillée de ces forces, une question très complexe, ne sera
pas abordée ici.) Il est cependant bon d’indiquer à propos de la stabilité longitudinale que ces forces de
redressement résultent principalement de l’action de l’empennage horizontal, ou stabilisateur. Dans les cas de
vol particuliers dont nous nous préoccupons surtout (vol en palier rectiligne, en montée ou en descente, c’està-dire essentiellement des vols sans virages), il existe pour chaque angle d’attaque une vitesse (propre)
indiquée correspondante, si bien que l’avion a aussi une « stabilité de vitesse ». Ainsi, un avion pique et
accélère généralement pour reprendre la vitesse perdue, cabrant et décélérant pour perdre un surcroît de
vitesse (c’est-à-dire pour reprendre la vitesse propre pour laquelle il avait été compensé à l’origine).
4.1.12
Les réactions « naturelles » d’un avion aux changements de vent sont habituellement définies
« commandes bloquées » dans les manuels. Dans ce cas, les modifications de vitesse produisent dans le plan
vertical des oscillations légèrement amorties de trajectoire et de hauteur, formant une courbe appelée
a
phygoïde dont la période d’oscillation est d’environ 40 secondes. Si l’oscillation phygoïde n’était pas maîtrisée,
l’avion ne pourrait pas voler de façon satisfaisante à basse vitesse ainsi qu’il doit le faire pour le décollage et
l’atterrissage, mais il partirait en abattée comme on l’observe fréquemment sur les modèles réduits d’avions en
papier. Heureusement, la période de la phygoïde est très longue et elle peut être maîtrisée par le pilote qui
maintient une assiette en tangage correcte. Les changements d’angle d’attaque, par exemple ceux qui
résultent des ascendances ou des rabattants, produisent en tangage une oscillation bien amortie d’environ
5 secondes ; c’est ce que l’on appelle habituellement période courte d’oscillation (Figure 4-3).
4.1.13
Si l’assiette en tangage est maintenue constante par le pilote, la réaction de l’avion à une
modification de vitesse propre est un retour sans oscillation à la vitesse originale (stabilité de vitesse).
Toujours avec intervention du pilote, la réaction à la sollicitation d’une ascendance ou d’un rabattant est
également un retour sans oscillation à l’angle d’attaque d’origine. Le degré de stabilité de vitesse dépend de
la mesure dans laquelle la vitesse originale se rapproche davantage de la vitesse à puissance minimale à
laquelle la stabilité de vitesse est indifférente. Les vitesses typiques de décollage et d’atterrissage sont
proches des vitesses à puissance minimale en configuration normale volets et train sortis. Dans ces
circonstances, la stabilité de vitesse est faible et les changements de vitesse propre causés par le
cisaillement du vent persisteront si le pilote ne les corrige pas par une réaction à la manette des gaz et/ou à
la commande de profondeur.
4.2
COMPORTEMENT DE L’AVION DANS DES CONDITIONS
PARTICULIÈRES DE CISAILLEMENT DU VENT
GÉNÉRALITÉS
4.2.1
Dans cette section et dans la suivante, les principes de météorologie et d’aérodynamique
évoqués jusqu’alors sont appliqués aux situations pratiques dans des conditions particulières de cisaillement du vent, et aux techniques recommandées aux pilotes qui s’exposeraient involontairement à de
a.
Le mot « phygoïde » a été créé par Frederick Lanchester, un aérodynamicien britannique, au début du vingtième siècle. Le terme
est formé de deux mots grecs qui signifient littéralement « analogue au vol » ; toutefois, Lanchester a malheureusement utilisé le
mot « vol » dans le sens de « fuite » et non de « vol d’un oiseau », comme c’était son intention.
4-10
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
pareilles conditions. On notera que la conclusion à tirer est qu’une exposition au cisaillement du vent devrait
être évitée dans la mesure du possible. Une question peut alors se poser : pourquoi, dans ces conditions,
consacrer avec un pareil souci du détail tout ce temps à l’analyse du phénomène et de ses effets sur les
avions ? La réponse est que l’analyse de ses aspects météorologiques, outre qu’elle est utile au
météorologiste aéronautique, fournit aussi des bases solides permettant d’aider les pilotes à reconnaître, et
donc à éviter, les situations susceptibles de donner lieu au cisaillement du vent. Faire reconnaître avec leurs
degrés d’intensité les divers types de cisaillement du vent qui ont été enregistrés, contribue à inspirer aux
pilotes un respect salutaire du phénomène. La connaissance du comportement de l’avion dans le
cisaillement du vent aide le pilote à comprendre ce qui se passe et explique les raisons des techniques
recommandées en cas d’exposition involontaire au cisaillement du vent, certaines de ces techniques
pouvant sembler différentes des pratiques « normales » du pilotage. On devrait donc garder à l’esprit que
l’étude qui suit ne vise pas à inciter les pilotes à tenter de voler dans des conditions connues ou supposées
de cisaillement du vent ; au contraire, on n’a de cesse d’engager les pilotes à ÉVITER le phénomène.
CISAILLEMENT DU VENT DEBOUT OU DU VENT ARRIÈRE
4.2.2
Les situations dans lesquelles le cisaillement du vent debout ou du vent arrière (c’est-à-dire des
composantes vent debout ou vent arrière normalement en rapport avec l’orientation de la piste) pourrait se
produire près du sol comprennent l’atterrissage ou le décollage par vents à forts gradients (surtout les
courants-jets des basses couches), caractéristiques des surfaces frontales et du voisinage des foyers
orageux. L’effet sur l’avion du cisaillement du vent par temps orageux, comme celui que pourrait causer un
front de rafales et des rafales descendantes, par exemple, est traité aux § 4.2.9 à 4.2.13 puisqu’il suppose
un cisaillement de la composante verticale du vent (ascendance ou rabattant) en plus du cisaillement du
vent debout ou arrière. Le cisaillement du vent associé aux gradients de vent dans les basses couches et
aux surfaces frontales est décrit respectivement aux § 3.1 et 3.3. Une surface frontale peut être considérée
comme cas particulier d’un gradient du vent, du moins quant à ses effets sur un avion. Les gradients du vent
varient considérablement en ce qui concerne la vitesse de changement de la force du vent selon la hauteur
(mesurée, par exemple, en kt/100 ft) et l’importance générale du changement de la force du vent (mesurée,
par exemple, en nœuds), entre le sommet et la base de la couche. En général, le cisaillement du vent ne
pose un problème que si ces deux caractéristiques sont importantes.
Note.— L’une et l’autre de ces caractéristiques de la couche de cisaillement, par exemple
l’intensité (vitesse de changement de la force du vent en fonction de la hauteur) et l’importance générale du
changement de la force vent, reflète l’état de l’atmosphère à un moment et en un lieu donné, et elles se
produisent indépendamment du passage d’un avion. Chacune de ces caractéristiques influe sur
l’atterrissage ou le décollage d’un avion et qui plus est cette influence dépend aussi de la vitesse à laquelle
6
l’avion traverse la couche de cisaillement (ce qui est mesuré en nœuds par seconde) .
4.2.3
Dans l’exemple donné au § 2.4.3, l’intensité du cisaillement du vent est de 2,1 m/s par 30 m
(4,2 kt/100 ft) et la vitesse verticale de descente de l’avion est de 3,9 m/s (13 ft/s) ; le vent auquel
4,2 × 13
= 0,546 kt par seconde 7 . Le changement approximatif de
s’exposera cet avion décélérera de
100
vitesse propre pour différentes intensités de cisaillement du vent, ainsi que les vitesses verticales de
descente de l’avion selon une pente de descente de 3° sont indiqués à la Figure 4-5. Le cisaillement du
vent dans toute l’épaisseur de la couche comprise dans cet exemple entre 300 m (1 000 ft) sol et 150 m
(500 ft) sol est de 10,5 m/s (21 kt) et, en supposant pour les besoins de l’explication qu’il s’agit d’un
changement de vent debout compte tenu de l’orientation de la piste, il en résulterait pour un avion à
l’atterrissage une diminution de vitesse propre de 42 km/h (21 kt) pour une vitesse verticale de descente de
1,09 km/h par s (0,546 kt/s). La phase de vol doit être précisée, le même gradient du vent ayant des effets
contraires au décollage et à l’atterrissage. Dans l’exemple du cisaillement du vent cité ci-dessus, le vent
21/2/11
o
N 2
Chapitre 4.
Effets du cisaillement du vent dans les basses couches sur le comportement des avions
5 kt/100
10 kt/1
ft
00 ft
15 kt/1
00 ft
20 kt
/1
Vitesse verticale de descente
4-11
00 ft
1 400 ft/min
30
k
t/10
0 ft
40 k
t
/100
ft
Vit
es
se
ve
po rtica
ur le
un de
e p de
en sce
te
de nte =
de G
sce ×
nte (10
de 1,3
3° × t
g3
)
1 200 ft/min
50
k
1 000 ft/min
t/10
0 ft
800 ft/min
600 ft/min
400 ft/min
200 ft/min
50
100
150
Vitesse-sol (G) kt
200
250
1
2
3
4
5
6
Rapidité de changement de la VI
du fait du cisaillement du vent
7
8
kt/s
Figure 4-5. Rythme de changement de la VI dans le cisaillement
du vent et vitesse verticale de descente de l’avion
(d’après Lord, 1978 ; adapté par l’OACI)
debout diminue sur la pente de descente d’un avion à l’atterrissage mais augmente sur la trajectoire de
montée initiale d’un avion au décollage (voir § 2.3.2).
4.2.4
Dans le cas d’un avion atterrissant contre un vent debout en rapide diminution ou avec un vent
arrière en augmentation, la régression de vitesse propre s’effectue à peu près au même rythme que la
décélération du vent debout ou l’accélération du vent arrière. Comme le montre la Figure 4-2 a), cette
régression explique que l’avion vole sous la pente du radiophare d’alignement de descente. Le nouvel angle
de descente résultant du déséquilibre passager des forces agissant sur l’avion se maintiendra tant que le
cisaillement persistera avec la même intensité et que le pilote n’interviendra pas. Atterrir contre un vent
debout en augmentation ou avec un vent arrière en diminution cause une accélération de vitesse propre
correspondant à la vitesse du cisaillement, l’avion volant alors au-dessus de la pente du radiophare
d’alignement de descente. Les deux effets sont très comparables à ce qui se produirait si les moteurs
devaient soudain perdre ou gagner, selon le cas, l’équivalent de puissance propre à amener l’avion sur ce
nouvel angle de descente, au-dessous ou au-dessus de la pente du radiophare d’alignement de descente.
On dit que la trajectoire de vol « s’améliore » si l’avion passe au-dessus de la trajectoire de vol sans
4-12
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
cisaillement (la trajectoire prévue) et qu’elle « se détériore » si elle passe au-dessous de cette trajectoire de
vol sans cisaillement. Cependant, la question reste de savoir si un écart quelconque par rapport à la pente
du radiophare d’alignement de descente pourrait être considéré comme aboutissant à une trajectoire de vol
« améliorée ». On peut aussi, en évoquant les mêmes effets, faire état d’un cisaillement avec augmentation
des performances (vent debout en augmentation, vent arrière en diminution) et d’un cisaillement avec
diminution de ces performances (vent debout en diminution, vent arrière en augmentation).
4.2.5
Du point de vue du pilote, la succession réelle des événements qu’il pourra constater à la
lecture de ses instruments dépendra dans une large mesure de la combinaison particulière des situations
découlant du cisaillement, de la hauteur à laquelle celui-ci commence à se manifester, de la configuration de
l’avion et des réactions aux commandes. L’enchaînement des événements est toutefois relativement simple
si le comportement de l’avion est envisagé commandes bloquées. Dans ces conditions, cet enchaînement
consiste en une modification de la vitesse propre sitôt le début du cisaillement, suivie d’un écart d’altitude et
d’assiette en tangage, comme le montrent les Figures 4-6 et 4-7. Avec un vent debout en diminution ou un
vent arrière en augmentation, la réaction de l’avion (du fait de la stabilité longitudinale), et de l’intervention
instinctive du pilote en présence d’une diminution de vitesse propre, consiste à piquer pour regagner la
vitesse perdue. Pendant le décollage et l’atterrissage, cependant, c’est la détérioration de la trajectoire de
vol qui est préoccupante aussi près du sol et des obstacles, et non la vitesse propre, dans la mesure où elle
reste suffisamment au-dessus de la vitesse de décrochage.
4.2.6
Les techniques recommandées au pilote en fait de maintien de la trajectoire de vol sont
exposées au § 4.3 ; une certaine compréhension du raisonnement qui justifie ces techniques est nécessaire.
Le pilote utilise la gouverne de profondeur (qui commande l’assiette en tangage, donc l’angle d’attaque) et
les manettes de puissance pour faire varier la vitesse et l’altitude de l’avion, donc la vitesse verticale de
montée ou de descente. Ce sont aussi les commandes avec lesquelles le pilote peut agir sur la trajectoire
de vol quand il s’expose par inadvertance au cisaillement du vent. Les effets sur l’avion de la gouverne de
profondeur et de la commande de puissance sont interdépendants et l’on ne peut préciser ceux qui résultent
d’une intervention sur une commande sans préciser aussi la nature de l’intervention sur l’autre commande.
Une augmentation de puissance engendre une accélération qui, selon le braquage de la gouverne de
profondeur, peut se traduire par l’apparition d’une vitesse de montée (Vz positive) ou par une augmentation
de la vitesse propre, ou encore par une combinaison de chacune d’elles. Nous avons vu, aux § 4.2.2 et
4.2.3, que pour un avion, l’une des caractéristiques importantes du cisaillement du vent est la tendance de
la vitesse du phénomène. Dans un cisaillement du vent dont la vitesse décroît, le pilote peut compenser les
effets du phénomène par une augmentation de poussée au rythme de régression de la vitesse propre. La
capacité d’accélération caractéristique d’un avion de transport à réaction en configuration d’atterrissage est
de 6 km/h par s (3 kt/s) (0,1375 g), ce qui signifie qu’un tel avion pourrait se maintenir en vol en palier à
vitesse constante dans un vent dont le cisaillement décroît à raison de 6 km/h par s (3 kt/s). Cependant, il
convient de noter que l’intensité du cisaillement du vent peut excéder ses possibilités. Si la vitesse de
cisaillement change il faudra modifier en conséquence la poussée des réacteurs, d’où une complication
supplémentaire parce que si, pendant l’atterrissage, le cisaillement prend fin avant le niveau du sol,
autrement dit si le vent reste constant en altitude entre la base de la zone de cisaillement et le toucher des
roues, l’avion atterrira avec un vent de force constante, si bien que le changement de puissance nécessaire
au moment de quitter la couche de vent cisaillant, afin de rester sur le radioalignement de descente,
dépendra du fait qu’au point de toucher des roues le vent est debout ou arrière. Le vent relatif auquel est
soumis un avion à l’atterrissage dans diverses conditions de vent stable est indiqué sur la Figure 4-8. On
constate que lorsque l’atterrissage s’effectue vent debout ou vent arrière l’angle d’attaque et la vitesse du
vent relatif ont d’autres valeurs que par vent nul. Le pilote règle la puissance et l’assiette en tangage de
manière à rester sur le radioalignement de descente. Par vent debout, l’avion est plus cabré, l’angle de la
trajectoire de vol est moins ouvert et il faut une moindre vitesse verticale et davantage de puissance que par
vent nul pour rester sur le radioalignement de descente. Inversement, l’avion est moins cabré quand il
atterrit vent arrière, l’angle de trajectoire de vol est plus abrupt et il faut une vitesse verticale plus élevée et
2
moins de puissance que par vent nul pour rester sur la radioalignement de descente .
Chapitre 4.
Effets du cisaillement du vent dans les basses couches sur le comportement des avions
4-13
Vitesse
horizontale
du vent
(nœuds)
Vent debout
100
Début du cisaillement
Vent debout en
augmentation
0
–100
Vent arrière en
augmentation
0
4
8
12
16
4
8
12
16
Vent arrière
1 000
Altitude radar
(pieds)
800
600
400
200
0
0
Vitesse propre
(VC en kt)
200
160
120
80
40
Assiette
en tangage
de l’avion
(degrés)
V2 + 10
0
4
8
12
16
0
4
8
12
16
0
4
8
12
Durée (secondes)
16
20
0
Angle d’attaque
du fuselage
(degrés)
20
10
0
Figure 4-6. Réaction initiale de l’avion, commandes bloquées, aux
composantes de vent debout et vent arrière d’un cisaillement
(tiré de FAA Wind Shear Training Aid, 1987 ; adapté par l’OACI)
4-14
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
Composante
vent debout
Composante
vent arrière
Trajectoire nominale
de montée initiale
Pente de descente de 3°
Composante
vent debout
Composante
vent debout
Trajectoire de vol
sans intervention
du pilote
Composante
vent debout
Composante
vent debout
Trajectoire
de vol sans
intervention
du pilote
3°
a) Atterrissage vent debout en diminution
b) Décollage vent debout en diminution
Trajectoire nominale
de montée initiale
Trajectoire de vol
sans intervention
du pilote
Composante
vent debout
Composante
vent debout
Pente de
descente de 3°
Composante
vent debout
Composante
vent debout
Trajectoire de vol
sans intervention
du pilote
Composante
vent debout
Composante
vent debout
3°
c) Atterrissage vent debout en augmentation
d) Décollage vent debout en augmentation
Figure 4-7. Effet du cisaillement du vent debout/vent arrière
sur un avion en supposant que le pilote n’intervienne pas
4.2.7
Outre la puissance, qui lui permet de choisir la trajectoire de vol, le pilote peut aussi utiliser la
commande de profondeur pour modifier l’angle d’attaque. Ce faisant, il transforme de l’énergie potentielle
4
(altitude) en énergie cinétique (vitesse) et vice versa . L’altitude peut être transformée en vitesse en faisant
piquer l’avion, ce qui lui fait prendre de la vitesse et perdre de l’altitude, et la vitesse peut être transformée
en altitude en cabrant l’avion, ce qui lui fait perdre de la vitesse mais gagner de l’altitude. Naturellement, le
processus ne peut pas se renouveler à discrétion puisque à un moment donné l’avion possède en quantité
finie une somme totale d’énergie comprenant de l’énergie potentielle (selon son altitude) et de l’énergie
cinétique (selon sa vitesse). Échanger l’une de ces formes d’énergie contre l’autre ne modifie en rien la
somme d’énergie totale. Une augmentation ou une diminution de puissance, cependant, modifie
effectivement cette somme d’énergie totale et, de ce fait, influe en permanence sur la trajectoire de vol.
Malgré la nature « temporaire » de l’effet des changements d’assiette en tangage, une substitution d’une
forme d’énergie à l’autre peut aider à rester maître de la trajectoire de vol, avec en outre cet avantage
particulier que la réaction de l’avion (c’est-à-dire l’effet sur la trajectoire de vol) est presque immédiate. La
limite de la puissance disponible est assurément la puissance maximale des moteurs. Il existe aussi une
limite supérieure au-delà de laquelle l’angle d’attaque ne peut être augmenté pour transformer la vitesse en
Chapitre 4.
Effets du cisaillement du vent dans les basses couches sur le comportement des avions
4-15
RW
RW
2
RW
1
1
HW
a) Vent nul
RW1 = Vent relatif par vent nul
b) Vent debout
RW2 = Vent relatif par vent debout
HW = Vent debout
RW4
RW
DD
RW
1
1
RW3
TW
c) Vent arrière
RW3 = Vent relatif par vent arrière
TW = Vent arrière
d) Rabattant
RW4 = Vent relatif dans le rabattant
DD = Rabattant
l
du profi
Corde
Angle
d’attaque (α)
e) Vent relatif et α
Figure 4-8.
Vent relatif
Vent relatif auquel est soumis un avion atterrissant
dans diverses conditions de vent constant
altitude ; elle correspond à l’angle de décrochage, au-dessus duquel la portance cesse d’augmenter mais
diminue rapidement. Ceci nous ramène à la seconde caractéristique du cisaillement du vent, importante
pour les avions dont il est question aux § 4.2.2 et 4.2.3 : il s’agit du changement de la vitesse totale du vent
au sein de la couche cisaillante. Ce changement est important par comparaison avec la marge de vitesse
qui précède la vitesse de décrochage dans les basses couches, qui est la plus faible vitesse à laquelle le vol
en palier peut être maintenu (cette marge est de l’ordre de 20 %, soit environ 50 km/h [25 kt] pour un avion
de transport à réaction). Les techniques recommandées au § 4.3 préconisent le recours à des réglages de
puissance et d’assiette en tangage pour rester maître de la trajectoire de vol. Afin d’épargner au lecteur tout
risque d’ambiguïté, il est bon de faire remarquer que si la plupart des cas de cisaillement du gradient de
vent peuvent sembler en deçà des possibilités de l’avion, on constate rétrospectivement, c’est-à-dire à partir
4-16
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
de l’analyse détaillée des gradients, que durant une exposition réelle au cisaillement du vent le pilote n’a
aucune idée de la force du phénomène en aval de sa trajectoire, ni de la durée pendant laquelle il se fera
sentir. Si, par conséquent, certaines variables sont dépassées (comme il en a été discuté aux § 4.3.42 à
4.3.71), une remise des gaz est effectuée.
4.2.8
Les effets sur un avion d’un cisaillement de la composante traversière du vent ont été étudiés
au § 4.1.10. Un cisaillement du vent traversier a un effet initial direct sur les angles de dérive et de dérapage,
ce qui provoque des rotations de l’avion autour des axes de lacet et de roulis mais sans effet initial sur la
vitesse propre et l’altitude. L’avion s’incline du côté opposé au cisaillement et pivote en lacet du côté du
cisaillement, s’écartant par un effet de la trajectoire de vol prévue, comme le montre la Figure 4-9. Les
techniques normales de pilotage en roulis et en lacet suffisent donc pour neutraliser les effets du
cisaillement d’un vent traversier. Il peut évidemment être nécessaire de remettre les gaz à cause de la
violence du phénomène mais, encore une fois, les techniques qui conviennent au cas d’un vent traversier
fort mais régulier valent aussi pour un vent traversier avec fort cisaillement. Les fluctuations des
composantes d’un vent traversier associé à un cisaillement du vent de face ou du vent arrière ne manquent
pas d’ajouter considérablement à la charge de travail des pilotes dans une situation déjà extrêmement
changeante et délicate.
Note.— Les vents qu’exploite un système de navigation par inertie sont définis en degrés
géographiques tandis que le vent en surface signalé par l’ATC est en degrés magnétiques. Il convient, dans
le cas des aérodromes ayant une importante déclinaison magnétique, d’en tenir compte pour déterminer les
8
caractéristiques probables du cisaillement .
CISAILLEMENT DES COMPOSANTES VERTICALES DU VENT
(ASCENDANCES ET RABATTANTS)
4.2.9
Le cisaillement du vent par modifications rapides de ses fortes composantes verticales
(ascendances et rabattants) constitue de beaucoup la situation la plus dangereuse pour les avions.
L’ensemble des effets des ascendances et des rabattants sur les avions fait l’objet d’une description aux
§ 4.1.7 à 4.1.9, où l’on fait remarquer que les rafales descendantes et les microrafales associées aux
nuages de convection sont les principales causes de risque. Dans une rafale descendante (une microrafale
étant simplement une rafale descendante concentrée), comme on le précise aux § 3.5.11 à 3.5.22, de forts
rabattants traversent la base du nuage et arrivent très près du niveau du sol avant de se propager au sol
dans toutes les directions. Des microrafales intenses forment probablement un anneau tourbillonnaire
autour de la base du rabattant, juste au-dessus du sol (Figures 3-15 et 3-16). Les effets d’une rafale
descendante sur un avion assez malchanceux pour en rencontrer une dépendent de la configuration de
l’avion, de l’intensité de la rafale descendante et de l’emplacement de cette rafale (latéralement et dans le
plan vertical) par rapport à la trajectoire de vol. Trois cas typiques de présence d’une rafale descendante de
part et d’autre de la trajectoire d’approche et sur le faisceau du radiophare d’alignement de descente sont
indiqués sur la Figure 4-10.
4.2.10
Le premier cas est celui d’un avion qui aborde une rafale descendante qui se manifeste plus ou
moins sur la trajectoire de vol, par exemple, sur le radioalignement de descente comme le montre la
Figure 4-10 a). Au moment où l’avion rencontre la rafale descendante, il commence habituellement par
s’exposer à un vent debout en augmentation et, éventuellement, il est soumis aux tourbillons ou aux rotors
de la chasse d’air. Il y a cependant des cas où la rafale descendante n’est pas verticale et, selon son
inclinaison, elle peut ajouter à la violence de l’air chassé d’un côté de la rafale descendante et atténuer celle
de l’air qui est chassé de l’autre côté. C’est dire que l’augmentation du vent debout peut ne pas se produire
dans tous les cas. L’augmentation du vent debout provoque une augmentation de vitesse propre, l’assiette
en tangage se modifie vers le haut et l’avion passe au-dessus du radioalignement de descente ou de la
26
26
Trajectoire de vol sans
intervention du pilote
4-17
Composante
vent traversier
Composante
vent traversier
Composante
vent traversier
Effets du cisaillement du vent dans les basses couches sur le comportement des avions
Composante
vent traversier
Chapitre 4.
Trajectoire de vol sans
intervention du pilote
a) Composante vent traversier augmentant
de droite à gauche
b) Composante vent traversier diminuant
de droite à gauche
Figure 4-9. Effet du cisaillement du vent traversier sur un avion
en supposant que le pilote n’intervienne pas
Rafale de vent traversier
Rafale de vent debout
b) Rafale descendante
sur la trajectoire
de descente
08
Vitesse propre
en augmentation
avec dérive à
Dérive à droite
en augmentation
droite et légère
diminution de la
vitesse verticale
de descente
Rafale de vent traversier
a) Rafale descendante à
droite de la trajectoire
de descente
08
Trajectoire de vol prévue
Centre de la
rafale descendante :
augmentation de
la vitesse verticale
de descente par
diminution de
l’angle d’attaque
Vitesse propre en
diminution avec
dérive et légère
augmentation de
vitesse verticale
de descente
t
Augmentation
de vitesse
propre et
diminution de
vitesse verticale
de descente
Dérive à gauche
en augmentation
ven
le de
Rafa re
arriè
Trajectoire de
vol prévue
Vitesse propre en
augmentation avec
dérive à gauche et
légère diminution de
vitesse verticale
de descente
08
Trajectoire de vol prévue
c) Rafale descendante à
gauche de la trajectoire
de descente
Diminution de
vitesse propre
et nouvelle
augmentation de
vitesse verticale
de descente
Vitesse propre en
diminution avec
dérive et légère
augmentation de
vitesse verticale
de descente
Figure 4-10. Effet, sur l’atterrissage d’un avion, de la traversée
d’une rafale descendante en trois points de la trajectoire de
descente, en supposant que le pilote n’intervienne pas (vue en plan)
4-18
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
trajectoire prévue de montée initiale. Même s’il lui est possible de se replacer sur la trajectoire de vol prévue
en réduisant la puissance, le pilote se doute alors que l’augmentation du vent debout est due à une rafale
descendante, comme nous l’avons vu au § 4.2.11 ; il n’est pas conseillé de réduire la puissance mais plutôt
d’amorcer immédiatement une remise des gaz. À mesure que l’aéronef évolue dans la rafale descendante,
la composante verticale est de plus en plus dominante jusqu’à ce que le cœur (ou la ligne de milieu) de la
rafale descendante soit franchi. Au moment où l’avion atteint le cœur de la rafale descendante, le vent
debout fait place à un rabattant (sa composante verticale), l’angle d’attaque diminue à mesure que change
le vent relatif par suite de la transformation du vent debout en rafales descendantes et il continue à diminuer
9
tant que la vitesse du rabattant augmente [(Figure 4-8 d)]. De ce fait, l’avion pique et revient d’abord sur,
puis sous le radioalignement de descente ou la trajectoire de montée initiale. Comme l’avion quitte la rafale
descendante, le rabattant est remplacé par un vent arrière en augmentation qui cause une régression de
vitesse propre et une nouvelle détérioration de la trajectoire de vol. Une fois au milieu de la rafale
descendante, l’avion perd de l’altitude à la vitesse du rabattant (c’est-à-dire qu’il « dérive » vers le bas dans
le nouveau régime de vent vertical, tout comme il dérive latéralement par vent traversier, le cas du rabattant
étant beaucoup plus grave). Pour contrer le rabattant permanent, il est nécessaire de créer une vitesse
verticale de montée équivalente en augmentant la puissance et en cabrant davantage. Le déroulement du
processus en supposant que le pilote n’intervienne pas, et la réaction initiale de l’avion, commandes
bloquées, au rabattant et au cisaillement du vent arrière sont indiqués par les Figures 4-11 et 4-12,
respectivement.
4.2.11
Si la rafale descendante se fait sentir de part et d’autre de la trajectoire de vol, son effet
immédiat sur l’avion, quoique pouvant être grave, ne le sera normalement pas tout à fait autant que si
l’avion passe juste sous la rafale descendante [Figure 4-10 b) et c)]. C’est parce qu’alors la composante
verticale sera plutôt moins forte mais il faudra compter avec une composante de vent traversier plus
importante. Cependant, du fait que les rafales descendantes et les microrafales se produisent surtout « par
familles », une remise des gaz reste recommandée même si l’avion ne fait heureusement qu’effleurer une
Base du
nuage d’orage
de
ire
cto nte
e
j
Tra esce
d
Figure 4-11.
Rafale descendante
Trajectoire de l’avion sans
intervention du pilote
L’atterrissage dans une rafale descendante se traduit par
une modification de la trajectoire de vol
(d’après Melvin, 1977)
Chapitre 4.
Effets du cisaillement du vent dans les basses couches sur le comportement des avions
4-19
Ascendance
100
Ascendance en
augmentation
Vitesse
verticale
du vent
(ft/s)
Début du cisaillement
0
–100
Rabattant en
augmentation
0
4
8
12
16
4
8
12
16
Rabattant
1 000
800
Altitude
radar
(pieds)
600
400
200
0
0
Vitesse
propre
(VC en kt)
200
160
120
80
40
Assiette
en tangage
de l’avion
(degrés)
V2 + 10
0
4
8
12
16
0
4
8
12
16
0
4
8
12
Temps (secondes)
16
20
0
Angle
d’attaque
du fuselage
(degrés)
20
10
0
Figure 4-12. Réaction initiale de l’avion, commandes bloquées,
aux composantes verticales (ascendances et rabattants) du vent
(extrait de FAA Wind Shear Training Aid, 1987 ; adapté par l’OACI)
4-20
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
telle rafale, pour le cas où d’autre rafales descendantes se manifesteraient droit devant l’avion. Augmentation
de la vitesse propre, variation et diminution de l’angle d’attaque, puis diminution de la vitesse propre pouvant,
dans une rafale descendante, se succéder en l’espace de 30 secondes, le pilote se trouve alors aux prises
avec une situation extrêmement complexe et dangereuse. Les rafales descendantes peuvent aussi se
rencontrer lorsque l’avion est encore sur la piste avant l’envol. Dans ce cas il importe peu de savoir
exactement où la rafale rencontre la piste puisque, de toute façon, le pilote sera confronté à de graves
difficultés. Si la rafale descendante aboutit à la piste en aval de l’avion, celui-ci, bien que commençant par
prendre sa vitesse plus rapidement qu’en situation normale à cause du vent de face provenant de l’étalement
de la chasse d’air descendante, aura encore, après l’envol à passer par le rabattant et le secteur de vent
arrière qui résultent de cet étalement. Ceci peut représenter la pire combinaison de circonstances parce qu’au
décollage l’avion vole à puissance maximale, ou presque, et plus que probablement à une masse relativement
élevée. Le pilote doit décider entre l’accélération-arrêt, s’il juge la longueur de piste suffisante, et la poursuite
du décollage. Une situation analogue peut se produire si une rafale descendante se produit derrière l’avion
avant l’envol. Dans ce cas, le vent arrière peut, en se faisant sentir de façon soudaine, empêcher l’avion
d’atteindre la vitesse propre nécessaire assez rapidement pour pouvoir décoller sur la longueur de piste
disponible. Ce problème, ainsi que d’autres, est traité plus en détail au § 4.3, où les mesures que les pilotes
peuvent prendre pour faire face aux situations de ce genre sont également envisagées.
4.2.12
Les § 3.5.8 à 3.5.10 précisent les principales caractéristiques du front de rafales. Celui-ci peut
se rencontrer à une distance considérable de l’orage qui lui est associé, notamment quand il résulte de
lignes de grains. Les fronts de rafales peuvent, de manière soudaine et totalement inattendue, modifier le
vent en surface pendant l’atterrissage et le décollage. Le plus souvent, c’est avec un vent debout en
augmentation que les avions s’exposent aux fronts de rafales puisqu’ils atterrissent et décollent
normalement contre le vent. Il y a cependant eu des fronts de rafales qui, de façon inattendue, ont suscité
un fort cisaillement de vent traversier et il n’y a aucune raison d’exclure complètement la possibilité qu’un
front de rafales donne lieu à un vent arrière de plus en plus fort, particulièrement au décollage.
4.2.13
Le § 3.5.27 mentionne des conséquences possibles, pour un avion, de la traversée d’une
10
tornade ou d’un sillage de tornade. Roach et Findlater en ont, en 1983 , cité un exemple documenté. Il
s’agit de la perte d’un avion Fokker F-28 qui, en octobre 1981 à 1604 UTC, avait décollé de Rotterdam à
destination d’Eindhoven, Pays-Bas. D’après l’enquête qui en résulte, Roach et Findlater ont déclaré : « Il y
avait des orages dans la région et l’avion, qui volait à 900 m (3 000 ft) a pénétré dans l’un d’entre eux
quelques minutes après le décollage. Après une brève période de turbulence modérée dans le nuage l’avion
a soudain rencontré une turbulence d’une extrême violence dans laquelle l’aile droite s’est détachée et, à
1612 UTC, il s’est écrasé près de Moerdijk, à environ 25 km au sud-est de Rotterdam. Tous ses occupants
ont péri. » Quelques minutes avant l’accident, une tornade avait été signalée juste à l’ouest de Moerdijk et
une vedette de la police a pu prendre une série de photographies de la tornade puis, moins d’une minute
après, de la fumée de l’accident. Ces documents, ainsi que d’autres éléments de preuve, ont amené les
autorités de tutelle de l’aviation civile des Pays-Bas à faire état de la très haute probabilité que, dans les
nuages, l’avion ait rencontré le tourbillon de la tornade peu après que l’entonnoir de celle-ci se soit soulevé
du sol.
4.3 COMPORTEMENT DES AVIONS DANS LE CISAILLEMENT
DU VENT ET TECHNIQUES DONT DISPOSENT LES PILOTES
POUR RECONNAÎTRE ET AFFRONTER LE PHÉNOMÈNE
GÉNÉRALITÉS
4.3.1
Avant de pouvoir appliquer les techniques de redressement exposées aux § 4.3.42 à 4.3.71, un
pilote doit être capable de se rendre compte que son avion aborde une zone de cisaillement du vent. Un
Chapitre 4.
Effets du cisaillement du vent dans les basses couches sur le comportement des avions
4-21
certain laps de temps s’écoule inévitablement entre le moment où le pilote en constate pour la première fois
les indices, les reconnaît, applique les techniques appropriées de redressement de trajectoire, et le moment
où l’avion réagit en conséquence. Réduire ce laps de temps jusqu’à son minimum est une affaire de
reconnaissance précoce des indices de cisaillement du vent et d’application franche et résolue des
techniques recommandées de redressement de la trajectoire de vol dans le cisaillement du vent.
4.3.2
Les temps de reconnaissance et de réaction dépendent dans une grande mesure de la
formation, qui donne au pilote les connaissances voulues pour repérer rapidement les premiers indices de
cisaillement du vent et lui inculque la confiance nécessaire pour appliquer sans hésitation les techniques de
redressement. L’aptitude à reconnaître le phénomène est aussi très importante puisqu’elle lui permet
d’éviter de s’y exposer et les thèmes qui seront développés dans les lignes qui suivent seront donc
organisés dans l’ordre ci-après : RECONNAISSANCE — ÉVITEMENT — PRÉCAUTION — REDRESSEMENT.
Le déroulement du processus de décisions et de réactions des pilotes aux prises avec le cisaillement du
vent est indiqué dans le schéma de la Figure 4-13. Le pilote se rend compte que son avion est en train
d’aborder une zone de cisaillement du vent par les instruments de bord, l’équipement embarqué spécial
d’avertissement de cisaillement du vent, les avertissements et alertes de cisaillement du vent ou les
comptes rendus de cisaillement du vent provenant d’autres pilotes, ou d’indices météorologiques extérieurs.
De plus, la question de savoir si, et avec quelle rapidité, le pilote reconnaîtra bien les indices instrumentaux
et météorologiques pour ce qu’ils font, dépend de diverses éventualités, le fait, par exemple, que le pilote ait
été prévenu et qu’il soit sur ses gardes, et l’importance qui, pendant sa formation, a été accordée à l’étude
du phénomène (en ce qui concerne la fréquence de l’étude du cisaillement du vent en simulateur, voir le
Chapitre 6).
RECONNAISSANCE DU CISAILLEMENT DU VENT
Indices météorologiques extérieurs
4.3.3
La reconnaissance des indices météorologiques extérieurs caractéristiques de la possibilité d’un
cisaillement du vent dans les basses couches à proximité de l’aéroport permet au pilote de prendre en
temps voulu les décisions lui permettant d’éviter de s’y exposer en remettant les gaz ou en retardant
l’approche ou le décollage jusqu’à ce que la situation s’améliore. Même s’il est décidé de poursuivre le vol,
la reconnaissance des indices extérieurs du cisaillement du vent alerte le pilote et l’incite à se montrer très
attentif aux indications des instruments de pilotage à l’atterrissage et au décollage. Les indices extérieurs
que le pilote peut avoir directement sont les suivants :
a)
de forts vents de surface en rafales, plus particulièrement si l’aérodrome est situé près de
collines ou si des bâtiments relativement imposants ont été érigés près de la piste ; ce
seraient des indices de l’existence possible d’une aire localisée de cisaillement du vent et
de turbulences (voir § 3.2.1) ;
b)
les nuages lenticulaires (des altocumulus ayant l’aspect d’une soucoupe et une
consistance laiteuse) indiquent la présence d’ondes stationnaires, en général sur le
versant sous le vent d’une montagne (voir § 3.2.8 et 3.2.9) ;
c)
les virgas, c’est-à-dire les précipitations tombant de la base d’un nuage mais s’évaporant
avant d’atteindre le sol (particulièrement sous un nuage de convection), puisque des
rabattants peuvent encore exister et atteindre le sol quoique la précipitation se soit
évaporée (voir § 3.5.6 et 3.5.7) ;
d)
les nuages en rouleaux entourant la base d’un orage et s’avançant devant la ceinture de
pluie indiquent la présence d’un front de rafales (voir § 3.5.10) ;
26/9/08
o
N 1
4-22
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
Approche en
vol stabilisé
Avertissement
de cisaillement
du vent
?
non
oui
Cisaillement
du vent
envisagé
?
oui
non
Poursuivre
l’approche
?
oui
Commencer
à prendre
les mesures
de précaution
non
Exposition au
cisaillement
du vent
?
oui
Appliquer
immédiatement
les techniques
de redressement
non
Interrompre
l’approche
Poursuivre
l’approche
stabilisée
Déroutement
non
sur aérodrome de
dégagement
?
Attente
hors secteur
perturbé
Nouvel essai
d’atterrissage
à destination
?
oui
oui
non
Atterrir sur
aérodrome
de dégagement
Atterrir à
destination
Figure 4-13.
Succession des décisions et réactions du pilote
en cas de cisaillement du vent
e)
des zones de soulèvement de poussière par le vent, surtout quand elles ont la forme d’un
anneau au-dessous des nuages de convection, indiquent la présence d’une rafale
descendante (voir § 5.1.2 et Figure 3-16) ;
f)
des manches à air indiquant des vents de forces et de directions différentes ;
g)
des panaches de fumée tourmentés, dont les parties supérieure et inférieure prennent des
directions différentes ;
Chapitre 4.
Effets du cisaillement du vent dans les basses couches sur le comportement des avions
h)
4-23
les orages devraient toujours être considérés comme pouvant susciter un dangereux
cisaillement du vent.
La présence, à l’atterrissage et au décollage de l’une quelconque des particularités météorologiques
énumérées ci-dessus devrait être évaluée cas par cas, en tenant compte, notamment, de la proximité du
phénomène par rapport au couloir d’atterrissage et de décollage, etc.
4.3.4
Le Chapitre 5 décrit, exemples à l’appui, les avertissements et alertes de cisaillement du vent
qui peuvent être diffusés à un aéroport. Ces avertissements et alertes servent à prévenir les pilotes d’un
risque de cisaillement du vent et permettent de prendre les mesures appropriées. Aux aéroports qui ne sont
pas munis de systèmes de télédétection du cisaillement du vent, qui continueront de former la majorité, les
avertissements seront vraisemblablement basés en grande partie sur les comptes rendus en vol. Il
appartient donc à chaque pilote de signaler chaque fois qu’il le peut, en s’inspirant des exemples du
Chapitre 5, les cas de cisaillement du vent qu’il lui a été donné d’observer en approche, à l’atterrissage, au
décollage et en montée initiale.
Indices provenant des instruments de bord
et/ou de l’équipement embarqué
4.3.5
Les indices recueillis dans le poste de pilotage peuvent provenir des indications instrumentales
et, si l’avion en est équipé, des systèmes embarqués spécialement conçus pour avertir l’équipage en cas de
présence d’une zone de cisaillement du vent. Si le pilote stabilise systématiquement son avion en approche,
les indications instrumentales lui faciliteront la reconnaissance des cas de cisaillement du vent. Une
approche stabilisée se caractérise, autant que faire se peut, par des indications constantes de vitesse
propre, de vitesse verticale de descente et d’angle de tangage, ce qui aide le pilote à déceler rapidement
tout écart anormal par rapport à ces paramètres. Avec cette technique d’approche l’avion doit être stabilisé
dès que possible en configuration d’atterrissage sur la pente du radiophare d’alignement de descente, avec
affichage de la vitesse propre, de l’assiette en tangage et donc de la vitesse verticale de descente
appropriées, la tenue de ces paramètres résultant d’une intervention en souplesse, jusqu’à l’arrondi, sur les
commandes de puissance et de profondeur. À moins qu’ils ne prennent des valeurs extrêmes, il est
particulièrement difficile, si l’approche n’est pas stabilisée, de déceler les écarts de vitesse propre, de tenue
de pente et de vitesse verticale qui résultent du cisaillement du vent. Il ne s’agit peut-être de rien d’autre que
de bon pilotage mais c’est une habitude propre à faire gagner de précieuses secondes en cas d’exposition
au cisaillement du vent et il conviendrait de l’inculquer dès la formation ab initio.
4.3.6
Les indices de cisaillement du vent que le pilote devrait s’efforcer de rechercher en parcourant
les instruments du regard sont les changements sensibles de vitesse propre, de position par rapport à la
pente du radiophare d’alignement de descente, de vitesse verticale (positive ou négative) et de régime des
moteurs. Les changements notables de régime que nécessite le maintien de la trajectoire de vol constituent
souvent le premier indice du cisaillement du vent. Le contrôle du régime revêt par conséquent une extrême
importance, surtout avec l’emploi des automanettes. Les écarts anormaux et soudains par rapport à la
trajectoire de vol prévue peuvent aussi se déceler grâce au variomètre, à la barre d’indication de descente
de l’ILS et au dispositif avertisseur de proximité du sol. Le radar météorologique de bord peut aider à
détecter et à éviter les cellules de convection. Tous les indices dont nous venons de faire état devraient
pouvoir servir aux pilotes de la plupart des avions de transport et, sur les avions qui en sont équipés, les
dispositifs avertisseurs de cisaillement du vent donnent des indications supplémentaires. Étant donné l’un
quelconque de ces indices de la présence d’un cisaillement du vent dans les basses couches pendant une
présentation à l’atterrissage, le pilote doit décider de retarder ou non son approche ou, s’il y a effectivement
cisaillement, de remettre les gaz en vue d’une nouvelle présentation en approche. Avant de décoller, il doit
se fier dans une large mesure aux indices extérieurs de cisaillement du vent pour prendre la décision de
retarder ou non le décollage. Une prise de vitesse anormale pendant la course au décollage peut aussi
26/9/08
o
N 1
4-24
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
annoncer la présence du phénomène. Si celui-ci est décelé dès le début de cette course, il peut être bon
d’interrompre le décollage.
4.3.7
La FAA a réalisé un ouvrage didactique, le Wind Shear Training Aid (Tableau 4-1), pour aider le
pilote à prendre les décisions lui permettant d’échapper au cisaillement du vent après interprétation des
divers indices auxquels donnent lieu les mouvements de convection associés à ce phénomène.
L’observation de ces indices permet de construire l’échelle de probabilité suivante :
PROBABILITÉ ÉLEVÉE :
Cette observation doit être considérée comme un avertissement
sérieux. La décision d’éviter de s’exposer au phénomène
(par déroutement ou ajournement du départ) est opportune.
PROBABILITÉ MOYENNE :
L’évitement devrait être envisagé. Des précautions sont
opportunes.
PROBABILITÉ FAIBLE :
Il y aurait lieu de tenir compte de cette observation mais
en général une décision d’évitement ne s’impose pas.
4.3.8
Le Tableau 4-1 indique la probabilité correspondant à chaque observation distincte. La pluralité
des indices de cisaillement du vent devrait cependant être considérée comme renforçant la probabilité du
phénomène, les indices s’ajoutant les uns aux autres pour donner un indice général de probabilité qui reflète
l’ensemble des observations, comme le montre l’exemple suivant :
Exemple.— En arrivant à destination, constatation de la présence d’un VIRGAS descendant, de la
base de nuages élevés, sur le terrain d’aviation (PROBABILITÉ MOYENNE). En début d’approche, réception
d’un PIREP indiquant qu’un autre avion vient de perdre 10 kt de vitesse propre en approche finale à
destination du même aéroport (PROBABILITÉ MOYENNE). Il conviendrait donc d’élever l’indice général de
probabilité au niveau PROBABILITÉ ÉLEVÉE (correspondant à une décision d’évitement du phénomène).
4.3.9
Les directives du Tableau 4-1 s’appliquent aux vols effectués à proximité de l’aéroport dans un
rayon de 3 m (10 ft) du point de décollage ou d’atterrissage, le long de la trajectoire de vol à moins de 300 m
(1 000 ft) sol. Bien que l’exposition aux conditions météorologiques décrites dans le Tableau 4-1 puisse, à
plus de 300 m (1 000 ft), être moins aléatoire en fait de tenue de la trajectoire de vol, ce genre de rencontre
peut présenter d’autres risques notables, eux aussi à cause des conditions météorologiques. Les pilotes
sont donc priés de faire preuve de circonspection en prenant les mesures qui leur semblent opportunes. Les
renseignements qu’on trouve dans le Tableau 4-1 ne sauraient remplacer la sûreté de jugement nécessaire
à la prise d’une décision d’évitement.
MESURES DE PRÉCAUTION
4.3.10
Si, après avoir soigneusement évalué tous les éléments d’information dont il dispose, le pilote
décide de poursuivre sa présentation à l’atterrissage ou d’effectuer un décollage, il conviendrait qu’il se
prépare à une éventuelle exposition au cisaillement du vent en prenant les mesures de précaution dont font
état les manuels d’utilisation des aéronefs et les manuels de vol des transporteurs aériens. Un pilote ne
devrait pas poursuivre une manœuvre en partant du principe que son avion peut affronter le cisaillement du
vent, l’expérience ayant montré à quoi ce raisonnement peut aboutir. Un exemple de ces mesures figure à
l’Appendice 10 dans l’extrait du Manuel d’utilisation du B-737 sous le titre « Prévention ». Les mesures de
précaution préconisées pour l’approche et l’atterrissage s’entendent d’un avion en configuration
d’atterrissage mais avec le maximum possible de réserve manœuvrière permettant un redressement de
trajectoire ou un remise des gaz, volets sortis selon les circonstances et avec, notamment, un excédent de
26/9/08
o
N 1
Chapitre 4.
Effets du cisaillement du vent dans les basses couches sur le comportement des avions
Tableau 4-1.
4-25
Indices de probabilité de cisaillement du vent
avec microrafale
Observation
Manifestation d’une activité convective près de la trajectoire de vol prévue :
— avec forts vents localisés (chasse-poussière, colonnes de poussière, indices évoquant la
présence d’une tornade, etc. signalés par la tour ou observés)
— avec précipitation abondante (observée à vue ou au radar qui l’affiche en rouge ou estompée)
— avec averse de pluie
— avec éclairs
— avec virgas
— avec turbulence modérée (au moins) signalée ou constatée au radar
— avec une différence de 17 à 28 degrés Celsius entre la température ambiante et celle du point
de rosée
Alerte donnée par un dispositif embarqué de détection du cisaillement du vent (signalée ou
observée)
Probabilité de
cisaillement du vent
Élevée
Élevée
Moyenne
Moyenne
Moyenne
Moyenne
Moyenne
Élevée
Pilote signalant une perte ou un gain de vitesse propre :
— égal ou supérieur à 30 km/h (15 kt)
— inférieur à 30 km/h (15 kt)
Élevée
Moyenne
Alerte LLWAS et/ou changement de vitesse du vent :
— égal ou supérieur à 10 m/s (20 kt)
— inférieur à 10 m/s (20 kt)
Élevée
Moyenne
Prévision d’activité convective
Faible
Note.— Ces indications valent pour les vols se déroulant au voisinage des aéroports (dans un rayon de 5 km du
point de décollage ou d’atterrissage, sur la trajectoire de vol prévue et à moins de 1 000 ft/sol). La pluralité des indices
renforce la probabilité du phénomène, le danger augmentant avec la proximité de manifestation d’activités
convectives. La situation météorologique devrait être constamment évaluée.
ATTENTION.— Aucun moyen ne permet actuellement de déterminer quantitativement la présence ou l’intensité d’un
cisaillement du vent avec microrafale. Les pilotes sont priés de faire preuve de circonspection.
vitesse propre se prêtant à une correction des effets du vent jusqu’à un maximum donné. Pareillement, les
précautions à prendre au décollage comportent l’utilisation de la puissance maximale et de la plus grande
longueur de piste que justifient les circonstances. Les mesures de précaution et les techniques de
redressement de trajectoire dont le présent chapitre fait état s’inspirent des méthodes élaborées en 1987
pour la FAA des États-Unis et exposées dans l’aide didactique que cet organisme diffuse sous le titre « FAA
11
Wind Shear Training Aid » ; elles sont reproduites avec la permission de la FAA. Cette aide didactique,
dont la société Boeing a assuré la maîtrise d’œuvre avec le concours des sociétés Douglas et Lockheed
pour la formulation des conclusions techniques, vaut pour « la plus large gamme d’avions de transport à
réaction construits aux États-Unis » (voir Tableau 4-2). Elle contient la notification de désistement et
d’indemnisation ci-après :
21/2/11
o
N 2
4-26
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
Tableau 4-2.
Type d’avion et braquage des volets au décollage
Type d’avion
Braquage des volets
au décollage
B727
B737
B747
B757
B767
DC-9-10
DC-9-20, -30, -40, -50
MD-80
DC-10
L-1011
15°
5 à 15°
20°
20°
20°
10 ou 20°
5 ou 15°
5 ou 15°
5 ou 20°
10 à 22°
« NOTIFICATION DE DÉSISTEMENT ET D’INDEMNISATION
Le présent document, intitulé Wind Shear Overview for Management, ainsi que ses documents
d’accompagnement, intitulés Pilot Wind Shear Guide, Example Wind Shear Training Programme, Wind
Shear Substantiating Data, et les présentations vidéo intitulées A Wind Shear Avoided et Wind Shear —
What the Crew Can Do a été réalisé comme aide didactique pour le vol avec cisaillement du vent en
vertu du marché principal DFTA01-86-C-00005 que la Federal Aviation Administration des États-Unis a
adjugé à la société Boeing. La matière de ces divers documents, tirée d’informations qui concernaient à
l’origine le Boeing 727, constitue la base d’un programme d’entraînement qui comporte aussi les
recommandations formulées et approuvées par les sociétés Boeing, Douglas et Lockheed en ce qui
concerne la façon dont ce programme pourrait être adapté aux particularités des avions de transport
commerciaux construits par Boeing (727, 737, 747, 757 et 767), Douglas (DC-9, MD-80 et DC-10) et
Lockheed (L-1011). Toute utilisation du présent document sur le cisaillement du vent destiné aux cadres
de direction, pour un quelconque motif se rapportant à des aéronefs ou à des conditions autres que ceux
dont il est question ci-dessus n’est pas autorisée et peut donner lieu à une mauvaise utilisation d’un
aéronef, à une perte de maîtrise d’un aéronef, à des dommages corporels et à la perte d’un aéronef et
de vie(s). Toute utilisation, adaptation et/ou utilisation après adaptation, des textes contenus dans ledit
document traitant pour les cadres de direction du cisaillement du vent, par quelque personne physique
ou morale que ce soit, pour un quelconque motif se rapportant à des aéronefs, à des conditions ou à un
programme de formation autres que ceux qui sont cités ci-dessus s’effectuera entièrement aux risques
de la personne physique ou morale responsable de l’utilisation, de l’adaptation et/ou de l’utilisation d’une
adaptation dudit document traitant pour les cadres de direction du cisaillement du vent et pour une telle
utilisation, adaptation et/ou utilisation après adaptation, une telle personne physique ou morale assume
un tel risque et renonce à toute réclamation qu’elle pourrait avoir à formuler contre les sociétés Boeing
Company, McDonnell Douglas Corporation, Lockheed Corporation, United Airlines, Aviation Weather
Associates, Helliwell, Inc., leurs divisions, succursales et filiales, ainsi que leurs dirigeants,
administrateurs, sous-traitants et employés, les déchargeant de quelque responsabilité que ce soit, que
cette responsabilité découle du contrat (ce qui comprend, mais de façon non limitative, les réclamations
expresses ou implicites en garantie), de faits dommageables (ce qui comprend, mais de façon non
limitative, les réclamations pour négligence et les réclamations en responsabilité péremptoire), ou d’autre
motif découlant d’une telle utilisation, adaptation et/ou utilisation d’une telle adaptation. Toute personne
physique ou morale d’une telle nature (comprenant sans se limiter à eux tout constructeur d’un autre
aéronef ou tout exploitant ayant un autre programme de formation mais non le gouvernement des
États-Unis) qui utilise ledit document traitant pour les cadres de direction du cisaillement du vent, ou
Chapitre 4.
Effets du cisaillement du vent dans les basses couches sur le comportement des avions
4-27
l’adapte et/ou en utilise une adaptation relativement à un tout autre aéronef, à toutes autres conditions
ou à tout autre programme de formation, convient d’indemniser et de tenir pour quitte les sociétés
Boeing Company, McDonnell Douglas Corporation, Lockheed Corporation, United Airlines, Aviation
Weather Associates, Helliwell, Inc., leurs divisions, succursales et filiales, ainsi que leurs dirigeants,
administrateurs, agents, sous-traitants et employés de quelque responsabilité que ce soit, qu’elle
découle du contrat (ce qui comprend, mais sans se limiter à elles, les réclamations expresses ou
implicites en garantie), les faits dommageables (ce qui comprend, mais sans se limiter à elles, les
réclamations pour négligence et les réclamations en responsabilité péremptoire, ou tout autre motif,
découlant d’une telle utilisation, adaptation et/ou utilisation d’une telle adaptation.
Nonobstant toute disposition contraire du présent contrat, la FAA acceptera les articles dont il est fait état
ci-après avec le désistement ajouté par l’adjudicataire, et convient de ne pas supprimer ledit désistement
pour quelque raison que ce soit. »
4.3.11
L’évitement est la meilleure précaution. Il y a cependant des cas où les indices de cisaillement
n’obligent pas véritablement à retarder une manœuvre mais peuvent s’interpréter comme signifiant que les
conditions sont propices au cisaillement du vent. Dans ces cas, les pilotes devraient envisager la phase
suivante des dispositions à prendre par l’équipage : le recours aux précautions. Celles-ci ont donné lieu à la
mise au point d’un certain nombre de techniques et les équipages peuvent prendre ces précautions pour
réduire les effets du cisaillement du vent s’il vient à se manifester avec une violence insoupçonnée au
décollage ou en approche. Ces précautions portent notamment sur la puissance à afficher, le choix de la
piste, le braquage des volets, la vitesse propre, l’utilisation du pilote automatique, de l’automanette et du
directeur de vol. Elles ont été élaborées à la suite d’analyses détaillées et de simulation par des pilotes de
plusieurs cas de reconstitution du cisaillement du vent avec microrafales. Dans de nombreux cas, des
solutions de compromis se sont imposées et il n’a pas été possible de formuler une recommandation qui soit
la meilleure pour toutes les situations.
4.3.12
Le fait de prendre des précautions ne saurait, même avec de meilleures méthodes de pilotage,
garantir que l’on réussira à se soustraire dans tous les cas au cisaillement du vent avec microrafales. Il
importe de se rendre compte que les précautions recommandées ont chacune relativement peu d’effet sur
les conséquences d’une exposition fortuite au cisaillement du vent. De ce fait, le recours aux précautions ne
devrait pas servir de palliatif à la sûreté de jugement du pilote au moment où il décide s’il est ou non
possible de poursuivre sa manœuvre en toute sécurité. Le fait que des mesures de précaution existent ne
devrait pas, quand il s’agit pour lui de décider de poursuivre ou non sa manœuvre, inciter un pilote à s’en
remettre totalement à l’efficacité de ces mesures.
Précautions au décollage
Puissance affichée
4.3.13
La puissance nominale maximale au décollage devrait être utilisée pour l’exécution de celui-ci.
Elle permet une moindre longueur de roulement avant l’envol et limite le risque de dépassement de la piste.
En outre, c’est à pleine puissance qu’on obtient la meilleure vitesse ascensionnelle, disposant ainsi de plus
d’altitude si une manœuvre de redressement de trajectoire est nécessaire. Enfin, les décollages à pleine
puissance peuvent rendre inutile un réglage de régime pendant une manœuvre de redressement, optimisant
ainsi les possibilités d’accélération et réduisant la charge de travail de l’équipage.
Choix de la piste
4.3.14
Utiliser la plus longue piste possible pour éviter les régions où le cisaillement du vent est
probable. Le choix d’une piste convenable suppose que l’on tienne compte de l’exposition à l’influence des
4-28
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
obstacles après l’envol et des limites de latitude manœuvrière résultant du vent traversier ou du vent arrière.
On s’assure ainsi la plus grande longueur possible de piste pour accélérer jusqu’à la vitesse de cabrage,
donc une plus grande hauteur de survol des obstacles à l’extrémité de piste et pendant la montée. Au cas
où il faudrait prendre la décision d’interrompre le décollage, on disposerait alors d’une plus grande longueur
de piste pour immobiliser l’avion.
Braquage des volets au décollage
4.3.15
Le braquage des volets au décollage dépend du type de l’avion. Les valeurs angulaires de
braquage des volets indiquées au Tableau 4-2 devraient être envisagées, sauf contrainte imposée par la
marge de franchissement d’obstacles et/ou le gradient de montée.
Des études sur le braquage des volets au décollage ont montré que plus les volets étaient braqués plus on
avait de « défense » contre un cisaillement du vent se manifestant sur la piste. Cependant, le comportement
et les performances de l’avion étaient meilleurs avec moins de volets en cas de rencontre du cisaillement du
vent en altitude. Les valeurs de braquage des volets au décollage indiquées au Tableau 4-2 étaient celles
qui correspondaient aux meilleures performances dans une large gamme de situations ; il convient
cependant d’insister sur le fait que les différences de performances correspondant à divers braquages de
volets sont faibles.
Augmentation de la vitesse propre
4.3.16
Une vitesse propre plus importante au moment du braquage améliore l’aptitude de l’avion à
« négocier » un cisaillement du vent se manifestant après l’envol. Une vitesse propre supérieure améliore la
trajectoire de vol, diminue les possibilités d’exposition à des vitesses proches de celles qui mettent le vibreur
de manche en action et réduisent la charge de travail des pilotes.
4.3.17
Retarder le cabrage jusqu’à obtention d’une vitesse propre supérieure peut sembler de nature à
augmenter le risque de dépasser l’extrémité de piste. Cependant, en raison de la manière dont se calcule
une vitesse supérieure de cabrage, procéder ainsi revient tout simplement à utiliser la piste comme si l’avion
était chargé à la masse limite correspondant à la longueur du terrain. Si le décollage s’effectue dans des
conditions qui supposent que la limite de longueur de piste sera atteinte, le risque de dépasser l’extrémité
de piste est de ce fait plus grand. Ce risque est également accru si le cisaillement du vent diminue la vitesse
propre au point de la faire passer en dessous du minimum nécessaire pour l’envol à la plus forte assiette à
cabrer possible (frottement du cône arrière de fuselage). Cependant, le fait de commencer le cabrage au
plus tard 600 m (2 000 ft) avant l’extrémité de la surface de piste utilisable réduit la probabilité d’un dépassement de piste et maximise l’énergie disponible après l’envol.
4.3.18
Si on adopte une VR supérieure, la technique de calcul et d’utilisation d’une vitesse de cabrage
supérieure est la suivante :
a)
Déterminer V1, VR et V2 pour la masse brute réelle et le braquage de volets. Placer les
curseurs de l’anémomètre devant ces valeurs, de la façon normale.
b)
Déterminer la masse maximale correspondant à la limite de longueur de piste, ainsi que la
VR correspondante pour la piste choisie.
c)
Si VR calculée pour la longueur limite de piste est supérieure à VR à la masse totale réelle,
utiliser la valeur de VR la plus élevée (jusqu’à 40 km/h [20 kt] de plus que la VR à la masse
totale réelle) pour le décollage. Les curseurs de l’anémomètre ne devraient pas être
recalés en face de ces vitesses plus élevées.
Chapitre 4.
Effets du cisaillement du vent dans les basses couches sur le comportement des avions
d)
4-29
Cabrer pour prendre l’assiette normale de montée initiale à la valeur de VR ainsi
augmentée et conserver cette assiette. On obtient ainsi une vitesse de montée initiale plus
élevée qui s’amortit lentement, jusqu’à atteindre la vitesse normale de montée initiale.
ATTENTION.— Si le cisaillement du vent se manifeste à la VR de la masse totale réelle, ne pas
essayer d’accélérer jusqu’à la VR augmentée, mais cabrer sans hésitation. En aucun cas le cabrage ne
devrait être retardé quand il ne reste pas plus de 600 m (2 000 ft) avant l’extrémité de piste (voir § 4.3.42 à
4.3.71, Techniques de redressement).
4.3.19
Si la vitesse propre augmentée n’a pas été utilisée avant l’envol, le fait de prendre après celui-ci
une vitesse propre supérieure à la normale n’est pas recommandé. Réduire l’assiette à cabrer pour prendre
de la vitesse pourrait, à faible altitude, être dangereux en cas de cisaillement du vent.
Directeur de vol
4.3.20
Ne pas se fier à un directeur de vol à référence de vitesse, à moins qu’il ne soit pourvu d’un
moyen de guidage permettant de redresser la trajectoire en cas de cisaillement du vent.
ATTENTION.— Un directeur de vol à référence de vitesse qui n’est pas pourvu d’un moyen de
guidage de redressement de trajectoire dans le cisaillement du vent peut commander une modification
d’assiette en tangage visant à conserver la vitesse propre voulue quelle que soit la dégradation de la
trajectoire de vol. Ce mode de correction peut être incompatible avec la bonne méthode de redressement de
trajectoire dans le cisaillement du vent. Il ne faut pas tenir compte des indications de ce genre de directeur
de vol si une manœuvre de redressement s’impose et, s’il en a le temps, le pilote qui n’est pas aux
commandes devrait le débrancher.
4.3.21
Certains directeurs de vol comprennent un mode d’affichage de l’assiette en tangage. Si ce
dispositif est utilisé dans des conditions normales, l’affichage de l’assiette en tangage peut être utilement
employé en cas de cisaillement du vent, à condition que l’assiette choisie se trouve dans la gamme des
valeurs acceptables. Cependant, si une assiette autre que celle qui a été affichée s’avère nécessaire, il ne
faut plus tenir compte du directeur de vol et, s’il en a le temps, le pilote qui n’est pas aux commandes devrait
le débrancher. Le Tableau 4-3 présente un résumé des mesures de précaution au décollage.
Précautions en approche
Approche stabilisée
4.3.22
Pour faciliter la détection du cisaillement du vent l’avion devrait être stabilisé en approche
à 300 m (1 000 ft) sol au plus tard.
Tableau 4-3.
•
•
•
•
•
Résumé des précautions au décollage
Utiliser la puissance nominale maximale au décollage
Utiliser la plus grande longueur possible de piste
Utiliser le braquage de volets recommandé
Prendre une vitesse de cabrage supérieure
Ne pas se fier au directeur de vol à référence de vitesse
4-30
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
Utilisation de la puissance
4.3.23
Effectuer le moins possible de réductions de puissance. Plutôt que de compenser immédiatement une augmentation de vitesse propre par une réduction de puissance, la prudence commande
d’attendre un bref instant pour être fixé sur la tendance de l’anémomètre. Si, un cisaillement s’étant
manifesté vent arrière, une manœuvre de redressement est amorcée, il sera avantageux de disposer d’un
excédent de vitesse propre et de pouvoir compter plutôt sur la puissance résultant d’une augmentation de
régime à partir d’un nombre de tours plus élevé. En mode automanettes, s’assurer qu’il n’y a pas de
réductions de régime intempestives. En l’absence d’un cisaillement par vent arrière, cette procédure peut
donner lieu à une vitesse d’approche supérieure à la normale, ce dont on pourra avoir à tenir compte pour
l’atterrissage.
Choix de la piste
4.3.24
Choisir la piste qui convient le mieux compte tenu de la présence éventuelle de secteurs soumis
au cisaillement du vent et des limitations qu’imposent le vent traversier et le vent arrière. Une plus grande
longueur de piste laisse plus de marge quand la longueur de roulement au sol augmente du fait de vents
imprévus et que la vitesse-sol au point de toucher des roues est, le cas échéant, plus élevée. Il est en outre
souhaitable d’effectuer une approche de précision (approche aux instruments) et de disposer de moyens de
contrôle de la trajectoire de descente (VASI, etc.), ce qui permet de reconnaître plus facilement, et en temps
voulu, la présence du cisaillement du vent grâce aux informations précises sur l’écart de trajectoire.
Braquage des volets à l’atterrissage
4.3.25
Le braquage des volets à l’atterrissage dépend du type d’avion. Les valeurs angulaires de
braquage des volets indiquées au Tableau 4-4 devraient être envisagées. Des études d’exposition au
cisaillement du vent, avec tous les braquages possibles de volets à l’atterrissage, ont montré que les
braquages recommandés au Tableau 4-4 donnaient dans un grand nombre de cas les meilleurs résultats
escomptés d’une manœuvre de redressement.
Tableau 4-4.
Type d’avion et braquage des volets à l’atterrissage
Type d’avion
Braquage des volets
à l’atterrissage
B727
B737
B747
B757
B767
DC-9-10
MD-80
DC-10
L-1011
30°
5 à 30°
25 à 30°
30°
30°
*
28°
35°
33°
* Braquage minimal des volets pour ce type particulier
Chapitre 4.
Effets du cisaillement du vent dans les basses couches sur le comportement des avions
4-31
Augmentation de la vitesse propre
4.3.26
En augmentant la vitesse propre en approche on améliore la marge de vitesse ascensionnelle
disponible et l’on réduit les risques de vol aux grands angles pendant les manœuvres de redressement
consécutives à une exposition inopinée au cisaillement du vent.
4.3.27
Si la longueur de piste disponible le permet, on peut augmenter la vitesse propre de 40 km/h
(20 kt) au maximum. Cette augmentation de vitesse devrait être maintenue jusqu’à l’arrondi. L’avion doit se
poser dans les limites normales de la zone de toucher des roues ; il ne faut pas laisser l’avion « refuser le
sol » au-delà de cette zone.
4.3.28
De nombreuses variables intervenant, il n’est pas facile de déterminer exactement l’influence
d’un excédent de vitesse de 40 km/h (20 kt) sur la distance réelle d’immobilisation. Le vent au sol peut être
d’une importance déterminante puisque cette distance dépend davantage de la vitesse-sol que de la vitesse
propre. Si l’on prend une vitesse propre supérieure alors qu’on aborde la partie ascendante de la zone de
cisaillement du vent, il pourra être nécessaire de remettre les gaz parce que la longueur de piste sera
insuffisante pour cette vitesse d’approche supérieure. De plus, si un pilote peut être raisonnablement certain
que les changements de vent (dus à la topographie ou à des conditions locales particulières) n’auront pas
d’effets défavorables sur les performances de l’avion, il peut être inopportun de prendre une vitesse
d’approche supérieure.
4.3.29
D’autres facteurs affectant la distance d’immobilisation, par exemple l’existence et l’efficacité
des inverseurs de poussée, l’état des pneus et des freins, celui de la piste, etc., doivent aussi être pris en
considération. Sur piste sèche la longueur de piste peut, s’il n’y a pas d’autres éléments défavorables,
s’accommoder de 40 km/h (20 kt) de vitesse supplémentaires au toucher des roues. Dans d’autres cas, une
plus grande longueur de piste pourra être nécessaire. Dans le doute, utiliser la plus longue piste exempte de
risques de cisaillement du vent.
ATTENTION. — Avec une vitesse de toucher des roues plus élevée, la distance d’immobilisation augmente. Avec 40 km/h (20 kt) supplémentaires elle peut augmenter de 25 % et, dans certains
cas, excéder les possibilités de freinage.
Directeur de vol et/ou pilote automatique et automanettes
4.3.30
Pendant l’approche, il est bon d’utiliser autant que possible le directeur de vol, le pilote
automatique et les automanettes. Ces systèmes peuvent alléger la charge de travail des pilotes, leur
laissant plus de temps pour surveiller les instruments et les conditions météorologiques. Toutefois, l’emploi
des systèmes de pilotage en mode automatique, notamment des automanettes, n’est avantageux qu’avec
un bon contrôle des paramètres. Sans ce contrôle, ces systèmes peuvent masquer le début d’un
phénomène de cisaillement par manque de vigilance du pilote qui n’a pas observé les tendances des
indications instrumentales. Le Tableau 4-5 présente un résumé des mesures de précaution en approche.
Utiliser les techniques normalisées de pilotage
4.3.31
Afin d’aider les équipages à reconnaître les premiers indices du cisaillement du vent, des
recommandations ont été formulées sous le titre général de techniques normalisées de pilotage. Ces
techniques font la part de deux éléments des fonctions de pilotage : la vigilance aux commandes et la
coordination du travail des membres d’équipage.
4-32
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
Tableau 4-5. Résumé des
précautions en approche
•
•
•
•
•
•
Stabiliser l’avion en approche à 300 m (1 000 ft) sol au
plus tard
Effectuer le moins possible de réductions de puissance
Utiliser la piste la mieux appropriée
Utiliser le braquage de volets recommandé
Prendre une vitesse d’approche supérieure
Utiliser les systèmes de vol automatique pendant
l’approche
4.3.32
La nécessité d’insister sur l’importance des techniques normalisées de pilotage résulte de la
constatation que, dans la plupart des accidents au décollage causés par le cisaillement du vent, l’assiette à
cabrer de l’avion a été réduite au point que le vol en palier n’était plus possible. Elle l’a été au moment où
l’avion perdait déjà de l’altitude, ce qui témoigne d’un manque de contrôle de la trajectoire de vol de la part
des pilotes. Ce défaut de vigilance a aussi été observé pendant des études, en simulateur, du comportement des pilotes dans des conditions propices au cisaillement du vent. Les programmes traditionnels de
formation et les conditions ordinaires de vol peuvent n’avoir pas incité à se préoccuper davantage du
contrôle de la trajectoire de vol et de la perte d’altitude. Cependant, ce contrôle de la trajectoire devrait faire
l’objet d’une attention de tous les instants quand le cisaillement du vent se manifeste. Plutôt que de
s’efforcer d’afficher une vitesse propre rigoureusement constante, mieux vaut s’efforcer de maintenir la
trajectoire de vol par modification de l’assiette en tangage.
4.3.33
Les techniques de pilotage dont il est question ci-après insistent sur l’importance de la tenue de
trajectoire et d’assiette en tangage lorsqu’on vole à proximité du sol. En suivant ces techniques, les
équipages obtiennent de meilleures performances aussi bien dans les circonstances normales de vol qu’en
cas d’exposition au cisaillement du vent. Au décollage, tout comme en approche, la vigilance de l’équipage
et la coordination des tâches qui lui incombent revêtent une importance vitale quand il s’agit de déceler à
temps une manifestation de cisaillement du vent, notamment de nuit ou dans des conditions météorologiques délicates.
Vigilance de l’équipage
4.3.34
Il importe que les équipages restent attentifs à toute modification de la situation, se souvenant
que le cisaillement du vent peut se former et se dissiper rapidement. Il est avéré que c’est lorsqu’il a surpris
les équipages qu’il a eu les pires conséquences.
4.3.35
Les équipages devraient être attentifs aux tendances de la trajectoire normale de vol dans le
plan vertical, de façon à pouvoir reconnaître promptement les écarts résultant du cisaillement du vent. Au
décollage, ces tendances à observer sont celles de l’assiette, de la vitesse ascensionnelle et de la prise de
vitesse anémométrique. En approche, la vitesse propre, l’assiette, la vitesse verticale de descente et la
position des manettes de puissance donnent de précieux indices. C’est en restant attentif à ces indices que
l’on peut être certain de reconnaître dès que possible la dégradation de la trajectoire de vol.
4.3.36
Pendant le décollage et l’approche, soyez attentif aux fluctuations anémométriques. Ces
fluctuations peuvent être le premier indice de la présence du cisaillement du vent. L’effort à exercer sur le
manche est sensiblement différent de ce qu’il est au cours d’un décollage normal et, en approche, une
remise des gaz pourrait s’imposer si la vitesse propre est inférieure à la valeur recherchée ; au décollage la
Chapitre 4.
Effets du cisaillement du vent dans les basses couches sur le comportement des avions
4-33
prise de vitesse pourra être lente pendant le cabrage et l’envol. Les indications instrumentales de contrôle
de la trajectoire dans le plan vertical devront servir à vérifier par recoupement celles du directeur de vol.
4.3.37
Pendant le décollage, tandis qu’on est à une altitude relativement faible (moins de 300 m
[1 000 ft] sol), les techniques normalisées de pilotage font surtout appel au contrôle et à la tenue de
l’assiette en tangage normale pendant la montée initiale, attachant moins d’importance à la tenue
rigoureuse de la vitesse anémométrique. Sachez quelle est, tous moteurs en fonctionnement, l’assiette en
tangage de montée initiale. Cabrez à la vitesse normale de cabrage jusqu’à obtention de cette assiette à
l’occasion de chaque décollage. Évitez autant que possible de « rendre la main » pour corriger une vitesse
anémométrique faible tant que vous n’êtes pas certain de pouvoir survoler en sécurité le relief et les
obstacles.
4.3.38
En approche, évitez les grosses réductions de puissance ou les importants changements de
compensation pour amortir les augmentations soudaines de vitesse propre, celle-ci pouvant ensuite
régresser. Surveillez attentivement les instruments de contrôle de la trajectoire de vol dans le plan vertical,
tels que le variomètre, les altimètres et la barre d’alignement de descente. De plus, la comparaison de la
vitesse-sol et de la vitesse propre peut donner des informations supplémentaires permettant de reconnaître
à temps le cisaillement du vent. Stabilisez votre approche avant d’arriver à 300 m (1 000 ft) sol.
4.3.39
L’importance de la charge de travail et les causes de dispersion de l’attention en phase
d’approche, notamment par temps marginal, peuvent porter à négliger les instruments qui donnent une
indication précoce de la détérioration de la trajectoire de vol. De plus, le fait d’augmenter progressivement la
puissance en approche peut masquer une tendance à la diminution de vitesse propre.
4.3.40
Les équipages devraient être prêts à exécuter immédiatement les manœuvres de redressement
recommandées si les écarts par rapport aux paramètres prévus dépassent les valeurs indiquées au
Tableau 4-6. Ces valeurs devraient être considérées comme n’ayant qu’un caractère indicatif. Des critères
précis ne peuvent pas être fixés. Dans certains cas où des changements se produisent rapidement il peut
être nécessaire d’amorcer une manœuvre de redressement avant que l’une quelconque des valeurs
indiquées ci-dessus ait été dépassée. D’autres situations sont possibles, dans lesquelles de brèves fluctuations, de vitesse propre notamment, peuvent, par suite des effets connus ou prévus du vent local, ne pas
constituer un indice de risque. C’est au pilote aux commandes qu’il incombe d’évaluer la situation et de faire
preuve d’un jugement sain pour déterminer la plus sûre conduite à tenir.
Coordination des tâches de l’équipage
4.3.41
Le pilote aux commandes devrait faire porter l’essentiel de son attention sur le pilotage en
réagissant comme il convient aux annonces de l’autre pilote si un cisaillement du vent vient à se faire sentir.
Cet autre pilote devrait être attentif principalement à la vitesse anémométrique, à la vitesse verticale, à
Tableau 4-6.
Décollage et approche
Paramètres prévus
Approche
1) ± 15 kt de vitesse propre indiquée 1) ± 1 point d’écart de la barre
d’alignement de descente
2) ± 500 ft/min de vitesse verticale
2) position inhabituelle des
3) ± 5° d’assiette en tangage
manettes de puissance pendant
une période de durée anormale
4-34
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
l’altitude, à l’assiette en tangage, à la position de la barre d’alignement de descente et à la puissance. Si l’un
de ces paramètres s’écarte sensiblement de la normale, le pilote qui n’est pas aux commandes devrait le
signaler immédiatement au pilote aux commandes. Les annonces faites dans le poste de pilotage devraient
être normalisées et faciles à comprendre pour permettre de reconnaître le phénomène à temps.
Exemple : « Vario : moins 1 200 ; badin : 115, en régression ; pente : un point trop bas. »
Le Tableau 4-7 présente un résumé des techniques normalisées de pilotage.
TECHNIQUE DE REDRESSEMENT DE TRAJECTOIRE
DANS LE CISAILLEMENT DU VENT
Généralités
4.3.42
L’objectif primordial de la technique de redressement de trajectoire consiste à maintenir l’avion
en vol aussi longtemps que possible dans l’espoir de sortir de la zone de cisaillement. Un grand nombre de
techniques diverses a été envisagé avant d’en élaborer une qui réponde le mieux à cet objectif. Les
meilleurs résultats ont été obtenus par contrôle d’une assiette en tangage de référence avec utilisation de la
puissance nécessaire. Plusieurs facteurs ont été envisagés au moment de l’élaboration de cette technique.
4.3.43
Les études montrent que le cisaillement du vent est un phénomène peu fréquent et que l’on ne
dispose que de quelques secondes seulement pour amorcer avec succès une manœuvre de redressement
de trajectoire. De plus, le recoupement des indications instrumentales se limite la plupart du temps, et dans
des situations très éprouvantes, à quelques instruments voire, dans les cas extrêmes, à un seul d’entre eux.
Enfin, les pilotes n’ont pas l’occasion de s’exercer chaque jour. Pour toutes ces raisons, il faut que les
techniques de redressement soient non seulement efficaces mais simples, faciles à mémoriser, et d’une
application généralisée.
Tableau 4-7.
Résumé des techniques normalisées de pilotage
Décollage
Approche
— connaître les assiettes normales, les vitesses
verticales de montée normales, les
caractéristiques d’une prise de vitesse normale
— connaître et utiliser l’assiette de montée initiale
tous moteurs en fonctionnement
— effectuer le cabrage en tirant sans interruption à
une cadence normale
— vérifier par recoupement les ordres du directeur
de vol
— rendre la main le moins possible
— surveiller les instruments de contrôle de la
trajectoire de vol dans le plan vertical, annoncer
les écarts de paramètres (pilote qui n’est pas aux
commandes)
— connaître les consignes qui sous-tendent une
décision de redressement de trajectoire
— connaître les assiettes normales, les vitesses
verticales de descente normales, les vitesses
propres normales, les positions normales des
manettes de puissance
— vérifier par recoupement les ordres du directeur
de vol
— éviter les grosses réductions de puissance
— surveiller les instruments de contrôle de la
trajectoire de vol dans le plan vertical, annoncer
les écarts de paramètres (pilote qui n’est pas
aux commandes)
— connaître les consignes qui sous-tendent une
décision de redressement de trajectoire
Chapitre 4.
Effets du cisaillement du vent dans les basses couches sur le comportement des avions
4-35
4.3.44
On a effectué des analyses approfondies et des évaluations du travail des pilotes. Bien que
diverses assiettes en tangage (notamment les assiettes en tangage de 15° dans tous les cas de montée
initiale tous moteurs en fonctionnement) se prêtent bien à un redressement dans une large gamme de cas
de cisaillement du vent, on a choisi cette valeur de 15° comme assiette en tangage de référence tant pour le
décollage que pour l’approche. Les avantages supplémentaires de cette assiette en tangage de référence
de 15° tiennent à ce qu’elle peut se mémoriser facilement dans les situations délicates et à ce qu’elle est
facile à afficher sur les indicateurs d’assiette.
Note 1.— Assiettes de référence du L-1011 :
décollage = 17,5°,
approche = 15°.
Note 2.— Les exploitants qui ont adopté des assiettes en tangage de référence prédéterminées,
p. ex. les assiettes tous moteurs en fonctionnement pour les décollages normaux et les remises de gaz,
peuvent utiliser ces assiettes au lieu de l’assiette de référence recommandée pour le redressement de
trajectoire.
4.3.45
Si d’autres techniques plus complexes peuvent permettre de tirer un parti légèrement meilleur
des performances de l’avion, ces techniques ne présentent pas la simplicité et la facilité de mémorisation
recherchées. Les évaluations montrent que la technique recommandée constitue un moyen simple et
efficace de sortir du cisaillement du vent.
4.3.46
On trouvera ci-après un commentaire détaillé de la technique de redressement recommandée.
Le redressement pendant le décollage et après l’envol, ainsi que le redressement en approche, sont traités
ensemble dans la section suivante puisque la technique à employer est la même dans les deux cas. La
technique de redressement en cas d’exposition au cisaillement pendant le roulement au décollage sera
commentée par la suite.
Exposition au cisaillement pendant le décollage,
après l’envol et en approche
4.3.47
Afin de pouvoir décider à temps de la technique de redressement, il importe avant tout de
reconnaître les indices du cisaillement du vent. La méthode de redressement recommandée devrait être
employée chaque fois qu’à altitude inférieure à 300 m (1 000 ft) sol la trajectoire de vol est compromise au
décollage ou en approche. Les valeurs inacceptables de dégradation de la trajectoire de vol sont rappelées
dans le Tableau 4-8.
4.3.48
Encore une fois, ces valeurs devraient être considérées comme ordre de grandeur puisque des
critères précis ne peuvent pas être fixés. Dans chaque cas, il appartient au pilote aux commandes d’évaluer
la situation et de faire appel à la sûreté de son jugement pour déterminer la nature des dispositions les plus
propres à assurer la sécurité. Dans certains cas où des changements se produisent de façon très rapide, il
peut être nécessaire d’amorcer la manœuvre de redressement avant que l’une quelconque des valeurs
indiquées ci-dessus ait été dépassée.
4.3.49
Si l’on s’expose par inadvertance au cisaillement du vent après l’envol ou en approche, amorcer
immédiatement la manœuvre de redressement recommandée. Si l’on est en approche, ne pas essayer
d’atterrir. (On peut, toutefois, en approche dans la partie ascendante de la zone de cisaillement, effectuer
une remise des gaz normale plutôt qu’une manœuvre de redressement). La technique de redressement
après l’envol ou en approche est la même dans les deux cas. Cette technique est définie ci-après.
4-36
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
Tableau 4-8.
Indications d’une dégradation inacceptable
de la trajectoire de vol
Décollage et approche
1) ± 15 kt de vitesse propre indiquée
2) ± 500 ft/min de vitesse verticale
3) ± 5° d’assiette en tangage
Approche
1) ± 1 point d’écart de la barre d’alignement
de descente
2) position inhabituelle des manettes de
puissance pendant une période de durée
anormale
Puissance
4.3.50
Afficher résolument la puissance nécessaire afin que l’avion dispose des possibilités
manœuvrières voulues. Débrancher au besoin l’automanette. Éviter d’afficher un régime de surcharge, à
moins qu’il soit nécessaire de le faire pour éviter de heurter le sol. Quand la sécurité de l’avion a été
assurée, régler la puissance pour maintenir les paramètres des moteurs dans les limites spécifiées.
Tangage
4.3.51
La technique de sortie d’une zone de cisaillement du vent par tenue de l’assiette en tangage
après l’envol ou en approche est la suivante :
a)
En agissant sur la profondeur à la cadence normale, augmenter ou diminuer l’assiette en
tangage autant qu’il le faut pour prendre une assiette de référence initiale de 15°. Le pilote
automatique et/ou le directeur de vol devraient être débranchés par le pilote qui n’est pas
aux commandes, sauf consignes de vol dans le cisaillement du vent expressément
contraires, ou à moins d’utiliser un directeur de vol avec préaffichage de l’assiette en
tangage voulue.
b)
Toujours tenir compte du vibreur de manche. Quand il réagit par intermittence, considérer
qu’on se trouve à la limite supérieure de l’assiette en tangage. Quand le cisaillement est
violent, le vibreur de manche peut entrer en action avant que l’avion ait atteint 15°
d’assiette en tangage.
c)
Si l’assiette a été limitée à moins de 15° pour empêcher le vibreur de manche d’intervenir,
augmenter l’assiette pour tendre vers 15° dès que le vibreur s’arrête.
d)
Si la trajectoire de vol dans le plan vertical ou la perte d’altitude est toujours inacceptable
après avoir atteint 15°, augmenter encore l’assiette en agissant en souplesse par légères
sollicitations de la profondeur.
e)
Agir en tangage avec souplesse et régularité (par paliers d’environ 2°), pour éviter
d’osciller de part et d’autre de l’assiette voulue.
f)
Dès que l’avion est en montée et que le risque de heurter le sol n’est plus une
préoccupation immédiate, la vitesse anémométrique devrait être augmentée, par
diminution prudente, en plusieurs paliers, de l’assiette en tangage.
Chapitre 4.
Effets du cisaillement du vent dans les basses couches sur le comportement des avions
4-37
Configuration
4.3.52
Ne pas modifier la configuration des volets, ni celle du train d’atterrissage, tant qu’on n’est pas
certain de pouvoir conserver une marge d’altitude au-dessus du sol. Si une légère amélioration des
performances est sensible après la rentrée du train d’atterrissage, elle est précédée d’une dégradation au
moment de l’ouverture de ses trappes de logement. Si le fait de sortir davantage les volets pendant une
manœuvre de redressement après l’envol peut se traduire par une amélioration des performances, cette
technique n’est pas recommandée parce que :
a)
la rentrée des volets (ce que l’on est accoutumé à faire dans cette phase de vol),
intempestive dans ce cas, a un effet très défavorable sur les performances ;
b)
si la manœuvre de rentrée du train a été amorcée avant qu’on ait reconnu la présence du
cisaillement du vent, le fait de sortir plus de volets qu’il ne le faut pour le décollage pourrait
déclencher la sonnerie ininterrompue de l’avertisseur acoustique, ce qui importune
l’équipage.
Autres considérations
4.3.53
Si le pilote automatique et/ou le directeur de vol spécialement conçus pour être utilisés dans le
cisaillement du vent sont en fonctionnement pendant l’approche, ils doivent le rester pendant la manœuvre
de redressement de trajectoire. Ces systèmes peuvent faciliter ce redressement en cas d’exposition
intempestive au cisaillement du vent. Cependant, en raison du peu de temps dont on dispose pour
reconnaître le phénomène et réagir en conséquence, il ne faut pas débrancher le pilote automatique ou
l’automanette si ces systèmes ne l’étaient pas déjà avant le redressement.
ATTENTION.— Un directeur de vol et/ou un système de vol automatique qui n’ont pas été
spécialement conçus pour fonctionner dans une zone de cisaillement du vent peuvent commander un
changement d’assiette en tangage visant à maintenir la vitesse anémométrique de référence ou une
assiette en tangage fixe, quelle que soit la dégradation de la trajectoire de vol. Ce mode de guidage peut
être incompatible avec l’exécution des manœuvres appropriées en cas de cisaillement du vent. De tels
systèmes ne doivent pas être utilisés si une manœuvre de redressement est nécessaire et, s’il a le temps
de le faire, le pilote qui n’est pas aux commandes doit les débrancher.
4.3.54
L’intérêt du pilotage en transparence n’a pas été entièrement évalué dans le cas de l’exposition
au cisaillement du vent. Il convient de noter à cet égard que, faisant intervenir un mode de pilotage
automatique à une seule voie, il n’a qu’une autorité réduite. Quoi qu’il en soit, si le pilotage en transparence
est utilisé en cas d’exposition à une zone de cisaillement, il faut renoncer à lui s’il donne lieu à des difficultés
de stabilisation à l’assiette voulue.
4.3.55
Certains directeurs de vol sont munis d’un sélecteur de mode d’assiette en tangage. S’il est
utilisé dans des conditions normales, le sélecteur de mode peut être très utile dans une zone de cisaillement
du vent, à condition que l’assiette choisie se trouve dans les limites acceptables. Cependant, si une assiette
différente de celle qui a été choisie devient nécessaire, le directeur de vol devrait être délaissé et le pilote
qui n’est pas aux commandes devrait le débrancher s’il en a le temps.
4.3.56
Éviter les changements de compensation en profondeur pour faire suite aux changements
fugaces de vitesse propre ou de résistance du manche. Cependant, il faut compenser en profondeur pour
éliminer l’effort au manche résultant d’une montée en puissance.
4.3.57
Au cours de la manœuvre de redressement, le pilote qui n’est pas aux commandes devrait
signaler les écarts de trajectoire de vol dans le plan vertical en se servant, selon le cas, de l’altimètre
4-38
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
anéroïde, de la radiosonde ou du variomètre ; il devrait annoncer p. ex. : « moins de 500 au vario, altitude
200, plus 400 au vario, altitude 300, etc. » Les pilotes des avions nécessitant la présence d’un mécanicien
navigant peuvent demander à celui-ci de procéder aux annonces.
4.3.58
Des vents très instables en force et/ou en direction peuvent causer des écarts d’assiettes en
tangage et en roulis, trop fugaces pour que le pilote puisse réagir, et modifier l’assiette au point d’actionner
le vibreur de manche.
4.3.59
Dès que possible, signaler le cisaillement du vent à la tour, les avions suivants pouvant ne pas
avoir les performances voulues pour redresser. Le cisaillement du vent peut aussi être de plus en plus
violent, augmentant les risques du vol. (Le Chapitre 5 fait état des comptes rendus des pilotes en cas de
cisaillement du vent.) Pilotes et contrôleurs doivent savoir qu’en réagissant à temps ils peuvent empêcher
une catastrophe : les vies se jouent à quelques secondes près. Le Tableau 4-9 présente un résumé de
technique de redressement de trajectoire dans une zone de cisaillement du vent après l’envol et en
approche.
Exposition au cisaillement du vent pendant le roulement au décollage
4.3.60
Il est difficile de déceler le cisaillement du vent pendant le roulement au décollage du fait que la
vitesse anémométrique change rapidement. Outre les indications visuelles précédemment décrites, des
fluctuations inhabituelles de vitesse anémométrique, ainsi qu’une prise de vitesse lente ou anormale,
peuvent constituer des indices de la présence d’une zone de cisaillement du vent.
4.3.61
Les critères de poursuite ou d’interruption du décollage basés sur la vitesse de décision avec un
moteur en panne (V1), peuvent ne pas être valables en cas de cisaillement du vent puisque la vitesse-sol
peut être bien supérieure à la vitesse propre (Figure 4-14). Il peut donc être impossible d’immobiliser l’avion
sur la piste en cas d’accélération-arrêt. La possibilité de quitter le sol dépend de la vitesse propre alors que
la possibilité de s’immobiliser dépend dans une grande mesure de la vitesse-sol.
Avant V1
4.3.62
Le décollage devrait être interrompu si, le pilote estimant qu’il reste assez de piste pour pouvoir
immobiliser l’avion, des fluctuations inacceptables de vitesse propre se produisent avant V1.
Tableau 4-9. Résumé de techniques de redressement de
trajectoire dans une zone de cisaillement du vent
après l’envol et en approche
Puissance
• afficher le régime nécessaire
Assiette en tangage
• prendre 15° comme assiette de référence
• dépasser au besoin cette valeur de 15° pour conserver
une trajectoire de vol acceptable
• toujours réagir aux sollicitations du vibreur de manche
Configuration
• garder la configuration du moment
Chapitre 4.
Effets du cisaillement du vent dans les basses couches sur le comportement des avions
4-39
Vitesse
indiquée
V 1 atteint
Microrafale
Distance
résiduelle
insuffisante
pour l’arrêt!
V 1 = 130 kt
AS = 80 kt
AS = 120 kt
GS = 80 kt
GS = 130 kt
AS = 130 kt
Piste
GS = 170 kt
Distance normale V 1
Figure 4-14. Effets du cisaillement du vent sur la détermination
du point de décision de poursuite ou d’interruption du décollage.
La vitesse de décision V1 peut n’être atteinte qu’au moment
où il ne reste plus assez de piste pour interrompre le décollage
(d’après FAA Wind Shear Training Aid, 1987)
Après V1
4.3.63
Le décollage doit être poursuivi si V1 a été atteinte.
Puissance
4.3.64
Afficher résolument la puissance nécessaire pour que l’avion dispose de performances
suffisantes. Éviter d’afficher une puissance supérieure au régime maximal continu à moins qu’il ne faille le
faire pour des raisons de sécurité. Quand celle-ci a été assurée, régler la puissance de manière à maintenir
les paramètres des moteurs dans les limites spécifiées. Dépasser la puissance maximale continue NE
SUFFIT PAS à compenser les effets d’une exposition intempestive au cisaillement du vent. Le maintien
d’une assiette en tangage appropriée est l’élément le plus important d’une sortie du cisaillement du vent.
Assiette en tangage
4.3.65
Après obtention VR, cabrer à la cadence normale jusqu’à affichage d’une assiette en tangage de
15°. Si le cisaillement du vent est violent, VR pourrait toutefois ne pas être obtenue et l’interruption du
décollage pourrait être impossible. Dans ce cas, il faut commencer à cabrer au plus tard 600 m (2 000 ft)
avant l’extrémité de la partie utilisable de la piste (Figure 4-15).
Note.— Les avions de transport peuvent en principe s’envoler entre 5 et 10 kt avant VR (sauf le
B727 qui refuse de quitter le sol avant VR).
4-40
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
Microrafale
Le cabrage et l’envol
nécessitent environ
2 000 ft!
La tentative
d’arrêt aboutit
à un dépassement
de piste
Piste
La vitesse indiquée
peut être inférieure à V R
2 000 ft
Figure 4-15. Effets du cisaillement du vent sur la décision de cabrage
avant envol. À cause d’eux, il peut être nécessaire de cabrer avant VR.
Le cabrage devrait commencer au plus tard 2 000 ft avant l’extrémité
de piste de façon à disposer de la distance nécessaire d’accélération-arrêt
(d’après FAA Wind Shear Training Aid, 1987)
4.3.66
L’assiette en tangage et la cadence de cabrage ne devraient pas être limitées pour empêcher le
cône arrière de fuselage de toucher le sol puisque toute l’amplitude possible d’assiette en tangage peut être
nécessaire pour l’envol. Voir au Tableau 4-10 un résumé de technique de redressement de trajectoire au
décollage (sur la piste). Une fois décollé, adopter la « technique de redressement de trajectoire après envol »,
dont il a été question précédemment.
4.3.67
Dans le cas de pistes pourvues des marques et balises lumineuses appropriées, on peut
connaître la longueur résiduelle de piste après le décollage. Bien que ces marques servent habituellement à
faciliter l’atterrissage, elles peuvent aussi permettre de déterminer la longueur résiduelle de piste au cours
d’un décollage. La Figure 4-16 montre les marques et le balisage lumineux caractéristiques des pistes
Tableau 4-10.
Technique de redressement de trajectoire
au décollage (sur la piste)
Puissance
• afficher le régime nécessaire
Assiette en tangage
• cabrer jusqu’à 15° (avant d’être à 600 m [2 000 ft] de
l’extrémité de piste)
• cabrer à plus de 15° s’il le faut pour l’envol
Note.— Une fois décollé, adopter la technique de redressement
de trajectoire après envol.
Chapitre 4.
Effets du cisaillement du vent dans les basses couches sur le comportement des avions
4-41
d’approche de précision répondant aux normes OACI et FAA. Dans le cas d’un avion se dirigeant de gauche
à droite, comme sur la figure, le premier doublet de marques en tirets situé de part et d’autre de l’axe de
piste indique qu’il reste 900 m (3 000 ft) de longueur résiduelle (c’est-à-dire 300 m [1 000 ft] avant que le
cabrage doive être commencé). Tandis que se poursuit la course au décollage, le point situé à 600 m
(2 000 ft) de l’extrémité de piste est signalé par la première paire de doubles tirets rencontrée. Il est à noter
que l’espacement entre les tirets est de 150 m (500 ft) à partir de l’entrée de bande.
4.3.68
Une autre indication de la longueur résiduelle de piste peut être fournie par le balisage lumineux.
Les pistes d’approche de précision aux normes OACI et FAA sont bordées de feux jaunes, et non plus
blancs, à partir des 600 derniers mètres (2 000 ft) à parcourir dans le sens du décollage. De plus, le
balisage lumineux axial peut être utilisé pour déterminer la longueur de piste résiduelle. L’équipage d’un
avion décollant de gauche à droite, comme dans le cas de la Figure 4-16, verrait des feux axiaux blancs
jusqu’à 900 m (3 000 ft) de l’extrémité de piste (300 m [1 000 ft] avant le début obligatoire du cabrage).
Entre 900 m (3 000 ft) et 300 m (1 000 ft) avant l’extrémité de piste, les feux axiaux sont alternativement
blancs et rouges. Ils sont tous rouges sur les 300 derniers mètres (1 000 ft) de piste. Une ligne de feux
rouges perpendiculaire à la piste indique l’extrémité de la partie utilisable de celle-ci.
4.3.69
La Figure 4-17 représente les marques et feux d’une piste aux normes FAA sans radioalignement de descente. Le principal indicateur de distance résiduelle, sur ce genre de piste, est constitué
par les marques fixes de distance situées de part et d’autre de l’axe à environ 300 m (1 000 ft) à partir du
seuil. Dans le cas des pistes pourvues de ce genre de marques, le pilote devra compter sur son jugement
et/ou son habitude du terrain pour estimer le point correspondant aux 600 derniers mètres (2 000 ft) de la
piste.
4.3.70
Les marques et feux d’une piste sans radioalignement de descente aux normes de l’OACI sont
représentés sur la Figure 4-18. Cette figure montre la meilleure disposition du balisage qu’il est possible de
réaliser. La plupart des pistes sans radioalignement de descente aux normes de l’OACI devraient
comprendre certaines de ces marques de balisage mais pas nécessairement toutes. Les pistes aux normes
de l’OACI sans radioalignement de descente sont marquées par des tirets simples de part et d’autre de leur
axe à intervalles d’environ 150 m (500 ft) à partir du seuil. Il peut aussi y avoir des balises fixes de distance
tous les 300 m (1 000 ft) environ à partir du seuil. De plus, les feux de bordure de piste peuvent être de
couleur conventionnelle, tout comme ceux des pistes d’approche de précision, ces feux étant jaunes, et non
plus blancs, sur les 600 derniers mètres (2 000 ft), approximativement, de piste.
Techniques de redressement de trajectoire
non recommandées
4.3.71
De nombreuses techniques de redressement de trajectoire dans le cisaillement du vent ont été
évaluées au moment où l’on a élaboré la technique recommandée dans les pages précédentes. Les
techniques qui suivent ne sont PAS recommandées puisqu’elles peuvent limiter les possibilités de sortir
indemne d’un cisaillement du vent :
a)
Essayer de maintenir une vitesse propre de référence, ce qui ne permet pas de tirer parti
de toutes les possibilités de vitesse ascensionnelle de l’avion.
b)
Essayer d’adapter l’assiette en tangage aux réactions du vibreur de manche, ce qui ne
permet pas de profiter de toute l’énergie potentielle de l’avion et aboutit à une dégradation
de la trajectoire de vol, ainsi qu’à un plus grand risque de décrochage.
c)
Essayer de voler à l’angle de finesse maximal, ce qui ne permet pas de tirer parti des
possibilités à court terme de l’avion.
4-42
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
De nuit — Distance résiduelle approximative en pieds
2 000
1 000
27
3 000
Feux d’axe et de
lisière de piste
Blanc
Rouge
Jaune
2 000
1 000
De jour — Distance résiduelle approximative en pieds
Figure 4-16. Marques et feux d’une piste d’approche
de précision aux normes OACI/FAA
(d’après FAA Wind Shear Training Aid, 1987 ; adapté par l’OACI)
Feux d’axe et de
lisière de piste
Blanc
Rouge
Distance résiduelle approximative en pieds
1 000
27
3 000
Figure 4-17. Marques et feux d’une piste aux
normes FAA sans radioalignement de descente
(d’après FAA Wind Shear Training Aid, 1987 ; adapté par l’OACI)
Chapitre 4.
Effets du cisaillement du vent dans les basses couches sur le comportement des avions
4-43
Feux d’axe et de
lisière de piste
Blanc
Rouge
De nuit — Distance résiduelle approximative en pieds
2 000
27
Jaune
3 000
2 000
1 000
De jour — Distance résiduelle approximative en pieds
Figure 4-18. Marques et feux de piste d’approche
aux normes de l’OACI sans radioalignement de descente
(d’après FAA Wind Shear Training Aid ; 1987, adapté par l’OACI)
d)
Rentrer les volets au cours d’une manœuvre de redressement en approche (comme dans
une procédure normale de remise des gaz), ce qui réduit la marge avant intervention du
vibreur de manche et a un effet défavorable sur les possibilités de montée initiale de l’avion.
e)
Tenir compte de la vitesse-sol de référence inertielle, ce qui revient à donner trop
d’importance au pilotage d’après la vitesse, et ce qui est contraire à la technique de
redressement recommandée. De plus, cette technique de pilotage d’après la vitesse-sol
vise à compenser le cisaillement du vent et à poursuivre l’approche plutôt qu’à entamer
immédiatement une manœuvre de redressement de trajectoire. Si cette technique ne
convient pas quand il s’agit d’exposition à une microrafale, elle peut convenir dans d’autres
cas de cisaillement du vent.
f)
Utiliser la technique du piqué (« rendre la main » pour essayer de prendre de la vitesse
puis tirer à une certaine altitude minimale prédéterminée), ce qui soumet l’avion aux
contraintes des composantes horizontales du vent, qui peuvent être très importantes,
abaisse l’altitude minimale de début de redressement, nécessite des cadences de cabrage
élevées et complique la manœuvre de redressement.
Encore une fois, les meilleurs résultats seront obtenus par le choix d’une assiette en tangage convenable
assortie d’une utilisation judicieuse de la puissance.
— — — — — — — —
4-44
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
Références
1.
Manningham, 1980: Staying current, a proficiency guide for serious pilots, Ziff-Davis Publishing Co., New York.
2.
Torosian, 1986: Wind shear, a pilot’s point of view, McDonnell Douglas Corp.
3.
Federal Aviation Administration, 1987: FAA Wind Shear Training Aid, Volume II, Substantiating Data.
4.
Morrison, 1982: Wind shear refresher course, Canadian Aviation.
5.
Kermode, 1972: Mechanics of flight, Pitman Publishing (London, New York and Toronto).
6.
Melvin, 1980: What you don’t know about wind shear can kill you, Flight Crew, Vol. 2, No. 3.
7.
Carter, 1977: Some comments on wind shear, Aerospace Safety.
8.
Fredrickson, 1977: Wind shear, an update, Shell Aviation News.
9.
Krauspe, 1985: Contributions on the subject of longitudinal movement of aircraft in wind shears, NASA Technical
Memorandum NASA TM-77837.
10. Roach and Findlater, 1983: An aircraft encounter with a tornado, Meteorological Magazine, Meteorological Office,
London, United Kingdom.
11. Federal Aviation Administration, 1987: FAA Wind Shear Training Aid, Volume I, Pilot Wind Shear Guide.
___________________
Chapitre 5
OBSERVATION, PRÉVISION ET COMPTE RENDU DU
CISAILLEMENT DU VENT DANS LES BASSES COUCHES
5.1
OBSERVATION DU CISAILLEMENT DU VENT — OBSERVATIONS
AU SOL ET EN VOL
GÉNÉRALITÉS
5.1.1
Selon l’exposé des besoins de l’exploitation (voir l’Appendice 1), des renseignements sur le
cisaillement du vent dans les basses couches doivent être communiqués aux pilotes. Ces renseignements
peuvent provenir d’observations (au sol ou en vol) ou de prévisions. La mise au point et le déploiement
efficace de radars météorologiques Doppler de région terminale (TDWR) et les améliorations de taille
apportées aux systèmes de détection et d’avertissement de cisaillement du vent constitués d’anémomètres
font que la détection et l’observation du cisaillement du vent dans les basses couches à l’aide de dispositifs
installés au sol est aujourd’hui une réalité. Cependant, les coûts d’acquisition et d’entretien de ces
équipements sont très élevés ; par conséquent, ces dispositifs seront sans doute réservés aux aéroports les
plus occupés qui sont touchés par le cisaillement du vent et, surtout, par des microrafales. Dans la plupart
des aéroports, on continuera d’employer toute une panoplie de méthodes d’observation, la plupart du temps
l’observation directe, pour essayer de détecter la présence d’un cisaillement du vent et, dans la mesure du
possible, son intensité.
OBSERVATIONS AU SOL
Observations visuelles du cisaillement du vent
5.1.2
Il est évident que le cisaillement du vent lui-même n’est pas visible, mais les effets qu’il produit le
sont très souvent. Nous avons mentionné, au § 4.3, quelques façons d’obtenir indirectement, à partir d’autres
renseignements météorologiques, la preuve de sa présence. Les indices sont notamment les suivants :
a.
a)
déplacement des couches de nuages adjacentes dans des directions différentes ;
b)
déplacement d’un panache de fumée de forme tourmentée dans différentes directions ;
c)
nuages en rouleaux précédant l’approche d’une ligne de grains ;
d)
forts vents de surface en rafales agitant les arbres, les drapeaux, etc. ;
e)
manches à air, placées en divers points d’un aérodrome, indiquant des vents différents ;
f)
poussièrea,1 soulevée (spécialement en anneaux tourbillonnaires) par des courants descendants sous un nuage de convection ;
On a également signalé la possibilité de microrafales par temps neigeux avec, outre les effets du cisaillement du vent, la réduction
1
de visibilité qu’entraîne le soulèvement de la neige par fort vent .
5-1
5-2
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
g)
poussière soulevée dans un front de rafales qui précède une ligne de grains ;
h)
virgas associés surtout à des nuages de convection ;
i)
nuage lenticulaire indiquant des ondes stationnaires, etc. ;
j)
nuages en entonnoir ;
k)
trombes ;
l)
tornades.
Ces effets du cisaillement du vent n’ont pas nécessairement tous une importance quelconque pour un avion
au décollage et à l’atterrissage ; une évaluation cas par cas serait nécessaire, compte tenu des conditions
locales à un moment donné. Ces effets sont souvent visibles du sol aussi bien que dans le ciel et, comme on
l’a vu au Chapitre 4, ils pourraient constituer pour le pilote d’utiles indices de possibilité d’un cisaillement du
vent.
Observation du cisaillement du vent au moyen
des instruments météorologiques ordinaires (MET)
5.1.3
Anémomètres. Il a été question, au Chapitre 2, de l’emploi d’anémomètres pour observer et
mesurer le cisaillement du vent dans le plan horizontal (le long d’une piste par exemple). Sur beaucoup
d’aérodromes il faut installer des anémomètres pour fournir sur les vents de surface des renseignements qui
soient représentatifs des parties importantes de la piste, comme les zones de décollage et de toucher des
roues. Avec plusieurs anémomètres on peut obtenir des informations sur le cisaillement horizontal du vent.
C’est en partant de cette idée qu’on a réalisé un Système avertisseur de cisaillement du vent dans les
basses couches (Low Level Wind Shear Alert System, LLWAS)b, (voir § 5.1.7 à 5.1.14 pour plus de détails).
Dans certains pays, on a installé aussi des sondes anémométriques sur des mâts ou des pylônes
d’antennes de télévision situés à proximité d’un aérodrome afin de pouvoir observer et mesurer le
cisaillement du vent dans le plan vertical. En Finlande et en Suède, de telles installations, combinées à des
capteurs thermométriques pour détecter et mesurer l’intensité des inversions de température dans les
basses couches, constituent l’élément essentiel des systèmes avertisseurs de cisaillement du vent (voir
§ 5.3.25). À Hong Kong, Chine, l’Observatoire de Hong Kong (HKO) a mis au point un système d’avertissement de cisaillement du vent à anémomètres qui a été utilisé à l’ancien aéroport Kai Tak entre 1979 et
1998 2 , 3 . Au nouvel aéroport international de Hong Kong (HKIA), qui a été ouvert en juillet 1998, des
anémomètres ont été installés au sommet de collines, dans des vallées et sur des îles environnantes ainsi
que sur des bouées météorologiques autour de l’aéroport en vue de la fourniture de services d’avertissement de cisaillement du vent. Un algorithme baptisé AWARE4 (pour Anemometer-based Windshear
Alerting Rules — Enhanced) qui utilise les données de ces anémomètres a été élaboré pour produire
automatiquement des alertes de cisaillement du vent, essentiellement les cisaillements associés à la brise
de mer et aux lignes de cisaillement à basse altitude (Appendice 4).
5.1.4
Sondages par ballons. Une autre façon d’obtenir des renseignements sur le cisaillement du vent
est évidemment le lancement de sondes radiovent et de ballons-pilotes. On notera cependant que, on l’a vu
b.
La première lettre « s » a été supprimée de l’acronyme LLWAS lorsqu’on désigne les systèmes couramment utilisés.
26/9/08
o
N 1
Chapitre 5.
Observation, prévision et compte rendu du cisaillement du vent dans les basses couches
5-3
au § 2.5.3, chacun des vents ainsi observés est déjà le vent moyen d’une couche et ne représente dans
l’espace et dans le temps qu’un très petit échantillon de l’atmosphère. Le lancement d’une sonde radiovent
permet aussi de détecter les inversions de température dans les basses couches, ce qui indique dans
certains cas la présence d’un cisaillement du vent (voir § 3.1.5, concernant les courants-jets dans les
basses couches). Dans la plupart des cas, les données sur le vent que fournissent les sondages par ballons
sont plutôt utiles pour indiquer le cisaillement du vent en élévation (coupe verticale), mais il est peu probable
qu’elles aident beaucoup à détecter un cisaillement du vent associé à des nuages de convection (fronts de
rafales, rafales descendantes, microrafales, etc.). Si les données des sondages sont sans doute d’une
certaine utilité en exploitation pour observer le cisaillement du vent, elles ne sont pas très utiles pour prévoir
des conditions favorables au développement d’un cisaillement du vent (voir § 5.2).
5.1.5
Radar météorologique au sol. Le bord antérieur d’un front de rafales, en particulier lorsqu’il est
produit par une ligne de grains, est parfois visible sur les écrans des radars météorologiques classiques
(surtout ceux qui fonctionnent sur une longueur d’onde de 10 cm, mais aussi de 3 cm) sous la forme d’arcs
ou de lignes minces mais très distincts. Les échos de ce genre sont souvent appelés « signaux aberrants » ;
parfois attribuables à des nuées d’insectes ou à des volées d’oiseaux, ils sont simplement, la plupart du
temps, dus à de forts gradients de température ou d’humidité qui entraînent des changements relativement
brusques de l’indice de réfraction de l’air. Les échos en arcs ou en lignes que produisent les fronts de
rafales marquent le bord antérieur des courants descendants d’air froid et ces échos maintiennent souvent
leur identité en se déplaçant à travers la zone balayée par le radar à la vitesse du front de rafales pendant
une durée pouvant atteindre une heure. Malheureusement, tous les fronts de rafales ne produisent pas des
« signaux aberrants » identifiables, car leur formation dépend, semble-t-il, d’une combinaison relativement
rare des variables atmosphériques et des variables du pouvoir réflecteur d’une cible radar. De plus, sur des
cibles situées à plus de 50 km (31 NM), le signal radar passe par-dessus les fronts de rafales relativement
bas et ne peut donc pas les détecter. Cependant, si un front de rafales est vu et poursuivi au radar, le
prévisionniste sera très bien placé pour prévoir comment et à quel moment il se fera sentir sur l’aérodrome
dont il s’agit (voir § 5.2.37 à 5.2.40). Différentes techniques de traitement des échos radar permettent aux
météorologistes d’évaluer la sévérité des échos d’orages et d’en déduire la probabilité qu’ils produisent
certains ou l’ensemble des phénomènes de cisaillement du vent dangereux pour l’aviation. Ces techniques
utilisent généralement le coefficient de réflexion du signal radar et l’affichage de courbes de coefficients de
réflexion radar (dBZ)c. Une de ces techniques, employée aux États-Unis et appelée traçage de courbes
d’échos radar, utilise un intégrateur-processeur vidéo automatique (VIP – Video Integrator and Processor).
et les six courbes qu’il produit sont couramment appelées niveaux VIP (dBZ). Ces méthodes sont
examinées de façon plus approfondie au § 5.2.39. Le balayage radar peut être effectué dans le plan
horizontal (indicateur panoramique, ou PPI) ou dans le plan vertical (indicateur de hauteur radar ou RHI).
5.1.6
Satellites météorologiques. Des fronts de rafales ont aussi été observés assez fréquemment sur
des images de satellites météorologiques. La caractéristique la plus aisément observée est le nuage en
rouleau (stratus), qui se forme souvent au-dessus de la partie antérieure d’un front de rafales (voir § 3.5.10),
spécialement dans le cas des fronts de rafales qui se forment à partir de lignes de grains. Un exemple
particulièrement bon d’images de cette sorte est celui que montre la Figure 5-15, où l’on voit un vaste arc de
nuages se déplaçant en rayonnant vers l’extérieur à partir d’un groupe de cumulonimbus. Cette image pose
un certain problème : alors que la partie L’L de l’image représente un nuage en rouleau (stratus) associé au
front de rafales, il semble, d’après une comparaison d’image prises dans le rayonnement infrarouge et dans
le rayonnement visible, que la partie L’U de l’arc de nuage soit un cirrus.
c.
dBZ = puissance relative en décibels.
26/9/08
o
N 1
5-4
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
Figure 5-1.
Image de satellite météorologique montrant des nuages en arc
(D’après Kingswell, 1984)
Systèmes expressément conçus pour détecter et mesurer
le cisaillement du vent dans les basses couches
Système avertisseur de cisaillement du vent dans les basses couches (LLWAS)
(Low Level Wind Shear Alert System)
5.1.7
Ce système6 comprend cinq capteurs du vent à la surface placés en des points « stratégiques »
du périmètre de l’aérodrome, un capteur central du vent à la surface, ainsi que des microprocesseurs et des
unités de visualisation qui permettent de surveiller et de comparer continuellement les différences
vectorielles, entre les observations des vents de surface à la périphérie et au centre du champ. Les capteurs
périphériques mesurent le vent instantané et un échantillon des observations est traité toutes les dix
secondes par l’ordinateur central. Le capteur central fournit toutes les deux minutes un vent moyen de
surface auquel on compare les valeurs des vents de surface à la périphérie.
5.1.8
La tour de contrôle de la circulation aérienne reçoit des données qui indiquent en permanence
les vents de surface au centre du champ et, selon les vitesses du vent, un facteur de rafales. Les
26/9/08
o
N 1
Chapitre 5.
Observation, prévision et compte rendu du cisaillement du vent dans les basses couches
5-5
contrôleurs comparent constamment le vent mesuré à la périphérie au vent mesuré au centre et, si la
différence vectorielle entre ces vents dépasse 15 kt, le vent périphérique est affiché lui aussi, une alarme
audiovisuelle étant alors déclenchée. Le contrôleur peut à tout moment choisir d’afficher l’un quelconque ou
l’ensemble des vents périphériques.
5.1.9
Ce système a été conçu et installé à la suite de plusieurs accidents d’aviation survenus au
milieu des années 1970, et a finalement été installé sur plus d’une centaine d’aérodromes aux États-Unis.
Initialement destiné à détecter les fronts de rafales lorsqu’ils franchissent le périmètre de l’aérodrome, le
système a fonctionné assez bien de ce point de vue, quoique le taux élevé de fausses alarmes
(avertissements trop fréquents) posait problème. À la suite des recherches récentes sur le cisaillement du
vent dans les basses couches associé à des nuages de convection, il est toutefois devenu de plus en plus
évident que les fronts de rafales ne constituent qu’une partie d’un tout et que les premières causes
d’accidents semblent être les rafales qui se développent au-dessus du niveau du sol — à savoir les rafales
descendantes et les microrafales, plutôt que le front lui-même. À cet égard, le système LLWAS comporte
une limitation, car il ne peut détecter que le cisaillement du vent sur le plan horizontal au niveau du sol, ce
qui exclut la détection du phénomène le long des trajectoires de descente et de montée ; étant donné les
actuelles caractéristiques de résolution du système, dans le temps et dans l’espace, des microrafales
pourraient facilement se produire entre deux capteurs périphériques sans qu’aucun d’eux ne les décèle.
5.1.10
Pour pallier ces limitations, le système LLWAS a fait l’objet de trois importantes modifications
qui ont grandement amélioré son fonctionnement en exploitation, diminué le nombre de fausse alertes et
facilité son entretien. L’efficacité des observations a été améliorée en étendant la couverture du système à
5,5 km (3 NM) autour des zones critiques, telles que les couloirs d’approche et de décollage. La capacité de
détecter des microrafales a de plus été augmentée. Le fait d’étendre ainsi la couverture exigeait que l’on
augmente le nombre de capteurs, qui sont passés de 5 à 32 à l’aéroport international de Denver. En vue
d’améliorer la capacité de détection des microrafales, il a fallu concevoir un nouvel algorithme pour calculer
la divergence dans les triangles des trois capteurs et sur les bords des triangles entre les capteurs. Il faut
résoudre ces résultats en composantes le long du cap de la piste et en estimations de la perte ou du gain
par vent debout ou vent arrière (voir § 2.1.3). Le calcul de modèles de divergence sur l’ensemble du
système a permis de détecter la divergence positive provoquée par des microrafales au moment où elles
atteignent le sol et la divergence négative (convergence) le long et à l’avant des fronts de rafales qui
traversent un aérodrome. Cette information sert à formuler les alertes de cisaillement du vent qui sont
communiqués aux pilotes. Le pilote ne se préoccupe guère de la divergence ; les avertissements signalent
donc le gain ou la perte par vent debout. Ces cisaillements sont calculés sur des trajectoires de vol de 4 km,
la perte par vent debout étant de plus de 30 km/h (15 kt) mais égale à ou inférieure à 60 km/h (30 kt) ; elles
sont signalées comme un « cisaillement du vent avec perte ». Une perte par vent debout d’au moins
60 km/h (30 kt) sur 4 km est désignée comme une microrafale. Les cisaillements sur des distances
supérieures aux 4 km nominaux représentent un risque réduit car les cisaillements sont moins soudains. Un
gain par vent debout de 30 km/h (15 kt) ou plus est appelée « cisaillement avec gain » ; il comporte
généralement des zones de convergence (divergence négative) à l’avant ou le long du front de rafales.
5.1.11
Les algorithmes du système LLWAS ont en général donné de bons résultats (la dernière
amélioration majeure a consisté à ajouter un algorithme de détection du cisaillement du vent et des
7
microrafales [WSMD]) , mais on estime que le système peut encore être amélioré, surtout au chapitre de la
détection des fronts de rafales. Le fonctionnement des algorithmes dépend dans une large mesure des
seuils de cisaillement indiqués et de la qualité des données transmises par les capteurs. Dans ce domaine,
les fausses alertes revêtent une importance primordiale, surtout si elles déclenchent un avertissement de
microrafale qui, à son tour, oblige le pilote à prendre d’importantes décisions de pilotage. Un taux élevé de
fausses alertes est susceptible de saper la confiance des pilotes et des contrôleurs aériens dans le système
de détection. La question des fausses alertes est relativement complexe et elle dépend dans une certaine
mesure des caractéristiques de chaque aérodrome. Elles peuvent être causées par des vents soufflant en
rafales, par l’emplacement peu propice choisi pour installer les anémomètres (le dispositif est à l’abri des
26/9/08
21/2/11
o
NNo12
5-6
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
vents provenant de certaines directions ; ce fait est connu mais le dispositif ne peut être installé ailleurs), par
des anémomètres qui donnent une lecture trop précise/pas assez précise, ou qui sont hors service mais
continuent d’alimenter le système en données. Tous ces facteurs sont en train d’être examinés pour trouver
des solutions 8 ; par exemple, les capteurs hors service pourraient être signalés par le logiciel et les
avertissements qui en découlent seraient éliminés. Une autre amélioration consisterait à remplacer les
capteurs d’origine par des anémomètres plus performants (voir ci-dessous).
5.1.12
La question de l’emplacement des anémomètres du réseau LLWAS d’un aérodrome a été
soigneusement étudiée dès le début, comme on le constate dans les lignes directrices à ce sujet contenues
dans l’Ordonnance 6560.21A de la FAA9. Ces lignes directrices prévoient l’exécution de levés de terrain
détaillés et la prise en compte de facteurs pertinents comme le climat, l’environnement, la logistique et les
impératifs d’exploitation de chaque aérodrome. Le choix de l’emplacement est soumis à plusieurs
contraintes, comme la disponibilité des terrains, l’alimentation électrique et les droits de propriété de
l’aérodrome, etc. ; parfois, l’emplacement idéal ne peut pas être utilisé. À l’origine, un LLWAS comptait cinq
ou six anémomètres par aérodrome, mais le dernier programme d’amélioration augmentera ce nombre pour
assurer une couverture s’étendant jusqu’à 5,5 km (3 NM) au-delà des pistes, ce qui représente une tâche
colossale du point de vue de la logistique. En plus d’accroître le nombre d’anémomètres, le programme
d’amélioration passera en revue l’emplacement et la hauteur des anémomètres installés dans les premières
phases, en vue de les relocaliser ou d’en augmenter la hauteur, selon le cas. On estime que l’amélioration
des LLWAS aux aérodromes concernés exigera de déplacer, remplacer ou ajouter 200 mâts
d’anémomètres. Auparavant, on parlait de « programme de relocalisation et de maintien du système
LLWAS » (LLWAS-RS, « relocation and sustainment »)10, aux aéroports sans TDWR, et de « programme
d’élargissement du réseau » (LLWAS-NE, « network expansion ») aux aéroport équipés d’un TDWR (sauf
pour Juneau, en Alaska). Il y a 10 LLWAS-NE et 40 LLWAS-RS aux États-Unis.
5.1.13
Les améliorations n’étaient pas limitées au choix de l’emplacement ou à l’ajout d’anémomètres.
Comme il est indiqué ci-dessus, des capteurs de nouvelle technologie, comme des anémomètres soniques,
ont remplacé les anémomètres à moulinets généralement utilisés. Ces nouveaux capteurs à semiconducteurs sont beaucoup plus fiables et faciles à entretenir. Les terminaux d’affichage des organismes de
contrôle de la circulation aérienne ont aussi cédé la place à des écrans à défilement, ce qui a permis de
remplacer les anciennes alertes sectorielles par des alertes de cisaillement du vent et de microrafales (MBA)
tenant compte de l’orientation des pistes. De plus, les capteurs additionnels ont été raccordés aux terminaux
du contrôle aérien à l’aéroport international de Denver, qui peuvent ainsi afficher les données provenant de
32 capteurs. Les systèmes LLWAS-RS et LLWAS-NE utilisent des composants disponibles dans le
commerce autant que possible ; les systèmes opérationnels comprennent 40 LLWAS-RS, 10 LLWAS-NE et
plusieurs systèmes de soutien. Les systèmes LLWAS-NE et TDWR sont intégrés en vue de l’émission
d’avertissements de cisaillement du vent. Cette percée importante est expliquée en détail au § 5.1.49.
5.1.14
On a aussi essayé d’utiliser des capteurs de pression (des microbarographes, par exemple)
comme instruments de détection périphérique des « sautes de pression » dues à l’air plus froid des fronts
de rafales, etc. ; dans certains cas, ils ont détecté l’approche d’un front de rafales jusqu’à trois minutes
avant les capteurs de vents de surface. On a essayé des capteurs combinés vent de surface et pression,
qui semblent prometteurs, mais pour l’instant, ils ne sont pas utilisés pour renforcer le système LLWAS.
Détection des ondes acoustiques et calcul de la distance (SODAR)
5.1.15
Ce système est comparable au radar mais il fait appel aux ondes sonores (˜ 1 500 Hz) pour
détecter les inversions de température dans les basses couches. L’exploitation de l’effet Doppler permet
d’utiliser le système pour mesurer la vitesse et la direction du vent à différents niveaux de la basse
atmosphère. À partir des gradients verticaux du vent, on peut calculer et afficher des paramètres sur le
cisaillement du vent. Jusqu’à ces derniers temps, ce système comportait une limitation, en ce sens que son
26/9/08
o
N 1
Chapitre 5.
Observation, prévision et compte rendu du cisaillement du vent dans les basses couches
5-7
fonctionnement pouvait être compromis par les bruits d’ambiance (ceux des aéroports notamment) et, à
partir d’une certaine intensité de précipitation, par la pluie. Cette limitation existe encore dans une certaine
mesure, mais les valeurs à partir desquelles le bon fonctionnement du système commence à être affecté ont
été sensiblement relevées. Jusqu’à présent, les délais d’intégration des données du SODAR ont été de
l’ordre de 10 à 20 minutes, ce qui est beaucoup trop long pour pouvoir élaborer en temps utile des alertes
de cisaillement du vent quand celui-ci résulte de mouvements de convection. Les récents perfectionnements
devraient permettre de ramener ce délai à moins de 5 minutes. De plus, l’emploi du SODAR à trois axes
permet maintenant de mesurer la composante verticale du vent.
5.1.16
Le SODAR actuel ne peut sonder l’atmosphère que juste à la verticale du lieu d’observation ;
cependant, les perfectionnements en cours permettront de pointer le faisceau acoustique du SODAR sous
un certain angle ; si les recherches réussissent, elles pourraient aboutir à la surveillance continue des trois
composantes de la structure du vent le long des trajectoires de montée et d’approche11. Le SODAR convient
particulièrement bien pour l’observation du cisaillement non transitoire du vent à une certaine échelle, par
exemple dans les courants-jets des basses couches qui sont associés à de fortes inversions de
température 12 . Le SODAR est utilisé sur des aérodromes de plusieurs pays, notamment le Canada, le
Danemark, la France, l’Italie et la Suède. À titre d’exemple de l’utilisation d’une batterie de SODAR pour
l’observation et la mesure, avec un délai d’intégration des données de 20 minutes, ajoutons que le
cas d’une rafale descendante sur l’aéroport de Copenhague a été signalé par Turesson et Dahlquist ; la
Figure 5-213 représente le cisaillement du vent auquel elle a donné lieu.
Radar Doppler
5.1.17
Les radars météorologiques classiques calculent et affichent sur écran la distance et la direction
de cibles qui réfléchissent le faisceau radar qu’elles captent. Le fait que le faisceau réfléchi par des cibles en
mouvement diffère légèrement en phase et fréquence du faisceau émis, et que le décalage de phase et de
fréquence est proportionnel à la vitesse de la cible qui se rapproche ou s’éloigne de l’émetteur radar, n’a
présenté pendant longtemps qu’un intérêt accessoire. Ce phénomène, appelé « effet Doppler », a
cependant permis d’éliminer les cibles fixes produisant un effet de masque (les échos permanents, par
exemple, des collines, etc.) sur le radar ATC ; c’est en effet sur son principe qu’on a pu réaliser le dispositif
d’élimination des échos fixes. Au cours de ces vingt dernières années, on a de plus en plus exploité cet
« effet Doppler » pour la mesure de la vitesse radiale des cibles réfléchissantes en mouvement. Non
seulement la mise au point du radar Doppler hyperfréquences cohérent a été rapide mais, ce qui est plus
important, ce genre de radar a été perfectionné à un tel point qu’il est maintenant possible d’analyser
directement les nuages orageux en détectant et poursuivant les gouttelettes des nuages, ainsi que la pluie,
la grêle, la neige, et même l’agitation moléculaire en air limpide14. Les chercheurs ont pu mettre au point des
modèles d’étude tridimensionnels évolués des orages, ce qui a sensiblement amélioré, en particulier, notre
compréhension des phénomènes assortis aux fronts de rafales, aux microrafales et aux tornades,
particulièrement préoccupants en aviation15.
5.1.18
Pour détecter les cibles intéressantes du point de vue météorologique, les radars
météorologiques fonctionnent généralement sur des longueurs d’onde de 3 à 10 cm (plus précisément
3,2 cm [en bande X] ; 5,5 [en bande C] ; et 10 cm [en bande S]). Pour un radar Doppler, le glissement de
fréquence produit par une cible d’une vitesse radiale de 1 m/s serait respectivement de 62 Hz, 36 Hz et
20 Hz pour des longueurs d’onde radar de 3,2, 5,5 et 10 cm, respectivement. Comme on l’a vu au § 5.1.5,
les irrégularités de l’indice de réfraction atmosphérique, dues au contact de l’air froid d’un front de rafales
avec l’air ambiant plus chaud, donnent parfois lieu à des signaux aberrants qui sont poursuivis sur les
radars météorologiques normaux fonctionnant sur une longueur d’onde de 3 cm. Il a été constaté que les
radars d’une longueur d’onde de 10 cm, à onde entretenue et modulation de fréquence (FM-CW),
particulièrement bien adaptés à la détection des échos parasites, peuvent servir à détecter la turbulence en
air clair (CAT).
26/9/08
o
N 1
5-8
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
hauteur (m)
Composante horizontale du vent (u, v)
400
m/s
W
E
246
300
S
15,0 m/s
200
12,1
m/s
100
10,2
4,1 m/s
SW
09,40
Vent mesuré
à l’anémomètre
m/s
NE
SW
10,00
10,20
10,40
Orage 8 mm/h
11,00
11,20
11,40
NE
12,01 (z)
durée
a) Composante horizontale du vent le 9 juin 1984 à l’aéroport de Copenhague.
Mesure par SODAR à effet Doppler avec délai d’intégration de 20 minutes.
hauteur (m)
Composante verticale du vent (w)
400
300
9,2 m/s
5,9 m/s
200
6,8 m/s
100
6,7 m/s
09,40
10,00
10,20
10,40
11,00
11,20
11,40
Orage 8 mm/h
12,00 (z)
durée
b) Gradient de la composante verticale du vent le 9 juin 1984.
Figure 5-2.
26/9/08
o
N 1
Cisaillement du vent mesuré au SODAR à effet Doppler à Copenhague, Danemark
(D’après Turesson et Dahlquist, 1985 ; adaptation de l’OACI)
Chapitre 5.
Observation, prévision et compte rendu du cisaillement du vent dans les basses couches
5-9
5.1.19
En matière de détection et de mesure du cisaillement du vent sur les aérodromes, l’idéal est de
pouvoir mesurer continuellement les trois composantes du vent jusqu’à environ 500 m (1 600 ft) au-dessus
du niveau du sol le long des trajectoires d’approche et de montée. Comme il est indiqué au § 3.5.16, seule
la vitesse radiale (le long des rayons en direction et en provenance du radar) peut être relevée au moyen
d’un seul radar Doppler. Si le radar effectue un balayage vertical, on peut obtenir évidemment des
renseignements sur la composante verticale du vent en un point donné, c’est-à-dire sur les courants
ascendants et descendants. Grâce à un balayage azimutal sous un angle de site donné, on obtient une
variation quasi sinusoïdale de la vitesse avec effet Doppler à mesure que l’antenne balaye à chaque tour
d’exploration le vent debout, le vent traversier, le vent arrière et le vent traversier de nouveau. Il est aussi
possible d’obtenir des données sur la structure du vent, à condition que celui-ci soit régulier. À première vue
cela ne semble pas être d’une grande utilité pour détecter le cisaillement du vent, le champ de ce dernier
n’étant pas régulier quand le cisaillement se produit. On a pourtant constaté que divers phénomènes
produisant un cisaillement du vent, tels que les fronts de rafales, les microrafales et les tornades, pouvaient
être identifiés par leur « signature » (c’est-à-dire l’allure du gradient de vitesse radiale) sur un radar Doppler
unique. Des algorithmes capables de détecter des modèles de divergence (+ve et –ve) causés par des
phénomènes de cisaillement du vent ont été élaborés à partir de données d’exploitation sur l’écoulement
radial provenant d’un radar Doppler unique, avec un bon degré de fiabilité. Le TDWR emploie un de ces
types d’algorithmes. Il s’agit d’un radar Doppler en bande C spécialement mis au point pour détecter les
fronts de rafales et les microrafales. Le TDWR est l’aboutissement d’un processus accéléré de conception
de prototypes aux États-Unis qui a été lancé pour mettre rapidement en service un système opérationnel
aux principaux aéroports menacés par des fronts de rafales et des microrafales. Cette démarche a été
menée en parallèle avec des recherches continues sur des algorithmes de détection et des produits
d’affichage, et elle a bénéficié de l’apport et du feedback des groupes d’utilisateurs intéressés16. En outre, le
signal du radar Doppler subit toujours une altération considérable quand on observe les basses couches de
l’atmosphère, du fait des parasites au sol. Les caractéristiques techniques du radar météorologique Doppler
de région terminale17 sont les suivantes :
a)
radar en bande C à impulsions de 1,1 µs 250 kW en mode Doppler, la fréquence de
répétition des impulsions (PRF) allant de 1 066 à 1 930 Hz ;
b)
antenne à faisceau-crayon, la largeur du faisceau étant de 0,5° et les lobes secondaires
inférieurs à –27 dB ;
c)
balayage conique PPI de l’aéroport toutes les 3 minutes, et de la surface chaque minute ;
d)
suppression de l’écho de sol à l’aide de filtres passe-haut et par le ciblage des points et la
correction des résidus d’échos ;
e)
sélection de la PRF pour réduire au minimum la contamination des données près de
l’aéroport par le bruit blanc et la correction des données contaminées par les conditions
météorologiques à l’extérieur du champ, à l’aide de données de balayage à basse PRF
(325 Hz) ;
f)
repliement de la vitesse à l’aide de doubles balayages à des PRF différentes et de champs
de vitesse à deux dimensions ;
g)
utilisation ample de paramètres d’adaptation de site dans les algorithmes de microrafales
et de fronts de rafales pour obtenir de meilleurs résultats dans plusieurs types
d’environnements ;
h)
messages alphanumériques d’avertissement de cisaillement du vent sur des moniteurs en
continu pour le personnel des tours de contrôle, et affichages de situation en couleur pour
la planification de région terminale par les superviseurs ATC.
26/9/08
o
N 1
5-10
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
5.1.20
Les algorithmes du TDWR des services météorologiques ont été conçus par les chercheurs du
NCAR. L’algorithme créé pour calculer les microrafales utilise les données de la vitesse radiale du point le
moins élevé qui a été balayé. Il détecte des segments de vitesse radiale en augmentation le long du faisceau
du radar et regroupe ces segments en « grappes ». On suppose que les grappes sont associées à des
microrafales, dont la forme rugueuse est formée par l’enveloppe externe des grappes. Une perte par vent
debout est ensuite estimée pour chacune des formes et selon la perte estimée par vent debout et
l’emplacement de la forme détectée par rapport aux couloirs d’approche et de décollage, un avertissement de
« microrafale » ou de « cisaillement du vent avec perte » est émis, (voir § 5.1.10). Une technique similaire est
utilisée pour la détection des fronts de rafales : des zones de convergence radiale sont identifiées ; elles sont
ensuite reliées par une courbe polynomiale pour représenter le front de rafales. Le gain le long du front de
rafales est estimé et, selon le gain (30 km/h [15 kt] ou plus) et si le front affecte les couloirs d’approche et de
décollage, un avertissement de « cisaillement du vent avec gain » est émis18.
5.1.21
L’un des principaux problèmes du radar Doppler réside dans l’inévitable contamination causée
par les signaux de retour de l’écho du sol, qui sont et qui continueront d’être une source de fausses alertes.
On peut contrer cet effet en se servant de cartes des parasites au sol et de polygones pour soustraire de la
portée radar les signaux importants des cibles au sol stationnaires. La mise au point précise de ces cartes
présente des difficultés et l’exercice est différent d’un aérodrome à l’autre. Au début, le fait de supprimer
l’écho du sol du signal Doppler altérait l’ensemble du signal et les résultats des algorithmes de détection du
cisaillement du vent, de sorte que des avertissements réels étaient négligés 19 . Il a donc fallu assouplir
l’élimination de l’écho jusqu’à ce qu’un équilibre raisonnable entre l’élimination des parasites au sol et
l’altération du signal soit atteint. Les recherches se poursuivent pour parvenir à un meilleur équilibre20. Il a
été démontré que l’algorithme TDWR de détection des microrafales présente une probabilité de détection de
l’ordre de 90 % et un taux de fausses alertes d’environ 6 %. L’algorithme de détection des microrafales
nécessite la confirmation d’une signature réflective signalant un nuage convectif avant de valider la
détection d’une microrafale. La plupart des fausses alarmes du TDWR se situent dans la catégorie des 30 à
50 km/h (15 à 25 kt) (soit un cisaillement du vent avec perte). À cet égard, la dernière version de
l’algorithme TDWR de détection des fronts de rafales (machine intelligent gust front algorithm [MIGFA])
affiche une probabilité de détection de l’ordre de 85 à 95 % dans le cas des cisaillements de 40 km/h (20 kt)
ou plus, mais pour les cisaillements de la catégorie de 30 à 40 km/h (15 à 20 kt), le taux de fausses alertes
peut grimper à 20 %. Certes, il s’agit là des catégories de cisaillement les moins graves, mais les avertissements qui sont émis peuvent néanmoins rester en vigueur à un aéroport pendant une période assez
longue, ce qui est gênant, coûteux et susceptible de contribuer à saper la confiance dans le système. Le
MIGFA ne nécessite pas la présence d’une signature de réflectivité avant de valider la détection du front de
rafales ; le fait d’introduire ce type de validation crée un dilemme difficile à résoudre car les fronts de rafales
peuvent se déplacer sur une bonne distance par rapport au cumulonimbus parent (voir § 3.5.8) ; par
conséquent, l’absence d’une signature de réflectivité n’exclut pas nécessairement la présence d’un front de
rafales. Des recherches plus poussées sont menées pour tenter de réduire le taux de fausses alertes dans
le cas des cisaillements inférieurs à 50 km/h (25 kt)21. Par exemple, afin d’accroître la qualité des données
du TDWR, le Lincoln Laboratory du MIT et la FAA sont en train de mettre au point un dispositif d’acquisition
de données (RDA) qui servira à moderniser le récepteur et les sous-circuits de traitement du signal du
radar22. Cette mise à niveau permettra d’employer des techniques radar plus avancées telles que le codage
par impulsions en phase d’une forme d’onde avec temps de répétition des impulsions (TRI) multiple, qui
donne de meilleurs résultats au chapitre de l’ambigüité des mesures de distance et de vitesse. De plus,
l’élimination de fouillis sera renforcée grâce à l’emploi d’une gamme dynamique de récepteur élargie de
105 dB, qui réduira les échos de sol stationnaires et mobiles. Les produits concernant les microrafales et les
fronts de rafales bénéficieront de cette mise à niveau, et les utilisateurs externes tels que l’ITWS et le NWS
tireront parti de ces produits améliorés. La mise en œuvre est prévue pour la période 2008–2011. Le RDA
du TDWR, combiné à des modifications de conception de l’algorithme, des fonctions RPG et d’autres
renseignements sur les conditions météorologiques de région terminale, ouvrira la porte à des améliorations
futures des produits concernant le cisaillement du vent, notamment la détection des microrafales avec une
moins grande dépendance par rapport à l’orage.
26/9/08
o
N 1
Chapitre 5.
Observation, prévision et compte rendu du cisaillement du vent dans les basses couches
5-11
5.1.22
Le TDWR, un radar de bande C, fournit également des renseignements précis sur le type de
précipitations qui s’abat sur un aéroport. Outre les avertissements, ou alertes, de cisaillement du vent, le
TDWR offre des produits utiles aux contrôleurs aériens et aux pilotes, tels que des renseignements sur la
pluie se congelant et/ou la bruine, et la neige. Cependant, cela veut également dire que le TDWR est très
susceptible à l’atténuation causée par la pluie, davantage que les radars de la bande S comme le NEXRAD
(all-purpose Doppler weather radar) ou le canal météo du radar ATC (ASR-9). De plus, le TDWR est
particulièrement sensible à l’altération du signal causée par la pluie qui s’abat sur le radôme. Le logiciel du
TDWR calcule l’atténuation normale causée par la pluie sur le signal retour, de l’antenne vers la cible et
retour, appelée atténuation bidirectionnelle. Lorsque l’atténuation bidirectionnelle est supérieure à 9 dB, la
valeur de réflectivité correspondante est signalée, ce qui se traduit par une précipitation de couleur grise sur
l’affichage du TDWR. Au-dessous de ce seuil, le produit représentant la précipitation est présenté sans tenir
compte de l’atténuation calculée. Par contre, le produit de l’ITWS concernant la précipitation en tient compte.
5.1.23
On a observé que l’atténuation causée par une couche de pluie sur le radôme du TDWR réduit
de deux niveaux le produit à six niveaux concernant la précipitation, au-dessus de l’aérodrome23. Cette
atténuation n’est pas prise en compte et dégrade ce produit. De plus, les données de base employées par
les utilisateurs externes sont dégradées. Les recommandations d’Isaminger 2000 comprennent d’ajouter
l’atténuation TDWR au produit relatif à la précipitation, lorsqu’elle est inférieure au seuil de 9 dB, pour
détecter et signaler l’atténuation due au radôme.
5.1.24
La conformité des calculs d’atténuation entre le TDWR et l’ITWS a fait l’objet d’examens mais
non d’une mise en œuvre. À l’heure actuelle, le TDWR utilise des paramètres d’atténuation qui
correspondent à des cellules orageuses encastrées en Nouvelle-Angleterre, alors que l’ITWS utilise un
ensemble hybride de paramètres correspondant à un environnement du sud des États-Unis. Les calculs
d’atténuation actuels de l’ITWS concernent donc une convection plus forte que ceux du TDWR.
5.1.25
Dans le § 3.3, il est indiqué que le cisaillement du vent peut être associé à des surfaces
frontales. La convergence dans les basses couches provoquée par le cisaillement du vent de front froid a
été détectée par les algorithmes du TDWR, même en l’absence de nuages convectifs. Il y a eu quelques
cas cependant où un cisaillement de vent de front chaud a été détecté, plus particulièrement lorsque la
surface frontale d’air chaud est en altitude18. De plus, le système LLWAS ne peut pas détecter normalement
le cisaillement de front chaud, ce qui n’est guère surprenant compte tenu des limitations inhérentes à un
réseau d’anémomètres.
5.1.26
Il ressort clairement de ce qui précède que les systèmes LLWAS et TDWR comportent des
atouts et des points faibles. En outre, comme nous l’avons signalé ci-dessus, les fausses alertes tendent à
se produire dans une large mesure dans des catégories différentes de cisaillement du vent, de sorte qu’un
système peut être utilisé pour vérifier l’autre. Les deux systèmes présentent d’autres avantages et
inconvénients, qui sont indiqués au Tableau 5-1.
5.1.27
Pour ces motifs, les systèmes LLWAS-NE ont d’abord été installés dans les neuf aéroports qui
étaient déjà munis de TDWR. Le dixième et dernier LLWAS-NE, qui a été mis en service à Juneau en 2006,
est une exception à la règle en ce sens qu’il n’est pas coïmplanté avec un TDWR. Ainsi, en théorie, chaque
système est un complément de l’autre, ce qui produit un avantage d’ensemble pour les systèmes
d’avertissement de cisaillement du vent de ces aéroports. Cependant, même si le fait que chaque système
complète l’autre présente des avantages, il n’était guère pratique, du point de vue de l’exploitation, que les
avertissements de cisaillement du vent émis par les deux systèmes sur un même aéroport soient différents.
Il était certes envisageable de débrancher le système offrant l’efficacité générale la plus basse, mais il était
déconseillé d’agir ainsi en raison du fait que chaque système palliait les lacunes de l’autre. En d’autres
termes, il était nécessaire d’intégrer les données produites par les deux systèmes, et il a fallu pour cela
élaborer des algorithmes d’intégration très complexes.
26/9/08
o
N 1
5-12
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
Tableau 5-1.
Tableau comparatif des données et des produits
des systèmes TDWR et LLWAS18
Catégorie
TDWR
LLWAS
Résolution spatiale
Élevée
Faible
Résolution temporelle
Faible
Élevée
Radiales, 3-D
2-D
Information sur la réflectivité
Oui
Non
Données de surface
Oui
Non
Étendue
Réduite
Oui
Non
Données sur la mesure de la vitesse
Couverture surfacique
Capacité de prévoir les microrafales
5.1.28
Trois possibilités s’offraient pour assurer l’intégration de l’information provenant des systèmes
TDWR et LLWAS. En ordre croissant de complexité, il s’agissait du niveau message, du niveau produit et du
niveau données. Les caractéristiques de chaque niveau sont les suivantes :
Niveau message. Les systèmes TDWR et LLWAS produisent des alertes de cisaillement du vent de
manière indépendante pour chaque piste en service. Ces alertes sont combinées pour émettre une seule
alerte par piste, fondée sur une logique de la pire éventualité. C’était l’option la plus simple et la plus
facile et rapide à mettre en place. Cependant, même si cette option présente la probabilité de détection
la plus élevée des deux systèmes, le taux de fausse alertes aurait tendance à être plus élevé parce que
la contre-validation des données du TDWR et du LLWAS n’est pas chose facile et, comme nous l’avons
indiqué, c’est là un problème de taille.
Niveau produit. Cette approche consisterait à combiner les résultats intermédiaires et finaux ou « produits »
des algorithmes pour émettre les alertes de cisaillement du vent. On peut penser à un système « expert »
au sein duquel chaque système effectue une contre-validation des données de l’autre système. Les
avantages comprennent notamment la capacité d’optimiser la précision de la détection tout en réduisant au
minimum l’imprécision ou les fausses alertes. Toutefois, l’interdépendance accrue des deux systèmes
exige un soin particulier pour éviter l’annulation d’avertissements justifiés et pour corriger les défaillances
des systèmes. De surcroît, la comparaison d’informations provenant de deux systèmes indépendants
mènerait à l’introduction de nouveaux algorithmes et à l’emploi de nouvelles hypothèses statistiques, ce qui
ouvre la possibilité de créer des problèmes particuliers.
Niveau données. L’intégration au niveau des données brutes constituerait une tâche lourde et très
onéreuse. De plus, il fallait démontrer qu’une amélioration réelle par rapport aux deux options examinées
ci-dessus était possible. Aussi, le meilleur moyen de synthétiser des données spatiales et temporelles à
deux et trois dimensions, très différentes par leur nature, n’était-il pas évident en soi.
5.1.29
Il a été décidé de mettre au point et de tester des algorithmes d’intégration destinés aux niveaux
« message » et « produit » ; l’intégration au niveau des données a été rejetée à ce stade24. Des essais ont
été menés sur trois algorithmes, deux pour l’intégration au niveau produit, un autre pour le niveau message.
Le premier algorithme, qui visait le niveau produit et qui a été mis au point par le National Centre of
Atmospheric Research (NCAR), a été baptisé « prototype d’algorithme du niveau produit » ; le but était de
réduire le nombre de fausses alertes de cisaillement avec perte de vitesse en supprimant les détections
26/9/08
o
N 1
Chapitre 5.
Observation, prévision et compte rendu du cisaillement du vent dans les basses couches
5-13
faibles de cisaillement du LLWAS qui ne se rapprochaient pas des indications complémentaires de
conditions météorologiques dangereuses, c’est-à-dire des détections convaincantes provenant du TDWR ou
du LLWAS, ou détections en altitude comportant des caractéristiques du TDWR. Après avoir évalué la
situation, l’algorithme émet un avertissement en s’appuyant sur la détection la convaincante provenant soit
du TDWR, soit du LLWAS, et ce pour chaque piste en service. Ce prototype d’algorithme a été mis en place
et testé en exploitation à l’aéroport international Stapleton, à Denver, entre 1988 et 199216. Le deuxième
algorithme d’intégration au niveau produit, élaboré au laboratoire Lincoln du Massachusetts Institute of
Technology (MIT/LL), était semblable au premier mais il s’appuyait sur un traitement simplifié. L’algorithme
était destiné à réduire à la fois les faux avertissements provenant des systèmes TDWR et LLWAS ainsi que
les fausses alertes de microrafales, en éliminant les détections faibles qui n’étaient pas confirmées de
manière indépendante par leur proximité d’une zone de conditions climatiques difficiles. Après évaluation,
les avertissements les plus convaincants provenant du système TDWR ou du système LLWAS sont émis
pour chaque piste en service. L’algorithme d’intégration du niveau message a également été élaboré au
MIT/LL25. L’objectif ici était de réduire les fausses alertes de type cisaillement du vent et les avertissements
de microrafales émis par le TDWR et le LLWAS de la même manière que le faisait l’algorithme du niveau
produit mis au point par le MIT/LL. Étant donné que l’algorithme fonctionne au niveau des messages, les
indications de conditions dangereuses ne sont contenues que dans les messages d’avertissement. Les
avertissements faibles de cisaillement du vent fournis par un seul système sont éliminés et les avertissements faibles de microrafales provenant d’un seul système sont ramenés au niveau d’avertissements de
cisaillement du vent. Contrairement à ce qui se produit avec les algorithmes du niveau produit, où les deux
systèmes émettent un avertissement de cisaillement avec perte de vitesse, l’estimation intégrée de la perte
de vitesse par vent debout est calculée à l’aide d’une moyenne, pour obtenir l’estimation la plus précise
possible de la perte de vitesse par vent debout.
5.1.30
La comparaison des trois algorithmes a été réalisée avec des données recueillies sur la plateforme expérimentale du MIT/LL à l’aéroport international d’Orlando. Les données du LLWAS ont été recueillies
de trois réseaux d’anémomètres : un LLWAS comportant six capteurs, un autre de neuf capteurs et un réseau
de moyenne distance (mesonet) de quinze capteurs. Les deux réseaux LLWAS répondaient aux normes de la
phase II, mais les capteurs ont été déplacés et surélevés, lorsqu’il y avait lieu. Les données asynchrones
recueillies des trois réseaux pendant dix jours ont été fusionnées par rééchantillonnage pour créer des fiches
synchrones de dix secondes ; chaque fiche contenait les valeurs du vent relevée aux trente capteurs pendant
une période de dix secondes. Cette façon de procéder est analogue à la méthode d’enregistrement qu’utilise le
LLWAS-NE en exploitation (ou « phase III » comme on l’appelle couramment). Le radar TDWR du site
expérimental du MIT/LL a servi à produire les avertissements TDWR et un champ de vent sur radar Doppler
double a été créé en utilisant les données complémentaires fournies par le radar Doppler de l’université du
Dakota du Nord. Un algorithme de détection du cisaillement du vent sur radar Doppler double a été élaboré et
les avertissements qu’il a produits ont été comparés avec les avertissements provenant des trois algorithmes
conçus pour tester l’intégration. L’une des différences fondamentales entre l’algorithme du niveau produit
élaboré par le NCAR et les deux algorithmes du MIT/LL résidait dans le fait que le premier n’avait pas recours
à la fonction d’intégration du cisaillement dans la trajectoire de vol, contrairement aux algorithmes du MIT/LL.
Même si les trois algorithmes ont donné de bons résultats, à l’issue d’une évaluation et d’un examen minutieux,
et compte tenu de la méthodologie employée et des résultats des essais, le NCAR et le MIT/LL ont
recommandé de concert à la FAA d’opter pour l’algorithme d’intégration au niveau message du MIT/LL en tant
qu’algorithme d’intégration TDWR/LLWAS au niveau production. La recommandation a été acceptée et le
fournisseur du TDWR (Raytheon) l’a intégrée dans la « version 5 » du logiciel TDWR. Des démonstrations
ultérieures ont été effectuées en exploitation par le MIT et le NCAR aux aéroports d’Orlando et de Stapleton26,
respectivement, ce qui a permis de conclure que les avantages de l’intégration du TDWR et du LLWAS étaient
plus marqués à l’aéroport de Stapleton.
5.1.31
La FAA a donc fait l’acquisition de 45 TDWR, dont 9 ont été combinés avec un LLWAS-NE, qui
desservent 46 grands aéroports afin d’améliorer la sécurité et l’efficacité des opérations en présence de
26/9/08
o
N 1
5-14
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
phénomènes météorologiques de convection. Une modification matérielle et logicielle des radars de
surveillance d’aéroport (ASR-9) — le processeur de systèmes météorologiques (WSP) — apporte une
fonctionnalité similaire pour un coût beaucoup moindre, ce qui permet à la FAA d’étendre son enveloppe de
protection à des aéroports de moyenne densité et des aéroports où les orages sont moins fréquents. La
FAA a fourni 34 WSP afin d’appuyer la sécurité et l’efficacité de l’espace aérien national.
5.1.32
Le WSP produit des estimations Doppler des vents à basse altitude qui sont utilisées pour
alerter automatiquement les contrôleurs et les pilotes de la présence de microrafales et de cisaillements du
vent associés à des fronts de rafales. Le WSP génère aussi des cartes de réflectivité à six niveaux sans
fouillis de sol causé par des anomalies de propagation (AP). La poursuite balayage par balayage des
cellules orageuses et des fronts de rafales permet d’estimer leur vitesse et d’obtenir des prévisions sur 10 et
20 minutes de la position future des fronts de rafales. Le produit du WSP est présenté sur un affichage
graphique de situation (SD) à l’usage des superviseurs du contrôle radar d’approche de région terminale
(TRACON) et des tours de contrôle de circulation d’aéroport (ATCT). Les contrôleurs de tour locaux
reçoivent des messages d’alerte de cisaillement du vent sur des affichages alphanumériques ou « à
défilement » pour transmission mot à mot aux pilotes. Ces affichages sont similaires à ceux qui présentent
les produits du TDWR.
5.1.33
Les intervalles d’actualisation des produits sont de 30 secondes et 2 minutes pour les
microrafales et les fronts de rafales, ce qui est plus rapide que dans le cas du TDWR. Le large faisceau en
éventail de l’ASR-9, par contre, donne un taux de détection de cisaillement du vent inférieur. La spécification
du TDWR relative à la détection d’une perte de vitesse due au cisaillement du vent est d’au moins 90 %
pour un cisaillement de 7,5 m/s (15 kt), et celle du WSP, d’au moins 70 % (80, 90 %) pour un cisaillement
de 10 m/s (20 kt) (15 m/s, 20 m/s [30 kt, 40 kt]). La résolution spatiale inférieure du WSP se traduit par un
taux plus élevé de fausses alarmes que dans le cas du TDWR. La spécification relative au taux de fausses
alarmes est de 20 % (15, 10 %) pour une perte due à un cisaillement du vent d’au moins 10 m/s (20 kt)
(15 m/s, 20 m/s [30 kt, 40 kt]). Le WSP fournit toutefois des renseignements tactiques comparables sur
l’activité en ce qui a trait aux microrafales, ainsi que des renseignements stratégiques pour la gestion de
l’espace aérien et des pistes aux aéroports à moyenne densité.
5.1.34
Le TDWR, le LLWAS et le WSP contribuent tous à la sécurité et à la gestion de l’espace aérien
aux aéroports à moyenne et forte densité de circulation. L’efficacité de l’espace aérien est devenue de plus
en plus importante à une époque où l’engorgement des aéroports et de l’espace aérien et les retards des
arrivées et des départs ont commencé à exercer de fortes pressions sur les systèmes d’aviation du monde
entier, plus particulièrement en Amérique du Nord et en Europe. En conséquence, toutes les facettes des
systèmes d’aviation ont dû être réexaminées pour trouver des domaines où des améliorations étaient
possibles, chaque amélioration, aussi petite soit-elle, étant considérée importante car elle contribuait à
améliorer l’efficacité générale des systèmes d’aviation. Il est notoire que le mauvais temps et la qualité des
prévisions et des observations météorologiques en général ont une incidence certaine sur les retards et les
changements de trajet des vols, et sur l’encombrement qui en résulte. Compte tenu de ces circonstances,
ces risques météorologiques distincts ne pouvaient plus être abordés séparément aux aéroports-pivots
américains à forte activité, qui sont de surcroît gravement affectés par le cisaillement du vent ; on a
commencé à les considérer comme devant faire partie du système météorologique intégré d’un aéroport.
5.1.35
La première étape a consisté à faire en sorte que les pilotes en région terminale aient accès,
par liaison de données, aux mêmes avertissements que les contrôleurs de la circulation aérienne reçoivent
du TDWR, et notamment des données sur les orages et le cisaillement du vent. Ce service a été désigné
« renseignements météorologiques de région terminale pour pilotes » (terminal weather information for
pilots, TWIP). Le cahier des charges relatif à l’élaboration du logiciel TWIP a été préparé en 1995 par le
MIT/LL ; Raytheon a produit le progiciel, qui a été accepté par la FAA en 1997 ; cette même année, les
mises à niveau nécessaires du réseau et du système de communications ont été achevées par la FAA et
26/9/08
21/2/11
o
NNo12
Chapitre 5.
Observation, prévision et compte rendu du cisaillement du vent dans les basses couches
5-15
Aeronautical Radio Inc. (ARINC)21. Selon le programme, le système TWIP devrait être installé dans
45 aéroports des États-Unis. Chaque transporteur décide de l’utiliser ou non. Le système TWIP peut être
utilisé de deux façons : en mode demande/réponse et en mode transmission/annulation. Les messages du
système TWIP sont émis chaque minute par mauvais temps et toutes les dix minutes le reste du temps. Les
pilotes qui se servent du mode demande/réponse reçoivent le message le plus récent ; par conséquent, s’ils
ne formulent pas de demande, ils ne reçoivent pas de mise à jour sur les changements importants dans les
conditions météorologiques. Les pilotes qui utilisent la fonction transmission/annulation reçoivent tous les
messages du système TWIP, y compris les avis de changements importants dans les conditions climatiques.
Ce service utilise le propre logiciel de diffusion de la compagnie aérienne ; les messages sont reçus d’une
base de données centrale. Le fait de recevoir tous les messages du TWIP a pour inconvénient de
déclencher des signaux sonores et visuels dans la cabine, ce qui incite le pilote à récupérer les messages et
à les lire. Si le nombre de messages est élevé, cela risque d’être gênant, surtout pendant les périodes où
l’équipage est très sollicité, alors que l’aéronef se trouve encore à une certaine distance de l’aéroport. Le
problème est en outre aggravé par les fausses alertes. Certains transporteurs aériens imposent des
restrictions à la réception de messages du système TWIP à bord des avions qui se trouvent à moins de
40 minutes de l’heure prévue d’arrivée, ou lors des manœuvres de roulage et de décollage. Au moins un
transporteur stocke tous les messages du système TWIP pour les mettre à la disposition des agents
techniques d’exploitation et des météorologues, mais il ne transmet pas en liaison montante à ses avions
les messages avec le libellé « pas de tempête dans un rayon de 24 km (15 NM) » et les alertes de
cisaillement du vent de moins de 15 m/s (30 kt) lorsqu’il n’y a pas de tempête signalée dans un rayon de 24
km (15 NM). En 2007, le service de liaison montante TWIP a été élargi à HKIA de façon à englober les
alertes de cisaillement du vent générées par le système LIDAR d’alerte de cisaillement du vent (LIWAS) mis
au point par HKO (voir § 5.1.49) en plus des alertes TDWR .
5.1.36
Le service TWIP a réalisé ce premier pas dans le but d’aider les pilotes dans les décisions qu’ils
doivent prendre, en leur offrant pratiquement les mêmes renseignements météorologiques dans la région
terminale que ceux dont disposent les contrôleurs de la circulation aérienne. L’étape suivante a porté sur
l’amélioration du niveau et la qualité d’ensemble des renseignements MET en région terminale au moyen de
l’intégration de toutes les données disponibles, qui sont ensuite fournies aux pilotes et aux contrôleurs de la
circulation aérienne dans un format d’utilisation facile. Dans la région terminale, l’ATC doit pouvoir disposer de
prévisions et d’avertissements précis au sujet de phénomènes météorologiques susceptibles d’avoir une
incidence sur la sécurité, la planification à court terme de l’ATC et l’utilisation optimale des pistes. Les
renseignements doivent être fournis rapidement et de façon sûre et simple, afin d’éliminer ou de réduire au
minimum le besoin d’interpréter les données. C’est avec ce propos à l’esprit que la FAA a lancé le Système
27
météorologique intégré de région terminale (ITWS). La planification de l’ITWS a commencé en 1991 et le
28
développement à grande échelle en 1995, tandis que le déploiement doit se faire durant 2009 .
5.1.37
Le cisaillement du vent n’est qu’un des phénomènes météorologiques d’envergure relevé par
l’ITWS. Un aperçu des fonctions de l’ITWS est fourni ci-après, l’accent étant mis sur le cisaillement du vent
et des phénomènes connexes et sur les résultats que le système est censé produire :
a)
intégration totalement automatique, en temps réel, des données météorologiques
obtenues des capteurs exploités par la FAA, le Service météorologique national et les
transporteurs aériens ;
b)
distribution de produits aux tours de contrôle de la circulation aérienne, aux centres ATC
d’approche (unités radar) et en route ; les produits pour les régions terminales et les
centres en route sont disponibles à tous les usagers ;
c)
affichages en temps réel dans les bureaux des transporteurs (agents techniques
d’exploitation et centrales des opérations), ayant la même capacité que les moniteurs de la
26/9/08
21/2/11
oo
NN 21
5-16
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
FAA, pour faciliter la coordination entre les organismes de gestion du trafic aérien de la
FAA et les agents techniques d’exploitation des transporteurs, dans le but d’améliorer
l’efficacité et la sécurité.
5.1.38
suivants :
La fusion en temps réel des données provenant de ces multiples capteurs fournirait les résultats
a)
des prédictions sur le cisaillement du vent et le mouvement des orages ;
b)
des grilles de données sur le vent en altitude offrant des estimations de la durée du temps
de vol, pour assurer la fusion du trafic et son séquencement ;
c)
des données sur la violence des orages (p. ex., éclairs, grêle et mesocyclones) ;
d)
un règlement efficace des lacunes des différents capteurs (p. ex., atténuation, fausses
alertes, couverture limitée, limitations ayant trait aux données de vitesse radiale).
Les avantages anticipés qui découleraient de la mise en œuvre réussie du système ITWS sont présentés
dans le Tableau 5-2.
5.1.39
Les phénomènes les plus forts de cisaillement du vent sont associés à des orages violents. Le
système ITWS vise à fournir au contrôle de la circulation aérienne des produits qui permettent de prévoir la
formation, le mouvement et la désintégration des orages dans les régions terminales29. À cet égard, on a
créé le système de prévision des phénomènes météorologiques convectifs en région terminale (terminal
convective weather forecast, TCWF)28 qui a été bien reçu par les utilisateurs aux États-Unis. Parmi les
principales caractéristiques du système TCWF, mentionnons des mises à jour fréquentes (aux cinq minutes),
une haute résolution spatiale (1 km), une haute résolution du temps de prévision (toutes les dix minutes) et
un auto-pointage qui donne à l’utilisateur une mesure de la précision du système. La Figure 5-3 montre les
affichages types des produits TCWF. Des démonstrations du système TCWF ont été effectuées en 19992000 dans quatre aéroports et la réception des usagers a été très bonne. Le système a été défini et mis en
œuvre en 2006 et 2007. Le système est jugé très utile car il aide les organismes de contrôle de la circulation
aérienne à :
26/9/08
o
N 1
a)
mettre en place d’avance les procédures d’évitement des conditions climatologiques
violentes et éviter les retards au sol pendant la phase de coordination ;
b)
permettre aux aéronefs de reprendre plus rapidement leurs trajectoires normales, évitant
ainsi des changements de trajectoire non nécessaires ;
c)
éviter une réaction prématurée au début des périodes de fermeture pour faire en sorte que
moins d’avions soient mis en attente en vol ou déroutés ;
d)
délimiter plus précisément les aires de mise en attente en vol par rapport au mauvais
temps, de sorte que des séquences d’approche et d’atterrissage optimales puissent être
exécutées lorsque les conditions météorologiques redeviennent normales ;
e)
modifier le trajet des vols en arrivée à une plus grande distance de l’espace aérien de la
région terminale, ce qui permet d’éviter la mise en attente et les changements de
trajectoire à des altitudes plus basses ;
f)
améliorer les avantages du système météorologique intégré de région terminale (ITWS)
décrits au Tableau 5-2.
Chapitre 5.
Observation, prévision et compte rendu du cisaillement du vent dans les basses couches
5-17
Tableau 5-2. Avantages signalés aux États-Unis
découlant d’une amélioration de la prise de décision
en matière d’ATC grâce aux produits ITWS
(d’après Evans et Wolfson, 2000)
Avantage
(millions de dollars
par année)
Rentabilité signalée par les utilisateurs
Capacité aéroportuaire effective plus élevée pendant les orages
Capacité de prévoir la fermeture et la réouverture des zones d’arrivées/départs
18
134
Capacité de prévoir les conséquences et les changements des pistes
94
Amélioration du circuit de circulation dans la région terminale
10
Optimisation du débit de la circulation aérienne
125
Fusion et séquencement améliorés en tirant parti du vent dans la région terminale
TOTAL
71
452
Conditions
météorologiques
actuelles
Les teintes de gris (foncé et pâle) indiquent une probabilité modérée ou
élevée de conditions climatiques de « niveau 3 » (en général, de la pluie
abondante). Les prévisions en continu forment une boucle allant des
30 minutes antérieures jusqu’au moment où la prévision est émise (30 ou
60 minutes dans le futur). Plusieurs ensembles temporels peuvent être mis
en boucle. L’usager peut également sélectionner un affichage stationnaire
des prévisions émises à une certaine heure. La précision des prévisions
est continuellement actualisée en temps réel, grâce à des critères de
chevauchement des pixels, et le résultat est affiché dès qu’il est disponible.
Prévision + 60 minutes
Estimations en temps réel de
la précision des prévisions
Figure 5-3. Modèle d’affichage des prévisions météorologiques convectives à destination
(Reproduit avec la permission du Lincoln Laboratory du MIT, Lexington, Massachusetts)
26/9/08
o
N 1
5-18
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
5.1.40
Les mesures décrites au § 5.1.39, alinéas a) à f), cernent un nombre d’améliorations éventuelles
qui pourraient être apportées aux algorithmes de détection du cisaillement du vent. Une des améliorations qui
a déjà été apportée à l’algorithme initial de détection des microrafales a introduit le concept de validation de la
détection d’une microrafale en tenant compte de la réflectivité en altitude, plus particulièrement la teneur en
eau intégrée verticalement (vertically integrated liquid, VIL), dans le but de réduire le nombre de fausses
alertes. Cependant, il peut arriver qu’un milieu très sec sous la couche de nuages produise quand même des
microrafales, malgré une très faible réflectivité en altitude (voir Figure 3-13). Dans ces cas, la détection valide
d’une microrafale pourrait être invalidée par le test de seuil de teneur en eau intégrée verticalement (VIL).
Souvent, le fait de réduire simplement le seuil de VIL ne fait qu’augmenter le taux de fausses alertes. La
30
démarche privilégiée consiste à réduire le seuil de VIL de façon sélective . Plusieurs aéroports des États-Unis
sont munis de plus d’un radar Doppler dans la région terminale ou ses environs. Le produit concernant les
fronts de rafales a été amélioré dans les TRACON (organismes de contrôle d’approche) avec plus d’un TDWR,
en combinant les produits sur les fronts de rafales provenant des divers TDWR. Suite à cela, les prévisions
des sautes de vent provoquées par des fronts de rafales se sont améliorées dans les TRACON disposant de
multiples TDWR.
5.1.41
Le nouveau défi qui allait produire des améliorations substantielles en matière de sécurité et
d’efficacité portait sur la formulation d’un algorithme permettant de prévoir de façon automatisée, précise et
en temps opportun la formation de fronts de rafales et de microrafales en région terminale. Il s’agissait d’un
volet important de l’ITWS qui comprenait la création de produits de traitement des données de prédiction
des fronts de rafales et des microrafales que les contrôleurs de la circulation aérienne pourraient utiliser.
L’algorithme de prédiction des microrafales du système ITWS, qui a été mis au point par le Lincoln
Laboratory du MIT, était fondé sur les principes fondamentaux de la physique de l’évolution des orages et
de la formation des courants descendants. Des données de réflectivité aux points de grille, en trois
dimensions, sont utilisées en même temps que la structure de la température de l’air ambiant (hauteur du
niveau de congélation et gradient adiabatique de niveau inférieur), la situation et l’évolution de l’orage, et le
31
cycle des éclats de la foudre, etc. . L’algorithme de prédiction des microrafales de l’ITWS émet un avertissement jusqu’à deux minutes avant qu’un cisaillement du vent particulier ne devienne une microrafale.
Le Tableau 5-3 présente la liste des prototypes de produits ITWS.
5.1.42
Les algorithmes de détection/prévision des microrafales du système ITWS utilisent les données
du TDWR sur les précipitations et la température provenant des observations faites à la surface et en
altitude, ainsi que des aéronefs commerciaux. Des avertissements graphiques sont affichés sur la situation
dans la tour de contrôle de la circulation aérienne et à l’approche radar. Le contrôle de la circulation
aérienne transmet verbalement des messages textes au pilote. L’algorithme fournit également le rythme et
l’ampleur de la fluctuation de la vitesse du vent.
5.1.43
Le produit ITWS qui traite les données combinées sur les fronts de rafales et les sautes de vent
indique au service ATC l’emplacement et la puissance des fronts de rafales détectés, ainsi que des
prévisions sur l’évolution des fronts de rafales et les sautes des vents de surface sur les pistes. L’algo32
rithme utilise la réflectivité radar, des données du radar Doppler sur la vitesse et des données sur les vents
de référence en parallèle avec des analyses de trait fin du diagramme de réflectivité et une analyse de
toutes lignes de convergence détectées par la carte de vitesse Doppler. Chaque rafale est suivie et, selon
les estimations relatives à la vitesse et à la direction, des prévisions sont faites sur les positions futures des
rafales. Ces renseignements sont mis à jour toutes les six minutes, environ. Si une rafale traverse une piste
en service et que le cisaillement du vent est supérieur à 7,5 m/s (15 kt), l’ATC transmet un avertissement
aux pilotes. Les données types de l’ITWS affichées sur les écrans de l’ATC sont illustrées à la Figure 5-4.
5.1.44
Les paragraphes précédents décrivent la mise au point et la mise en œuvre d’un système de
TDWR automatisé aux États-Unis, où le système a été créé. Un système TDWR a également été mis en
place à l’aéroport international de Hong Kong (HKIA) pour émettre des alertes de microrafales et de
cisaillement du vent. La région terminale autour de l’ancien aéroport Kai Tak, qui a été remplacé par HKIA
26/9/08
21/2/11
o
NNo12
Chapitre 5.
Observation, prévision et compte rendu du cisaillement du vent dans les basses couches
5-19
en juillet 1998, était exposée à des cisaillements du vent et à des turbulences causés par le relief, dont on
s’est occupé en installant un réseau d’anémomètres dans les environs. Au cours de la planification du
nouvel aéroport HKIA, l’analyse de l’emplacement de l’aéroport du point de vue météorologique a démontré
qu’il pouvait être soumis à des cisaillements du vent causés par des phénomènes de convection ainsi qu’à
des cisaillements du vent et à des turbulences provoqués par le terrain33 . Le Gouvernement de Hong Kong
a donc conclu un marché en 1993 pour la mise au point d’un système opérationnel d’avertissement de
cisaillement du vent avec les algorithmes nécessaires, qui a par la suite été baptisé système
d’avertissement de cisaillement du vent et de turbulence (WTWS). Le WTWS a été installé en 1997 et a été
progressivement amélioré par HKO au moyen du système AWARE basé sur des anémomètres (voir § 5.1.3)
et de LIDAR Doppler (voir § 5.1.4). (Pour de plus amples renseignements sur l’émission d’alertes de
cisaillement du vent et de turbulence à Hong Kong [Chine], voir l’Appendice 4.)
5.1.45
Des systèmes intégrés semblables à l’ITWS ont également été mis au point dans d’autres pays,
dont l’Allemagne, la France, le Japon, le Royaume-Uni et la Suède, mais ces dispositifs ne jouent pas un
rôle de premier plan dans la détection du cisaillement du vent aux aéroports où ils sont installés. Il serait
plus exact de décrire ces systèmes comme étant des systèmes intégrés de « prévisions à échéance
immédiate » (nowcasting) qui fusionnent des données météorologiques provenant d’une multitude de
sources pour fournir des prévisions et des avertissements à courte échéance. Ces systèmes utilisent des
données provenant de différentes sources combinées : radars Doppler, profileurs du vent, radiomètres
multicanaux à hyper-fréquences pour le balayage par satellite, satellites météorologiques, systèmes
d’observation en surface à moyenne échelle, observations en altitude, etc.
5.1.46
Ces systèmes combinent, en une image composite, des données radar numérisées provenant
d’un réseau organisé de radars (de type conventionnel ou Doppler) et superposent ces données à l’image
de l’état actuel de l’atmosphère obtenue à partir de satellites de météorologie, de sondes radiovent et de
réseaux d’observation de moyenne échelle, etc. Les données ainsi combinées peuvent être présentées
sous forme visuelle à l’analyste, en temps réel et dans pratiquement toutes les configurations souhaitées.
L’analyste intervient de manière interactive au moyen du clavier pour produire des prévisions à échéance
immédiate. La Figure 5-5 donne un exemple des produits de prévisions immédiates actuellement mis au
point par Météo-France et destinés aux contrôleurs de la circulation aérienne. Dans le domaine du
cisaillement du vent, ces systèmes sont d’une grande utilité pour la prévision d’orages violents ; ils offrent
par conséquent un cadre plus précis pour la prévision à l’échelle locale des phénomènes de cisaillement du
vent dans les basses couches associés à ce type d’orages. Il est par ailleurs probable que l’utilisation de
ces systèmes permette aux analystes de reconnaître et de classifier certaines configurations ou signatures
particulières des phénomènes précurseurs du cisaillement du vent, ce qui, en dernière instance, aura une
incidence directe sur les prévisions en matière de cisaillement.
Tableau 5-3. Produits ITWS actuellement utilisés34
(d’après Nierow, Showalter et Sanders, 1999)
Cisaillement du vent
Précipitations
Utilisation générale
Détection/prévision des microrafales
Orages
Détection des tornades
Détection/prévision des fronts de rafales
Évolution des orages
Foudre
Estimation des sautes de vent en surface
Position extrapolée
Vents LLWAS
Indicateurs de durée
Renseignements sur les cellules
orageuses
Vents de montée/descente
en région terminale
Situation et violence des orages
Précipitation anormale
Prévision probabiliste de 30-60 minutes
Messages textes ou caractères
destinés aux pilotes
26/9/08
o
N 1
5-20
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
Figure 5-4. Exemples de systèmes météorologiques intégrés de région terminale (ITWS)
(tiré de « Role of ITWS in the Modernization of the National Aerospace System »,
Eighth Conference on Aviation, Range, and Aerospace Meteorology)
5.1.47
En sus de la technologie de radar Doppler et des nombreux systèmes intégrés qui s’en inspirent,
plusieurs fabricants d’appareils météorologiques ont eu recours à différentes stratégies dans le domaine des
radars Doppler. Par exemple, le radar Doppler à ondes infrarouges permet de contourner en grande partie
les problèmes liés au brouillage au sol et aux lobes secondaires ; son utilisation est particulièrement
indiquée pour détecter les microrafales « sèches » (p. ex., lorsque la présence de « traceurs » dans
l’atmosphère est faible). Ces « radars » fonctionnent sur des longueurs d’ondes qui se rapprochent
davantage du spectre visuel ; ils sont le plus souvent désignés « Doppler LIDAR » (radar optique). Des
progrès considérables ont été accomplis dans la mise au point de systèmes sol LIDAR à ondes infrarouges
entretenues, capables de mesurer les vents jusqu’à une hauteur d’environ 6 à 8 km (20 000 à 26 500 ft). En
Allemagne, on a mis au point un système qui convient particulièrement à la mesure continue, en temps réel,
des composantes du vent et donc à la surveillance de nombreux types de cisaillements du vent d’origine
« non convective », tels que ceux des courants-jets des basses couches35. Au moment de la publication du
présent document, le système n’était toutefois pas opérationnel en Allemagne. Mais quelle que soit la
stratégie choisie, ce ne sera toujours qu’une solution de compromis étant donné que chaque jeu de
fréquences et de longueurs d’ondes radar présente des avantages et des inconvénients.
26/9/08
o
N 1
Chapitre 5.
Observation, prévision et compte rendu du cisaillement du vent dans les basses couches
5-21
Alertes relatives à des zones d’orages et
de convection, et prévisions à brève échéance
à l’intention des contrôleurs aériens
La trajectoire d’un avion, représentée
ici par la ligne blanche, est modifiée
à cause de la présence de cellules
de convection
Données des radars
météorologiques
Données sur
la foudre
Fusion de données
Identification de cellules de convection
Algorithme de prévision à brève échéance
Visuellement adapté aux besoins
des contrôleurs
Exemple de produit final dont se servent les contrôleurs
de la circulation aérienne à la station en route de Paris
Figure 5-5. Avertissements et prévisions à échéance immédiate des orages
et des zones de convection à l’usage des contrôleurs de la circulation aérienne
(source : Météo-France)
26/9/08
21/2/11
oo
NN 2 1
5-22
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
5.1.48
À Hong Kong, le LIDAR sert essentiellement à détecter le cisaillement du vent dû au relief en
l’absence de pluie. À Tokyo-Haneda, on utilise un LIDAR pour améliorer la détection du cisaillement du vent
causé par des obstacles tels que des hangars de grandes dimensions. Les deux aéroports sont équipés
d’un radar Doppler qui détecte le cisaillement du vent associé à la pluie ; cependant, on utilise un système
complémentaire comme le LIDAR principalement pour déceler les cisaillements du vent non associés à la
pluie. On trouve un autre exemple d’emploi du LIDAR comme système complémentaire de détection du
cisaillement du vent aux États-Unis. La FAA a évalué le LIDAR comme moyen de détecter le cisaillement du
vent sec à Las Vegas en 200536. Les résultats ont mis en lumière les avantages qu’il y a à combiner un
LIDAR et le TDWR en place. Moyennant des algorithmes améliorés, une combinaison LIDAR/TDWR
pourrait faire passer le taux de détection du cisaillement du vent de 35 % (performance du TDWR
actuellement en place) à plus de 90 %. Avec les améliorations proposées du RDA, le TDWR devrait
détecter plus de 90 % des occurrences de cisaillement du vent « mouillé » dans l’environnement de Las
Vegas. Une mise à niveau de la fonction de détection des fronts de rafales du LIDAR porterait le taux de
détection du cisaillement du vent sec à plus de 90 %. La combinaison des deux systèmes est nécessaire
parce que plus de la moitié des cisaillements du vent qui se sont produits durant l’évaluation du LIDAR à
Las Vegas étaient du type « sec » et causés par des sorties d’air orageux. Grâce à l’intégration des deux
systèmes, la probabilité de détection de toutes les occurrences de cisaillement du vent à Las Vegas sera
d’au moins 90 %, ce qui est le but de la communauté des utilisateurs. On s’attend à ce que d’autres
emplacements du sud-ouest des États-Unis équipés d’un TDWR ou d’un WSP tirent parti d’un LIDAR. Avant
de se lancer dans un programme national portant sur une question régionale, la FAA a examiné plus à fond
le système dans le cadre d’une évaluation opérationnelle qui a eu lieu à Las Vegas durant la dernière moitié
de 2007. Cette évaluation permettra une analyse plus détaillée du cisaillement du vent grâce à l’étude de
tous les cas survenus durant l’essai (comme le cisaillement du vent d’inversion), une évaluation par les
superviseurs du contrôle de la circulation aérienne, une analyse du système de visualisation du point de vue
des facteurs humains et une analyse de la maintenance du système. (Au moment de la publication du
présent manuel, les résultats de l’évaluation n’étaient pas encore disponibles.)
Analyseurs du profil de vent
5.1.49
On peut effectuer une mesure continue du vent (dans ses trois composantes) jusqu’à la
tropopause en se servant de radars Doppler VHF et UHF pointés à la verticale37. Des deux types, le radar
profileur Doppler UHF convient le mieux pour mesurer presque en temps réel les vents dans la couche
limite ; ce radar fournit également des profils, actualisés toutes les heures, du vent dans les environs de
l’aérodrome. Les analyseurs de profil du vent présentent un intérêt considérable du point de vue de la
recherche car ils offrent la possibilité d’étendre et même de remplacer le réseau existant de sondes
radiovent, à un coût récurrent réduit, tout en produisant des profils de vent plus fréquents affichant une
meilleure résolution, deux aspects qui sont susceptibles de créer une révolution dans les prévisions
météorologiques à l’échelle moyenne. Les profileurs sont utiles pour détecter et surveiller le cisaillement du
vent non transitoire, comme les phénomènes qui sont associés aux courants-jet des basses couches et à la
turbulence provoquée par le relief. Cependant, hormis le fait qu’ils fournissent des données supplémentaires
pour la prévision des orages violents, etc., ces radars ne conviennent pas pour la détection du cisaillement
du vent par convection le long des trajectoires d’approche et de décollage. Plusieurs instituts de recherche,
notamment aux États-Unis, ont mis en place des radars profileurs Doppler VHF et UHF pour mener des
tests, et les résultats sont très prometteurs. À HKIA, le WTWS intègre des profileurs de vent ; ce système
est décrit au § 5.1.44 et à l’Appendice 4. La France a également installé une profileur de vent VHF à
l’aéroport de Nice-Côte d’Azur, qui s’est révélé fort utile pour les organismes de contrôle de la circulation
aérienne intéressés. Le Tableau A5-1 de l’Appendice 5 offre des détails sur les données brutes et les
formats de visualisation.
5.1.50
Le système d’observation du vent de l’aéroport de Juneau mis au point par le NCAR et la FAA38
comprend des profileurs de vent. Ce système signale divers types de turbulence se produisant dans
26/9/08
o
N 1
Chapitre 5.
Observation, prévision et compte rendu du cisaillement du vent dans les basses couches
5-23
certaines régions proches de l’aéroport. Un réseau constitué de sept capteurs de vent, dont quatre situés au
sommet de montagnes ou de collines, et de trois profileurs a été utilisé pour formuler des régressions
fondées sur des mesures de la turbulence effectuées par des aéronefs. Les alertes de turbulence sont
émises sur la base des régressions obtenues et sont indiquées sous forme de texte ainsi que sur l’affichage
géographique, en donnant au polygone approprié la couleur correspondant au niveau d’alerte. Les
catégories d’alerte sont les suivantes : turbulence nulle (NONE), turbulence modérée pour les aéronefs de
type B737 (MDT B737) et turbulence sévère pour les aéronefs de type B737 (SVR B737). Les alertes, qui
sont actualisées chaque minute, peuvent être exprimées en fonction du taux de dissipation des tourbillons
(EDR), dans le cas des turbulences modérée et sévère, pour les phases d’approche et de décollage du vol.
L’affichage prototype offre d’autres caractéristiques, comme les vents debout et traversier sur les pistes, les
vents observés par profileur à tous les 500 ft jusqu’à une altitude de 6 000 ft, et la vitesse et la direction
relevées par les capteurs, y compris la pointe maximale de vent récente. Le système tel que décrit ci-dessus
ne sera probablement pas mis en service parce que ses performances en matière d’avertissement de
turbulence n’ont pas répondu aux attentes de la FAA. Les anémomètres installés au sommet des
montagnes et à l’aéroport seront donc utilisés par les compagnies aériennes comme guides concernant les
conditions de turbulence, sur la base des spécifications d’exploitation publiées pour Juneau.
LIDAR Doppler
5.1.51
Le LIDAR Doppler infrarouge à impulsions cohérentes peut mesurer le vent radial jusqu’à une
distance de 10 km par temps sec (sans pluie). Il a été démontré qu’il est utile pour la détection du
cisaillement du vent associé aux écoulements d’air perturbés par le relief, à la brise de mer et aux fronts de
rafales à Hong Kong (Chine). L’Observatoire de Hong Kong (HKO) a mis au point un système LIDAR
d’alerte de cisaillement du vent (LIWAS)39,40 afin de détecter automatiquement les cisaillements du vent à
HKIA sur la base de mesures du vent radial effectuées à l’aide de LIDAR Doppler à impulsions cohérentes
de 2 microns (voir l’Appendice 4). Le LIWAS est en service depuis 2005. Les LIDAR sont configurés de
façon à balayer la zone comprenant la trajectoire d’alignement de descente (Figure 5-6), ce qui permet
d’obtenir le profil du vent debout que traverseront les aéronefs à l’arrivée ou au départ. Un cisaillement fort
dans le profil de vent debout est détecté et signalé automatiquement (Figure 5-7). Si plusieurs cisaillements
sont détectés dans le profil, seul le plus fort, selon le facteur d’intensité du cisaillement59 (voir § 5.2.9), sera
signalé. Les alertes du LIWAS sont introduites dans le WTWS exploité par HKO, en vue de l’émission
d’alertes formulées selon la phraséologie TDWR standard. Le WTWS intègre les alertes calculées par une
suite d’algorithmes de détection, dont des algorithmes fondés sur le TDWR et sur des anémomètres. Après
intégration selon un plan de classement par ordre de priorité41, une seule alerte de cisaillement sera affichée
pour chaque couloir de piste sur les visuels d’exploitation du WTWS pour transmission aux pilotes par les
contrôleurs.
OBSERVATION AÉRIENNE DES CISAILLEMENTS DU VENT
Emploi des instruments normaux du poste de pilotage
5.1.52
L’emploi des instruments normaux du poste de pilotage pour observer le cisaillement du vent a
été traité de façon assez détaillée au Chapitre 4 à propos de la reconnaissance du cisaillement du vent par
les pilotes. Il a été mentionné que des indices de la présence d’un cisaillement du vent peuvent être fournis
par l’anémomètre, le variomètre et l’altimètre qui sont installés à bord de tous les avions, et aussi, sur les
avions qui en sont dotés, par l’indicateur d’assiette, l’indicateur de situation horizontale, l’avertisseur de
proximité du sol (le mode 1 indiquant une descente à vitesse verticale excessive, le mode 3 une perte
d’altitude après le décollage et le mode 5 un passage au-dessous de la pente du radiophare d’alignement
de descente), ainsi que par le système avertisseur de décrochage (secoueur de manche) et les indications
de vitesse-sol, de vitesse et de direction du vent du système de navigation par inertie.
26/9/08
o
N 1
5-24
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
LIDAR
faisceau
laser
N
trajectoire d’alignement
de descente
Figure 5-6.
Balayage LIDAR de la trajectoire d’alignement de descente
(source : HKO)
Avertisseurs de cisaillement du vent embarqués
Système avertisseur de cisaillement du vent basé
sur la surveillance des performances des aéronefs
5.1.53
L’un des premiers systèmes dont l’efficacité à été éprouvée utilise les données des capteurs de
bord classiques tels que le tube de Pitot (pour la vitesse propre), le gyro de verticale (pour l’assiette en
tangage) et le capteur de l’avertisseur de décrochage (pour l’angle d’attaque), en même temps que les
données supplémentaires provenant des accéléromètres spéciaux d’horizontale et de verticale qui font partie
du système avertisseur lui-même. Avec ces données, le calculateur du système détermine à chaque instant le
cisaillement des composantes verticale et horizontale du vent ; en tenant compte des corrections éventuelles
du pilote, il affiche la perte ou le gain d’énergie dû au cisaillement et, à un seuil fixé, donne une alerte sonore.
Le seuil est fixé soit à une valeur de 1,5 m/s/s (3 kt/s) pour la perte par vent debout ou le gain par vent arrière,
ou (dans un courant descendant) à 0,15 radian (8,6°) pour la diminution d’attaque, soit à toute combinaison
des deux paramètres susceptibles d’atteindre un niveau de signal équivalent (décélération de 0,15 g).
5.1.54
Un autre système, mis sur le marché en 1986, fournit des moyens de détection et d’avertissement
de cisaillement du vent dans le cadre d’un système de gestion des performances de l’avion. Le
développement de ce système se fait en deux phases : la phase I pour la mise au point des composantes de
26/9/08
21/2/11
o
NNo12
Chapitre 5.
Observation, prévision et compte rendu du cisaillement du vent dans les basses couches
5-25
Figure 5-7. Affichage LIWAS montrant les profils de vent debout
le long des divers couloirs de piste à HKIA (courbes bleues)
et un cisaillement du vent détecté (signalé en rose)
(source : HKO)
détection et d’alerte et la phase II pour la fourniture d’indications au pilote. Le système utilise les renseignements provenant des capteurs de données aérodynamiques et des accéléromètres spécialisés qui font
partie du calculateur de gestion des performances. Les données d’entrée comprennent l’angle de tangage,
l’angle d’attaque, la vitesse (aérodynamique) vraie, l’accélération verticale et l’accélération longitudinale. Le
calculateur du système compare continuellement l’accélération inertielle et les accélérations des masses d’air,
ainsi que la rapidité de changement de ces accélérations relatives. De la sorte, l’équipage est averti dès que
se produisent des écarts significatifs, révélateurs d’un cisaillement du vent.
5.1.55
Les deux systèmes dont il est question aux § 5.1.53 et 5.1.54 sont appelés équipements de
détection/d’évitement du cisaillement du vent de type « réactif » car ils ne préviennent le pilote de la
présence du phénomène que lorsque l’avion pénètre dans le cisaillement. Néanmoins, et malgré ces
limitations, ces systèmes peuvent déceler le cisaillement du vent et lancer un avertissement quelques
précieuses secondes avant que le pilote ne reconnaisse normalement la situation. Parallèlement à la mise
au point de ces dispositifs, la FAA a commencé à établir, au début des années 1980, des critères de
navigabilité visant l’homologation des systèmes embarqués d’avertissement du cisaillement du vent dans
les aéronefs de transport, ainsi que des critères visant l’approbation de ces dispositifs en exploitation, qui
42
ont été publiés par voie de circulaire en 1987 . Les circulaires fournissent des éléments d’orientation pour
26/9/08
o
N 1
5-26
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
la certification de navigabilité des dispositifs « d’avertissement seulement » et des dispositifs avertisseurs du
cisaillement du vent de type réactif « avec des éléments indicatifs pour l’évitement ».
5.1.56
Afin de décrire complètement l’incidence en temps réel du cisaillement du vent sur les
performances d’un aéronef sur le plan de l’énergie cinétique et potentielle, un indice non-dimensionnel a été
élaboré en s’inspirant des travaux de Bowles 43 , qui permet de quantifier la menace que fait peser le
cisaillement par comparaison aux données sur les performances de l’aéronef fournies par les capteurs et
ordinateurs de bord. Après les tests effectués par la NASA et la FAA, l’indice a été adopté comme
fondement pour la certification des systèmes embarqués d’avertissement de cisaillement du vent. L’indice
est tiré des équations de vol décrites dans la Figure 4-1 et de l’équation habituelle de calcul de l’énergie
(cinétique et potentielle). L’énergie totale spécifique de l’aéronef (ET) est décrite de la façon suivante :
ET = z +
1 Va 2
2 g
où Va est la vitesse propre, g l’accélération due à la pesanteur et z l’altitude par rapport au sol. Cette
équationd exprime l’énergie cinétique de la masse d’air car c’est la vitesse anémométrique (et non la vitesse
au sol) qui décrit la capacité de l’aéronef de monter et de se maintenir en altitude. S’agissant de l’énergie
potentielle, l’altitude peut être substituée par la vitesse propre et vice versa (voir § 4.2.7). Le taux de
changement temporel de ET, ou la vitesse potentielle d’ascension de l’aéronef, constitue la dérivée et il peut
être assimilé à l’intrant énergétique de l’aéronef découlant de la traction et de la traînée (voir la Figure 4-1),
en ces termes :
(T − D )
V
ET = z + a Va = Va
g
W
L’équation qui précède ne s’applique qu’à une masse d’air uniforme. Si l’on tient compte du courant du vent
et si l’on néglige les termes secondaires, le rapport peut être expriméd ainsi :
ET = Va
U
w
(T - D ) U x w
(T - D )
–
+
= Va
– F , où F = x –
W
g
Va
W
g
Va
F constitue un indice adimensionnel qui combine U x , la composante horizontale du vent le long de la
trajectoire de vol ; donc U x est le taux de variation de la composante horizontale du vent, ou le terme de
cisaillement, et « w » est la composante verticale du vent (courant ascendant/descendant au sein de la
masse d’air). Le facteur F, ou indice, qui est un paramètre défini par Bowles, représente les termes du
champ du vent qui sont pertinents à la réaction d’un aéronef au cisaillement du vent et qui servent à définir
le seuil des valeurs de cisaillement dangereux inscrits dans les dispositifs d’avertissements embarqués.
Selon les équations présentées ci-dessus, on constate que le facteur F +ve diminue l’état énergétique de
l’aéronef ; cela se produit dans une masse d’air descendante (w est –ve), et dans le cas d’un vent arrière en
augmentation ou d’un vent debout en diminution (c.-à.-d., U x est +ve). Comme nous l’avons décrit dans le
Chapitre 4, dans un cisaillement du vent qui diminue les performances de l’avion, où F est +ve, le pilote peut
maintenir l’altitude ou en gagner en augmentant la poussée et/ou le tangage (substituant ainsi l’altitude à la
vitesse propre ou l’énergie potentielle à l’énergie cinétique).
d.
La notation
26/9/08
o
N 1
z
équivaut à
dz
dt
tout comme
ET
et
U x
sont équivalents à
dET
dt
et
dU x
dt
, respectivement.
Chapitre 5.
Observation, prévision et compte rendu du cisaillement du vent dans les basses couches
5-27
5.1.57
Les équations que nous avons vues au § 5.1.56 décrivent l’effet instantané du cisaillement sur
un avion ; elles doivent par conséquent être intégrées dans une longueur d’échelle appropriée pour illustrer
pleinement le danger associé au cisaillement du vent. À titre d’exemple, des valeurs très élevées du facteur
F peuvent se produire sur une courte longueur d’échelle ; ces valeurs s’apparenteraient davantage à de la
turbulence. Il ressort de ce qui précède que la longueur d’échelle du cisaillement est cruciale et il fait l’objet
d’intenses recherches 44 (voir § 2.5.2). En se fondant sur ces recherches, la FAA a adopté la longueur
d’échelle d’un kilomètre et un facteur F moyen de 0,13 ou plus pour le seuil de déclenchement de l’alerte.
Au chapitre de la certification de dispositifs avertisseurs de cisaillement du vent embarqués, la FAA
considère que le cisaillement présente un danger lorsque le facteur F est supérieur à 0,1, et l’émission d’un
avertissement (alerte aux États-Unis) est obligatoire lorsque le facteur F atteint 0,1345. Pour donner une
illustration de facteurs F types des phénomènes qui provoquent un cisaillement du vent, disons qu’il est peu
probable que les courants-jets des basses couches produisent des valeurs supérieures au seuil de 0,1 ;
malgré cela, un pilote qui ne se méfie pas peut tout de même éprouver des difficultés dans ces circonstances,
mais s’il est prévenu à l’avance il devrait normalement pouvoir maîtriser la situation en augmentant la poussée.
En ce qui concerne les microrafales, le seuil de 0,1 est dépassé dans au moins la moitié des cas documentés,
et parfois le centre d’une microrafale violente peut avoir des valeurs qui s’échelonnent entre 0,25 et 0,36, ce
qui rend le vol impossible pour la plupart des aéronefs de transport à turboréacteurs.
5.1.58
La certification des dispositifs embarqués d’avertissement de cisaillement du vent exige que l’on
vérifie que l’équipement en question puisse notamment émettre les alertes nécessaires lorsque les valeurs
ont atteint les seuils indiqués, de façon fiable et sans dépasser le niveau accepté de fausses alertes et
d’indications de panne, etc. À cette fin, la FAA a tracé une série de modèles de cisaillement du vent
s’appuyant sur les données du projet Joint Airport Weather Study (JAWS) et des champs du vent tirés des
données sur les accidents aéronautiques provoqués par le cisaillement du vent (voir § 3.5.17 à 3.5.20). Le
fabricant d’un dispositif avertisseur de cisaillement du vent doit démontrer que son appareil peut fonctionner
selon les spécifications établies lorsqu’il est mis à l’essai dans un simulateur qui exécute les modèles de
cisaillement du vent mis au point par la FAA.
5.1.59
Les circulaires de la FAA (Advisory Circulars), dont il est question au § 5.1.55, énoncent la
politique suivante :
Pour que ces dispositifs [de type réactif] s’enclenchent, il faut nécessairement que
l’avion soit entré dans une zone comportant un certain degré de cisaillement du vent et
qu’en conséquence il y ait perte ou gain de la pente de montée potentielle. Néanmoins, de
tels systèmes sont utiles pour la détection, l’avertissement au bon moment et la
confirmation d’épisodes de cisaillement du vent susceptibles d’être dangereux, généralement avant qu’un pilote n’ait eu le temps de reconnaître le phénomène. Dans le cas des
systèmes qui comportent des éléments indiquant des procédures d’évitement, l’énergie
disponible de l’aéronef est gérée efficacement pour assurer un meilleur contrôle de vol
pendant la manœuvre d’évitement. Idéalement, la mise au point d’un capteur placé sur une
plate-forme mobile et capable de détecter le mouvement de l’air clair à l’avant de l’avion par
rapport à la surface de la terre présenterait tous les avantages d’un système explorant vers
l’avant. La FAA a cerné les impératifs pour la définition des besoins de ces dispositifs et elle
a demandé à la NASA de prendre la direction technique dans ce domaine à mesure que
des recherches plus poussées seront nécessaires.
Les besoins opérationnels approuvés en 1982 par la Commission de la navigation aérienne de l’OACI, qui
sont reproduits dans l’Appendice 1, ne peuvent être satisfaits que par des dispositifs embarqués d’avertissement du cisaillement du vent explorant vers l’avant. En 2006, environ le tiers des aéronefs respectaient
26/9/08
o
N 1
5-28
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
cette exigence (combinaison de sources et MIT/LL), le plafond d’acquisition correspondant à deux tiers des
aéronefs. La mise au point couronnée de succès de ces dispositifs d’avertissement de cisaillement du vent
explorant vers l’avant est décrite dans les paragraphes suivants.
Les systèmes d’avertissement du cisaillement du vent
explorant vers l’avant
5.1.60
En 1990, la FAA a amendé son règlement FAR 121.358 — « Low-altitude wind shear system
requirements » (Exigences visant les systèmes de détection du cisaillement du vent dans les basses
couches) pour inclure les systèmes embarqués de détection et d’évitement du cisaillement du vent explorant
vers l’avant (de type prédictif), l’alternative aux systèmes dits « réactifs ». Comme nous l’avons signalé dans
le paragraphe précédent, seuls les systèmes explorant vers l’avant peuvent satisfaire les besoins
opérationnels établis par l’OACI. La FAA a autorisé l’emploi de ces systèmes à partir de 1990, soit dès qu’ils
ont pu être mis au point, certifiés et commercialisés46. Profitant de cette modification du règlement, quatre
gros transporteurs aériens américains ont demandé à la FAA de leur accorder une prolongation du délai de
conformité prévu dans le FAR 121.358, pour leur permettre d’évaluer et de faire certifier les systèmes
explorant vers l’avant. Ces quatre transporteurs ont présenté un plan d’ensemble exposant les objectifs
d’évaluation qu’ils s’étaient fixés, et ils ont également proposé un calendrier de réalisation des travaux. La
FAA a par la suite accédé aux quatre demandes dans le cadre d’une exemption qui accordait aux quatre
transporteurs un délai de deux ans pour se conformer au règlement. Pour accélérer la mise au point de la
technologie nécessaire, la FAA, la NASA, les fabricants d’appareils de détection du cisaillement du vent et
les quatre compagnies aériennes ayant obtenu un délai de grâce ont formé un « Groupe de travail sur les
systèmes de détection du cisaillement du vent explorant vers l’avant ». Le groupe de travail a tracé une
feuille de route pour la certification, qui a abouti à la mise en place d’une méthode de certification et à
l’établissement des spécifications au niveau système dont il est question ci-dessus.
5.1.61
Même si certains critères et méthodes de base du processus de certification des systèmes de
type réactif pouvaient être employés pour certifier les systèmes explorant vers l’avant, il en allait tout à fait
autrement pour les simulations, puisque les systèmes de type réactif subissent le cisaillement en temps réel
alors que les dispositifs explorant vers l’avant doivent détecter les phénomènes dangereux avant que l’avion
ne les atteigne et estimer ensuite une perte prévue des performances le long de la trajectoire de vol. Plus
spécifiquement, les ensembles de données sur l’atmosphère de la simulation devraient comprendre, outre le
champ du vent, les conditions météorologiques présentes pendant les épisodes de cisaillement qui doivent
être utilisées et qui sont susceptibles d’avoir une incidence sur la capacité de détection des systèmes. Il
fallait également obtenir, au moyen d’essais en vol, des modèles d’environnements comportant un fort
brouillage au sol, dans de gros aéroports représentatifs dont les environs se démarquent par un intense
mouvement au sol. Puis, ces données devaient être fondues avec la portée dynamique simulée de détection
du système faisant l’objet de la procédure de certification. La méthode de certification employée par la FAA,
les exigences visant le système et les alertes ainsi que exigences relatives aux annonces et aux affichages
du système d’avertissement du cisaillement du vent explorant vers l’avant sont présentées à l’Appendice 6.
5.1.62
Dans le cadre du programme de la FAA visant la mise au point et la certification de systèmes
explorant vers l’avant d’avertissement du cisaillement du vent, plusieurs technologies ont été mises à l’essai,
notamment :
26/9/08
o
N 1
a)
les détecteurs passifs à infrarouge ;
b)
les radars Doppler ;
c)
les radars à ondes millimétriques ;
d)
le LIDAR ou radar optique.
Chapitre 5.
Observation, prévision et compte rendu du cisaillement du vent dans les basses couches
5-29
La technologie infrarouge passif décèle la différence de température (plus basse) qui survient pendant les
microrafales, par rapport à l’atmosphère environnante ; ces données sont ensuite mises en corrélation avec
la vitesse verticale (l’intensité) du courant descendant. Les capteurs radiomètres sont des instruments à
balayage multispectral qui fonctionnent dans la gamme atmosphérique de 10-14 µm. Ces instruments ont
également été utilisés pour la détection de la turbulence en air clair et des cendres volcaniques, ce dernier
volet faisant l’objet d’une description détaillée dans le Manuel sur les nuages de cendres volcaniques, de
matières radioactives et de produits chimiques toxiques (Doc 9691). L’élimination du signal-bruit causé,
entre autres, par la turbulence et/ou les précipitations présentes entre le capteur et la cible pose encore
problème pour les capteurs à infrarouge passif, mais c’est un obstacle qui peut être surmonté. De plus, à
moins que les capteurs ne soient combinés à d’autres capteurs à infrarouge, comme pour la détection de la
turbulence ou des cendres volcaniques (ce type de dispositifs sera peut-être obligatoire dans un proche
avenir), il faudrait installer un capteur à infrarouge distinct destiné uniquement à la détection du cisaillement
du vent. L’installation de nouveaux équipements dans le poste de pilotage déjà passablement « encombré »
suscite bien des résistances de la part des manufacturiers et des transporteurs, pour toutes sortes de
raisons ; en conséquence, les initiatives en cours visent plutôt à perfectionner les dispositifs du poste de
pilotage qui existent déjà, là où c’est envisageable.
5.1.63
Cette dernière considération cadrait bien dans le cas des radars météorologiques que l’on
trouve déjà sur le marché et qui ont été installés à bord de tous les aéronefs de transport à turboréacteurs.
Les radars météorologiques de la dernière génération vendus par différents fabricants de radars
météorologiques embarqués utilisaient déjà les techniques de traitement des signaux des radars Doppler
pour détecter des zones de turbulence dans les tempêtes ; ils étaient également munis d’antennes
convenables et d’émetteurs cohérents transistorisés qui fonctionnent sur la bande X et qui peuvent être
modifiés. Il devenait donc possible, en modifiant certains modules et en élaborant des algorithmes
supplémentaires de détection et d’avertissement des microrafales, d’utiliser ces radars pour détecter le
cisaillement du vent et la possibilité s’ouvrait également d’adapter des radars météorologiques plus
récents47. Néanmoins, la mise au point de radars Doppler embarqués pour détecter le cisaillement du vent
posait encore plusieurs défis. Le sempiternel problème des « fausses alertes », qui vaut pour tous les
capteurs, devait être corrigé. Il y avait aussi le problème du bruit causé par le brouillage au sol, tant au
niveau du lobe principal que des lobes latéraux de l’émetteur ; ce problème était particulièrement aigu dans
le cas des radars à détection vers le bas lors de l’approche et de l’atterrissage, en raison des édifices, des
véhicules en mouvement au sol, etc. Il ne faut pas perdre de vue le fait que ces radars météorologiques
étaient déjà utilisés par les pilotes en mode de cartographie à balayage vers le bas, où les signaux de retour
des éléments au sol et de la topographie constituaient les données requises. De toute évidence, il allait
falloir installer un mode distinct de détection du cisaillement du vent pour supprimer le brouillage du sol du
signal de retour. Il faudrait donc créer trois modes opérationnels : un mode de météorologie et cartographie,
un mode de détection des turbulences et un mode de détection du cisaillement du vent.
5.1.64
Dans les années 1980, la NASA entreprit les premières recherches sur le radar Doppler
embarqué à l’aide d’avions équipés à cet effet. Les données recueillies au cours de ces essais en vol ont servi
à délimiter la portée du problème et à proposer plusieurs solutions possibles que l’industrie pourrait ensuite
mettre en oeuvre48. Le programme de recherche de la NASA a également permis d’établir un ensemble de
paramètres de base sur le cisaillement du vent, y compris les microrafales sèches et humides, pouvant servir à
simuler le danger dans le but notamment de mettre à l’essai les dispositifs embarqués d’avertissement du
cisaillement du vent49 explorant vers l’avant. À mesure que le processus de mise au point des équipements
avançait, les fabricants de radars embarqués ont effectué leurs propres essais en vol et ils ont formé des
partenariats avec les quatre transporteurs aériens qui avaient obtenu un délai de deux ans pour installer un
dispositif avertisseur embarqué de cisaillement du vent. Le facteur F, décrit au § 5.1.56, a également servi à
déterminer le seuil de danger des algorithmes conçus pour les systèmes embarqués d’avertissement du
cisaillement du vent explorant vers l’avant. L’exigence visant la probabilité de détection et le taux de fausses
alertes a été précisée. Il a également été noté qu’il fallait faire preuve de grande prudence en matière
d’entretien du radôme. Vers le milieu des années 1990, plusieurs fabricants de radars embarqués avaient
26/9/08
o
N 1
5-30
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
réussi à mettre au point et à certifier des systèmes efficaces d’avertissement du cisaillement du vent explorant
vers l’avant, en modifiant leurs modèles plus récents de radars météorologiques embarqués. Compte tenu de
l’importance que revêtent ces systèmes en matière de protection contre le cisaillement du vent, l’Appendice 6
présente une description détaillée d’un dispositif embarqué type d’avertissement de cisaillement du vent explorant vers l’avant, en se servant d’un radar météorologique de bord comme ceux que l’on trouve sur le marché.
5.1.65
Parallèlement à la mise au point fructueuse et à la certification de systèmes embarqués
d’avertissement de cisaillement du vent explorant vers l’avant, l’OACI a amendé en 1998 le texte normatif
pertinent (Annexe 6 — Exploitation technique des aéronefs, 1re Partie — Aviation de transport commercial
international — Avions) pour recommander l’installation de ces systèmes à bord des aéronefs à turboréacteurs dont la masse au décollage est supérieure à 5 700 kg. Les amendements faisaient fond sur l’Exposé
des besoins opérationnels contenu dans l’Appendice 1 du présent Manuel. Pendant l’élaboration de la
proposition d’amendement, on a demandé spécifiquement aux États et aux organisations internationales si, à
leur avis, l’obligation d’installer des dispositifs embarqués d’avertissement de cisaillement du vent explorant
vers l’avant devait s’étendre aux aéronefs à turbopropulseurs. À cet égard, il a été considéré que les avions à
turbopropulseurs n’étaient pas aussi vulnérables aux effets du cisaillement du vent que les turboréacteurs. La
raison principale est que lorsque le pilote d’un avion à turbopropulseurs applique les pleins gaz, il en résulte
une augmentation presque immédiate de l’écoulement d’air (remous des hélices) sur les ailes et donc un gain
de la vitesse propre et de la portance. S’agissant d’un turboréacteur, lorsque le pilote applique les pleins gaz,
la masse entière de l’aéronef doit subir l’accélération avant que la puissance ne se traduise en gain de vitesse
propre et de portance, ce qui prend inévitablement quelques secondes vitales. Il a donc été décidé que, pour
l’instant, la recommandation serait limitée aux aéronefs à turboréacteurs dont la masse maximale certifiée au
décollage est supérieure à 5 700 kg, ou qui peuvent transporter plus de neuf passagers.
5.1.66
Au chapitre des radars à ondes millimétriques, les initiatives de recherche ont principalement
porté sur la mise au point d’un système qui pourrait servir à l’atterrissage aux instruments dans un contexte
de visibilité proche de zéro, et qui permettrait au pilote de voir la piste grâce à l’affichage d’un collimateur
tête haute (HUD), même s’il se pose dans la pluie ou le brouillard. Si les recherches aboutissent, il est prévu
qu’un mode d’avertissement de cisaillement du vent explorant vers l’avant sera ajouté à ce système. Les
résultats sont prometteurs et les recherches se poursuivent, mais pour l’instant aucun système de ce type
n’a encore fait l’objet d’une demande de certification.
5.1.67
La possibilité d’utiliser un radar optique de bord pour détecter le cisaillement du vent a fait l’objet
de recherches dans plusieurs pays depuis une vingtaine d’années. Le RAE du Royaume-Uni à Bedford et la
NASA des États-Unis, ont étudié les possibilités du LIDAR Doppler comme moyen de mesure en vol de la
vitesse et de la direction du vent50,51,52. Le LIDAR Doppler fonctionne exactement selon le même principe
que le RADAR Doppler mais il emploie la lumière infrarouge cohérente que produit un laser infrarouge CO2
(voir § 5.1.17 à 5.1.47). Dans le système du RAE, baptisé LATAS (Laser True Airspeed System, système
laser de mesure de la vitesse vraie), le faisceau laser centré 500 à 600 m en avant de l’avion mesure en ce
point les mouvements de l’air par rapport à l’émetteur mobile. Ainsi, le système peut aviser le pilote de la
probabilité de changements de la vitesse propre dus au cisaillement du vent environ 4 secondes avant que
l’avion n’en accuse les effets. L’instrument mesure en réalité le mouvement des particules en suspension
colloïdale dans l’air par rapport à l’avion et le long de la trajectoire de vol (vent debout et vent arrière), de
sorte qu’il ne peut pas, dans sa conception actuelle, mesurer les composantes verticale et traversière du
vent (par exemple une rafale descendante). Cependant, si le système LATAS était utilisé en mode de
balayage conique, on pourrait aussi mesurer ces composantes vent en avant de l’avion. Le faisceau
d’exploration peut aussi être dirigé vers le haut ou vers le bas le long de la trajectoire de vol prévue
d’atterrissage et de décollage. Le système est installé depuis trois ans sur l’avion de recherche du RAE, un
HS-125 qui a également participé au programme JAWS (voir § 3.5.16). Il s’agit, précise-t-on, d’un système
robuste, fiable et léger qui ne demande qu’un minimum d’entretien, de réglage et d’étalonnage et qui peut
mesurer la « vitesse propre » jusqu’à 800 m en avant d’un avion en air limpide ou dans les nuages. Ses
26/9/08
o
N 1
Chapitre 5.
Observation, prévision et compte rendu du cisaillement du vent dans les basses couches
5-31
performances sont nettement meilleures en-dessous de 6 km (20 000 ft), où les particules en suspension
colloïdale sont normalement abondantes ; bien que l’écho du signal diminue au-dessus de ce niveau, des
mesures du vent ont été prises jusqu’au plafond d’utilisation du HS-125 (13 km [43 000 ft]).
5.1.68
Aux États-Unis, les radars LIDAR-Doppler font l’objet de travaux de recherches et de
développement depuis plusieurs années, tant pour mesurer la vitesse du vent53,54 que pour la détection de la
turbulence en air clair (CAT). Bien que ces systèmes puissent mesurer la vitesse du vent à l’avant de l’avion,
aucun d’entre eux n’a pour l’instant été soumis au processus de certification en tant que système avertisseur
de cisaillement du vent explorant vers l’avant. Dans le cas des CAT cependant, cette percée peut aboutir à la
certification d’un système LIDAR pouvant servir à la détection/l’avertissement de cisaillement du vent et de
turbulence en air clair. Ce phénomène météorologique a pris le devant de la scène depuis dix ans en raison du
nombre élevé d’incidents d’aviation provoqués par de fortes turbulences en air limpide au niveau de croisière,
qui ont causé des blessures ou la mort de plusieurs passagers et membres d’équipage. Des travaux récents
dans ce domaine55 semblent très prometteurs ; aussi, sera-t-il intéressant de voir si à l’avenir les avions de
transport à turboréacteurs devront obligatoirement être munis de systèmes embarqués de détection/
avertissement des turbulences en air clair explorant vers l’avant. Les recherches indiquent que même des
turbulences modérées en air limpide peuvent être détectées à des distances de 5 à 8 km et jusqu’à 100 s à
l’avant d’un aéronef. Un avertissement préalable de cet ordre permettrait au pilote de modifier l’altitude et/ou
de vérifier que tous les passagers et membres d’équipage sont assis avec leurs ceintures bouclées. Des
recherches récentes sur la turbulence que les avions en vol doivent communiquer font ressortir le paramètre
appelé « taux de dissipation des tourbillons » (EDR), qui donne une bonne mesure de la turbulence et
constitue un paramètre permettant de prédire raisonnablement l’augmentation de la variation de l’accélération
verticale. La Figure 5-8 présente une comparaison entre l’accélération verticale et le taux de dissipation des
tourbillons pendant des essais en vol. Le taux de dissipation des tourbillons présente un intérêt particulier car,
selon les exigences de l’OACI, la présence d’EDR est à la base de l’obligation de rendre compte
automatiquement de la turbulence en vol. Étant donné que l’EDR peut être saisi comme une variable des
modèles de prévisions météorologiques atmosphériques, son utilisation à l’avenir dans les systèmes
embarqués de détection/avertissement viendrait boucler parfaitement la boucle, car les comptes rendus
automatisés d’observation et d’avertissement de phénomènes de turbulence et les prévisions de turbulence
par temps significatif (SIGWX) du Système mondial de prévision de zone (SMPZ) servant à préparer les
documents de vol utiliseraient le même paramètre.
5.1.69
Le collimateur tête haute (HUD) fait depuis plusieurs années partie de l’équipement minimal des
avions de combat, mais c’est seulement depuis peu que certains avions commerciaux en sont dotés. Ce
collimateur permet de présenter au pilote des informations indispensables de guidage et de pilotage qui
s’affichent sur une plaque de verre dont une partie est réfléchissante mais dont le reste est transparent ;
cette plaque est montée de façon à être vue par le pilote sous un certain angle par rapport au pare-brise du
poste de pilotage. Le pilote peut toujours voir normalement l’extérieur à travers cette plaque et le pare-brise,
mais des informations de guidage et de pilotage présentées sous forme de symboles sont en même temps
projetées sur la plaque de verre et une partie de ces renseignements, réfléchis vers le pilote, se
superposent directement à ce qu’il voit à l’extérieur. De ce fait, le pilote a toujours les informations de
pilotage dans son champ visuel normal sans avoir à baiser les yeux, ni adapter sa vue, ni parcourir du
regard plusieurs instruments de bord différents. En plus des symboles déjà existants que comportent les
collimateurs classiques on cherche à réaliser un symbole « indicateur de trajectoire de vol » ; plusieurs pays
procèdent à des essais visant à obtenir ce résultat. Projeté à partir de la trajectoire de vol existante, ce
symbole « indicateur de trajectoire de vol » (FPI) représentera le point de toucher des roues sur la piste,
tandis qu’un symbole de « trajectoire de vol possible » (PFP) indiquera l’accélération ou la décélération de
l’avion (en supposant que l’indicateur de trajectoire de vol soit maintenu sur le point de visée, par exemple
par réglage de la profondeur). La superposition des deux symboles indique qu’il n’y a ni accélération ni
décélération de l’avion. Leur écartement sur le collimateur révèle la présence d’un cisaillement du vent56. La
plupart des pilotes participant aux essais ont indiqué que les essais les avaient grandement aidés à faire
face à des conditions de cisaillement du vent.
26/9/08
o
N 1
5-32
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
,08
Accélération verticale en m/s2
,06
,04
,02
0
,05
,1
Figure 5-8. Variation de l’accélération verticale
et racine cubique du taux de dissipation des tourbillons
(d’après Soreide, Bogue, Ehernberger, Hannon et Bowdle, 2000)
MODÈLES DE CISAILLEMENT DU VENT ET DE TURBULENCE
5.1.70
Dans cette section, nous abordons les modèles de cisaillement du vent et de turbulence, et leur
rôle dans la certification des systèmes embarqués d’avertissement de cisaillement du vent et des
simulateurs de vol utilisés pour la formation. L’élaboration de modèles d’étude du vent a fait des progrès
rapides aux États-Unis, principalement dans le cadre du programme sur le cisaillement du vent et la
turbulence lancé par la FAA entre le milieu et la fin des années 1980. Dans ce contexte, les modèles ont été
conçus pour des usages multiples et plusieurs options ont été proposées ; il fallait examiner les qualités de
ces options avant de décider de les mettre en œuvre en exploitation. Des modèles comportant des degrés
divers de complexité ont été conçus, ceux qui ont été élaborés pour des fins de recherche étant les plus
complexes (à trois ou quatre dimensions), tandis que ceux qui sont employés dans les simulateurs pour la
formation courante des pilotes sont probablement les moins complexes, pour de raisons évidentes (ils
comportent principalement deux dimensions). Les données sur le vent qui ont servi de base aux premiers
modèles de cisaillement du vent utilisés pour la recherche provenaient de deux sources principales : le
projet JAWS (Joint Airport Weather Studies) et les ensembles de données obtenues ultérieurement de
projets connexes ; ces données reproduisaient les conditions de vent des accidents d’aviation lorsque le
cisaillement du vent avait été signalé comme facteur57 (voir § 3.5.16 et suivants). Néanmoins, il y avait un
besoin urgent d’élaborer des modèles de turbulence et de cisaillement du vent pour mettre au point des
systèmes embarqués et au sol de détection et d’avertissement, pour certifier des systèmes embarqués de
26/9/08
o
N 1
Chapitre 5.
Observation, prévision et compte rendu du cisaillement du vent dans les basses couches
5-33
détection/avertissement utilisant des simulations et pour fabriquer des simulateurs de vol servant à la
formation des pilotes.
5.1.71
À l’origine, les modèles dits de « phase I » que la FAA a choisis pour certifier des systèmes
embarqués de détection/avertissement de cisaillement du vent de type « réactif », et pour les simulations de
vol, fonctionnaient avec les données recueillies par les enregistreurs de vol des avions impliqués dans des
accidents réels causés par le cisaillement du vent. Cette approche a axé les modèles sur des phénomènes
de cisaillement dangereux connus et elle a recueilli des paramètres suffisants enregistrés pendant ces
rencontres, tels que la vitesse de l’aéronef, le cap, l’altitude et l’accélération, pour permettre de créer des
modèles de champs du vent ou des profils de vent reproduisant les caractéristiques du cisaillement
dangereux du vent.
Note.— À l’époque, la plupart des aéronefs étaient munis d’enregistreurs de données de vol à
quatre canaux, quoiqu’il faut des enregistreurs plus récents pour enregistrer davantage de données.
Les modèles de phase I étaient relativement simples et ils utilisaient des données provenant de deux
accidents où le cisaillement du vent avait été un facteur, le premier impliquant un B727 de la Eastern
Airlines à New York et le deuxième un DC-10 d’Iberia à Boston. On a trouvé que ces modèles n’étaient pas
satisfaisants pour la formation avec des simulateurs de vol. En conséquence, la FAA a conclu un contrat
avec SRI International et l’a chargée de mettre sur pied une équipe d’experts issus des disciplines
pertinentes, telles que la météorologie, la dynamique des fluides et la technologie des simulateurs de vol,
dont le mandat serait de revoir les modèles sans perdre de vue le lien avec les accidents réels causés par le
cisaillement du vent, les modèles étant basés sur les données de ces accidents. Cette initiative commune a
mené à la création d’un champ du vent qui était plus représentatif de ce que peut être un cisaillement
dangereux du vent ; ce champ du vent a été présenté à titre d’exemple dans la Advisory Circular 120-41 —
Criteria for Operational Approval of Airborne Wind Shear Alerting and Flight Guidance Systems, publiée en
1983 par la FAA.
5.1.72
Depuis la publication des données du champ du vent du premier modèle conçu par SRI, les
modèles relatifs au cisaillement du vent dont se sert la FAA pour la certification des systèmes embarqués, la
validation des systèmes au sol, la formation des pilotes, etc., ont été constamment revus et améliorés. On
dispose aujourd’hui d’un ensemble de modèles relativement stables, dont la complexité relative est adaptée
à l’usage particulier auquel ils sont destinés. En ce sens, un ensemble détaillé de données sur les champs
du vent, connu sous les sigles NASA TASS (terminal area simulation system, système de simulation de
région terminale) est utilisé pour la certification de systèmes embarqués d’avertissement de cisaillement du
vent. L’emploi et la teneur de ces ensembles de données à des fins de simulation et les scénarios de
certification utilisés sont recensés dans le Tableau A7-1 de l’Appendice 7. Le tableau montre que les
modèles réunissent une combinaison de données, comme celles recueillies lors d’accidents, d’autres
provenant des sondages effectués aux aérodromes ou dérivées de sondages qui illustrent des situations
particulières de cisaillement, ainsi que des données de vol.
5.1.73
Des raisons d’ordre économique et de logistique indiquent que les modèles de champ du vent
intégrés dans les simulateurs de vol servant à la formation des pilotes ne devraient pas être aussi évolués et
élaborés que les ensembles de données de champ du vent du TASS que l’on utilise pour la certification des
systèmes embarqués. Les champs du vent des simulateurs utilisés pour la formation, que recommande la
FAA, comportent principalement des profils en deux dimensions, mais chaque donnée simple renferme les
composantes u, v et w le long de la trajectoire de descente ou de montée de trois degrés, tirées des
données sur les accidents, quoique certains exploitants se servent de modèles de microrafales en trois
dimensions. La formation des pilotes constitue un volet important des aides d’instruction de la FAA en
matière de cisaillement du vent ; ce volet comporte un volume de données de soutien qui présente
notamment un ensemble de profils recommandés de cisaillement du vent (voir le Chapitre 6, Formation).
26/9/08
o
N 1
5-34
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
5.2
PRÉVISIONS DES CISAILLEMENTS DU VENT
GÉNÉRALITÉS
5.2.1
Les aérodromes touchés par le cisaillement du vent qui ne sont pas munis d’équipements
opérationnels pour observer ou détecter et mesurer ce phénomène, décrit dans la section précédente
(voir § 5.1), peuvent difficilement faire des prévisions dans ce domaine. De manière générale, la seule
méthode actuellement valable consiste à tenter de prévoir l’apparition de phénomènes météorologiques
dont on sait qu’ils provoquent des cisaillements du vent, étant entendu qu’un cisaillement du vent important
peut en fait se produire ou non et que, même s’il se produit, on aura peu de renseignements sur son
intensité. Ces difficultés impliquent par ailleurs que l’on manque aussi de statistiques climatologiques
détaillées concernant la fréquence, la répartition et l’intensité des cisaillements du vent à basse altitude aux
environs des aérodromes.
5.2.2
Les progrès les plus notables ont été réalisés sur deux fronts, tout d’abord par l’utilisation
croissante du radar Doppler pour les recherches dans le domaine de la structure et de la dynamique des
orages et des cisaillements du vent qu’ils provoquent, ensuite par l’accumulation régulière, à l’échelle
mondiale, de données sur les cisaillements du vent à l’atterrissage et au décollage, données obtenues à
l’aide des systèmes embarqués d’enregistrement et d’acquisition de données (AIDS) qui équipent la plupart
des gros avions de transport à réaction (voir § 3.7). Peu à peu, ces efforts permettent de mieux comprendre
le cisaillement du vent et en particulier de se concentrer sur certains types de cisaillement du vent qui
semblent être les plus dangereux pour les avions.
5.2.3
Entretemps, on a eu recours, dans la plupart des aérodromes, à diverses méthodes empiriques
de prévisions qui ont été élaborées en se fondant sur la théorie des phénomènes météorologiques et les
connaissances étendues de la zone concernée accumulées à l’échelle locale. L’ensemble de règles qui ont
été employées en 1977 par l’Administration météorologique du Royaume-Uni lors d’essais de prévisions de
cisaillement du vent est un exemple, et l’ensemble actuel de règles tirées de ces essais et qui ont été
appliquées en exploitation en 1985, figure à l’Appendice 8. Un ensemble comparable de règles, modifiées
selon les besoins en fonction des situations, est actuellement employé par le Service de météorologie
national des États-Unis58.
5.2.4
Une prévision météorologique pour une région particulière contient normalement sur les
phénomènes prévus des renseignements qui sont présentés sous trois rubriques principales : « type »,
« heure » et « intensité » ; on indique donc quels phénomènes sont prévus, à quelle heure ils doivent se
produire et quelles en seront la durée et la force. Dans le cas d’une prévision de cisaillement du vent,
l’intensité revêt une importance extrême. Une simple prévision ou un message d’observation de « cisaillement
du vent » dans la « trajectoire d’approche » à un moment donné avertit les pilotes en approche et, de ce point
de vue seulement, leur fournit des renseignements utiles, mais c’est la force du cisaillement que les pilotes ont
besoin de connaître pour leur permettre d’évaluer les effets qu’il produira sur l’appareil. Compte tenu de
l’importance que revêt l’intensité du cisaillement du vent, il serait peut-être opportun de passer en revue les
nombreux problèmes que pose la classification des cisaillements du vent du point de vue de leur intensité.
INTENSITÉ DU CISAILLEMENT DU VENT
5.2.5
Dans le Chapitre 2, diverses méthodes de mesure du cisaillement du vent ont été examinées,
de même que les différentes unités actuellement utilisées. Historiquement, le cisaillement du vent, considéré
comme la différence vectorielle entre le vent en différents points de l’espace, est habituellement mesuré en
unités de vitesse sur une distance donnée, par exemple kt par 100 ft ou en m/s par 30 m. De prime abord, il
semblerait que la classification des intensités de cisaillement du vent en un certain nombre de catégories
définies par des valeurs obtenues empiriquement en kt/100 ft ou en m/s par 30 m ne pose aucun problème.
26/9/08
o
N 1
Chapitre 5.
Observation, prévision et compte rendu du cisaillement du vent dans les basses couches
5-35
C’est cette méthode qui a été suivie à la cinquième Conférence de navigation aérienne (Montréal, 1967),
lors de laquelle les critères ont été recommandés applicables provisoirement à l’intensité des cisaillements
du vent dont fait état le Tableau 5-4. Dans ce premier tableau on a fait part de quatre classes d’intensité
allant du cisaillement « léger » au cisaillement « très fort », les valeurs étant exprimées en kt par 30 m ; les
critères qualitatifs déterminés selon l’effet que chaque classe de cisaillement est susceptible d’avoir sur le
comportement de l’avion ont été ajoutés ultérieurement.
5.2.6
À l’époque, on pensait que le principal danger du cisaillement du vent était lié aux fronts,
notamment aux fronts de rafales provenant d’orages et de gradients de vents d’une extrême violence à
proximité du sol, et il était facile d’en donner une idée en les exprimant sous forme de gradient de la vitesse
du vent. Cependant, il est apparu depuis que cette méthode relativement simple de classification des
intensités de cisaillement du vent n’est pas entièrement satisfaisante pour les raisons suivantes :
a)
on a constaté que la même intensité de cisaillement du vent (selon le classement du
Tableau 5-4) peut avoir un effet différent selon le type d’avion ; ce qui pourrait être
considéré comme un cisaillement « très fort » pour un certain type d’avion est seulement
considéré comme « modéré » pour tel autre type. C’est en particulier vrai dans le cas
d’avions dont les masses respectives sont très différentes ;
b)
l’effet que le cisaillement a sur un avion dépend, notamment, de la vitesse à laquelle
celui-ci traverse le phénomène, et donc de la durée pendant laquelle il y est exposé ;
c)
les renseignements sur l’intensité du cisaillement du vent exprimée en unités de vitesse
sur une distance donnée ne sont pas directement utilisables par le pilote qui évolue sur
une trajectoire de descente de 3° car ces unités ne sont pas courantes et ne
correspondent à aucune des indications instrumentales que l’on trouve habituellement
dans les postes de pilotage. Les pilotes sont habitués à utiliser les unités de vitesse et
donc pour eux les variations de vitesse sont des accélérations ou des décélérations
exprimées en kt/s ou en nombre de « g » ;
d)
le phénomène de cisaillement du vent le plus dangereux est celui qui accompagne les
orages, par exemple les microrafales dans lesquelles les trois composantes du vent
varient toutes au même moment ;
e)
les valeurs limites des classes d’intensité du cisaillement dans les composantes
horizontales du vent qui sont indiquées au Tableau 5-4 (c’est-à-dire que les courants
descendants sont exclus) ne semblent pas avoir été justifiées en se fondant sur l’analyse
des données du système AIDS effectuées par le RAE (Royal Aircraft Establishment) sur
plus de 9 000 atterrissages effectués un peut partout dans le monde par des B-747 de
British Airways. Dans cette étude, il s’agit d’avions ayant rencontré des cisaillements du
vent classés comme « très forts » selon les critères du Tableau 5-4, mais qui, en fait, avaient
de toute évidence présenté peu de problèmes, voire aucun, au moment de l’atterrissage59.
Tableau 5-4. Critères provisoires applicables à l’intensité du cisaillement
du vent, recommandés par la cinquième Conférence
de navigation aérienne (Montréal, 1967)
Léger
Modéré
Fort
Très fort
—
—
—
—
de 0 à 4 kt inclusivement par 30 m (100 ft)
de 5 à 8 kt inclusivement par 30 m (100 ft)
de 9 à 12 kt inclusivement par 30 m (100 ft)
au-dessus de 12 kt par 30 m (100 ft)
26/9/08
o
N 1
5-36
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
5.2.7
Le fait que les « critères provisoires applicables à l’intensité du cisaillement du vent » posent un
certain nombre de problèmes et que ceux-ci n’aient pas été résolus a deux effets principaux. Le premier est
qu’il n’est pas possible, pour l’instant, d’utiliser les qualificatifs de « léger », « modéré », « fort » et « très
fort » pour le cisaillement du vent dans les dispositions de l’Annexe 3 — Assistance météorologique à la
navigation aérienne (Chapitres 4, 5 et 7). C’est pourquoi les dispositions de l’Annexe 3 prescrivent des
messages d’observation, des prévisions et des avertissements de « cisaillement du vent » dans lesquels
l’intensité n’est pas précisée. Néanmoins, il est admis dans la Note 2 consécutive au § 6.2.4, de l’Annexe 3,
Appendice 6, que « les pilotes, lorsqu’ils signalent un cisaillement du vent, peuvent utiliser les qualificatifs
"modéré", "fort" ou "très fort", en se fondant dans une large mesure sur leur évaluation subjective de
l’intensité du cisaillement observé. » Le deuxième est que, malgré un certain nombre de propositions qui ont
été faites pour améliorer les critères provisoires, la tendance semble être d’éluder complètement la question
en fondant les systèmes futurs d’avertissement (qu’ils soient embarqués ou au sol) sur le calcul de la
réaction aérodynamique prévue de chaque type d’avion au cisaillement type reproduit sur simulateur
(voir § 5.2.8 à 5.2.14 pour obtenir des détails).
5.2.8
Une proposition visant à améliorer les critères applicables à l’intensité du cisaillement a été
présentée par Woodfield et Woods dans une note où ces auteurs analysent les données sur le cisaillement
obtenues pour plus de 9 000 atterrissages effectués un peu partout dans le monde par des B-747 de British
59
Airways . La proposition est fondée sur le fait qu’en pratique deux conséquences essentielles du
cisaillement du vent auront un effet sur les avions. La première est la rapidité de variation de la vitesse du
vent dans le cisaillement comparée à l’accélération qui peut être obtenue de l’avion en faisant appel à la
marge de puissance excédentaire disponible (normalement 6 km/h par s [3 kt/s] pour les gros avions de
transport à réaction en configuration d’approche). La seconde est l’amplitude totale de la variation de la
vitesse du vent comparée à la marge de vitesse au-dessus de la vitesse de décrochage (en général 20 %
de VRef, soit environ 12,5 à 15 m/s pour les gros avions de transport à réaction). En général, le cisaillement
ne posera de problème que si la rapidité de variation de la vitesse du vent et l’amplitude du cisaillement sont
importants. On peut illustrer cette situation en examinant deux cas extrêmes. Dans le premier cas, un avion
peut se tirer d’affaire même en présence d’une variation de la vitesse du vent de 50 m/s (100 kt) si le taux
de variation est seulement de 0,05 m/s par s (0,1 kt/s) ; de même, dans l’autre cas, si la variation de la
vitesse du vent n’est que de 2,5 m/s (5 kt) le taux de variation peut aller jusqu’à 5 m/s par s (10 kt/s) sans
qu’il se pose de problème.
5.2.9
De plus, l’examen de la réaction des avions semble indiquer que lorsque le taux de variation de
la vitesse du vent est supérieur à l’accélération possible à pleine puissance, l’amplitude de la variation de la
vitesse du vent l’emporte alors sur la capacité de manœuvre de l’avion. Par contre, lorsque la rapidité de
variation de la vitesse du vent est faible, l’amplitude des variations n’a aucune importance. En se fondant
sur les considérations ci-dessus, les chercheurs semblent conclure que la rapidité de variation du vent
debout et le rapport entre la variation totale du vent de bout et la vitesse d’approche pourraient être
considérés comme les principaux facteurs de détermination des critères d’intensité. Ils proposent que le
facteur « I » d’intensité du cisaillement soit déterminé selon la formule suivante :
I=
dV
dt
⎛ ΔV
⋅⎜
⎜V
⎝ app
2
⎞
1
⎟⎟ =
V
app
⎠
ΔV
R
3
1
3
où
dV
=
dt
rapidité de variation de la vitesse du vent,
ΔV = variation totale de la vitesse du vent,
26/9/08
21/2/11
o
NNo12
Chapitre 5.
Observation, prévision et compte rendu du cisaillement du vent dans les basses couches
R
5-37
= longueur du plan d’évolution (distance en mètres sur laquelle la variation de la vitesse
du vent se produit ou temps d’exposition en secondes, si la vitesse est connue),
Vapp = vitesse d’approche normale.
Il se trouve que le paramètre principal est
ΔV
R
1
3
ou cisaillement du vent « normalisé ». La forme proposée
des critères d’intensité est illustrée dans la Figure 5-959. Les chercheurs recommandent que ces critères
d’intensité soient mis à l’épreuve dans les simulateurs de vol appropriés.
5.2.10
Une façon différente d’aborder la question de l’intensité du cisaillement du vent a été préconisée
par Swolinsky 60. Celui-ci fait remarquer que le coefficient d’intensité proposé par Woodfield et Woods59
(voir § 5.2.9) ne tient pas compte des changements de la composante verticale du vent. La proposition de
Swolinsky, basée sur des considérations relatives aux formes d’énergie (potentielle et cinétique) pendant
l’approche et l’atterrissage, fait intervenir ce qu’il appelle une « erreur de hauteur due au mode d’énergie de
référence », (ΔHE), et qu’il exprime au moyen de l’équation suivante :
ΔHE
(V
=
2
− V 2 Ref
2g
) + H −H
Ref
dans laquelle V, VRef sont respectivement la vitesse propre à la hauteur H et la vitesse d’approche de
référence à la hauteur de référence HRef.
5.2.11
La fonction dérivée du facteur F et son utilité croissante pour définir le cisaillement du vent
dangereux dans l’emploi des systèmes embarqués d’avertissement et des simulateurs de vol sont décrites
au § 5.1.56 ainsi qu’à l’Appendice 5.
Échelle
d’intensité
0,5
2,5
1,5
2
s
m/
1,0
0,4
Très fort
0,5
0,3
Fort
0,20
Modéré
0,2
( VV)
0,25
0,10
0,1
Léger
0
10
20
30
40
50
Longueur du plan d’évolution
Figure 5-9. Forme proposée des limites d’intensité
(d’après Woodfield et Woods, 1984)
26/9/08
o
N 1
5-38
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
5.2.12
L’une des manières d’éviter le problème de la classification générale des intensités de
cisaillement consiste à élaborer des procédures d’approbation des systèmes embarqués de détection du
cisaillement du vent fondées sur la réaction du type d’avion à un ensemble de modèle de simulation d’un
cisaillement « très fort ». Les États-Unis, qui procèdent de cette manière, ont publié une circulaire
consultative (AC 120-41), datée de juillet 1983, Criteria for Operational Approval of Airborne Wind Shear
Alerting and Flight Guidance Systems61. Cette circulaire contient un ensemble de modèles bidimensionnels
de cisaillement du vent (c’est-à-dire uniquement les valeurs du vent dans le plan de la trajectoire d’approche,
bien que l’ensemble des trois composantes du vent soit spécifié) provenant des données obtenues par
reconstitution d’un accident, des données météorologiques et d’autres sources, donnés grâce auxquelles un
système de détection embarqué peut être testé sur le simulateur. Pour les besoins de cette méthode, le
cisaillement du vent est défini comme suit :
« Très fort.— Cisaillement du vent d’une intensité et d’une durée telles que, s’il se manifeste, il excède
les possibilités manœuvrières d’un type d’avion donné et provoque une perte imprévue de maîtrise aux
commandes jusqu’au contact avec le sol, si des renseignements provenant d’un système d’alerte de
guidage en cas de cisaillement du vent répondant aux critères énoncés au § 4, alinéa b), n’ont pas été
mis à la disposition du pilote. »
Le § 4, alinéa b), de la circulaire se lit comme suit :
« Système embarqué d’alerte et de guidage en cas de cisaillement du vent. Dispositif ou système qui
détecte la présence de phénomènes de cisaillement du vent très fort et fournit au pilote, en temps
opportun, un moyen d’alerte et de guidage dans les conditions suivantes :
1)
approche et approche interrompue, pour permettre au pilote d’utiliser toutes les possibilités
manœuvrières de l’avion sans perte imprévue de maîtrise aux commandes, sans
décrochage et sans contact avec le sol ;
2)
décollage et montée, pour permettre au pilote d’utiliser, dans les segments de montée
initiale ou dans les segments ultérieurs de montée, toutes les possibilités manœuvrières
de l’avion sans perte imprévue de maîtrise aux commandes et sans contact avec le sol, un
excédent d’énergie étant encore disponible ».
Le texte ci-dessus implique qu’il existe une autre classe d’intensité de cisaillement du vent supérieure au
cisaillement « très fort » ; un phénomène d’une telle intensité ne peut être traversé en toute sécurité même
si l’on utilise des systèmes embarqués de détection du cisaillement.
5.2.13
Même s’il ne constitue pas en soi une mesure de l’intensité du cisaillement du vent (voir
§ 5.1.56), le facteur F a constitué un indice très utile de l’intensité du cisaillement du vent en décrivant le
changement du niveau d’énergie d’un aéronef causé par ce phénomène. Il s’agit d’un indice qui s’applique à
une situation donnée et il est principalement utilisé pour la certification de systèmes embarqués d’avertissement du cisaillement du vent, et par conséquent dans les algorithmes du système qui déterminent le
niveau d’avertissement. Il est également employé dans les simulateurs de vol. Cependant, étant donné que
dans ces cas le facteur F, par comparaison, dépend relativement peu de la vitesse propre, des vitesses
propres nominales sont choisies pour le décollage et l’atterrissage, par exemple 240, 300 et 400 km/h (120,
150 et 200 kt) ; elles reproduisent en gros les vitesses propres représentatives des avions de transport à
réaction à l’atterrissage et au décollage. En général, le facteur F semble convenir le mieux avec des
dispositifs automatisés, comme les systèmes embarqués d’avertissement de cisaillement du vent et les
simulateurs de vol. Autrement, l’ « intensité » du cisaillement transmise par les avertissements (surtout ceux
produits manuellement) continuera d’être annoncée en perte/gain de vitesse propre (en km/h ou en kt) sur
une échelle appropriée, par exemple de 1 à 4 kilomètres, et s’il y a de fortes composantes verticales, on
parlera simplement de « microrafales ».
26/9/08
21/2/11
o
NNo12
Chapitre 5.
Observation, prévision et compte rendu du cisaillement du vent dans les basses couches
5-39
5.2.14
Dans la foulée de la mise au point de systèmes embarqués d’avertissement de cisaillement du
vent explorant vers l’avant, la FAA a publié, en 1990, la Technical Standing Order (TSO) C117 — Airborne
Wind Shear Warning and Escape Guidance Systems for Transport Airplanes62. Dans cette TSO, la définition
de « très fort » cisaillement du vent aux fins de la certification a été légèrement modifiée, pour se lire comme
ceci :
« Très fort. Cisaillement du vent d’une intensité et d’une durée telles qu’il excède les possibilités
manœuvrières d’un type d’avion donné et provoque une perte imprévue de maîtrise des commandes
jusqu’au contact avec le sol, si des renseignements provenant d’un système embarqué d’alerte et
d’évitement en cas de cisaillement du vent répondant aux critères énoncés dans la présente TSO n’ont
pas été mis à la disposition du pilote. »
Comme nous l’avons indiqué au § 5.1.61, plusieurs critères de certification dont l’efficacité a été éprouvée
pour les systèmes de type « réactif » peuvent être employés pour les systèmes « explorant vers l’avant ».
Cependant, Bowles avança le facteur F dès 1990 et à partir de ce moment ce facteur a été utilisé pour
définir l’« intensité » du cisaillement du vent détecté par les systèmes réactifs et par les dispositifs explorant
vers l’avant, comme nous l’avons décrit dans les § 5.1.56 et 5.1.57, respectivement.
CISAILLEMENT DU VENT TRANSITOIRE OU NON TRANSITOIRE
5.2.15
Du point de vue des prévisions, le cisaillement du vent dans les basses couches peut facilement
se classer en deux types : transitoire ou non transitoire. Dans une certaine mesure, cette distinction est
artificielle et nullement absolue, mais la plupart des cisaillement peuvent être reconnus comme appartenant
plus à un type ou à l’autre (voir Tableau 5-5). Le cisaillement non transitoire qui peut éventuellement être lié,
par exemple, à des inversions marquées de la température dans les basses couches, à des ondes
orographiques ou à la circulation de l’air autour d’obstacles, etc., concerne en général une zone donnée et
se poursuit sur des périodes relativement longues (mesurées en heures) ; un certain nombre d’États sont
actuellement en mesure de prévoir ce type de phénomène avec un certain succès. En revanche, le
cisaillement transitoire, qui peut être associé aux nuages de convection et en particulier aux orages, dure
normalement peu de temps (il se mesure en minutes), est d’une étendue réduite, se déplace rapidement et
est extrêmement violent, ce qui le rend très difficile à prévoir. Malheureusement, pour un certain nombre de
raisons, le type transitoire de cisaillement du vent dans les basses couches, notamment lorsque ce
phénomène est lié à des orages, est de loin le plus dangereux pour l’aviation.
Tableau 5-5.
Classification des cisaillements du vent aux fins des prévisions
Type de cisaillement du vent
Transitoire
Non transitoire
Convectif (y compris les front de rafales, les rafales
descendantes, les microrafales et les tornades)
Surfaces frontales des masses d’air
(principalement)
Ondes de gravité (principalement)
Surfaces frontales des brises de mer
(principalement)
Ondes orographiques
Obstacles à l’écoulement du vent dominant
Courants-jets dans les basses couches
26/9/08
o
N 1
5-40
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
PRÉVISIONS, CISAILLEMENT DU VENT DE TYPE NON TRANSITOIRE
Prévisions des cisaillements du vent liés au front des masses d’air
5.2.16
La méthode de prévisions de l’évolution et du déplacement des surfaces frontales est fondée
sur des techniques éprouvées qui, depuis de nombreuses années, donnent de bons résultats. Le fait qu’un
cisaillement du vent dans les basses couches se produise lors du passage d’une surface frontale (on ne
tient pas compte ici du cisaillement du vent lié aux orages de front) ne fait qu’ajouter un élément à la liste
déjà longue des phénomènes importants pour l’aviation qui risquent de se produire en présence de fronts.
Dans l’analyse des fronts, on a peut-être davantage insisté, en raison de la nécessité de prévoir les
cisaillements du vent dans les basses couches, sur un aspect particulier, la pente des surfaces frontales.
Les § 3.3.1 à 3.3.3 et 3.4.1 et 3.4.2 du Chapitre 3 contiennent une description détaillée de la nature du
cisaillement du vent lié aux surfaces frontales. D’après cette description, il apparaît clairement que du point
de vue du cisaillement du vent, les éléments les plus importants des surfaces frontales sont l’intensité du
front, sa vitesse de déplacement et la pente de la surface.
5.2.17
Les méthodes d’identification de l’emplacement, de l’évolution et du déplacement des fronts de
masse d’air sont trop bien connues pour qu’il soit nécessaire de les répéter ici. Jusqu’alors, ces techniques
étaient fondées sur l’analyse synoptique détaillée des observations à la surface et en altitude. Depuis les
quelque vingt dernières années, l’analyse synoptique s’est beaucoup raffinée grâce à l’utilisation de renseignements fournis par des satellites météorologiques en orbite polaire et des satellites géostationnaires. Les
premiers fournissent des renseignements sur un emplacement particulier, toutes les six heures, tandis que
les seconds fournissent des observations pratiquement en permanence. Les satellites géostationnaires (par
exemple des GOES), outre qu’ils fournissent des images de la nébulosité toutes les trente minutes, offrent
en temps réel des images multispectrales de la distribution de la température et de la vapeur d’eau dans
l’atmosphère et, à peu près toutes les heures, des profils verticaux de la température et de l’humidité.
L’accès à cette mine de données permet d’effectuer des analyses très précises des fronts de grande
ampleur. À ces techniques, vient s’ajouter, à l’échelle locale, l’utilisation des radars qui servent à surveiller
l’évolution, l’intensité et le déplacement des zones de précipitations (d’origine convective et non convective)
associées aux fronts.
5.2.18
Une fois que le front a été localisé et que, grâce à l’observation de ses positions successives,
sa vitesse et la direction de son déplacement par rapport à l’aérodrome concerné ont été calculées, l’étape
suivante consiste à déterminer la pente du front dans la région qui présente un intérêt particulier pour
l’aviation, à savoir au-dessous de 500 m (1 600 ft) à partir du sol. La méthode la plus facile consiste à
localiser sur la carte de surface la position de l’emplacement du front à un moment particulier et à
déterminer, d’après les données fournies par une sonde radiovent ou par un satellite, la hauteur au-dessus
du sol de la surface frontale et, au même moment, à une certaine distance en avant d’un front chaud en
surface ou en arrière d’un front froid en surface. Il peut être nécessaire de procéder à une analyse plus
détaillée en ayant recours à des coupes (en particulier des coupes isentropiquese) de la surface frontale.
Dans le passé, des analyses isentropiques n’étaient fournies qu’avec beaucoup de difficultés, mais
récemment il est devenu possible d’élaborer ces analyses en temps réel, sur mini-ordinateurs. Une fois
connues la vitesse de déplacement et la pente, on peut se faire une idée du temps qu’il faudra pour que le
cisaillement le long de la surface frontale traverse et dépasse le voisinage d’un aérodrome, notamment les
couloirs d’approche et de montée. On trouvera dans la Figure 5-1058 une illustration des nomogrammes
simples mais efficaces qui sont utilisés à cette fin. Seules deux vitesses caractéristiques et un choix de
pente caractéristique sont indiqués pour chaque front, mais il est très simple d’obtenir des renseignements
sur les autres vitesses et les autres pentes, respectivement par comparaison et par interpolation.
e.
Dans son ouvrage intitulé « Principes de l’analyse météorologique », publié en 1955, Saucier a traité en détail la question de l’analyse
par coupe.
26/9/08
o
N 1
Observation, prévision et compte rendu du cisaillement du vent dans les basses couches
60
55
50
45
Distance (NM)
35
30
25
40
20
15
10
5
800
1/75
1/50
1/25
700
600
600
500
500
400
400
300
300
200
200
100
100
0
30 kt
15 kt
120
240
110
220
90
180
100
200
80
160
a) Front froid
0
15
30
45
50
70
60
100
120
140
Durée (minutes)
40
80
Distance (NM)
60
75
30
60
90
20
40
105
0
0
10
20
0
120
800
800
700
700
600
600
500
1/100
1/150
1/200
1/250
1/300
1/350
1/400
1/450
1/500
500
400
400
300
300
200
200
100
100
0
15 kt 0
7,5 kt 0
60
120
b) Front chaud
120
240
180
360
300
240
600
480
Durée (min)
360
720
420
840
Hauteur (m)
1/100
480
960
Hauteur (m)
1/125
1/150
700
Hauteur (m)
5-41
0
800
Hauteur (m)
Chapitre 5.
0
Figure 5-10. Hauteur des fronts chauds et froids en fonction de la distance
(éventuellement exprimée en unités de temps) par rapport à
l’aéroport selon l’importance de la pente
(D’après Badner, 1979 ; adaptation de l’OACI)
26/9/08
o
N 1
5-42
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
5.2.19
La question se pose de savoir si tous les fronts doivent être considérés avec autant de détails
ou s’il existe certains critères pour déterminer quels fronts sont susceptibles de donner lieu à un cisaillement
du vent dans les basses couches (c’est-à-dire d’origine non convective) qui sera significatif pour l’aviation.
Le cisaillement le long de la surface frontale est, bien sûr, proportionnel à l’intensité du front qui, à son tour,
est proportionnelle au gradient de température le long du front. Il a donc été proposé de fixer à 5 °C par
90 km (50 NM) le gradient de température critique, ce qui a donné des résultats satisfaisants58. L’expérience
acquise sur un aérodrome particulier dans l’analyse de centaines de fronts permettrait finalement d’affiner
ces critères. La différence vectorielle entre les vents le long du front et la vitesse de déplacement du front
peut également indiquer la présence d’un important cisaillement du vent de surface frontale. À cet égard, il a
été proposé de fixer à 10 m/s par 90 km (20 kt par 50 NM) la différence vectorielle de la force du vent et des
nomogrammes simples sont normalement fournis au prévisionniste pour l’aider à calculer directement
d’après deux vents l’amplitude de la différence vectorielle en appliquant la formule dont il est question à la
Figure 2-2 c), à savoir, a = b 2 + c 2 − 2bc cos A . De même, il y a habituellement un important cisaillement du
vent dans les fronts qui se déplacent à 60 km/h (30 kt) ou plus. Deux éléments doivent, bien sûr, être pris en
compte dans la détermination des critères fondés sur la vitesse de déplacement du front. Bien que les fronts
se déplaçant à des vitesses de 60 km/h (30 kt) ou plus (il s’agit habituellement de fronts froids à pente
abrupte) soient, en réalité, souvent accompagnés de cisaillements marqués du vent de front, la rapidité de
leur déplacement fait que tout effet de cisaillement du vent au-dessous de 500 m (1 600 ft) ne gênera
probablement le trafic de l’aérodrome que pendant une courte période. Quoique de façon quelque peu
paradoxale, cela signifie que les fronts qui se déplacent plus lentement, notamment les fronts chauds, bien
qu’accompagnés de cisaillements du vent (d’origine non convective) de fronts moins marqués, à cause de la
lenteur, voire du caractère presque stationnaire de leur déplacement, peuvent avoir dans l’ensemble plus
d’influence sur les vols (par exemple en imposant un grand nombre d’approches interrompues) que les
fronts froids intenses se déplaçant rapidement.
5.2.20
Une estimation quantitative du cisaillement du vent le long de la surface frontale peut résulter de
l’analyse des champs et des gradients du vent à proximité du front. Au cas peu probable où une sonde
radiovent (ou une station avec ballon-pilote) se trouve être bien située par rapport à la surface frontale, le
cisaillement du vent peut être calculé directement comme il est indiqué dans le Chapitre 2, étant entendu
que cette méthode présente des imperfections inévitables. Sinon, ou de plus, il faut analyser les champs du
vent à proximité du front. À cet égard, il a été constaté que le vent géostrophique mesuré dans le secteur
chaud donne une bonne estimation de la vitesse et de la direction du vent immédiatement au-dessus des
surfaces du front froid et du front chaud, à moins de 500 m (1 600 ft) d’altitude ; cet élément fournit pour les
fronts froids et les fronts chauds une estimation du vent en altitude aux fins du calcul du cisaillement. En
avant du front chaud, dans la masse d’air « frais », les vents moyens de surface sont suffisamment
représentatifs du vent au-dessous de la surface frontale (ce qui donne une estimation du vent à basse
altitude aux fins du calcul du cisaillement dans le cas d’un front chaud). Dans le cas d’un front froid, le vent
géostrophique dans la masse d’air froid, en arrière du front, se révèle plus représentatif du vent au-dessous
de la surface frontale que les vents de surface (ce qui fournit une estimation du vent à basse altitude aux
fins du calcul du cisaillement dans le cas d’un front froid). Tous les vecteurs du vent en altitude et du vent à
basse altitude indiqués ci-dessus, qui sont utilisés aux fins du calcul du cisaillement frontal, devraient être
traduits en composantes parallèles à l’orientation de la piste qui sera le plus probablement touchée, et dans
58
le même sens, sinon la différence vectorielle finalement obtenue devra être déterminée (voir § 5.1.10).
L’amplitude du cisaillement est ainsi directement liée aux variations du vent debout ou arrière (vitesse) et
aux variations du vent traversier (angle de dérive) qui affecteront probablement les avions utilisant cette
piste.
5.2.21
En se conformant aux méthodes indiquées ci-dessus, on peut établir une prévision annonçant
un cisaillement du vent sur l’aéroport entre la surface et 500 m (1 600 ft), la période prévue de validité
indiquant, si possible, la différence vectorielle en nœuds prévue le long du front, précisant les composantes
vent debout ou arrière et vent traversier pour une piste particulière63.
26/9/08
21/2/11
o
NNo12
Chapitre 5.
Observation, prévision et compte rendu du cisaillement du vent dans les basses couches
5-43
Prévisions du cisaillement du vent lié à un front de brise de mer
5.2.22
Comme il est indiqué au § 3.4.2, bien que la brise de mer implique de l’air frais déplaçant de l’air
chaud, la pente de la surface frontale et les gradients de température ressemblent davantage à ceux d’un
front chaud à faible pente qu’à ceux d’un front froid (comme s’il s’agissait d’un front chaud qui recule !). Ceci
étant, les méthodes et critères d’analyse du cisaillement du vent lié à un front chaud, dont il est question au
§ 5.2.19, peuvent être utilisés pour analyser les fronts de brise de mer. Il y a cependant un certain nombre
d’éléments supplémentaires, le principal étant que la brise de mer n’est pas constamment indiquée comme
résultant de l’advection sur une carte synoptique comme c’est le cas pour les fronts de masse d’air ; sa
formation doit faire l’objet d’une prévision toutes les 24 heures. La formation de la brise de mer n’est en rien
automatique et elle est soumise, dans une large mesure, à la situation synoptique générale ainsi qu’à des
influences locales subtiles (par exemple, la topographie). Il y a donc plus de variables à prendre en compte ;
il faut, par exemple, se demander si le front va effectivement se former, et dans l’affirmative à quel moment,
à quelle distance il pénétrera à l’intérieur des terres et quelle sera la profondeur de la masse d’air marin (ou
lacustre). Une fois que le front d’air marin s’est formé, on peut appliquer les méthodes déjà décrites pour
l’analyse d’un front chaud. La disponibilité de renseignements détaillés sur le gradient vertical du vent, à
savoir la température et l’humidité sur l’ensemble du front de brise de mer est un élément indispensable à la
prévision du cisaillement du vent qui peut résulter de cette situation. Mais la disponibilité de ces
renseignements détaillés dépend de celle des données représentatives que peut fournir sur la région une
sonde radiovent, un ballon-pilote ou un SODAR. De plus, lorsqu’on veut prévoir de façon précise les effet de
la brise de mer, rien ne peut remplacer les connaissances et l’expérience des conditions locales dont
dispose le prévisionniste.
5,14
donne un exemple particulièrement bon d’un cas réel de front de brise de mer
5.2.23
La Figure 5-11
à proximité de Boston. Lorsque l’on estime le cisaillement du vent sur l’ensemble de la surface frontale dans
ce cas, le vent de surface à Providence (PVD) est considéré comme caractéristique de l’air chaud se
trouvant au-dessus de la surface frontale – bien qu’il aurait été préférable d’utiliser le vent du gradient, ce
qui aurait peut-être donné un vent légèrement supérieur à 15 m/s (30 kt) en surface – et le vent de surface à
Boston (BOS) comme caractéristique du vent soufflant au-dessous de la surface frontale. L’amplitude de la
différence vectorielle entre les deux (cisaillement du vent) est d’au moins 20 m/s (40 kt). Les températures
de surface (°F) sont aussi inscrites le long du cercle de la station (Figure 5-11). Outre le cisaillement de la
vitesse du vent au-dessus de la surface, la variation soudaine de la direction du vent de surface au passage
du front pourrait aussi avoir beaucoup d’importance pour l’aérodrome. De toute évidence, ce phénomène
intéresse surtout les aérodromes côtiers, mais il ne faut pas oublier que les fronts de très forte brise marine
peuvent pénétrer jusqu’à 50 km à l’intérieur des terres lorsque les conditions voulues sont réunies.
Prévisions du cisaillement du vent dû à la présence d’obstacles
5.2.24
Bien que le cisaillement du vent provoqué par le relief soit bien connu pour ses variations
d’intensité, et de ce fait s’accompagne généralement d’une turbulence en air clair, il est, du point de vue des
prévisions, plutôt considéré comme non transitoire parce que dans certaines conditions météorologiques
favorables, ce type de cisaillement du vent tend à se former en des lieux donnés à cause de la présence
d’obstacles, persistant donc tant que ces conditions météorologiques particulières sont réunies (voir § 3.2).
Pour prévoir ce type de cisaillement du vent, il faut, en plus des prévisions synoptiques générales du vent
dans la zone considérée, une connaissance détaillée de la topographie locale et de son incidence sur les
vents dominants. Pour déterminer si des cisaillements du vent provoqués par le relief ou par des bâtiments
ont tendance à se former sur un aérodrome, le mieux est de procéder comme suit :
a)
inspecter l’aérodrome et ses environs, et faire analyser les éléments climatologiques
recueillis par un météorologiste aéronautique expérimenté ;
26/9/08
21/2/11
oo
NN 21
5-44
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
58°
300 ft
M
40
80 N
87°
80°
BDL
78° En provenance
de PVD
NM
BOS
PVD
Front
de bri
de m e s e
r
Figure 5-11.
e bri
Front d
mer
se de
58°
Cisaillement
du vent
Air marin
BOS
Cisaillement du vent, en ce cas une brise de mer
(D’après Badner, 1979)
b)
faire acquérir progressivement par les prévisionnistes locaux une expérience de l’analyse
de l’écoulement du vent dans la zone dont il s’agit, dans diverses conditions (dès la
première occasion, ces éléments d’expérience devraient donner lieu à une note de
synthèse portant sur les recherches techniques locales) ;
c)
procéder à des essais sur le terrain à l’aide d’anémomètres disposés en des endroits
judicieusement choisis (l’analyse de ces résultats est réalisable à pratiquement n’importe
quel niveau de complexité)64 ;
d)
demander aux pilotes qui arrivent à l’aéroport des comptes rendus d’observation du vent
et du cisaillement du vent dans les basses couches et de signaler la turbulence en air clair
et comparer ces messages d’observation aux conditions ambiantes à la même heure ;
e)
s’entretenir avec les contrôleurs de la tour, sachant qu’ils doivent prêter attention aux
variations du vent au sol en observant les indications de l’anémomètre et des manches à
air, etc. ;
f)
dans les cas particuliers où la dépense f le justifie (par exemple pour le rocher de
Gibraltar), procéder à des essais hydrodynamiques sur des maquettes à échelle réduite ou
à des simulations sur ordinateurs.
5.2.25
Il existe bien des manières d’analyser les données climatologiques et les données se reportant
aux essais sur le terrain, depuis l’analyse périodique de la fréquence des vents à la complexe analyse
spectrale. Une des méthodes qui permet d’obtenir de bons résultats relativement vite consiste à calculer les
facteurs moyens de rafales pour chaque anémomètre implanté (qu’il s’agisse d’implantation permanente ou
d’implantation temporaire pour essais sur le terrain). On peut procéder de diverses manières, mais la plus
simple est peut-être de calculer l’écart moyen et normal entre la vitesse des rafales et la vitesse moyenne,
soit mensuellement soit annuellement. La Figure 5-12 donne un exemple de ce type d’analyse (annuelle)
effectué à l’aéroport international des Seychelles65. Dans cet exemple, il apparaît immédiatement que les
vents du sud-ouest soufflent en effet en rafales très violentes. Cela concorde bien avec le fait qu’il y a, à
l’ouest, un relief élevé assez proche de l’emplacement de l’anémomètre.
f.
Ce type d’expérimentation est normalement onéreux, mais pas toujours ; voir p. ex. le renvoi 22 relatif à l’analyse de l’écoulement
du vent au-dessus de Chypre.
26/9/08
o
N 1
Chapitre 5.
°
kt
Observation, prévision et compte rendu du cisaillement du vent dans les basses couches
350°
020°
010°
040°
050°
070°
080°
100°
110°
140°
130°
160°
170°
200°
190°
220°
230°
260°
250°
280°
1,83
290°
5-45
320°
310°
340°
VRBL
1
0
1,8 1,90
3
4
6
7
10
11
16
17
21
22
27
28
33
34
40
41
47
0
2,0
1,95
1,86
2,15
1,83
1,78
1,59
2,01
1,77
1,82
1,68
1,49
0
0
1,71
1,78
1,62
1,52
0
0
0
1,66
1,76
0
0
0
0
0
0
1,61
1,52
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1,72
1,70
1,74
1,71
1,95
1,92
2,00
2,17
2,08
1,51
1,61
1,73
1,60
1,63
1,82
2,01
2,08
2,04
1,46
1,70
1,88
1,53
1,59
1,74
1,96
1,82
1,63
1,43
0
1,76
1,73
1,76
0
0
0
0
0
1,64
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Figure 5-12. Facteur de rafales moyennes pour diverses valeurs de vitesse
(en kt) et de direction du vent, à l’aéroport international des Seychelles
(Tiré de Climate of the Seychelles, 1979)
5.2.26
Une fois que la nature, la prédominance et, lorsque c’est possible, l‘intensité moyenne du
cisaillement du vent provoqué par le relief ou les bâtiments proches d’un aérodrome seront connues, et que
les conditions météorologiques particulières qui sont nécessaires et suffisent à sa formation ont été
déterminées, un ensemble de méthodes empiriques de prévisions propres à chaque aérodrome peut être
élaboré pour aider les prévisionnistes. Un bref résumé des caractéristiques de ce type de cisaillement du
vent non transitoire sur des aérodromes donnés devrait aussi être inclus dans les publications d’informations aéronautiques des États (AIP).
Prévisions du cisaillement du vent lié à des ondes orographiques
5.2.27
Cette situation est en réalité un cas particulier d’écoulement du vent autour ou, tout au moins,
au-dessus d’obstacles ; les § 3.2.8 à 3.2.10 contiennent les renseignements détaillés à ce sujet. En général,
ces phénomènes n’intéressent que les aérodromes situés sur le versant sous le vent de chaînes
montagneuses élevées et longues, orientées en travers de la trajectoire des vents dominants (par exemple
les Rocheuses, au Canada et aux États-Unis). Les ondes orographiques prennent normalement naissance
à des niveaux supérieurs à 500 m (1 600 ft) sous forme de trains d’ondes stationnaires de force
26/9/08
o
N 1
5-46
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
décroissante qui descendent depuis la ligne des crêtes ou certains pics. Il y a cependant des circonstances
dans lesquelles la force du train d’ondes est suffisante pour influer sur l’écoulement du vent au-dessous de
500 m (1 600 ft). Dans ces cas, le vent qui redescend le versant sous le vent de la chaîne de montagnes fait
partie de la première (donc la plus forte) onde qui vient s’ajouter au fœhn habituel (voir § 3.2.10). Il peut en
résulter un vent de surface en rafales, très fort et remarquablement chaud et sec. Dans les cas extrêmes, on
a vu ces rafales dépasser 50 m/s (100 kt). La présence, au niveau du sol, d’une inversion marquée de la
température dans les basses couches peut empêcher ce vent d’atteindre la surface, ce qui provoque une
zone de cisaillement au sommet de la couche d’inversion. Dans les cas extrêmes, l’amplitude des ondes
peut suffire pour que, sous la première crête d’onde, et éventuellement sous les suivantes, se forment des
courants de tourbillon d’aval distincts, avec ou sans les nuages correspondants. Il arrive que ces courants
de tourbillon d’avant parviennent jusqu’au niveau du sol et changent la direction habituelle du vent de
surface (Figures 3-4 et 5-13). Les courants de tourbillon d’aval très forts sont parfois le siège de courants
66
ascendants ou descendants pouvant atteindre 25 m/s (5 000 ft/min) .
5.2.28
La prévision des vents catabatiques du genre fœhn normal et des ondes orographiques est
possible, mais il est souvent difficile de faire avec précision une prévision chiffrée de la vitesse effective des
vents et de l’intensité du cisaillement67,68. La présence de nuages lenticulaires et de nuages de tourbillon
d’aval est un indice certain de la présence d’ondes orographiques. En ce qui concerne les prévisions, il faut
élaborer une série de règles empiriques pour chaque lieu. Elles comprendront normalement, entre autres,
des critères fondés sur l’hypothèse :
a)
d’une vitesse critique du vent à la crête des montagnes (probablement supérieure à
7,5 m/s ou 15 kt), cette vitesse augmentant avec la hauteur ;
b)
d’une couche stable du côté sous le vent ou inversion au-dessous du niveau 600 hPa, le
plus souvent entre deux couches moins stables ;
c)
de vents légers dans la couche stable ;
Nuage
Ouest
Très fort vent
de tempête
descendante
Limite
continentale
Tourbillon
d’aval
Obstacle
40 km
Vents d’est
Forts vents d’ouest
Est
10 km
Figure 5-13. Coupe verticale schématique passant par Boulder, Colorado, États-Unis ;
situation observée le 24 janvier 1982 et considérée comme représentative du champ
d’écoulement moyen entre 0900 et 1800 MST. Bien que dans une zone
d’un kilomètre autour de Boulder les vents aient soufflé en général vers l’est,
de forts vents en direction de l’ouest ont été observés à 2 ou 3 km au-dessus du sol
dans les stratocumulus qui se formaient systématiquement juste à l’ouest de Boulder.
(D’après Zipser et Bedard, 1982 ; adaptation OACI)
26/9/08
21/2/11
o
NNo12
Chapitre 5.
Observation, prévision et compte rendu du cisaillement du vent dans les basses couches
5-47
d)
de la disparition de l’humidité sur le versant au vent de la chaîne de montagnes, par
précipitation ;
e)
d’une différence de pression par rapport au niveau de la mer, au droit de la chaîne de
montagnes.
Un nomogramme simple mais efficace de prévision de la formation et de l’intensité des ondes
orographiques peut être construit en tenant compte de la différence par rapport au niveau de la mer de la
pression atmosphérique au droit de la chaîne de montagnes en fonction de la vitesse du vent
perpendiculaire à cette chaîne69,70. Dans le cas de chaînes de montagnes orientées nord-sud, des ondes
orographiques marquées peuvent être provoquées par le passage d’un front froid.
5.2.29
Les prévisions de cisaillement du vent associé à des ondes orographiques seront traduites dans
la plupart des cas en messages SIGMET et/ou AIRMET. Les exigences visant la diffusion de ces messages
sont établies dans le Chapitre 7 de l’Annexe 3. En ce sens, l’Annexe 3, Appendice 6 — Spécifications
techniques relatives aux renseignements SIGMET et AIRMET, Avertissements aux aérodromes et avertissements relatifs au cisaillement du vent, § 4.2.8, définit également l’intensité des ondes orographiques comme
suit :
« Une onde orographique devrait être considérée :
a)
forte lorsqu’un courant descendant de 3,0 m/s (600 ft/min) ou plus et/ou une turbulence
violente est observée ou prévue ;
b)
modérée lorsqu’un courant descendant d’une force de 1,75-3,0 m/s (350-600 ft/min) et/ou
une turbulence modérée est observée ou prévue ».
Prévisions du cisaillement du vent lié à des vents catabatiques
5.2.30
Il est probable que ce type d’écoulement du vent présente un intérêt particulier dans le cas des
aérodromes situés dans une vallée. Ce type de phénomène se forme en particulier au cours de nuits calmes
avec ciel limpide, dans des conditions anticycloniques (voir § 3.2.7). Le lever et la force du vent catabatique
local peuvent normalement être prévus de façon raisonnablement précise d’après les règles empiriques
établies pour chaque lieu. En dehors de son importance évidente pour la prévision des variations du vent de
surface à l’aérodrome, et sauf en cas extrêmes, le vent catabatique ne constitue en soi normalement pas un
problème pour la plupart des aérodromes. Dans ces cas extrêmes, par exemple dans les régions où des
plateaux d’arrière-pays sont adjacents au littoral, en hiver notamment, dans des conditions fortement
anticycloniques, l’air du littoral est nettement plus chaud que l’air du plateau, qui est très froid. Si le gradient
de pression est tel qu’il oblige l’air froid à descendre le long des versants du plateau, des vents froids à très
fortes rafales soufflent de plus en plus fort sur la plaine côtière et sur la mer, atteignant parfois plus de
200 km/h (100 kt) (c’est le cas, par exemple, du « Bora » de l’Adriatique).
5.2.31
Un notable cisaillement du vent local (au-dessus du niveau du sol) dû aux vents catabatiques
normaux n’est probable que si l’inversion de surface qui se produit pendant la nuit est suffisamment forte
pour empêcher le mélange des masses d’air dans les couches inférieures de l’atmosphère71. Dans ces
conditions, un lac d’air froid stagnant se forme dans le fond de la vallée, empêchant éventuellement le vent
descendant qui lui fait suite d’atteindre la surface, ce qui le fait glisser le long du sommet de l’inversion. Il en
résulte une situation dans laquelle le vent au sol du front de la vallée est le plus souvent nul ou léger, tandis
qu’une zone de cisaillement se trouve au sommet de l’inversion (en général entre 75 m [250 ft] et 150 m
[500 ft] au-dessus du niveau du sol)72. Après le lever du soleil, l’inversion s’élève et s’affaiblit, la zone de
cisaillement s’élevant aussi. Au-dessus de l’inversion les vents augmentent souvent après le lever du soleil,
26/9/08
o
N 1
5-48
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
ce qui fait qu’à mesure que la zone de cisaillement du vent s’élève, ils peuvent aussi s’intensifier juste après le
lever du soleil. On peut inférer une estimation du cisaillement du vent d’après la différence vectorielle entre les
vents à la crête et au fond de la vallée. Tout déplacement d’air supérieur à 5 kt/30 m est susceptible d’avoir un
effet sensible sur les vols.
Prévisions du cisaillement du vent lié au courant-jet
dans les basses couches
5.2.32
Dans certaines conditions, un vent fort super-géostrophique se forme dans les basses couches,
en particulier dans les plaines continentales larges bordées de barrières montagneuses. Ce phénomène est
appelé « courant-jet dans les basses couches » car il naît sous forme d’une bande longue et étroite de vents
forts dont les lignes de courant et les isotaques ressemblent à celles des courants-jets que l’on rencontre
dans les couches supérieures de l’atmosphère. Selon la description du § 3.1.5, l’axe du courant-jet de
basses couches se situe en général au-dessous de 500 m (1 600 ft), mais il tend à s’élever peu à peu après
s’être formé. La formation de ce courant dépend d’un certain nombre de facteurs, le plus important étant le
refroidissement nocturne qui se produit rapidement à la surface. Cela étant, ce processus survient après le
73
coucher du soleil et le phénomène atteint son maximum à peu près au moment du lever du soleil , à des
heures locales qui, selon la longitude de l’aérodrome, peuvent ou non coïncider avec les renseignements
détaillés sur la température et le vent à basse altitude fournis par des sondes radiovent lâchées entre 0000
et 1200 UTC. L’emploi de SODAR Doppler est particulièrement indiqué pour suivre l’évolution de l’inversion
de basses couches et mesurer le gradient du vent à basse altitude, heure après heure, juste au-dessus de
l’aérodrome (voir § 5.1.18).
5.2.33
Un certain nombre de règles empiriques de prévisions ont été élaborées pour les besoins des
aérodromes soumis aux courants-jets dans les basses couches. Si des renseignements sont fournis par une
sonde radiovent locale à peu près au moment de la formation d’un tel courant, on peut alors élaborer des
58
règles relativement détaillées. Sinon, on peut appliquer les règles générales que Badner propose pour les
États-Unis, à savoir :
26/9/08
21/2/11
o
NNo12
a)
La couverture de nuages devrait être limitée, le réchauffement diurne donnant lieu dans
l’après-midi à un gradient thermique instable à proximité du sol. Une inversion aux
environs du niveau 850 hPa est souhaitable pour que l’instabilité en basses couches soit
contenue. Ces conditions peuvent être déterminées d’après le précédent sondage radiovent et la température maximale de l’après-midi.
b)
Les vents au sol devraient souffler du secteur sud à une vitesse géostrophique proche de
celle déterminée d’après l’espacement des isobares tracées sur les cartes de surface de
l’après-midi, donc égale ou supérieure à 40 km/h (≥ 20 kt). Le gradient de pression ne
devrait pas devenir inférieur à celui qui correspond à un espacement suffisant pour
susciter pendant la nuit un vent d’une vitesse maximale de 40 km/h (20 kt).
c)
La vitesse du vent devrait, au-dessus de l’inversion de la couche la plus basse de 900 m
(3 000 ft), diminuer selon la hauteur vers l’heure du coucher du soleil. Le fait peut ressortir
à l’évidence des derniers renseignements disponibles sur les vents en altitude.
d)
On peut déterminer la différence vectorielle approximative entre, d’une part la direction et
la vitesse du vent au sol observé vers l’heure du coucher du soleil, d’autre part la direction
mesurée géostrophiquement et enfin le produit de 1,5 fois la vitesse mesurée d’après le
gradient de pression sur la dernière carte d’analyse disponible de surface. Si la différence
vectorielle dépasse 30 kt, il peut y avoir un cisaillement du vent important. On part ensuite
Chapitre 5.
Observation, prévision et compte rendu du cisaillement du vent dans les basses couches
5-49
ensuite de l’hypothèse qu’une différence vectorielle de 15 m/s (30 kt) dans la couche
située entre le niveau d’observation du vent au sol et la hauteur présumée du courant-jet
de basse couche, soit 360 m (1 200 ft), est nécessaire pour donner lieu à une diminution
moyenne
du
cisaillement
vertical
du
vent
de
2 m/s
(4
kt)/30
m,
30 kt
30
= 30 ×
= 30 × 0,86 = 26 kt/30 m. Ce cisaillement moyen dans la couche de
350 m
350
350 m d’épaisseur permet d’inférer que le phénomène sera au moins deux fois plus fort
dans celle des 90 premiers mètres (300 ft).
PRÉVISION DU CISAILLEMENT TRANSITOIRE DU VENT
Prévision du cisaillement du vent associé aux nuages de convection
Généralités
5.2.34
Le cisaillement du vent dans les basses couches associé aux nuages de convection, et
particulièrement aux cumulonimbus parvenus à maturité, est d’une importance considérable en aviation
mais il est extrêmement difficile à prévoir. La présence de nuages de convection, notamment de ceux qui
peuvent donner lieu à des orages, est naturellement une condition nécessaire mais, en ce qui concerne le
cisaillement du vent dans les basses couches, elle n’est pas une condition suffisante. La grande diversité de
types de cisaillement du vent dans les basses couches qui peuvent être associés aux orages et constituer
une cause de préoccupation en aviation, fait l’objet d’une description détaillée dans la section 3.5, qui porte
notamment sur les fronts de rafales, les rafales descendantes, les microrafales et les tornades. Cependant,
les orages n’engendrent pas nécessairement tous un pareil cisaillement du vent alors que des nuages de
convection sans caractère orageux peuvent en engendrer.
5.2.35
Si l’arrivée au voisinage d’un aérodrome de nuages de convection, et particulièrement de
nuages d’orage, est prévue, le cisaillement du vent dans les basses couches associé à la présence de
cumulus et de cumulonimbus est de toute évidence une possibilité que les pilotes devraient envisager. Si de
violents orages, organisés en ligne ou en vastes régions de foyers orageux, sont prévus, la probabilité d’un
cisaillement du vent dans les basses couches, avec l’une ou plusieurs des manifestations dont il a été
question ci-dessus, augmente notablement. Cependant, les manifestations les plus extrêmes de l’orage,
telles que les microrafales et les tornades qui pourraient théoriquement accompagner tout orage violent,
tendent à se faire sentir principalement dans certaines parties du monde qui semblent particulièrement
propices à leur développement. La prévision de la formation des foyers orageux constituait déjà l’une des
tâches les plus importantes du météorologiste et les techniques de prévision nécessaires sont bien
connues ; à l’échelle synoptique surtout, elles donnent raisonnablement satisfaction. La prévision locale des
gros orages a suscité une recrudescence d’efforts au cours de la dernière décennie, principalement en
raison de la menace qu’ils font peser sur la vie humaine et les dégâts considérables que laissent sur leur
passage les vents violents, les pluies torrentielles, la grêle et les tornades qui leur sont associés. Les
techniques en cours de mise au point effacent rapidement les distinctions entre observations et prévisions
parce que les unes et les autres sont dans une large mesure basées sur la connaissance détaillée, minute
par minute, de l’état de l’atmosphère en un lieu donné, et la « prévision » qui en résulte peut, dans les cas
limites, ne pas constituer autre chose qu’un « avertissement » valable pour quelques minutes. Ces
techniques maintenant connues sous le terme générique de « nowcasting », ont été définies comme suit par
74
Browning :
L’expression « prévisions à échéance immédiate » définit une méthode de prévision locale fondée
essentiellement sur les observations avec, quand il y a lieu, utilisation des données du moment,
méthode dans laquelle la détection joue un rôle essentiel… Les phénomènes météorologiques qui
26/9/08
21/2/11
oo
NN 2 1
5-50
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
font l’objet d’une prévision immédiatement valable sont ceux qui sont associés aux systèmes à
échelle moyenne. L’échelle moyenne se situe entre l’échelle synoptique et l’échelle des cumulus,
d’où son nom. Elle peut porter sur n’importe quelle distance comprise entre quelques kilomètres et
plusieurs centaines de kilomètres, avec des échelles de temps se situant entre l’heure et le jour. Les
fronts, les systèmes orageux et diverses sortes d’effets orographiques peuvent tous se produire à
l’échelle moyenne.
L’Organisation météorologique mondiale (OMI) 75 a défini la « prévision à échéance immédiate » comme
formant un sous-ensemble des « prévisions à courte distance » et comme étant « une description du temps
présent et une prévision portant sur une période de zéro à deux heures ». C’est, en substance, une reprise
de la définition des « prévisions d’atterrissage d’après les tendances », dont fait état le Chapitre 6 de
l’Annexe 3, qui considère les prévisions à échéance immédiate comme particulièrement bien adaptées aux
besoins de l’aviation.
5.2.36
Dans le cas des orages violents et/ou des orages organisés en ligne ou en zones (ces deux
derniers types d’orage pouvant aussi comprendre des orages « violents » isolés), les techniques de
prévisions locales efficaces de l’évolution (variation d’intensité et d’étendue) et du déplacement de l’orage,
qu’il s’agisse d’une « prévision à échéance immédiate » ou de toute autre prévision, sont en général
fondées sur les renseignements provenant de l’une ou de chacune des sources suivantes :
a)
observation visuelle directe ;
b)
radar météorologique (depuis les radars isolés de 3 cm jusqu’aux réseaux organisés de
radars de 10 cm) ;
c)
observations synoptiques et messages d’observation d’aéronefs ;
d)
observations diffusées continuellement, en temps réel, par des systèmes d’observation à
échelle intermédiaire (y compris celles qui proviennent d’installations automatisées
implantées en des lieux d’une importance « stratégique ») ;
e)
fréquence et/ou densité accrues des lâchers de sondes radiovent et/ou de ballons-pilotes ;
f)
données des satellites météorologiques, notamment des photographies de la nébulosité
diffusées toutes les demi-heures en même temps que la répartition de la vapeur d’eau et
les coupes verticales de température et d’humidité ;
g)
radar Doppler (y compris installations en batteries) ;
h)
SODAR ;
i)
système de détection et de localisation des éclairs en temps réel ;
j)
traitement et affichage automatique en temps réel des données provenant des sources
76
ci-dessus .
Prévisions des rafales, des fronts de rafale, des rafales descendantes,
des microrafales et des tornades
5.2.37
On peut s’attendre à ce que, sans exception, tous les orages suscitent des rafales dans le vent de
surface. Un certain nombre de règles de prévisions empiriques permettent de prévoir la vitesse maximale
26/9/08
21/2/11
o
NNo12
Chapitre 5.
Observation, prévision et compte rendu du cisaillement du vent dans les basses couches
5-51
de ces règles étant fondées sur l’estimation de la différence entre la température à la surface avant et après le
début de manifestation du rabattant à rafales provenant de l’orage. L’une de ces méthodes, celle de Fawbush
et Miller, consiste à utiliser les derniers sondages représentatifs disponibles enregistrés sur un diagramme
thermodynamique standard (par exemple un téphigramme). Les températures du thermomètre humide sont
calculées et pointées jusqu’à l’isotherme 0 °C. Le point auquel la courbe des températures du thermomètre
humide atteint 0 °C (parfois appelée « niveau de congélation déterminée au thermomètre humide ») est réduit
à la surface par recoupement d’une courbe de température adiabatique saturée. La température de ce point
est alors soustraite de la température observée en surface ou de la température prévue avant le début
de l’orage. La différence est proportionnelle à la rafale maximale, comme l’indique le graphique de la
g,77
Figure 5-14 . La prévision de la direction des rafales est un peu plus difficile, mais en général la direction
moyenne du vent dans la couche située entre 700 et 600 hPa en donne une bonne indication. L’observation
du déplacement de l’orage sur les radars aide souvent à estimer la direction probable des rafales78. Une fois la
rafale maximale probable prévue, il n’est bien sûr pas certain que cette rafale soufflera sur l’une ou l’autre des
zones particulières situées sur le passage de l’orage (par exemple à l’aérodrome).
50
Température de surface moins température du courant descendant (°F)
45
40
35
30
25
20
15
10
5
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
Rafale max. probable (kt)
Figure 5-14.
g.
Prévisions empiriques des rafales maximales probables
(D’après George, 1960)
Que l’on désigne parfois comme l’indice delta T.
21/2/11
26/9/08
o
NNo 12
5-52
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
5.2.38
Les règles empiriques servant à prévoir les rafales d’orages, qui sont définies dans le
paragraphe précédent, s’appliquent généralement à la zone située immédiatement aux alentours de la
masse d’air orageuse. Les orages violents et les orages de front, ou les lignes de grains, donnent
généralement lieu à un système mieux organisé, propageant des rafales sur ce qu’on appelle un « front de
rafales » ; la vitesse de celles-ci y est beaucoup plus élevée, et ce front peut se trouver jusqu’à 35 km
(19,5 NM) en avant de la tempête ou de la ligne de grains à laquelle il est associé (voir § 3.5.2). Les rafales
dues à des orages proviennent de courants descendants froids qui pénètrent la base des nuages,
accompagnés ou non de fortes averses. Le front de rafales résulte surtout de forts courants descendants
qui atteignent le sol et qui, lorsque les vents divergents à la surface sont d’une intensité telle qu’ils peuvent
provoquer des dommages, sont définis par Fujita comme étant des « rafales descendantes » (voir § 3.5.3).
Il est difficile de prévoir la vitesse maximale probable d’une rafale due à un front de rafales, mais si la
vitesse et l’orientation de ce front peuvent être établies par les stations d’observation se trouvant sur son
passage, ou grâce à des radars, la vitesse maximale perpendiculaire au front de rafales sera, à proximité du
sol, environ 1,5 fois celle de la vitesse du front de rafales. Il est également difficile de savoir si un orage
produira effectivement des fronts de rafales. On a suggéré d’utiliser comme critères les échos radar
supérieurs à 40 dBZ (soit l’équivalent d’une averse dont l’accumulation est de plus d’un pouce par heure)79.
Les techniques de prévision de la formation des rafales descendantes dont il est question ci-après peuvent
aussi s’appliquer, étant donné que ces rafales annoncent un front de rafales. Il faut toujours s’attendre à des
fronts de rafales devant les lignes de grain ou en provenance des zones organisées d’orages actifs. Comme
il est indiqué aux § 3.5.10 et 5.1.5, le front de rafales apparaît parfois sur les radars météorologiques
classiques, notamment sur les radars de 10 cm conçus pour recevoir des échos plus faibles que la normale
(≤ 10 dBZ). En suivant ces échos radar, on peut faire des prévisions très précises ; malheureusement, tous
les fronts de rafales ne produisent pas des échos aussi faciles à identifier. L’observation par satellites
météorologiques des nuages en rouleaux des fronts de rafales (voir § 5.1.6 et Figure 5-13), bien que plutôt
rare, peut aussi servir à l’élaboration d’une prévision précise. L’utilisation d’un réseau de capteurs de vent
sur le périmètre d’un aérodrome pour détecter les fronts de rafales, comme par exemple dans le LLWAS
installé sur de nombreux aéroports des États-Unis, est décrite en détail aux § 5.1.7 à 5.1.14. Ce système,
conçu à l’origine pour fournir des avertissements à court terme sur les fronts de rafales qui traversent un
aérodrome, fonctionne bien.
5.2.39
Les techniques actuelles de « prévision à échéance immédiate », qui servent à prévoir les
orages susceptibles de produire des rafales descendantes (et donc des fronts de rafales), des microrafales
et des tornades, dépendent dans une large mesure de l’interprétation des caractéristiques des échos du
radar classique, c’est-à-dire sans effet Doppler, et des photographies infrarouges des sommets de nuages
transmises par les satellites météorologiques géostationnaires. Les caractéristiques des échos du radar
classique suscités par des orages violents ont été analysées depuis les années 1950 et la série des types
identifiables comprend maintenant, entre autres, les « échos longs », les « échos à crochet », les « échos
en arc », ainsi que les zones possibles de rafales descendantes, qui sont présentés schématiquement79
dans la Figure 5-15 a), et l’évolution caractéristique des diverses phases des échos radar, de même que
l’emplacement des rafales descendantes sont indiqués à la Figure 5-15 b). Le concept d’« écho en fer de
lance » a été introduit par Fujita et Byers dans leur analyse (1976) des aspects météorologiques de
l’accident de l’aviation d’Eastern Airlines, survenu en juin 1975 à l’aéroport international John F. Kennedy.
Les images en plan et en élévation d’un « écho en fer de lance » sont présentées schématiquement dans la
Figure 5-1680; il faut comparer aussi ce schéma à la Figure 3-11. Les images obtenues par photographie
infrarouge en plan et en élévation des sommets de nuages caractéristiques des orages qui produisent des
rafales descendantes sont reproduites à la Figure 5-1779. Il n’est pas toujours facile d’identifier ces genres
d’échos radar dont l’absence ne signifie assurément pas que des orages violents ne sont pas en train de se
former. Pour tout détail concernant l’interprétation et la prévision de tempêtes violentes au moyen de ces
techniques, il faut se reporter aux références 49, 70 et 74 à la fin du présent chapitre.
5.2.40
Comme nous l’avons indiqué au § 5.1.37, l’ITWS est composé de plusieurs produits, dont la
plupart tomberaient sous la catégorie des prévisions à échéance immédiate. Le travail de Browning sur l’état
26/9/08
o
N 1
Chapitre 5.
Observation, prévision et compte rendu du cisaillement du vent dans les basses couches
5-53
Échos à crochet et en arc
Écho en arc
Écho à crochet
Noyau réfléchissant
Emplacement possible
de rafales descendantes
a) Échos à crochet et en arc communément observés en présence de rafales
descendantes. Un réseau d’ondes d’échos en ligne (LEWP) comprend souvent
un écho en arc qui se déplace rapidement. L’intérieur d’un écho en arc présente
fréquemment une réflectivité maximale à gauche du centre de l’arc.
Écho en arc
Écho en virgule
Rafale
descendante
Arc
DB
DB
Anticyclonique
A
B
C
nne
cie
An
DB
Virgule
ue
que
D
n
cie
An
ne
Virgule
e
eu
qu
ueue
DB
DB
DB
qu
eu
e
Crochet
Arc
Tête
Tête tournante
Nouv
elle q
Cyclonique
Grosse
queue
intense
No
uve
lle
Écho
E
b) Aspect caractéristique des échos radar associés à des rafales descendantes fortes et de dimensions importantes. Certains
échos en arc se résorbent pour se transformer en échos en virgule. Pendant la période des plus fortes rafales descendantes,
l’écho prend souvent la forme d’un fer de lance ou d’un croc pointé dans le sens du déplacement. (« DB » indique
l’emplacement de la rafale descendante.)
Figure 5-15.
Caractéristiques des échos radar que suscitent les rafales descendantes
(D’après Fujita, 1978 ; adaptation de l’OACI)
26/9/08
o
N 1
5-54
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
Écho en fer de lance
Centre du
courant
ascendant
Nouveau
Mûr
Ancien
Figure 5-16. Vue en plan du modèle
d’écho en fer de lance présenté par Fujita-Byers
(D’après Fujita, 1976)
Enclume ovale
Enclume ventilée
oi d
Fr
Vent
max
imal
en
moy
Vent
Ven
tm
id
Fro
C
TROU
axi
ma
l
E
BAND
Froid
en
moy
t
n
Ve
TBB à l’intérieur et à l’extérieur du TROU
Extérieur
TROU
TBB à l’intérieur et à l’extérieur de la BANDE
°C
–70
Vent moyen
Vent moyen
BAND
Extérieur
E
–60
Intérieur
Rafale
descendante
–50
Rafale
descendante
Intérieur
Figure 5-17. Schéma indiquant la répartition et le gradient vertical de la température
au sommet des nuages. Vent moyen indiquant le vent dans la couche moyenne
de 0 à 3 km ou 3 à 6 km en-dessous de la hauteur du vent maximal
près du niveau de l’enclume. Description fondée sur les analyses
des photographies à l’infrarouge de quatre cas de rafales descendantes.
(D’après Fujita, 1978 ; adaptation de l’OACI)
26/9/08
o
N 1
Chapitre 5.
Observation, prévision et compte rendu du cisaillement du vent dans les basses couches
5-55
actuel des prévisions à échéance immédiate et les progrès prévus dans ce domaine, qui a été publié en
198374, a été effectué dans une large mesure avec des systèmes ITWS et autres systèmes météorologiques
intégrés d’observation, de prévision et d’avertissement.
5.3
MESSAGES D’OBSERVATION DE CISAILLEMENT DU VENT
GÉNÉRALITÉS
5.3.1
Les deux premiers paragraphes de l’énoncé des besoins opérationnels qui figure à l’Appendice 1 traitent de la nécessité de transmettre aux pilotes des renseignements sur le cisaillement du vent et la
turbulence dans les basses couches. À première vue, les moyens utilisés pour fournir aux pilotes les
renseignements disponibles sur le cisaillement du vent ne semblent pas beaucoup différer de ceux qui
servent à le renseigner sur tous les autres phénomènes météorologiques dangereux des basses couches.
L’expérience a cependant montré qu’il présente plusieurs difficultés inhabituelles. Il y a plusieurs raisons à
cela et, pour donner à tous les membres du personnel d’exploitation un aperçu de ces difficultés, il est utile
de les examiner ici.
5.3.2
Actuellement, les renseignements sur le cisaillement du vent dans les basses couches aux
abords des aérodromes peuvent être obtenus à partir des comptes rendus transmis par les pilotes au
décollage et à l’atterrissage, des messages d’observations visuelles directes au sol, des prévisions établies
d’après des renseignements météorologiques généraux ou des instruments ou systèmes d’instruments
spécialisés installés à cette fin sur un aérodrome. Le processus de transmission des renseignements sur le
cisaillement du vent est indiqué schématiquement à la Figure 5-18. Pour l’essentiel, ces renseignements
devraient aussi s’appliquer à tous les autres phénomènes météorologiques dangereux des basses couches
qui sont signalés par les pilotes ou à leur intention.
5.3.3
Les raisons des difficultés particulières que pose la communication aux pilotes de renseignements sur le cisaillement du vent peuvent être considérées comme relevant des deux principaux éléments
suivants : le « facteur temps » et la « terminologie ». Le « facteur temps » est important parce que la plupart
des cas dangereux de cisaillement du vent dans les basses couches sont de nature transitoire et comme
tels peuvent être associés à n’importe quel nuage de convection, mais plus particulièrement à ceux des
orages. La durée des microrafales (la manifestation « invisible » la plus dangereuse du cisaillement du vent
par temps d’orage) est en général inférieure à 15 minutes. Durant la réalisation du projet JAWS, la moitié
des 40 microrafales examinées par radar Doppler ont, après détection initiale, atteint leur intensité maximale
en moins de 5 minutes, tandis que 95 % d’entre elles sont parvenues à cette intensité maximale moins de
10 minutes après que le courant divergent ait atteint le sol (voir § 3.5.16 et Figure 3-16). Certaines se
dissipaient dans les 5 à 10 minutes, la différence de la vitesse maximale du vent sur toute la longueur de la
microrafale passant de 12,5 à 25 m/s (25 à 50 kt) durant cette période. Il s’agit de phénomènes à petite
échelle dont le diamètre, de 1,8 km seulement lorsqu’ils sont détectés pour la première fois, n’atteint en
moyenne que 3,1 km en 6,4 minutes environ. On se rend compte d’après ce qu’on vient de lire de la
difficulté que présente le « facteur temps » ; pour être valables, les messages d’observation des pilotes et
les avertissements ou alertes concernant un cisaillement du vent doivent être transmis aux aéronefs dans
les plus brefs délais possibles.
5.3.4
Les difficultés de terminologie proviennent en grande partie de la complexité intrinsèque du
sujet et du manque d’équipement opérationnel capable de détecter le cisaillement du vent et de le mesurer
en unités et en classes d’intensité permettant à un pilote de se représenter facilement l’influence du
phénomène sur le comportement de son avion. Le fait d’aviser un pilote de la présence, par exemple, de
« pluies se congelant » dans la trajectoire d’approche le renseigne suffisamment pour qu’il prenne les
26/9/08
21/2/11
oo
NN 21
5-56
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
« D », etc.
L’aéronef « C » suivant
L’aéronef « A »
rencontre et signale
un cisaillement du
vent à l’atterrissage
ou au décollage
Les aéronefs sur la même
fréquence que « A » entendent
le message d’observations
adressé à l’organisme ATS
e
td t
en ven
em du
iss nt
ert e
Av illem ions
a
t
t
cis
rva en
se u v
’ob t d
e d en
ag m
ss aille
Me e cis
d
d Me
de ’obs ssa
cis erv ge
du aille atio s
ve me ns
nt nt
A
cis vert
ail iss
lem em
en en
t d ts
u v de
en
t
Organisme ATS
Organisme MET
prépare
avertissements
de cisaillement
du vent
Figure 5-18.
L’aéronef « B » suivant
reçoit un message
d’observations et/ou
des avertissements de
cisaillement du vent
ns
s
ti o e
a
on
i
v
t
d
r
s e ts
rva nt
se u ve d’ob men ent
b
o
v
d
se u
t
d’
es
es en ag rtis t d
ag illem ess ave men
s
s
a
M /ou ille
Me e cis
et cisa
d
Émission ATIS
Renseignements
sur le
cisaillement
du vent inclus
Systèmes
d’avertissement
au sol spécialisés
Renseignements
météorologiques
généraux
Diffusion des renseignements sur le cisaillement du vent
entre météorologues, services ATS et pilotes
mesures appropriées. Le fait d’aviser un pilote qu’un « cisaillement du vent » est prévu ou signalé dans la
trajectoire d’approche a au moins l’avantage de le mettre en garde mais provoque aussi toute une série de
questions subsidiaires dans son esprit, par exemple de quel type de cisaillement s’agit-il, quelle est son
intensité, sa hauteur, etc. Ce ne sont pas là des questions sans intérêt car les mesures que le pilote devrait
prendre dépendent des réponses qui y seront données.
5.3.5
Deux exemples des difficultés de terminologie suffiront à illustrer ce point. Comme il est indiqué
dans le Chapitre 4, le cisaillement du vent peut soit améliorer les performances apparentes de l’aéronef
(vent debout en augmentation, vent arrière en diminution, courants ascendants), soit les diminuer (vent
26/9/08
o
N 1
Chapitre 5.
Observation, prévision et compte rendu du cisaillement du vent dans les basses couches
5-57
debout en diminution, vent arrière en augmentation, courants descendants). Que pourrait-il y avoir de plus
simple, de plus direct et de plus informatif que de désigner alors le phénomène respectivement comme un
« cisaillement du vent positif » et un « cisaillement du vent négatif » ? Du point de vue théorique, l’idée est
séduisante et opportune, et, du point de vue des pilotes, ces expressions permettent d’établir un lien
immédiat avec le comportement possible d’un avion, quel qu’il soit. Malheureusement, l’expression
« negative wind shear » signifie aussi « pas de cisaillement du vent » et risque donc d’être mal interprétée,
ce qui pourrait avoir des conséquences désastreuses. Même en ajoutant un mot supplémentaire comme
« type », ce qui donnerait « negative-type wind shear », pour pallier cette difficulté, on ne serait pas à l’abri
de tout risque d’erreur, car le mot « type » pourrait soit ne pas être entendu, soit finir par être omis du fait de
la tendance instinctive à raccourcir les expressions utilisées en radiotélécommunications. D’autres
expressions ont été proposées par l’ancien Groupe d’étude de l’OACI sur le cisaillement du vent et la
turbulence dans les basses couches (WISTSG) ; ce sont respectivement « overshoot effect » (effet
d’allongement) et « undershoot effect » (effet de raccourcissement). Ce sont là des expressions plus
longues bien sûr, mais les pilotes les comprennent immédiatement. À l’origine, ces expressions présentaient
en anglais une difficulté car en entendant le mot « overshoot », un pilote risquait de penser que l’ATC lui
donne une instruction de remise des gaz. Cette possibilité d’erreur a maintenant été éliminée grâce à
l’introduction par l’OACI des expressions « missed approach procedure » et « go around ».
5.3.6
La difficulté de résolution du problème de la classification des intensités de cisaillement du vent,
question débattue aux § 5.2.5 à 5.2.14, tient à ce que l’utilisation de qualificatifs tels que « léger »,
« modéré », « fort » et « très fort », qui sont fondés sur des critères quantitatifs convenus, n’est actuellement
pas recommandée dans l’Annexe 3, Chapitre 7, en fait de transmission d’avertissements et d’alertes relatifs
au cisaillement du vent. Les « critères provisoires d’indication du cisaillement du vent » recommandés par la
cinquième Conférence de navigation aérienne (Montréal, 1967) existent en tant qu’éléments indicatifs et
peuvent être utilisés à la discrétion des États, étant bien entendu que s’ils présentent un certain nombre
d’inconvénients, une récente analyse des données générales sur le cisaillement du vent, effectuée par le
RAE a montré qu’au moins en ce qui concerne le cisaillement des composantes horizontales du vent, ces
critères sont probablement assez sûrs81 [voir Tableau 5-4 et § 5.2.6, alinéa e), respectivement].
COMPTES RENDUS DE CISAILLEMENT DU VENT PAR LES PILOTES
5.3.7
Étant donné le manque actuel d’équipements de détection à distance capables de déceler et de
mesurer le cisaillement du vent dans les basses couches, les renseignements sur le phénomène dans la
plupart des aérodromes sont en grande partie fondés sur les comptes rendus des pilotes, ce dont
l’Annexe 3 prend effectivement acte (Chapitres 4 et 7). Ces comptes rendus des pilotes doivent être
transmis conformément aux dispositions du § 5.6 (Chapitre 5) de l’Annexe 3. Étant donné qu’il peut s’agir de
la seule source d’information, les comptes rendus sur le cisaillement du vent par les pilotes revêtent une
importance capitale car ils peuvent contribuer à protéger d’autres aéronefs. Idéalement, les pilotes devraient
fournir le maximum de renseignements pour aider les autres pilotes à évaluer l’influence probable du
cisaillement du vent sur leurs propres appareils. Cependant, il faut tenir compte du fait qu’un cisaillement du
vent est un phénomène dont les manifestations dynamiques imposent pendant une durée très courte une
lourde charge de travail dans le poste de pilotage, et il est donc peu réaliste d’attendre dans tous les cas un
compte rendu détaillé de la part des pilotes.
5.3.8
Des éléments indicatifs destinés à aider les pilotes à formuler leurs comptes rendus de
cisaillement du vent ont été élaborés avec la collaboration de l’ancien Groupe d’étude WISTSG. Ces
éléments sont fondés sur l’hypothèse que les pilotes fourniront autant de renseignements pertinents que
possible, compte tenu de la charge de travail dans le poste de pilotage au moment de l’événement, et qu’ils
disposent donc du temps et de la possibilité matérielle d’établir et de transmettre le compte rendu, et aussi
de l’équipement de bord spécialisé permettant de recueillir les renseignements voulus. Compte tenu de ces
particularités, les comptes rendus des pilotes devraient contenir les renseignements suivants :
26/9/08
o
N 1
5-58
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
a)
Une description aussi concise que possible du phénomène, avec emploi de l’expression
« cisaillement du vent » et une évaluation subjective de l’intensité de celui-ci au moyen des
qualificatifs « léger », « modéré », « fort » et « très fort », selon le cas. (Méthode comparable
à la description du cisaillement du vent à l’aide d’une échelle [subjective] de 1 à 10, d’après
les réactions de l’aéronef dans le cisaillement.) Autre solution possible, le compte rendu des
faits en langage clair (le pilote s’exprimant alors spontanément) qui peut porter sur les
variations de la vitesse propre et de la vitesse-sol, ainsi que sur les effets du phénomène sur
la trajectoire (allongement ou raccourcissement) ou, quand les circonstances obligent à une
extrême concision, la simple mention « cisaillement du vent ».
b)
Le type de l’aéronef, conformément à l’Annexe 3, Chapitre 5.
c)
La hauteur ou les limites de hauteur à laquelle ou entre lesquelles le cisaillement du vent
s’est manifesté.
d)
La phase du vol, si les circonstances ne la rendent pas évidente.
e)
Les renseignements météorologiques et/ou opérationnels détaillés qui découlent des
circonstances. À cet égard, les pilotes, qui disposant de systèmes de navigation appropriés, lorsqu’ils sont exposés au cisaillement du vent devraient, si possible, communiquer
d’autres renseignements intéressants, par exemple les variations significatives de la
direction et/ou de la vitesse du vent.
5.3.9
Des éléments indicatifs sur la terminologie relative au cisaillement du vent qu’il est recommandé
d’utiliser dans les communications air/sol ont aussi été élaborés avec la collaboration de l’ancien Groupe
d’étude WISTSG. Les comptes rendus formulés en tenant compte des éléments indicatifs dont il s’agit se
présentent comme suit :
a)
comptes rendus minimaux dans lesquels on ne dispose pas de suffisamment de temps
et/ou de renseignements pour donner de plus amples détails :
« [indicatif d’appel] WIND SHEAR B737 ON APPROACH (RWY36) » ; ou
« [indicatif d’appel] STRONG WIND SHEAR B737 ON APPROACH (RWY36) » ; ou
« [indicatif d’appel] WIND SHEAR A340 ON APPROACH ( RWY28) » ; ou tout simplement
« [indicatif d’appel] WIND SHEAR » ;
b)
compte rendu plus détaillé si l’on dispose de suffisamment de temps et de renseignements :
« [indicatif d’appel] MODERATE WIND SHEAR B747 AT 150FT ON APPROACH
(RWY36) LOST 10KT (AIRSPEED) » ; ou
« [indicatif d’appel] STRONG WIND SHEAR B747 UNDERSHOOT EFFECT BETWEEN
300FT AND 600FT TEMPORARILY UNABLE MAINTAIN CLIMB ON DEPARTURE
(RWY13) »; ou
« [indicatif d’appel] STRONG WIND SHEAR A320 ON APPROACH ( RWY26) WIND
350 DEGREES 45KT AT 500FT BECOMING 230 DEGREES 10KT AT 200FT ».
26/9/08
21/2/11
o
NNo12
Chapitre 5.
Observation, prévision et compte rendu du cisaillement du vent dans les basses couches
5-59
MESSAGE D’OBSERVATION D’UN CISAILLEMENT DU VENT TRANSMIS
PAR LES SERVICES DE LA CIRCULATION AÉRIENNE
5.3.10
Comme il est indiqué à la Figure 5-18, les organismes ATS constituent un indispensable relais
de communications entre aéronefs et entre aéronefs et services météorologiques. Lorsqu’il reçoit d’un pilote
un compte rendu « cisaillement du vent », l’organisme ATS intéressé devrait :
a)
transmettre immédiatement le compte rendu aux autres aéronefs concernés ;
b)
inclure le compte rendu dans un message du service automatique d’information de région
terminale (ATIS), le cas échéant ;
c)
transmettre le compte rendu à l’organisme MET qui lui est associé.
5.3.11
Des comptes rendus de cisaillement du vent communiqués par les pilotes et, de façon générale,
de la communication des renseignements sur le cisaillement du vent aux pilotes sont abordés dans les
Procédures pour les services de navigation aérienne — Gestion du trafic aérien (Doc 4444, PANS-ATM),
§ 6.4.1, 6.6 et 7.3.1.2.2. Un compte rendu de pilote devrait être transmis sans modification du contenu, mais
les renseignements pratiques connus qui n’y figurent pas devraient y être ajoutés, (par exemple le type
d’aéronef, la piste, etc.). Les comptes rendus devraient être transmis dans l’ordre normal ci-après, leur
contenu dépendant de l’abondance de détails des renseignements fournis dans le compte rendu initial :
a)
cisaillement du vent — identificateur ;
b)
type d’aéronef — ajouté s’il ne figure pas dans le compte rendu initial ;
c)
description des faits — pas de modification au compte rendu émanant du pilote ;
d)
hauteur à laquelle le cisaillement du vent s’est manifesté — pas de modification au compte
rendu émanant du pilote ;
e)
phase de vol — pas de modification au compte rendu émanant du pilote ;
f)
piste — précisée si elle ne figure pas dans le compte rendu initial ;
g)
heure de rencontre du phénomène — pas de modification au compte rendu émanant du
pilote ;
h)
renseignements météorologiques et opérationnels — pas de modification au compte rendu
émanant du pilote.
Exemple de compte rendu :
« WIND SHEAR B747 REPORTED STRONG WIND SHEAR AT 300FT ON APPROACH RWY27 AT
0937 MAX THRUST REQUIRED ».
5.3.12
L’inclusion, dans les messages ATIS, des renseignements disponibles sur les phénomènes
météorologiques significatifs (notamment le cisaillement du vent) dans les phases d’approche, de décollage
et de montée, est examinée à l’Annexe 11, Chapitre 4.
5.3.13
La transmission de comptes rendus en vol relatifs au cisaillement du vent par les organismes ATS
aux centres météorologiques associés est abordée au § 4.12.6 des PANS-ATM. C’est à partir de ces comptes
rendus que les centres météorologiques préparent les avertissements de cisaillement du vent (voir § 5.3.4).
21/2/11
26/9/08
oo
NN 12
5-60
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
5.3.14
L’énoncé des besoins opérationnels qui figure à l’Appendice 1, § 2.1, alinéa a), fait état de la
nécessité, pour les pilotes, de recevoir des renseignements sur les variations du vent de surface le long de
la piste. Un cisaillement horizontal du vent le long de la piste, indiqué par le fait que les divers anémomètres
signalent un vent de surface très variable, peut être provoqué par l’écoulement de l’air autour de bâtiments,
par des fronts de masses d’air, des fronts de brise de mer et des fronts de rafales, etc. ; il peut présenter
des difficultés pour les pilotes au moment du toucher des roues et de la course à l’atterrissage ou au
décollage (voir Chapitre 4). En ce qui concerne les aérodromes sujets à ce phénomène, le § 4.1.1.2 de
l’Appendice 3 de l’Annexe 3 recommande l’implantation de plusieurs capteurs. Selon les PANS-ATM, les
renseignements sur le vent de surface et ses variations significatives devraient être :
a)
transmis aux avions par le contrôle d’approche dès la première communication, puis au
début de l’approche finale (Chapitre 6) ;
b)
transmis par le contrôle d’aérodrome aux avions avant leur entrée dans le circuit de
circulation (Chapitre 7) ;
c)
transmis par le contrôle d’aérodrome aux avions avant la circulation au sol et le décollage
(Chapitre 7) ;
d)
mis à la disposition des centres de contrôle régional et des centres d’information de vol
concernés pour transmission aux avions supersoniques (Chapitre 9).
À cet égard, « changement » de vent de surface désigne, dans l’Annexe 3, un changement du vent moyen
(c’est-à-dire un passage net à un nouveau régime de vent dominant) enregistré par un anémomètre ou
plusieurs anémomètres, tandis que les « variations » du vent de surface désignent des conditions dans
lesquelles le vent de surface (direction et/ou vitesse) fluctuent autour d’une certaine valeur moyenne, cette
moyenne restant elle-même constante. On peut citer à titre d’exemple le rapport ci-après indiquant un
changement du vent de surface moyen le long de la piste :
« FASTAIR 345 CLEARED TO LAND TOUCHDOWN WIND 270 DEGREES 7 KNOTS STOPEND WIND
160 DEGREES 15 KNOTS ».
À titre d’exemple, un compte rendu indiquant un vent de surface instable se présenterait comme suit :
« FASTAIR 345 CLEARED TO LAND WIND 270 TO 350 DEGREES 20 KNOTS GUSTING TO
BETWEEN 10 AND 30 KNOTS ».
5.3.15
Sur certains aérodromes, on utilise encore un LLWAS d’origine (voir § 5.1.7 à 5.1.14). Dans ce
cas, des dispositions ont été prises localement pour que les alertes de cisaillement du vent obtenues au
moyen de ce système soient transmises par les organismes ATS aux aéronefs. Lorsqu’un cas de
cisaillement important est détecté [différence vectorielle ≥ 30 km/h [15 kt]) entre deux anémomètres, une
alerte est déclenchée, et les deux valeurs du vent sont affichées et transmises aux aéronefs. Les
renseignements sur la différence vectorielle réelle ne sont pas transmis aux aéronefs. Ces comptes rendus
se présentent comme suit :
« WIND SHEAR (ALERT) CENTRE FIELD WIND 270 DEGREES 20 KNOTS WEST BOUNDARY WIND
180 DEGREES 25 KNOTS » ; ou
« WIND SHEAR (ALERT) ALL QUADRANTS CENTRE FIELD WIND 210 DEGREES 14 KNOTS WEST
BOUNDARY WIND 140 DEGREES 22 KNOTS ».
26/9/08
21/2/11
o
NNo12
Chapitre 5.
Observation, prévision et compte rendu du cisaillement du vent dans les basses couches
5-61
5.3.16
Les organismes du service de la circulation aérienne devraient continuer à transmettre des
renseignements sur le cisaillement du vent jusqu’à ce qu’il soit confirmé, soit par les comptes rendus des
aéronefs suivants, soit par avis du centre météorologique intéressé, que le phénomène a cessé d’être
préoccupant pour les vols se déroulant au voisinage de l’aérodrome. L’annulation des avertissements de
cisaillement du vent par le centre météorologique fait l’objet de l’Annexe 3, Chapitre 7, et elle est examinée
plus en détail au § 5.3.23 ci-après. L’organisme ATS devrait continuer à transmettre aux autres aéronefs
concernés les comptes rendus de cisaillement du vent communiqués par les pilotes jusqu’à ce que ces
comptes rendus aient été insérés dans un avertissement du cisaillement du vent diffusé par le centre
météorologique intéressé. Ensuite, l’avertissement de cisaillement du vent sera transmis à tous les aéronefs
concernés jusqu’à ce qu’il soit annulé par le centre météorologique.
5.3.17
Aux aérodromes équipés de réseaux d’anémomètres, de radars météorologiques Doppler de
région terminale (TDWR) ou de systèmes de capteurs à distance, les avertissements devraient être transmis
en suivant les exemples figurant à l’Annexe 3, Chapitre 7. Le fondement de ces messages est précisé au
§ 5.1.20.
SERVICES MÉTÉOROLOGIQUES CHARGÉS DE COMMUNIQUER DES MESSAGES
D’OBSERVATIONS DE CISAILLEMENT DU VENT
5.3.18
Les renseignements sur le cisaillement du vent dans les basses couches à proximité d’un
aérodrome devraient être communiqués aux organismes ATS, aux exploitants, etc., par le centre météorologique desservant cet aérodrome, de la manière suivante :
a)
dans les avertissements de cisaillement du vent (voir Annexe 3, Chapitre 7 et Appendice 6,
Tableau A6-3) ;
b)
dans les alertes de cisaillement du vent (voir Annexe 3, Chapitre 7) ;
c)
dans la partie des messages d’observations régulières et les messages d’observations
spéciales réservée aux renseignements complémentaires (Annexe 3, Chapitre 4).
5.3.19
Conformément à l’Annexe 3, Chapitre 7, des avertissements de cisaillement du vent devraient
être établis par le centre météorologique aux aérodromes où le cisaillement du vent est considéré comme
un facteur à prendre en compte. Pour déterminer les aérodromes où le cisaillement du vent doit être pris en
compte, l’administration MET, l’autorité ATS compétente et les exploitants intéressés devraient procéder à
une évaluation rigoureuse, conformément à des arrangements locaux, à chaque aérodrome. Une telle
évaluation devrait notamment comprendre un examen de l’occurrence, à l’aérodrome, des conditions et
phénomènes météorologiques de nature à engendrer un cisaillement du vent, en particulier la fréquence
des orages forts (voir le Chapitre 3). Elle devrait être fondée sur les renseignements climatologiques
disponibles, la configuration de l’aérodrome (p. ex. obstacles et bâtiments) et l’orographie de la région
avoisinante.
5.3.20
Les avertissements de cisaillement du vent peuvent être fondés sur des comptes rendus de vol
transmis par un centre ATS (voir § 5.3.13), les observations directes faites à l’aide d’équipements de météorologie conventionnels (par exemple, des anémomètres), des prévisions de phénomènes météorologiques
que l’on sait être susceptibles de provoquer un cisaillement du vent (p. ex., des nuages convectifs) et les
dispositifs avertisseurs de cisaillement du vent installés au sol (notamment les anémomètres montés sur
des tours). Les avertissements devraient être formulés en langage clair abrégé, comme dans le modèle
fourni à l’Annexe 3, Appendice 6, Tableau A6-3, et identifiés par les lettres « WS WRNG » (avertissement
de cisaillement du vent), comme suit :
26/9/08
o
N 1
5-62
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
« YUDO WS WRNG 01 211230 VALID 211245/211330 WS APCH RWY12 FCST SFC WIND: 320/10KT
60 M-WIND: 360/25KT »
[ce qui suppose que les mesures des vents sont connues].
Si on se sert d’un compte rendu de pilote pour préparer un avertissement ou pour confirmer un
avertissement émis plus tôt, le compte rendu en question doit être transmis sans modifications, y compris en
ce qui concerne le type d’avion :
« YUCC WS WRNG 02 201500 VALID TL 201545 MOD WS IN APCH REP AT 1455 B747 30KT LOSS
2NM FNA RWY13 ».
5.3.21
En ce qui concerne les avertissements de cisaillement du vent fondés sur des prévisions de
phénomènes météorologiques, il est difficile de se montrer formaliste quant à la présentation préférée. En
général, il ne sera pas possible d’établir des prévisions chiffrées fiables du cisaillement du vent lié aux
phénomènes, ce qui signifie que seules des indications qualitatives doivent être données. C’est pourquoi on
peut être tenté d’y insérer des renseignements qui ne sont pas absolument nécessaires. Il faut éviter cette
tendance car les avertissements devraient toujours être aussi concis que possible, en suivant le modèle
offert à l’Annexe 3, Appendice 6, Tableau A6-3, et indiquer sans ambiguïté, par l’emploi d’abréviations telles
que FCST (PRÉVU), qu’ils constituent des « prévisions ».
5.3.22
La question du cisaillement du vent d’origine convective et du cisaillement du vent d’origine non
convective doit aussi être examinée et il se peut que les deux phénomènes doivent être considérés
séparément. Il faut que les pilotes et les contrôleurs comprennent que lorsque des orages sont prévus, ils
sont nécessairement le siège de phénomènes comme le cisaillement du vent, le givrage, la turbulence, la
grêle, etc., il faut quand même attirer leur attention sur des circonstances particulières, comme la présence
de microrafales. Dans ce cas, l’avertissement pourrait se présenter comme suit :
« YUDO WS WRNG 1 231530 VALID 231600/231605 MBST CLIMB-OUT RWY26 FCST ».
Il serait peu utile qu’une pléthore d’avertissements de cisaillement du vent soit diffusée chaque jour pour
chaque orage isolé. Les services intéressés doivent évaluer la situation sur leurs aérodromes et établir des
procédures locales en conséquence.
5.3.23
Dans le cas de cisaillement du vent d’origine non convective (par exemple, le courant-jet des
basses couches), la possibilité de prévoir les phénomènes météorologiques en question est bien meilleure.
Les avertissements pourraient se présenter comme suit :
« YUDO WS WRNG 01 240600 VALID 240700/240900 WS IN APCH FCST SFC WIND : 270/03 MS
600 M-WIND: 360/25 KMH ».
Lorsque les cisaillements du vent non transitoires constituent une caractéristique « habituelle » de la
climatologie de l’aérodrome, dans certaines conditions météorologiques bien connues et répétitives, comme
par exemple le cisaillement du vent provoqué par le relief, des indications détaillés devraient figurer dans la
Partie MET des publications d’information aéronautique (AIP) des États, à titre de renseignements généraux
utiles pour les pilotes, et les exploitants devraient reporter ces renseignements dans les routiers de
navigation appropriés.
5.3.24
Conformément aux dispositions de l’Annexe 3, Chapitre 7, les avertissements de cisaillement
du vent devraient être annulés lorsque des comptes rendus d’aéronef indiquent que le phénomène a cessé
ou après écoulement d’un laps de temps de durée convenue, si aucun autre compte rendu n’est reçu. Les
critères d’annulation des avertissements de cisaillement du vent devraient être définis localement pour
chaque aérodrome, par accord entre les services ATS et MET et les exploitants intéressés. À cet égard, il
26/9/08
21/2/11
o
NNo12
Chapitre 5.
Observation, prévision et compte rendu du cisaillement du vent dans les basses couches
5-63
faut tenir compte de la mixité des genres de trafic de l’aérodrome pour veiller à ce que, par exemple, des
avertissements de cisaillement du vent fondés sur des comptes rendus émanant d’avions légers ne soient
pas annulés trop tôt tout simplement parce que des comptes rendus ultérieurs émanant de gros avions de
transport à réaction n’ont pas confirmé l’existence du phénomène (celui-ci n’est peut-être pas d’une intensité
suffisante pour les gêner). On ne saurait trop insister sur l’importance d’une coordination efficace dans ce
domaine entre les services ATS, les centres météorologiques et les exploitants. Le Manuel de coordination
entre services de la circulation aérienne, services d’information aéronautique et services météorologiques
aéronautiques (Doc 9377) traite plus en détail de ces questions.
5.3.25
Les aérodromes dotés d’un équipement sol automatisé de télédétection ou de détection du
cisaillement du vent approprié devraient diffuser des alertes de cisaillement du vent (voir le Chapitre 7 de
l’Annexe 3). Les alertes produites par de tels systèmes devraient donner des renseignements concis et à
jour sur l’existence observée des cisaillements du vent provoquant une variation de 30 km/h (15 kt) ou plus
du vent debout/arrière qui pourrait causer des difficultés aux aéronefs en approche finale ou en course de
roulement au décollage. Les alertes devraient être actualisées à des intervalles ne dépassant pas 1 minute
et être annulées dès que la variation du vent debout/arrière devient inférieure à 30 km/h (15 kt). Les
expressions conventionnelles utilisées pour les alertes devraient être définies localement pour chaque
aérodrome, après accord entre l’administration météorologique, l’autorité ATS compétente et les exploitants
intéressés.
Note.— Si on ne dispose pas d’un équipement automatisé, il n’est pas nécessaire d’émettre des
alertes de cisaillement du vent. Cependant, tous les aérodromes devraient diffuser des avertissements de
cisaillement du vent, au besoin.
5.3.26
L’insertion de renseignements sur le cisaillement du vent dans la partie des messages
d’observations régulières et les messages d’observations spéciales destinés aux renseignements
complémentaires est depuis plusieurs années une pratique recommandée de l’Annexe 3, Chapitre 4. Les
observateurs sont donc bien au fait de ces procédures et il n’est pas très utile ici de donner des avis
particuliers. On pourrait toutefois souligner que si la diffusion d’avertissements de cisaillement du vent est
en vigueur à un aérodrome, il faut s’assurer que les instructions, procédures, etc., destinées au personnel
local en matière d’« avertissements » et celles qui ont trait à l’« insertion des avis de cisaillement du vent
dans les renseignements additionnels » ne sont pas incompatibles. Si l’on envisage le traitement et
l’affichage automatique des messages d’observations météorologiques sur les aérodromes, il faut prévoir
les logiciels nécessaires de communications et d’affichage pour pouvoir insérer de façon aléatoire, dans les
messages d’observations, les renseignements supplémentaires ayant trait au cisaillement du vent. Les
renseignements supplémentaires en langage clair abrégé se présentent par exemple comme suit :
« SPECIAL YUDO 151115Z WIND 050/25KT MAX37 MNM10 VIS 2500M TSRA CLD BKN CB 500FT
T25/DP22 QNH 1008HPA WS IN CLIMB-OUT ».
PROGRAMME INTÉGRÉ D’AVERTISSEMENT DE CISAILLEMENT
DU VENT DE LA FAA DES ÉTATS-UNIS
(EN RÉGION TERMINALE)
5.3.27
Cet élément du programme traite de l’élaboration des procédures relatives à la transmission, en
temps opportun, de renseignements sur le cisaillement du vent à l’intention des pilotes volant en région
terminale. Il y est question de l’emploi de systèmes actuels comme le radar météorologique, les systèmes
avertisseurs de cisaillement du vent dans les basses couches (LLWAS) et les radars météorologiques
Doppler de région terminale (TDWR) (voir § 5.1.5, 5.1.7 à 5.1.14 et 5.1.19, respectivement).
21/2/11
26/9/08
oo
NN 12
5-64
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
SYSTÈME CLASSIQUE D’AVERTISSEMENT DE CISAILLEMENT DU VENT
5.3.28
Pour finir, un aperçu d’un système classique d’avertissement de cisaillement du vent installé à
l’aéroport Helsinki-Vantaa (Finlande) peut servir d’exemple de réalisation permettant de faire face au
problème particulier du cisaillement du vent non transitoire 82 . L’Appendice 4 présente un système plus
perfectionné pour régler ce problème particulier.
5.3.29
En Finlande, et en fait dans toute la Scandinavie, ainsi que dans d’autres parties du monde, le
cisaillement du vent associé à des inversions de température dans les basses couches est un phénomène
assez courant. Le risque de perte de possibilités manœuvrières auquel les avions sont exposés à l’atterrissage
et au décollage, lorsqu’ils rencontrent des températures supérieures à celles du gradient de diminution
normale de la température, associées à des composantes de vent debout ou arrière qui changent rapidement,
préoccupe particulièrement les autorités. Pour régler ce problème, on a profité de la présence, à 20 km
(12 NM) au sud-ouest de l’aéroport, d’un mât d’émetteur de télévision de 300 m (1 000 ft) de haut sur lequel
ont été installés, à des niveaux choisis, des capteurs de vent, de température et d’humidité. Les données
provenant de ces capteurs sont transmises à l’aéroport et analysées en temps réel sur ordinateur. Les
données sur le vent provenant de ce mât ont été mises en corrélation avec les données INS communiquées
par des avions à l’atterrissage et au décollage : le rapport de corrélation entre les deux séries de données était
de +0,85 pour la vitesse et de +0,99 pour la direction. Des avertissements sont diffusés en cas de cisaillement
du vent et d’inversions notables (≥10 °C, selon les spécifications provisoires recommandées [Recommandation 3/5] par la huitième Conférence de navigation aérienne [Montréal, 1974]). Les avertissements, affichés
sur les postes de télévisions en circuit fermé de l’aérodrome, contiennent des renseignements sur les vents
réels à des niveaux prédéterminés et sur l’amplitude de l’inversion. Ils se présentent comme suit :
« WS WRNG
WIND AT 700 FT 160/30KT
WIND AT 300 FT 090/05KT
INVERSION 12 °C BLW 900FT ».
Le message d’observations météorologiques régulières contient aussi une observation indiquant qu’un
avertissement de cisaillement du vent ou d’inversion est en vigueur à un moment quelconque ; cette
observation est aussi automatiquement affichée sur les écrans de télévision en circuit fermé de l’aérodrome.
Le système d’avertissement fonctionne régulièrement depuis 1978 et s’est révélé très utile. D’autres pays
font usage de systèmes similaires, notamment la Chine, le Danemark; la Fédération de Russie, Hong Kong
et la Suède. Dans le cas de Hong Kong, les anémomètres sont installés sur des collines qui sont situées en
83
des points « stratégiques » le long de la trajectoire d’approche .
— — — — — — — —
26/9/08
21/2/11
o
NNo12
Chapitre 5.
Observation, prévision et compte rendu du cisaillement du vent dans les basses couches
5-65
Références
1.
Zeltmann, 1985: The crash of C-GTLA, Preprints, Second Conference on Aviation Weather Systems, Montréal,
Canada, American Meteorological Society.
2.
Bell and Tsui, 1981: A low-level wind shear detection system, Weather, Royal Meteorological Society, London.
3.
Fahey, Shun, VanGerpen, Asano and Nguyen, 2006: Low Altitude Wind Shear Hazards: Ground Based Detection
and Commercial Aviation User Needs, Twelfth Conference on Aviation, Range, and Aerospace Meteorology,
American Meteorological Society, Altanta, GA, USA, 29 January - 2 February 2006.
4.
Lee, 2004: Enhancement of the Anemometer-based System for Windshear Detection at the Hong Kong
International Airport, Eighth Meeting of the Communications/Navigation/Surveillance and Meteorology Sub-Group
(CNS/MET/SG/8) of APANPIRG, Bangkok, Thailand.
5.
Kingswell, 1984: Observations of a quasi-circular squall line off north-west Australia, Weather, Royal Meteorological
Society, London.
6.
Goff, 1980: Low-level wind shear alert system (LLWSAS), United States Federal Aviation Administration, Report No.
FAA-RD-80-45.
7.
Wilson and Wesley, 1992: Specification: enhanced LLWAS III logarithms, M.I.T. Lincoln Laboratory.
8.
Wilson and Cole, 1983: LLWAS II and LLWAS III Performance Evaluation, Preprints, Fifth Conference on Aviation
Weather Systems, Vienna, VA, American Meteorological Society.
9.
United States Federal Aviation Administration, 1989: Siting guidelines for LLWAS remote facilities, FAA Order
6560.21A.
10. Nilsen, Biagi and Law, 1999: Implementation status on the LLWAS relocation and sustainment programme
(LLWAS-RS), Preprints, Eighth Conference on Aviation, Range, and Aerospace Meteorology, Dallas, TX, American
Meteorological Society.
11. Fage and Huguet, 1985: Wind shear detection using Doppler acoustic sounder (SODAR), Preprints, Second
Conference on Aviation Weather Systems, Montréal, Canada, American Meteorological Society.
12. Singal, Aggarwal and Gera, 1982: Studies of correlation between SODAR, observed stratified layer structures and
wind shear, Mausam, Volume 33, Indian Meteorological Department.
13. Turesson and Dahlquist, 1985: Use of SODAR and mini-SODAR in aviation for wind shear warnings and short-term
forecasting, Third WMO Technical Conference on Instruments and Methods of Observation, Ottawa, Canada.
14. Motallebi, 1982: Doppler radar observation of the evolution of downdrafts in convective cloud, NASA Atmospheric
Sciences Paper No. 35.
15. Clift, 1985: Use of radar in meteorology, WMO Technical Note No. 181.
16. Mahoney and Biter, 1993: Wind shear detection: TDWR and LLWAS operational experience in Denver 1988-1992,
Preprints, Fifth Conference on Aviation Weather Systems, Vienna, VA, American Meteorological Society.
17. Evans, 1991: Status of the terminal Doppler weather radar one year before deployment, Preprints, Fourth
Conference on Aviation Weather Systems, Paris, France, American Meteorological Society.
18. Cornman and Mahoney, 1991: Integration of the TDWR and LLWAS wind shear detection systems, Preprints,
Fourth Conference on Aviation Weather Systems, Paris, France, American Meteorological Society.
26/9/08
o
N 1
5-66
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
19. Isaminger, Boorman and Crowe, 1996: Discussion of the impact of data contamination on TDWR algorithm
performance, Workshop on Wind Shear and Wind Shear Alert Systems, Oklahoma City.
20. Isaminger, Crowe and Proseus, 2000: ITWS and ITWS/LLWAS-NE alert performance at Dallas-Ft. Worth and
Orlando, Preprints, Ninth Conference on Aviation, Range, and Aerospace Meteorology, Orlando, FLA, American
Meteorological Society.
21. Fahey, Bernays, Biron and Cole, 2000: Distribution of aviation weather hazard information: low altitude wind shear,
Preprints, Ninth Conference on Aviation, Range, and Aerospace Meteorology, Orlando, FLA, American
Meteorological Society.
22. Cho, J.Y.N., G.R. Elkin, and N.G. Parker, 2005: Enhanced radar data acquisition system and signal processing
algorithms for the Terminal Doppler Weather Radar, Preprints, 32nd Conf. on Radar Meteorology, Albuquerque, NM,
Amer. Meteor. Soc.
23. Isaminger, M., E.A. Proseus, 2000: Analysis of the Integrated Terminal Weather System (ITWS) 5-nm Product
Suite, 9th Conference on Aviation, Range and Aerospace Meteorology, Orlando, FL, Amer. Meteor. Soc.
24. Cole and Todd, 1993: A comparative performance study of TDWR/LLWAS-3 integration algorithms for wind shear
detection, Preprints, Fifth Conference on Aviation Weather Systems, Vienna, VA, American Meteorological Society.
25. Cole, 1992: TDWR/LLWAS Integration Algorithm Specification, Version 1.1, Report No. DOT/FAA/NR-92/3.
26. NCAR/RAP, 1993: Summary Project Report: The 1992 demonstration and evaluation of an integrated wind shear
and gust front detection and warning system at Stapleton Airport.
27. Evans, 1991: Integrated Terminal Weather System (ITWS), Preprints, Fourth Conference on Aviation Weather
Systems, Paris, France, American Meteorological Society.
28. Evans and Wolfson, 2000: Extending the Integrated Terminal Weather System (ITWS) to address urgent terminal
area weather needs, Preprints, Ninth Conference on Aviation, Range, and Aerospace Meteorology, Orlando, FLA,
American Meteorological Society.
29. Wolfson, Forman, Hallowell, and Moore, 1999: The growth and decay storm tracker, 79th Annual Conference of the
American Meteorological Society, Dallas, Texas.
30. Proseus and Isaminger, 1999: Optimizing the performance of the ITWS microburst detection algorithm in dry
environments, Preprints, Eighth Conference on Aviation, Range, and Aerospace Meteorology, Dallas, TX, American
Meteorological Society.
31. Wolfson, Delanoy, Liepins, Forman and Hollowell, 1983: The ITWS microburst prediction algorithm, Preprints, Fifth
Conference on Aviation Weather Systems, Vienna, VA, American Meteorological Society.
32. United States Aviation Administration, 1998: ITWS gust front products, Description of ITWS Weather Products,
MIT/Lincoln Laboratory, FAA Aviation Technology Seminar.
33. Greeves, 1998: Unique wind shear and turbulence warning system enters operation at Hong Kong=s new airport,
ICAO Journal.
34. Nierow, Showalter and Souders, 1999: — The role of ITWS in the modernization of the national airspace system,
Preprints, Eighth Conference on Aviation, Range, and Aerospace Meteorology, Dallas, TX, American
Meteorological Society.
35. Koepp, Schwiesow and Werner, 1984: Remote measurements of boundary layer wind using CW Doppler LIDAR,
Journal of Climate and Applied Meteorology, American Meteorological Society.
26/9/08
o
N 1
Chapitre 5.
Observation, prévision et compte rendu du cisaillement du vent dans les basses couches
5-67
36. Keohan, Christopher, K. Barr, and S.M. Hannon, 2006: Evaluation of Pulsed Lidar Wind Hazard Detection at Las
Vegas International Airport. AMS 12th Conference on Aviation, Range and Aerospace Meteorology, Atlanta.
37. Little, 1982: Ground-based remote sensing for meteorological nowcasting, Nowcasting, Academic Press Inc.
(London) Ltd.
38. Meuller, Steven et al., 2004: Juneau Airport Wind Hazard Alert System Display Products. AMS 11th Conference on
Aviation, Range and Aerospace Meteorology, Hyannis.
39. Choy, Lee, Shun and Cheng, Prototype automatic LIDAR-based wind shear detection algorithms, Preprints, Eleventh
Conference on Aviation, Range, and Aerospace Meteorology, Hyannis, MA, American Meteorological Society.
40. Chan, Shun and Wu, 2006: Operational LIDAR-based system for automatic windshear alerting at the Hong Kong
International Airport, Preprints, Twelfth Conference on Aviation, Range, and Aerospace Meteorology, Atlanta, GA,
American Meteorological Society.
41. HKO and IFALPA, 2005: Windshear and Turbulence in Hong Kong — information for pilots, Second Edition.
42. United States Federal Aviation Administration, Airworthiness criteria for the approval of airborne wind shear warning
systems in transport category airplanes, FAA Advisory Circular AC 25-12, 11 February 1987, and Criteria for the
operational approval of airborne wind shear alerting and flight guidance systems, FAA Advisory Circular AC 120-41,
11 July 1983.
43. Bowles, 1990: Reducing wind shear risk through airborne systems technology, 17th Congress of the ICAS,
Stockholm, Sweden and, same author, Windshear detection and avoidance — airborne systems survey, 29th IEEE
Conference on Decision Control.
44. Lewis, Robinson, Hinton and Bowles, 1994: The relationship of an integral wind shear hazard to aircraft
performance limitations, NASA TM — 109080.
45. Proctor and Hinton, 2000: A wind shear hazard index, Preprints, Ninth Conference on Aviation, Range, and
Aerospace Meteorology, Orlando, FLA, American Meteorological Society.
46. United States Federal Aviation Administration, 1995: Airborne short and long range wind shear predictive systems
(forward-looking wind shear systems) — general certification methodology and system level requirements.
47. Vickroy, Bowles and Schlickenmaier, 1991: Airborne wind shear detection and warning systems, Third Combined
Manufacturers’ and Technologists’ Conference, Hampton, VA, NASA Publication 10060, Part 2:DOT/FAA/RD-91/2-II.
48. Staton, 1984: Airborne Doppler radar for wind shear detection, Workshop on Wind Shear/Turbulence Inputs to
Flight Simulation and Systems Certification, Hampton, VA.
49. Bracalante, et al., 1988: Airborne Doppler detection of low altitude wind shear, AIAA/NASA/AFWAL Sensors and
Measurement Technologies Conference, Atlanta, Georgia, AIAA-88-4657.
50. Woodfield, 1983: Wind shear and wake vortex research in the United Kingdom (1982), NASA Report CP-2274.
51. Doviak, et al., 1986: Analysis of airborne Doppler LIDAR, Doppler radar and tall tower measurements of
atmospheric flows in quiescent and stormy weather, NASA Contractor Report No. 3960.
52. Emmitt, 1985: Convective storm downdraft outflows detected by NASA/MSFC airborne 10.6 NM pulsed Doppler
LIDAR system, NASA Contractor Report No. 3898.
53. Frehlich, Hannon, and Henderson, 1998: Coherent Doppler LIDAR measurements of wind field statistics, Boundary
Layer Meteorology, Volume 86. Also by the same authors, Performance of a 2μ coherent Doppler LIDAR for wind
measurements, Journal of Atmospheric Oceanic Technology, Volume 11, 1994.
26/9/08
o
N 1
5-68
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
54. Huffaker and Hardesty — Remote Sensing of Atmospheric Wind Velocities Using Solid State and Coherent Laser
Systems, Proceedings IEEE, Volume 84, No. 2, 1996.
55. Soreide, Bogue, Ehernberger, Hannon and Bowdle, 2000: Airborne coherent LIDAR for advanced in-flight
measurements (ACLAIM) flight testing of the LIDAR sensor, Preprints, Ninth Conference on Aviation, Range, and
Aerospace Meteorology, Orlando, FLA, American Meteorological Society.
56. Steenblik, 1984: The caret, the worm and the flat-footed duck, Airline Pilot Magazine.
57. Schlickenmaier, 1984: Case history of FAA/SRI wind shear models, Proceedings of Workshop on Wind
Shear/Turbulence Inputs to Flight Simulation and Systems Certification, Hampton, VA.
58. Badner, 1979: Low-level wind shear: A critical review, NOAA Technical Memorandum NWS FCST-231.
59. Woodfield and Woods, 1984: World-wide experience of wind shear during 1981-82, Advisory Group for Aerospace
Research and Development (AGARD), Conference Proceedings No. 347.
60. Swolinsky, 1986: Wind shear models for aircraft hazard investigation, 2nd International Symposium on Aviation
Safety, Toulouse, France.
61. United States Federal Aviation Administration Advisory Circular AC-120-41, 11 July 1983: Criteria for approval of
airborne wind shear alerting and flight guidance systems.
62. TSO-C117, Airborne wind shear warning and escape guidance systems for transport airplanes, FAA Aircraft
Certification Service, 24 July 1990.
63. Richwien and Mcleod, 1978: Low level frontal wind shear forecast test, FAA Report No. FAA-RD-77-184.
64. Brook, 1970: Preliminary study of wind shear in the boundary layer at Melbourne Airport, Meteorological Study
No. 19, Australian Bureau of Meteorology.
65. Fox, 1979: Climate of Seychelles, Seychelles Government Publications, Directorate of Civil Aviation, Seychelles.
66. Zipser and Bedard, 1982: Front range wind storms revisited, Weatherwise, United States.
67. Smith, 1985: On severe downslope winds, Journal of the Atmospheric Sciences.
68. Harrison, 1965: The mountain wave, NASA Report No. CR-315.
69. Hopkins, 1977: Forecasting techniques of clear air turbulence including that associated with mountain waves, WMO
Technical Note No. 155.
70. Nicholls, 1973: The airflow over mountains, WMO Technical Note No. 127.
71. Dawe, 1982: A study of the katabatic wind at Bruggen on 27 February 1975, Meteorological Magazine, London.
72. André and Mahot, 1982: The nocturnal surface inversion and influence of radiative cooling, Journal of the
Atmospheric Sciences.
73. Abele, 1982: Diurnal variability of wind velocity increase with height, Los Alamos National Laboratory Research
Paper No. LA-9601-MS.
74. Browning (Ed), 1982: Nowcasting, Academic Press Inc. (London) Ltd.
75. World Meteorological Organization, 1983: Report of the Eighth Session of the WMO Commission for Basic
Systems, Geneva.
26/9/08
o
N 1
Chapitre 5.
Observation, prévision et compte rendu du cisaillement du vent dans les basses couches
5-69
76. Smith, Wade and Woolf, 1985: Combined atmospheric sounding/cloud imagery: A new forecasting tool, Bulletin of
the American Meteorological Society.
77. George, 1960: Weather forecasting for aeronautics, Academic Press, New York.
78. Bond, Browning and Collier, 1981: Estimates of surface gust speeds using radar observations of showers,
Meteorological Magazine, London.
79. Fujita, 1978: Manual of downburst identification for Project NIMROD, SMRP Research Paper No. 156, University of
Chicago.
80. Fujita, 1976: Spearhead echo and downburst near the approach end of a JFK Airport runway, New York City,
University of Chicago, SMRP Research Paper No. 137.
81. Woodfield and Woods, 1981: Wind shear from head wind measurements on British Airways B747-236 aircraft,
Royal Aircraft Establishment Technical Memorandum No. FS409.
82. Korhonen, 1981: An operational wind shear and inversion warning system for Helsinki-Vantaa Airport, Finnish
Meteorological Institute Research Papers.
83. Klemp and Weisman, 1983: The dependence of convective precipitation patterns on vertical wind shear, Preprints,
21st Conference on Radar Meteorology, Edmonton, Canada, American Meteorological Society.
___________________
26/9/08
o
N 1
Page blanche
Chapitre 6
FORMATION
6.1
GÉNÉRALITÉS
6.1.1
Bien que le cisaillement du vent ne soit pas un phénomène météorologique nouveau et qu’il ne
constitue assurément pas le seul risque possible en aviation, la question se pose souvent de savoir
pourquoi tant d’importance semble lui être accordée. Il y a au moins deux raisons à cela. La première, c’est
que si le cisaillement du vent est aussi vieux que le vent lui-même, il a fallu l’augmentation incessante de
nombre de gros avions de transport à réaction pour qu’on se fasse une idée du caractère dangereux de ses
effets sur les performances de ces appareils (1970 et 1980). La seconde, c’est que règnent dans les milieux
aéronautiques une confusion et une incompréhension généralisées quant aux causes, à la nature et aux
effets de ce phénomène. Cela tient peut-être en partie de la complexité indéniable de celui-ci et aux
incertitudes qui l’entourent, et en partie aussi à son caractère éphémère. Certes, la mise au point fructueuse,
dans les années 1990, de systèmes avertisseurs de cisaillement du vent au sol et embarqués a donné des
avantages indéniables aux pilotes. Cela dit, aucun système n’est entièrement infaillible et, de toute façon,
peu de pays ont les moyens d’installer et de maintenir des équipements au sol de détection du cisaillement
du vent à la fine pointe de la technologie, tels que le radar météorologique Doppler de région terminale
(TDWR). Quel que soit le type de dispositif d’avertissement en service, il faut que le pilote ait d’excellents
réflexes et de solides connaissances pour se tirer d’affaire en présence d’un cisaillement du vent très violent.
L’une des principales difficultés auxquelles pilotes et météorologistes sont confrontés est celle de prévoir
avec précision la présence d’un cisaillement du vent dans les basses couches. Ce manque de précision
tient à ce que, même si un cisaillement du vent est prévu et se manifeste effectivement dans la zone
considérée, un avion traversant cette zone peut ne pas le rencontrer à cause du caractère localisé et
transitoire de ses effets. C’est là une des raisons pour lesquelles il est si important de signaler toute
manifestation de ce phénomène (voir § 6.8). La seule manière d’en finir avec cette confusion et cette
incompréhension, et de fournir par là-même une assise solide au pilote afin qu’il puisse exercer son bon
jugement et réagir rapidement à ce phénomène, consiste à assurer la formation du personnel.
6.1.2
On ne saurait trop insister sur la nécessité de concevoir un programme de formation permettant
de faire en sorte que toutes les personnes prenant part à la mise en œuvre des avions soient conscientes
des conséquences dangereuses, voire éventuellement mortelles, du cisaillement du vent dans les basses
couches. Le programme destiné aux membres d’équipages de conduite doit être appliqué dès les premières
étapes de leur formation et se poursuivre durant toute leur carrière. Des stages périodiques de recyclage
doivent être prévus, avec pour objectif principal d’améliorer la compréhension des méthodes visant à éviter
et à reconnaître ce phénomène, et aussi à prendre les mesures préventives nécessaires en tenant compte,
notamment, des derniers progrès techniques. La nécessité de cette formation s’impose à la fois pour les
pilotes et pour les mécaniciens navigants. De plus, le personnel sédentaire d’exploitation (agents/technique
d’exploitation), tout comme les contrôleurs de la circulation aérienne et leurs assistants, doit être instruit des
risques de ce phénomène et de la manière de le reconnaître. Les météorologistes doivent recevoir, en fait
de prévision du cisaillement du vent, une formation spécialisée qui leur soit propre, avec insistance
particulière sur les conséquences du cisaillement du vent pour la navigation aérienne. Enfin, il importe que
les membres de l’équipage de cabine soient mis au courant des risques que présente ce phénomène.
6.1.3
Certains aspects de la question devront être plus ou moins approfondis selon la spécialité de
l’intéressé, le niveau et l’étendue des connaissances qui lui sont inculquées devant être adaptés à ses
6-1
6-2
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
responsabilités. Il reste, en tout état de cause, que tout le personnel d’exploitation doit savoir ce qu’est le
cisaillement du vent dans les basses couches, dans quelles conditions il se produit et quelle peut en être la
gravité pour la navigation aérienne.
6.1.4
L’Appendice 1 contient un énoncé des besoins opérationnels. Le § 4 de cet énoncé, qui traite de
la formation, fait état de la nécessité d’entraîner les pilotes à parer aux effets du cisaillement du vent dans les
basses couches. Étant donné qu’une partie de la formation porte sur les particularités des types d’avions, une
grande partie de la documentation nécessaire doit provenir des constructeurs, les exploitants augmentant et
adaptant cette documentation selon leurs besoins pour répondre à leurs méthodes particulières de formation
et d’exploitation.
6.2
FORMATION DES ÉQUIPAGES DE CONDUITE — OBJECTIFS
6.2.1
Pilotes et mécaniciens navigants doivent suivre le même programme de formation. Il importe que
les exercices sur simulateur de vol soient effectués avec un équipage de poste de conduite au complet, de
manière que chacun de ses membres puisse acquérir l’habitude de déceler les manifestations du cisaillement
du vent et prendre conscience de la complémentarité des dispositions que tous doivent prendre simultanément.
La possibilité de reconnaître une exposition au cisaillement du vent et de prendre les mesures qui s’imposent
dépendra dans une très large mesure de l’équipement de bord et de la force du phénomène.
6.2.2
Les objectifs minimaux de tout programme de formation des équipages de conduite devraient
être les suivants :
a)
faire comprendre la dynamique du cisaillement du vent et ses effets sur les performances
des avions ;
b)
fournir des indications permettant de faciliter la reconnaissance des conditions éventuellement propices au cisaillement du vent ;
c)
développer l’aptitude à reconnaître rapidement une exposition au cisaillement du vent ;
d)
développer l’aptitude à exécuter les manœuvres de pilotage, éventuellement aux extrêmes
limites des possibilités d’un avion, qui peuvent être nécessaires en cas d’exposition au
cisaillement du vent.
6.2.3
De ces quatre objectifs, les deux premiers sont essentiellement affaire de formation théorique,
tandis que les deux derniers nécessitent l’utilisation d’un simulateur de vol permettant d’assurer une
formation efficace.
6.3
FORMATION AU SOL — ÉQUIPAGE DE CONDUITE
6.3.1
L’instruction théorique en vue de la délivrance initiale de la licence de pilote privé et de la
licence de pilote professionnel devrait faire une large part à l’initiation aux risques inhérents au cisaillement
du vent et porter sur les objectifs a) et b) du programme de formation défini au § 6.2.2.
6.3.2
Le Manuel de formation, Partie F-1 — Météorologie pour les contrôleurs de la circulation
aérienne et les pilotes (Doc 7192) contient des éléments détaillés sur le programme d’étude du cisaillement
du vent au titre de la préparation à la licence de pilote professionnel.
26/9/08
o
N 1
Chapitre 6.
Formation
6-3
6.3.3
La FAA a produit en 1987 un excellent outil didactique en matière de cisaillement du vent1 qui
renferme des explications détaillées sur les effets de ce phénomène sur la performance des avions ainsi
que de nombreux documents complémentaires.
6.3.4
Comme il est indiqué au Chapitre 4, les dimensions et la masse d’un avion sont les facteurs
importants qui déterminent la mesure dans laquelle le cisaillement du vent influera sur les performances de
ce type particulier d’avion. Ce fait montre qu’il faut accorder une attention particulière à la formation sur les
gros avions dont le pilotage nécessite une qualification de type. Outre l’approfondissement de la formation
visant à répondre aux deux premiers objectifs, l’instruction au sol dispensée par les exploitants aux
équipages de conduite sur un type d’avion particulier, DOIT tenir compte des caractéristiques propres à ce
type d’avion, notamment en ce qui concerne l’ensemble de l’équipement de détection du cisaillement qui
peut se trouver à bord. Cette formation doit aussi être adoptée à la climatologie de la région géographique
dans laquelle l’équipage de conduite évoluera, notamment lorsque cette région présente des risques
accrues d’exposition au cisaillement du vent. Il y aura lieu de mettre l’accent sur ce que :
a)
pour éviter une catastrophe, il faut éviter de s’exposer ;
b)
se rendre compte une fois en vol qu’on est aux prises avec le cisaillement du vent peut être
une constatation trop tardive pour laisser au pilote la possibilité de prendre les mesures
nécessaires ;
c)
lorsqu’on dispose d’instruments de bord spécialisés, il est de la plus haute importance de
prendre les mesures nécessaires dès réception d’un avertissement et de suivre les consignes
et procédures élaborées par l’exploitant.
Il faut insister sur le fait que cette formation au sol doit être dispensée à tout pilote candidat à la qualification
de type d’un gros avion, quel que soit le niveau de sa licence.
6.3.5
Il existe un certain nombre d’aides didactiques à la disposition des États et des exploitants qui
peuvent les aider à mettre au point leurs programmes d’instruction sur le cisaillement du vent. Des détails
sur ces aides sont fournis à l’Appendice 9.
6.4
FORMATION EN VOL ET SUR SIMULATEUR
6.4.1
Le programme de formation des équipages de conduite doit également aborder la reconnaissance,
pendant le vol, de la présence de cisaillement du vent ainsi que les manœuvres et les techniques de pilotage à
mettre en œuvre en cas de manifestation de ce phénomène.
6.4.2
Le fait que les manœuvres de pilotage généralement considérées comme les mieux
appropriées soient intrinsèquement trop dangereuses pour être pratiquées en conditions réelles limite
considérablement l’intérêt de la formation en vol. Ces manœuvres amèneront l’avion aux limites de son
domaine de vol et laisseront peu, voire pas du tout, de marge pour une erreur de pilotage. De plus, le
recours à des valeurs de puissance dépassant les limites normales d’utilisation des moteurs ne peut être
toléré, sauf cas d’urgence réelle. Ceci étant, et compte tenu du fait qu’une exposition au cisaillement du vent
est heureusement assez rare, il est donc pratiquement impossible d’assurer une formation en vol en
conditions réelles. Même si les risques éventuels des fausses manœuvres pouvaient être supprimés d’une
manière quelconque, il reste qu’il est impossible de reproduire sur commande les diverses conditions de
cisaillement du vent. Il va aussi de soi qu’une formation en vol visant à donner aux pilotes l’occasion
d’affronter le cisaillement du vent dans les basses couches n’est pas réalisable, et qu’il importe absolument
de disposer d’un simulateur de vol capable d’assurer comme il convient la formation des équipages de
26/9/08
o
N 1
6-4
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
conduite. Il y a également lieu de tenir compte du fait que les techniques de redressement recommandées
pour sortir du cisaillement du vent sont contre-intuitives, car le pilote est censé cabrer au besoin jusqu’à
15° (mais en prenant toujours en compte l’action du vibreur de manche), même si la vitesse propre de
l’appareil diminue rapidement. De plus, le pilote n’a aucun moyen de constater que l’angle d’attaque a
également diminué à cause de forts courants descendants verticaux. Ce n’est que par un entraînement
régulier au simulateur que le pilote pourra exercer et développer les réflexes nécessaires pour mettre
immédiatement en œuvre les techniques de redressement, tout en sachant qu’elles sont de nature à
garantir l’optimisation de l’énergie de l’avion lors d’un épisode de cisaillement du vent. Ne pouvant en
principe pas recevoir cette formation sur simulateur, les pilotes qui n’appartiennent pas au personnel d’un
transporteur aérien ont d’autant plus de raisons d’apprendre à connaître les conditions propices à un
éventuel cisaillement du vent et à faire tout ce qu’ils peuvent pour éviter de s’exposer à ce phénomène.
6.4.3
Il est indispensable que constructeurs et exploitants coopèrent à la mise au point des
techniques et des procédures appropriées à leurs types particuliers d’avions et à l’équipement de bord
disponible, et que ces procédures figurent en détail dans le Manuel d’utilisation de l’exploitant. Le
programme de formation en vol doit être conçu de manière à donner l’assurance que les pilotes apprennent
les diverses techniques qui, élaborées et recommandées par les constructeurs et les exploitants, permettent
de reconnaître le cisaillement du vent, de prendre les mesures propres à en neutraliser les effets et de
garder ou de reprendre la maîtrise de l’avion. Lorsque c’est possible, la formation devrait être dispensée sur
simulateur de type avec le logiciel nécessaire pour reproduire des conditions réalistes de cisaillement du
vent. Les fabricants de simulateurs disposent aujourd’hui de modèles tridimensionnels réalistes d’un
cisaillement du vent d’origine convective, par exemple les rafales descendantes et les microrafales,
élaborés à partir de données de reconstructions d’accidents et de modèles de champ du vent. Les
exploitants doivent s’assurer que ces modules fassent partie des spécifications des simulateurs qu’ils
comptent mettre en service. Il n’y a donc rien qui empêche les pilotes des avions de transport à réaction de
recevoir régulièrement un entraînement sur des simulateurs qui reproduisent ces phénomènes dangereux.
Le Manuel des critères de qualification des simulateurs de vol (Doc 9625) renferme des renseignements
complets et des éléments d’orientation sur les exigences relatives à la simulation, à la validation et aux tests
des fonctions lors d’un événement de cisaillement du vent.
6.4.4
Dans son Advanced Simulation Plan (Programme de simulation avancée), la FAA des
États-Unis a donné un aperçu (voir Federal Air Regulations, Partie 121, Appendice 10) des méthodes
préconisées de formation des équipages de conduite sur simulateurs perfectionnés d’avions de types
existants. Ce programme comporte trois phases. Dans la phase II, il est prescrit que les schèmes de
simulation comprennent des moyens de reproduction en trois dimensions représentatives de la dynamique
du vent traversier et du cisaillement du vent, réalisés d’après les données obtenues en avion. Ces modèles
tridimensionnels permettent de reproduire les composantes vent debout et vent traversier avec rabattant à
évolution rapide qui caractérisent les rafales descendantes et les microrafales des orages, à la fois sur la
2,3
trajectoire nominale de vol et hors de cette trajectoire . Comme il est indiqué dans le Chapitre 4, l’introduction de la composante verticale (rabattant) dans le modèle est indispensable si l’on veut que les
membres des équipages de conduite soient formés aux conditions dans lesquelles l’angle d’attaque ne
correspond plus à l’assiette en tangage et à la vitesse propre, un cas de vol dont ils n’ont en général aucune
expérience. Les profils représentatifs de la structure du vent sont indiqués dans la Circulaire d’information
AC 120-41 des États-Unis, intitulée Criteria for Operational Approval of Airborne Wind Shear Alerting and
Flight Guidance Systems (Homologation des systèmes embarqués de détection du cisaillement du vent)
(voir § 5.2.12).
6.4.5
Certains exploitants dispensent sur simulateur une formation dans laquelle ils utilisent des
modèles tridimensionnels complets de cisaillement du vent où les données ponctuelles du vent modèle sont
spécifiées pour différents profils et trajectoires de vol pouvant résulter des évolutions de l’avion et des
réactions de celui-ci aux diverses manœuvres de redressement du pilote. L’un de ces systèmes de
formation comprend un modèle tridimensionnel de microrafale, issu de données JAWS, qui peut être
26/9/08
o
N 1
Chapitre 6.
Formation
6-5
programmé de façon que le centre de la microrafale soit placé le long ou hors de la trajectoire de vol
(voir § 3.5.16). Ce modèle particulier a été élaboré par le Royal Aircarft Establishment du Royaume-Uni. La
Figure 3-16 a)4,5 illustre le modèle de microrafale utilisé. Un autre système simule les trois composantes du
vent dans l’espace et le temps, ainsi que la turbulence, la température, la pression, les précipitations (à
diverses intensités), et la visibilité ; pour plus de réalisme, ces divers éléments sont accompagnés d’indices
visuels et acoustiques et le radar météorologique de bord accuse leur présence6.
6.4.6
Les procédures d’exploitation recommandées en cas de cisaillement du vent figurent normalement dans les manuels d’utilisation fournis par les constructeurs pour chaque type d’avion et dans les
manuels d’exploitation des compagnies de transport aérien. Il existe d’autres sources de renseignements,
telles que les circulaires administratives publiées quand il y a lieu par les administrations nationales (p. ex. la
Circulaire d’information AC 00-54 [1988], § 7, traite de la question). Les procédures recommandées par les
constructeurs sont examinées dans le Chapitre 4, et, à titre d’exemple, les « procédures complémentaires en
cas de conditions météorologiques défavorables » recommandées pour le B-737 figurent à l’Appendice 10.
Quoique toutes les procédures découlent des mêmes principes d’aérodynamique, on peut s’attendre à ce que,
dans une certaine mesure, chaque ensemble constitué par un certain type d’avion et un certain type de moteur
réagisse différemment au cisaillement du vent et puisse, selon la politique d’équipement de chaque exploitant,
avoir dans le poste de pilotage des instruments et un équipement différents.
6.5
PROGRAMME DE FORMATION DE LA FAA
L’existence d’un grand nombre de programmes de formation différents sur le cisaillement du vent a suscité
certaines inquiétudes dans le monde de l’aviation où cette pléthore apparaît comme de nature à ajouter à la
confusion. Comme nous l’avons indiqué précédemment, le programme de la FAA est disponible depuis
début 1987. Réalisé avec la coopération des constructeurs et exploitants d’avions, il vise à constituer sur le
cisaillement du vent une aide didactique définitive comprenant la contribution des pilotes et un aperçu des
documents d’information des cadres de direction. Le tout a été réalisé à partir de données réelles. Une
importance considérable a été attachée à la réalisation du matériel vidéo qui complète le texte.
6.6
FORMATION DU PERSONNEL ATC
6.6.1
Le contrôleur de la circulation aérienne est tout naturellement le relais indispensable de
communication entre le météorologiste et le pilote, et entre les pilotes, pour la transmission des messages
d’observation de cisaillement du vent. Il importe donc qu’un programme de formation soit prévu pour tous
les contrôleurs, en particulier pour les contrôleurs d’aérodrome et d’approche, car le décollage, l’approche et
l’atterrissage sont les phases de vol les plus critiques en cas d’exposition au cisaillement du vent dans les
basses couches.
6.6.2
Pour faciliter l’élaboration d’un programme de formation, la Partie F-1 du Manuel de formation
— Météorologie pour les contrôleurs de la circulation aérienne et les pilotes (Doc 7192) traite de la formation
des contrôleurs de la circulation aérienne et renferme une proposition de programme. Plus particulièrement,
le § 3.4 (Relation pression-vent) pose la nécessité de connaître la définition du cisaillement du vent. Le
programme indique également au § 3.10.2 que l’étude du cisaillement lié aux orages (dont le fronts de
rafales et les microrafales sèches et humides) est obligatoire, tout comme les effets de ces phénomènes sur
le comportement des avions. Le niveau recommandé de connaissances exigées est défini comme
correspondant à « ... une connaissance de la matière et l’aptitude à l’appliquer, s’il y a lieu, à la pratique, en
s’appuyant sur les documents de référence et les instructions ».
26/9/08
o
N 1
6-6
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
6.6.3
Pour les contrôleurs de la circulation aérienne, les objectifs du programme de formation au
cisaillement du vent devraient être les suivants :
a)
leur faire comprendre le cisaillement du vent et ses effets probables sur les performances
des avions ;
b)
les aider à reconnaître les conditions propices au cisaillement du vent ;
c)
leur inculquer une connaissance des procédures de communication et des messages
d’observation de cisaillement du vent et leur apprendre à appliquer ces procédures
(voir § 6.8).
6.6.4
Les points 6.6.3 a) et b) ci-dessus, couvrent pratiquement les mêmes questions que celles du
programme de formation au sol des équipages de conduite (voir § 6.3). De ce fait, les éléments disponibles
pour les équipages de conduite sont utiles pour la formation des contrôleurs. De plus, il serait avantageux
de donner si possible à ceux-ci l’occasion d’assister en qualité d’observateurs aux séances de formation des
pilotes sur simulateur de vol lorsque les procédures en cas de cisaillement du vent sont passées en revue.
6.7
LA FORMATION DES MÉTÉOROLOGISTES
6.7.1
Conformément aux accords passés entre l’OACI et l’Organisation météorologique mondiale
(OMM), « tandis que l’OMM sera chargée de spécifier les connaissances météorologiques requises du
personnel météorologique assurant la protection météorologique de la navigation aérienne internationale, la
détermination des connaissances que ce personnel doit posséder sur les questions d’exploitation, en dehors
de la météorologie, sera entreprise par l’OACI qui les communiquera à l’OMM sous forme de recommandation » (voir Doc 7475). Étant donné cet arrangement, des directives générales relatives à l’instruction
et à la formation du personnel de la météorologie aéronautique ont été formulées ; elles figurent dans la
o
o
publication WMO-n 258, Chapitres 2 et 4, et WMO/TD n 1101, Chapitre 3.3.
6.7.2
Les programmes recommandés portant sur la spécialisation en météorologie aéronautique des
météorologistes de classe BIP-M1 et des techniciens en météorologie de classe BIP-MT sont indiqués en
détail dans la publication de l’OMM relative à la formation. Les programmes destinés aux météorologistes
BIP-M1 font explicitement référence au cisaillement du vent d’origine non convective et convective (orages)
et à ses effets sur les avions dans les phases d’approche et d’atterrissage. En matière de météorologie
aéronautique, le niveau ou la norme de formation devrait être le même que pour les licences de pilote. La
formation des météorologistes de classe BIP-M1 devrait évidemment conférer aussi aux intéressés des
connaissances générales approfondies en matière de prévisions, notamment de celles des phénomènes
particuliers qui sont réputés être la cause du cisaillement du vent dans les basses couches (courants-jets à
basse altitude, fronts de masses d’air, orages et surtout orages violents, etc.). La formation devrait
également aborder des aspects spécifiques de l’exploitation, tels que l’encodage et le décodage des
avertissements et alertes de cisaillement du vent, et leur diffusion.
6.7.3
Pour les techniciens en météorologie de classe BIP-MT, les connaissances de météorologie
aéronautique recommandées sont moins étendues que pour ceux des classes BIP-M1, et les programmes
de spécialisation recommandés ne font pas explicitement référence au cisaillement du vent dans les basses
o
couches et à ses effets sur les avions dans le Chapitre 4.3 de l’OMM n 258. Cependant, il est recommandé
d’inclure des notions générales sur le cisaillement du vent et les phénomènes dont il découle, selon le § 4.2,
alinéa d), de la publication de l’OMM sur la formation7.
6.7.4
Un recueil de notes de conférence pour la formation des météorologistes a aussi été publié par
l’OMM ; il s’agit de la publication de l’OMM dans OMM-no 364, Volume II. La 2e Partie de cette publication
26/9/08
o
N 1
Chapitre 6.
Formation
6-7
est consacrée à la météorologie aéronautique pour les météorologistes et les techniciens en météorologie.
Elle traite, quand il y a lieu, du cisaillement du vent dans les basses couches.
6.8
ASPECTS DIDACTIQUES DES MESSAGES D’OBSERVATION
DE CISAILLEMENT DU VENT
En dehors de certains progrès réalisés dans la mise au point des capteurs de détection à distance du
cisaillement du vent, ce que l’on a obtenu jusqu’alors de plus remarquable en fait de résultats relatifs à ce
phénomène est l’élaboration par les États d’une terminologie et de procédures normalisées de transmission
des messages d’observation du cisaillement du vent. Leur intégration aux programmes de formation, dans
les conditions dont le présent manuel fait état, constituerait un progrès remarquable en vue d’une
normalisation à l’échelle mondiale. Ces procédures présentent une forme de compte rendu pouvant être
utilisée par les aéroports qui sont munis de systèmes tels que le TDWR et/ou le LLWAS, et par ceux qui
n’en disposent pas mais qui sont touchés par le cisaillement du vent.
6.9
RÉSUMÉ
6.9.1
Le cisaillement du vent a toujours existé même si nous ne nous en rendions pas compte. Nous
sommes de plus en plus conscients des dangers mortels qu’il peut présenter, en raison des nombreux
accidents avec mort de personnes qu’il a provoqués. En même temps, nous avons acquis une meilleure
connaissance de ses effets et les moyens qui sont à notre disposition pour le prévoir et l’affronter se sont
améliorés. La formation revêt une importance primordiale pour la sécurité des vols et il est essentiel que
chaque exploitant dispose d’un programme satisfaisant de formation portant sur tous les aspects du
cisaillement du vent. Il faut toujours avoir présent à l’esprit le fait que la nature intrinsèquement capricieuse
du cisaillement du vent nous pousse à mettre l’accent, lors de la formation, sur la vigilance des pilotes,
surtout lorsqu’ils évoluent près d’un orage ou dans une zone où il y a des prévisions de cisaillement du vent.
6.9.2
L’ensemble des connaissances et de l’expérience acquises jusqu’ici met en évidence
l’importance des conseils suivants :
a)
Éviter les zones connues de cisaillement du vent.
b)
Évaluer les conditions météorologiques et la situation du moment.
c)
Utiliser et suivre les procédures d’exploitation normalisées.
d)
Être vigilant et prendre les précautions nécessaires chaque fois que la probabilité d’un
cisaillement du vent est élevé.
e)
Ne jamais hésiter à recourir aux manœuvres de redressement de trajectoire en cas
d’exposition malencontreuse au cisaillement du vent.
f)
Dans le doute, retarder le décollage ou, si l’on signale un cisaillement du vent, ne pas
hésiter à interrompre une approche ou à rester en circuit d’attente jusqu’à ce que les
conditions s’améliorent. En dernier recours, se dérouter sur un aérodrome de dégagement
approprié.
— — — — — — — —
26/9/08
o
N 1
6-8
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
Références
1. Administration fédérale de l'aviation des États-Unis, 1987: FAA Wind Shear Training Aid, Volumes 1 et 2.
2. Campbell, 1983: A conceptual framework for using Doppler radar — Acquired atmospheric data for flight simulation,
NASA Technical Paper no 2192.
3. Frost, et al., 1985: Microburst wind shear models from the JAWS project, United States Department of Transport,
Report no DOT/FAA-PM — 85/18.
4. Hopkins, 1984 : Microburst explored, Flight International, Londres.
5. Hopkins, 1985 : Wind shear escape, Flight International, Londres.
6. Klehr, 1986 : Wind shear simulation enters the fourth dimension, Bulletin OACI.
7. Organisation météorologique mondiale, 2002 : Guidelines for the education and training of personnel in meteorology
and operational hydrology, OMM Publication no 258, Volume I, quatrième édition.
___________________
26/9/08
o
N 1
Appendice 1
EXPOSÉ DES BESOINS OPÉRATIONNELS
(Le présent appendice a trait à l’Avant-propos du Manuel)
1.
RENSEIGNEMENTS FOURNIS AUX PILOTES
1.1
Les pilotes doivent recevoir des renseignements sur le cisaillement du vent et la turbulence
dans les basses couches (quelle qu’en soit la cause), pour leur permettre de prendre les mesures voulues
et de conserver la maîtrise de leurs aéronefs.
1.2
En attendant la mise au point d’équipements de bord et d’équipements au sol qui soient fiables
en exploitation, ces renseignements devraient être fondés sur les comptes rendus des pilotes et/ou sur les
observations météorologiques au sol, ou encore sur une évaluation des conditions météorologiques du
moment.
2.
ÉQUIPEMENTS AU SOL
Des équipements doivent être installés à la surface pour obtenir les renseignements ci-après, qui seront
communiqués aux pilotes avant le décollage ou avant le commencement de l’approche initiale :
a)
variations significatives du vent de surface le long de la piste ;
b)
variations significatives du vent sur les trajectoires de décollage et d’approche finale
jusqu’à 500 m (1 600 ft) au-dessus du niveau de la piste, tout particulièrement dans la
couche de 150 m (500 ft) à partir du niveau de la piste.
Note.— La valeur de 500 m (1 600 ft) ne devrait pas être considérée comme limitative si, en
raison des conditions locales, on juge nécessaire de l’élever.
3.
ÉQUIPEMENTS DE BORD
Des équipements doivent être installés à bord pour détecter dans les basses couches toutes manifestations
sensibles de cisaillement du vent ou de turbulence (quelle qu’en soit la cause), et :
a)
fournir au pilote, en temps opportun, un avertissement et les renseignements nécessaires
pour lui permettre de maintenir en toute sécurité la trajectoire de vol voulue ou de prendre
des mesures d’évitement ;
b)
indiquer que les limites spécifiées pour la certification de l’équipement d’atterrissage
automatique sont sur le point d’être atteintes, lorsque cet équipement est utilisé.
APP 1-1
APP 1-2
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
4.
FORMATION
Les pilotes doivent être entraînés à pallier les effets du cisaillement du vent et de la turbulence dans les
basses couches. Tous renseignements concernant cette question, de même que les techniques et
paramètres de vol recommandés, et les données sur les performances du type particulier d’aéronef qui les
concerne, devraient leur être fournis.
___________________
Appendice 2
RECOMMANDATIONS DU COMITÉ DES SCIENCES
DE L’ACADÉMIE NATIONALE DES ÉTATS-UNIS
SUR LE CISAILLEMENT DU VENT DANS LES
BASSES COUCHES ET SES DANGERS
POUR L’AVIATION (1983)
(Le présent appendice a trait aux § 3.9.2 et 3.9.3 du Manuel)
Note.— Le texte ci-après est reproduit avec la permission du Comité des sciences de
l’Académie nationale des États-Unis.
a
Les recommandations du Comité des sciences de l’Académie nationale des États-Unis se ventilent en
quatre grandes catégories : généralités, détection et prévision, performances et exploitation des aéronefs, et
recherche. La numérotation des recommandations ne correspond à aucun ordre de priorité. Le large
éventail de recommandations spécifiques reflète la complexité du problème du cisaillement du vent dans les
basses couches.
1.
GÉNÉRALITÉS
Nécessité d’un programme intégré concernant le cisaillement du vent
1.1
Pour assurer la sécurité des usagers du transport aérien, la FAA et les milieux aéronautiques
devraient considérer les nombreuses facettes du problème du cisaillement du vent dans les basses couches
comme un tout. La FAA devrait élaborer et exécuter un programme cohérent et continu intégrant les aspects
éducatifs, météorologiques, technologiques et opérationnels des risques que présente le cisaillement du
vent dans les basses couches.
Programme de formation en matière de cisaillement du vent
1.2
La FAA et les milieux aéronautiques devraient, en fait de cisaillement du vent, élaborer et
diffuser le plus largement possible des renseignements actualisés provenant de sources dignes de foi. Ces
renseignements devraient insister sur l’évitement du cisaillement du vent et décrire les techniques
permettant de garder la maîtrise des aéronefs en cas de rencontre de ce phénomène. Ils devraient tenir
a. Au moment où le présent Manuel sera publié, nombre des recommandations du Comité auront été mises en œuvre,
mais elles sont toutefois reproduites ici intégralement pour illustrer les problèmes que le cisaillement du vent a posés
au cours des deux dernières décennies.
APP 2-1
APP 2-2
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
compte de tous les types d’aéronefs et être accompagnés des indications appropriées à chaque classe. Ils
devraient comprendre des recommandations sur les moyens les plus efficaces de former les pilotes.
1.3
La FAA devrait réviser et mettre à jour sa Circulaire d’information de 1979 (AC 00-50A) sur le
cisaillement du vent, ainsi que le Airman’s Information Manual (AIM), pour y présenter les derniers
renseignements disponibles, notamment en ce qui concerne les techniques de détection, les procédures
d’alerte et d’avertissement, les effets du cisaillement du vent sur les performances des aéronefs et les
procédures de rétablissement de la trajectoire de vol après une rencontre avec un cisaillement du vent.
Communications entre pilotes et contrôleurs
1.4
La FAA devrait promouvoir l’emploi d’une terminologie normalisée et de communications
améliorées entre équipages de conduite et tours de contrôle. Un mode normalisé de compte rendu
d’exposition au cisaillement du vent dans les basses couches devrait être élaboré sous forme de PIREP
(compte rendu par les pilotes). La communication de PIREP devrait être obligatoire ; ces messages
devraient préciser l’emplacement, l’intensité et la nature du cisaillement du vent rencontré, dans un
vocabulaire normalisé et immuable. Les contrôleurs devraient communiquer ces comptes rendus à tous les
équipages de conduite se trouvant à proximité de leur aéroport. De plus, il faudrait rechercher des
techniques de diffusion directe aux pilotes des données sur le cisaillement du vent obtenues à l’aide du
système d’alerte du cisaillement du vent dans les basses couches (LLWSAS) ou d’autres moyens de
détection.
Mise au point d’un système de détection du cisaillement du vent
1.5
La FAA devrait choisir un emplacement pour tester les techniques de détection directe et de
détection à distance dans un système complet de détection du cisaillement du vent dans les basses
couches, et de communication de renseignements aux pilotes et aux contrôleurs ; elle devrait aussi tester
l’utilisation des renseignements ainsi obtenus dans le système de contrôle de la circulation aérienne. Ces
tests devraient être effectués à un aéroport important où les cisaillements du vent sont relativement
fréquents.
2.
DÉTECTION ET PRÉVISION
Système d’alerte de cisaillement du vent
dans les basses couches (LLWSAS)
2.1
Le système d’alerte de cisaillement du vent dans les basses couches (LLWSAS) est le seul
système dont on entrevoit actuellement la prochaine disponibilité et qui soit capable de détecter un
cisaillement du vent dans les basses couches en exploitation ; aucun effort ne devrait être négligé pour en
évaluer et en améliorer les performances. Sans se limiter à ces possibilités, le système dont il s’agit permet
un meilleur traitement des signaux, un espacement réduit entre un nombre accru de capteurs, une meilleure
réaction des capteurs et des techniques améliorées d’affichage des données du vent, des critères pour la
diffusion d’alertes de cisaillement du vent et l’utilisation de capteurs de pression au sol pour compléter les
renseignements LLWSAS. Un LLWSAS amélioré est actuellement mis au point et il sera installé à l’aéroport
international de la Nouvelle-Orléans. Ce système amélioré, qui doit être essayé en exploitation au début de
1984, devrait servir de base pour les modifications des installations LLWSAS actuelles et l’amélioration des
performances du système pour les futures installations. Selon les résultats des essais obtenus à la
26/9/08
o
N 1
Appendice 2. Recommandations du Comité des sciences de l’Académie nationale des États-Unis
sur le cisaillement du vent dans les basses couches et ses dangers pour l’aviation (1983)
APP 2-3
Nouvelle-Orléans, la FAA devrait modifier les systèmes LLWSAS actuels et installer des systèmes
améliorés à tous les aéroports à forte densité de circulation qui disposent de systèmes automatisés de
région terminale (153 aéroports) et où il y a probabilité de cisaillement du vent dangereux.
Enregistrement et analyse des données du LLWSAS
2.2
Les mesures du vent fournies par le système LLWSAS devraient être enregistrées et analysées
pour évaluation des performances du système et complément d’information sur les caractéristiques
climatiques du cisaillement du vent dans les basses couches. Ce travail devrait être effectué dans tous les
aéroports équipés d’un LLWSAS.
Utilisation des données radar disponibles
2.3
Le réseau actuel de radars météorologiques, mis en œuvre par le NWS, devrait être utilisé de
façon plus efficace pour permettre de juger de la probabilité du cisaillement du vent. Ces radars détectent
les averses, les orages et les phénomènes souvent associés à un cisaillement du vent. Les renseignements
provenant des radars météorologiques devraient être mis à la disposition des contrôleurs de la circulation
aérienne et en temps opportun sous une forme facilement compréhensible.
Radar météorologique de la prochaine génération (NEXRAD)
2.4
Les radars météorologiques Doppler de la prochaine génération (NEXRAD) devraient être mis
au point et installés le plus vite possible. Ces radars à longue portée répondront à de nombreux besoins
nationaux en matière de détection, de prévision et d’avertissement des phénomènes météorologiques
violents. En aviation, le NEXRAD peut être utilisé pour détecter et suivre les phénomènes météorologiques
significatifs le long des routes aériennes et, s’il est implanté dans un aéroport ou à proximité d’un aéroport,
pour détecter les cisaillements du vent dans les basses couches ou ses signes précurseurs. De plus, le
radar Doppler permettra de faire progresser la mise au point des techniques radar de détection du
cisaillement du vent dans les basses couches et celle des radars Doppler spécialisés de région terminale.
Radar météorologique de région terminale
implanté à un aéroport
2.5
La FAA devrait prendre des mesures immédiates pour que soit mis au point un radar Doppler à
impulsion pouvant être utilisé pour observer les conditions météorologiques aux aéroports et à proximité des
aéroports. Ce radar de région terminale devrait pouvoir fonctionner à un haut niveau d’automatisation et
fournir des renseignements sur l’intensité du cisaillement du vent, de la turbulence et des averses à basse
altitude. Ce radar doit pouvoir fournir des renseignements actualisés toutes les minutes et avoir certaines
capacités, telles que l’élimination du brouillage au sol et une résolution spatiale satisfaisante.
Utilisation des observations du radar météorologique
de région terminale
2.6
Pour optimiser l’utilité du radar Doppler de région terminale pour les contrôleurs de la circulation
et les pilotes, il faudrait faire des efforts concertés en vue d’élaborer des procédures d’analyse, d’affichage
et d’utilisation de ces observations.
26/9/08
o
N 1
APP 2-4
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
Télédétecteurs de bord
2.7
Les recherches devraient se poursuivre sur l’utilisation des lidars Doppler embarqués et des
radars Doppler à hyperfréquences comme moyen de détecter les cisaillements du vent dans les basses
couches.
3.
PERFORMANCES ET EXPLOITATION DES AÉRONEFS
Effets du cisaillement du vent sur les caractéristiques de vol
3.1
La FAA devrait faire faire des analyses et des recherches sur simulateur pour déterminer :
a)
dans quelle mesure les aéronefs de transport peuvent s’exposer au cisaillement du vent et
se rétablir, selon les divers systèmes de détection, de guidage et de pilotage disponibles à
bord ;
b)
quels sont les effets du cisaillement du vent sur les diverses catégories caractéristiques
d’avions et d’hélicoptères de l’aviation générale afin que des renseignements dignes de foi
puissent être fournis au sujet de leurs réactions et des techniques de pilotage dans une
rencontre avec le cisaillement du vent.
Procédures de pilotage
3.2
La FAA devrait veiller à ce que les transporteurs aériens et les autres exploitants commerciaux
instruisent leurs équipages de conduite des mesures à prendre s’ils viennent à s’exposer par inadvertance
au cisaillement du vent dans les basses couches lors d’un décollage ou d’un atterrissage. De plus, la FAA
devrait encourager les exploitants d’avions à réaction à insérer dans leurs manuels les procédures de
pilotage recommandées dans la circulaire d’information sur le cisaillement du vent. Les constructeurs
d’aéronefs devraient recommander des séquences de modification de la configuration (train d’atterrissage,
volets, déporteurs, etc.) qui offrent la plus haute probabilité de rétablissement de la trajectoire en cas
d’exposition au cisaillement du vent. Il faudrait apprendre aux pilotes à dépasser s’il le faut les limites
normales de la poussée maximale continue et à mettre la poussée maximale d’urgence.
Aides de guidage et de pilotage
3.3
Les capteurs et les aides de guidage embarqués devraient être évalués de manière
systématique pour déterminer leurs avantages en vue de progrès futurs et d’un éventuel montage en
rattrapage sur les aéronefs actuels. Parmi ces aides figurent les directeurs de vol modifiés, les systèmes de
gestion du vol par exploitation de la vitesse-sol et de la vitesse propre, les capteurs d’accélération verticale
et de taux d’énergie. Des indicateurs d’angle d’attaque devraient être ajoutés aux instruments de bord des
aéronefs de transport pour être utilisés dans les manœuvres en cas de cisaillement du vent. L’angle
d’attaque devrait être fourni soit comme une variable distincte soit comme une information s’ajoutant aux
autres paramètres de pilotage. Les capteurs devraient donner aux équipages de conduite un avertissement
sonore en cas de cisaillement du vent dangereux.
Normalisation des modèles de cisaillement du vent
3.4
La FAA devrait lancer un programme visant à élaborer et à définir des modèles normalisés de
cisaillement du vent fondés sur les données météorologiques les plus récentes. Ces modèles sont
Appendice 2. Recommandations du Comité des sciences de l’Académie nationale des États-Unis
sur le cisaillement du vent dans les basses couches et ses dangers pour l’aviation (1983)
APP 2-5
nécessaires pour leur conception et la certification des sous-systèmes de bord et pour l’utilisation des simulateurs de formation. La FAA devrait faire participer à ce programme d’autres organismes gouvernementaux,
des constructeurs d’aéronefs, des exploitants commerciaux et tout autre partie intéressée.
Certification des systèmes de bord
3.5
La FAA devrait mettre à jour ses conditions de certification des systèmes embarqués d’alerte de
cisaillement du vent, de guidage et de pilotage automatique.
Formation par simulation du cisaillement du vent
3.6
La FAA et les milieux aéronautiques devraient coopérer à la recherche de moyens nouveaux et
innovateurs visant à obtenir par simulation du cisaillement du vent la meilleure formation qu’il soit possible
de mettre à la portée du plus grand nombre possible de pilotes, y compris ceux de l’aviation générale.
4.
RECHERCHE
Effets des pluies abondantes
4.1
La recherche devrait se poursuivre sur la manière dont les pluies violentes affectent à faible
vitesse les caractéristiques aérodynamiques des aéronefs. Il faudrait en particulier prêter attention aux
éventuels effets néfastes d’une pluie abondante sur la portance, les performances et la manœuvrabilité des
aéronefs, notamment à ses effets sur les systèmes de détection du cisaillement du vent et les capteurs
embarqués.
Recherche sur la nature du cisaillement du vent dans les basses couches
4.2
Il reste encore beaucoup à apprendre sur les diverses sortes de cisaillement du vent et sur les
conditions météorologiques qui en sont la cause ou lui sont associées. Ces connaissances sont nécessaires
pour réduire les risques que présente le cisaillement du vent dans les basses couches. La recherche devrait
comprendre des observations supplémentaires sur le terrain et la construction de modèles théoriques de
dimensions appropriées : de 1 000 ft environ à 10 ou 20 milles et entre quelques minutes et plusieurs
heures.
4.3
L’ensemble actuel de données obtenues au moyen de divers programmes de recherche devrait
être réexaminé et complété, en temps opportun, au titre d’un programme de recherche sur le terrain dans la
partie sud-est humide des États-Unis. Les analyses des données obtenues grâce au programme JAWS
devraient être utilisées pour planifier toute nouvelle enquête sur le terrain. La recherche de base sur les
origines des violents courants descendants associés aux orages et sur les méthodes éventuelles de
prévision devraient occuper une place importante dans tout nouveau programme.
Page blanche
Appendice 3
ANALYSE MATHÉMATIQUE DE L’EFFET DU CISAILLEMENT
DU VENT SUR LA PORTANCE
a
Note.— Le texte ci-après est reproduit avec la permission de M. T.T. Fujita. Le tableau et les
figures ont été renumérotés par l’OACI pour cadrer avec le présent appendice.
Le flux d’air affecté par le passage d’un aéronef en vol se caractérise grosso modo par la « turbulence » et
le « cisaillement du vent ». Un aéronef volant en atmosphère turbulente est soumis à des mouvements
irréguliers et aléatoires tandis qu’il maintient plus ou moins bien la trajectoire de vol prévue. Avec ou sans
turbulence, le cisaillement du vent modifie la force de portance qui s’exerce sur lui, ce qui se traduit par des
mouvements de descente ou de montée plus ou moins importants.
En météorologie, le cisaillement du vent est une variation locale du module du vecteur vent dans un sens
donné. Les trois composantes du cisaillement du vent peuvent être définies comme constituant la représentation vectorielle du vent W, dans laquelle :
W = iu + jv + kw
(1)
où i, j, k sont les vecteurs orientés dans le sens de x, y, z, alors que u, v, w, sont les composantes du
vecteur vent sur les axes x, y, z.
Le cisaillement du vent, en aviation, est la variation dans le temps de la vitesse du vent le long de la
trajectoire d’un aéronef donné, ce qui peut s’écrire sous la forme :
∆W
∂W ∂W
=G
+
∆t
∂L
∂t
(2)
dans laquelle L est la distance mesurée le long de la trajectoire de vol. Le second terme du second membre
de cette équation définit la variation locale des vents dans une masse d’air traversée par un aéronef.
Autrement dit, la réalité qu’exprime ce second terme peut ne pas exister avant cette traversée, tandis que, le
premier terme définit le changement des vents au moment où un aéronef pénètre une masse d’air déjà
soumise à l’action de celui-ci.
Notant que la trajectoire de vol est comprise dans le plan x-z (Figure A3-1), nous définissons ainsi le
cisaillement des trois composantes du vent u, v, w :
Cisaillement du vent debout, augmente vent debout ;
∆u
= diminue vent arrière
∆t
Cisaillement du vent traversier, augmente à droite ;
∆v
= diminue à gauche
∆t
Cisaillement de la composante verticale du vent,
∆w
= augmente vers le haut ; diminue vers le bas
∆t
a.
(3)
(4)
(5)
Extrait de l’ouvrage de M. Fujita, intitulé « The Downburst » et publié par the Satellite and Mesometeorological Research Project
(SMRP), Département des Sciences géophysiques de l’Université de Chicago.
APP 3-1
APP 3-2
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
Effets du cisaillement du vent sur la portance
Un avion animé d’une vitesse vraie A et volant dans une masse de vent W se déplace à la vitesse sol
relative G. La force de portance qui s’exerce sur lui est perpendiculaire au vecteur A tandis que la traînée
est de sens opposé à celui du vecteur A. En utilisant les symboles de la Figure A3-1, on peut représenter la
force de portance par l’équation suivante :
F=
1
ρ A2 CL S
2
(6)
où ρ est la masse spécifique de l’air, CL le coefficient de portance et S la surface portante de l’avion.
Puisque β est petit et que θ et G ne varient pas dans le temps aussi rapidement que les vents le font, nous
pouvons déterminer approximativement la vitesse-sol et l’angle d’attaque comme étant :
∆A
+1
∆u
(7)
w
∂α
1
ou
= 0−0 +
G
∂w
G
(8)
G ≅ A + u ou 0 =
α =θ −γ +
L’accroissement de la portance due à la variation de u et de w se calcule en différenciant
comme suit l’équation 6 :
∆FL =
⎛ 2 ∂A
⎞
1
1 ∂CL ∂α
ρ CL A2S ⎜
∆u +
∆w ⎟
CL ∂α ∂w
2
⎝ A ∂u
⎠
(9)
Au moyen des équations 7 et 8, simplifions l’équation 9, qui devient :
∆FL
k
2
=−
∆u + ∆w
FL
A
G
où k =
1 ∂CL
180 ∂CL
(radians) =
(en degrés)
CL ∂α
π CL ∂α
(10)
(11)
est déterminé par les caractéristiques du coefficient de portance au cours d’une exposition au cisaillement
du vent. Cette équation montre que la perte de portance n’est pas causée seulement par une diminution de
vitesse propre mais aussi par une diminution de l’angle d’attaque, diminution qui, à son tour, réduit le
coefficient de portance.
Une courbe représentative du coefficient de portance au cours d’un décollage volets sortis, dans le cas d’un
avion à voilure en flèche, est représentée sur la Figure A3-2. Les valeurs du Tableau A3-1, calculées à partir
de cette courbe, montrent que la perte de portance due au vent arrière est constante, quel que soit l’angle
d’attaque de l’avion. D’autre part, la perte de portance augmente sensiblement au fur et à mesure que
l’angle d’attaque diminue. L’équation 10 montre que le fait de diminuer l’angle d’assiette en tangage qui a
été choisi pour gagner de la vitesse propre en cas de cisaillement du vent avec composante vent arrière
et/ou rabattant, pourrait se traduire par une perte de la portance entraînant un important enfoncement de
l’avion.
Appendice 3.
Analyse mathématique de l’effet du cisaillement du vent sur la portance
APP 3-3
z
Angle d’attaque
FL
Portance
to
Trajec
Assiette en tangage
Traînée
G
A
FD
Force de gravitation FG
Angle de trajectoire de vol
par rapport à l’air
W
ire de
vo l
w
u
x
Angle de trajectoire de vol
par rapport au sol
Figure A3-1. Définition des valeurs littérales employées dans ce chapitre
FL = portance ; FG = force de gravitation ; FD = traînée ; " = angle d’attaque ; $ = angle
de la trajectoire de vol par rapport à l’air ; ( = angle de la trajectoire de vol par rapport au sol;
2 = assiette en tangage ; W = vecteur vent, u, v, w étant les composantes du vecteur vent
sur les axes x, y, z ; A = vitesse vraie ; et G = vitesse-sol
FL Coefficient de portance
2,0
1,0
Portance
nulle
5°
10°
15°
Angle d’attaque
20°
25°
Figure A3-2. Coefficient de portance d’un avion à voilure en flèche avec 15°
de volets et le train rentré. L’angle d’attaque est défini par rapport au
fuselage. L’angle d’attaque par rapport à la voilure est de 2° plus
important que l’angle d’attaque par rapport au fuselage
APP 3-4
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
Tableau A3-1. Pourcentage (%) de la perte de portance due à une augmentation
de un nœud de vent arrière ou à un nœud d’augmentation du rabattant.
Pour plus de simplicité A = G = 150 kt, par hypothèse
Angle d’attaque
Perte de portance par vent arrière
Perte de portance par rabattant
0°
1,3
13,2
5°
1,3
4,5
10°
1,3
2,5
15°
1,3
1,3
20°
1,3 % par nœud
0,5 % par nœud
Appendice 4
ALERTES DE CISAILLEMENT DU VENT
ET DE TURBULENCE À HONG KONG (CHINE)
(Le présent appendice a trait au § 5.1.44 du Manuel)
Note.— Le texte ci-après est reproduit avec la permission de l’Observatoire de Hong Kong (Chine).
Les figures ont reçu une nouvelle numérotation pour être utilisées dans le présent appendice.
1.
LE CONTEXTE
1.1
L’Observatoire de Hong Kong (HKO) est l’administration météorologique désignée de Hong Kong
(Chine), et, à ce titre, il a la responsabilité de fournir des services météorologiques aéronautiques à l’aéroport
international de Hong Kong (HKIA), situé à Chek Lap Kok. L’organisme diffuse des alertes de cisaillement du
vent (s’il y a une variation de plus de 15 nœuds du vent debout ou du vent arrière) et de turbulence (modérée
et forte).
1.2
Sur le plan géographique, l’aéroport international de Hong Kong a été construit sur des terrains
gagnés sur la mer dans la partie nord de l’île de Lantau, qui présente un relief passablement montagneux
avec des sommets de près de 1 000 m et des vallées encaissées à près de 400 m entre les hauteurs. La
Figure A4-1 présente le relief de l’île et la situation de l’aéroport HKIA dans ce contexte. Au nord-est de
l’aéroport s’élèvent des collines plus basses dont les sommets se situent entre 400 et 600 m. Dans ce cadre
côtier et accidenté, plusieurs phénomènes météorologiques sont susceptibles de provoquer le cisaillement
du vent et de la turbulence à l’aéroport de Hong Kong, notamment :
a)
les vents qui balaient les régions montagneuses, donc des phénomènes provoqués par le
relief (Figure A4-2) ;
b)
les microrafales et les fronts de rafales, autrement dit des phénomènes causés par les
orages (Figures A4-3 et A4-4) ;
c)
la rencontre de la brise de mer avec les vents soufflant de l’intérieur (Figure A4-5) ;
d)
les courants-jet des basses couches (Figure A4-6).
2.
LES ALERTES DE CISAILLEMENT DU VENT ET DE TURBULENCE
2.1
Les dispositifs météorologiques mis en place pour surveiller le cisaillement du vent et la
turbulence à l’aéroport de Hong Kong et dans les environs comprennent les dispositifs suivants :
a)
un radar météorologique Doppler de région terminale (TDWR) installé en un point stratégique à environ 12 km au nord-est de l’aéroport (Figure A4-7) ;
APP 4-1
26/9/08
o
N 1
APP 4-2
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
b)
un réseau d’anémomètres installés à la surface, dans les vallées et au sommet des collines ;
c)
cinq bouées météorologiques (Figure A4-8) disposées à environ un à deux milles marins
(NM) du seuil des pistes ;
d)
deux profileurs de vent sur l’île de Lantau ;
e)
deux LIDAR Doppler installés à l’aéroport (Figure A4-8).
Voir sur la Figure A4-1 l’endroit où sont situés ces dispositifs de détection.
2.2
Le système TDWR a fait ses preuves dans le domaine de la détection des microrafales et des
fronts de rafales provoqués par des orages, lorsqu’il y a des précipitations. Il a été démontré que, par temps
sec (non pluvieux), le système LIDAR d’alerte de cisaillement du vent (LIWAS) mis au point par HKO peut
détecter le cisaillement du vent lié aux écoulements d’air perturbés par le relief, à la brise de mer et aux
lignes de cisaillement à basse altitude, à partir des profils du vent debout que les aéronefs rencontreront sur
la trajectoire d’alignement de descente, profils qui sont obtenus par balayage LIDAR de la zone comprenant
cette trajectoire. Des anémomètres disposés à plusieurs endroits fournissent des renseignements sur le
cisaillement horizontal et vertical du vent. Des profileurs de vent mesurent la force du vent à différentes
altitudes pour produire des données sur le cisaillement vertical du vent.
Anémomètre
LIDAR
Radar météorologique Doppler
de région terminale
HKIA
Bouée météorologique
Profileur de vent
Île de Lantau
Figure A4-1. Carte de l’aéroport international de Hong Kong (HKIA)
et des environs. Le relief est indiqué par des courbes de niveau de 100 m.
26/9/08
o
N 1
Appendice 4.
Alertes de cisaillement du vent et de turbulence à Hong Kong (Chine)
APP 4-3
Collines
Vent fort
Vent faible
Aéroport
Figure A4-2. Exemple d’écoulement d’air provoqué par le terrain :
courants aériens de haute vitesse dans les vallées
et courants aériens de basse vitesse sur le flanc des montagnes
M I C R O R A FA L E
Rabattant
Vent arrière
toire
Trajec
ement
d’align
cente
de des
Figure A4-3.
Vent debout
Cisaillement du vent provoqué par une microrafale
26/9/08
o
N 1
APP 4-4
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
Orage
Front de rafales
Vent rabattant
Vents
de fond
Figure A4-4.
Cisaillement du vent provoqué par un front de rafales
Vents
de fond
Brise de mer
Brise
de mer
Mer
Terre
Figure A4-5.
26/9/08
o
N 1
Cisaillement du vent provoqué par la brise de mer
Vents
de fond
Appendice 4.
Alertes de cisaillement du vent et de turbulence à Hong Kong (Chine)
Diminution
du vent debout
et de la portance
De quelques
centaines de mètres
à mille mètres
au-dessus du sol
Figure A4-6.
Accroissement
du vent debout
et de la portance
APP 4-5
Courant-jet
de basse
couche
Vent debout
Cisaillement du vent provoqué par un courant-jet des basses couches
2.3
Les alertes concernant d’éventuelles manifestations de cisaillement ou de turbulence susceptibles
de se produire à moins de trois milles marins (NM) du seuil des pistes sont émises automatiquement par les
algorithmes de calcul qui traitent les données en provenance de l’ensemble des capteurs. Ces alertes sont
actualisées toutes les minutes, au moins, avant d’être transmises aux avions.
2.4
Les comptes rendus de pilotes concernant un cisaillement du vent ou une turbulence observés à
moins de 500 m (1 600 ft) et reçus rapidement par HKO sont également émis sous forme d’avertissements
pour diffusion aux aéronefs qui suivent au moyen du service automatique d’information de région terminale
(ATIS). Les comptes rendus de cisaillement produits automatiquement à partir des données de vol obtenues
grâce au système de retransmission des données météorologiques d’aéronefs (AMDAR) sont aussi inclus
dans les avertissements. Ces avertissements demeurent normalement en vigueur pendant au moins une
demi-heure après la réception du compte rendu d’aéronef faisant état du phénomène.
Alertes et avertissements de cisaillement du vent
2.5
Les alertes de cisaillement diffusées automatiquement sont classées en deux catégories : « alerte
de microrafales » (MBA), dans le cas de cisaillement avec perte par vent debout de 30 nœuds ou plus et
accompagné de précipitations, et « alerte de cisaillement du vent » (WSA) dans le cas d’un cisaillement avec
perte ou gain de 15 nœuds ou plus par vent debout (exception faite des MBA). Une alerte d’ensemble est
donnée pour chaque couloir d’approche ou de décollage en fonction d’un système de priorités qui prend en
compte la gravité des alertes et le degré de confiance accordé aux différentes sources de données qui ont
servi à produire l’alerte. Les alertes sont transmises aux pilotes par les contrôleurs de la circulation aérienne.
26/9/08
o
N 1
APP 4-6
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
Figure A4-7.
Le radar météorologique Doppler de région terminale, à Hong Kong
Figure A4-8. Dispositifs de détection du cisaillement du vent mis en place au début
des années 2000 — bouée météorologique (à gauche) et LIDAR (à droite)
26/9/08
o
N 1
Appendice 4.
Alertes de cisaillement du vent et de turbulence à Hong Kong (Chine)
APP 4-7
2.6
À partir des données recueillies grâce au réseau de capteurs météorologiques, les prévisionnistes
de HKO diffusent également des avertissements de cisaillement du vent qui complètent les alertes
automatiques ; pour ce faire, ils utilisent des techniques objectives élaborées dans le cadre d’analyses des
comptes rendus de cisaillement transmis par les pilotes et des conditions atmosphériques associées. Ces
techniques seront automatisées progressivement en tenant compte des résultats qu’elles offrent à l’issue
d’une comparaison avec les données de vol prélevées à bord et les comptes rendus des pilotes. Les
avertissements de cisaillement du vent émis par le prévisionniste aéronautique qui sont fondés sur des
techniques objectives ou sur des comptes rendus d’aéronefs (voir § 2.4) sont communiqués au moyen de
l’ATIS. Afin d’aider les pilotes à évaluer les possibles variations que le vent pourrait présenter durant la phase
finale d’une approche par vent fort, une valeur estimative du vent à 2 500 ft provenant d’un anémomètre situé
sur le sommet d’une colline au sud de HKIA est donnée dans le message « ATIS d’arrivée » lorsque la vitesse
du vent dépasse 35 nœuds.
Alertes et avertissements de turbulence
2.7
Les alertes automatiques de turbulence sont classées en deux catégories, fondées sur les
mêmes seuils d’intensité que ceux qui ont été adoptés pour les comptes rendus automatiques de turbulence
transmis par les avions, et sont établies par référence à la catégorie d’avions lourds : « turbulence
modérée », pour une turbulence correspondant à une racine cubique du taux de dissipation des tourbillons
(EDR) comprise entre 0,3 et 0,5 ; « turbulence forte » lorsque la racine cubique de l’EDR est égale ou
supérieure à 0,5. L’ampleur de la turbulence provoquée par le relief dans les couloirs d’arrivée ou de départ
est déterminée à partir de la vitesse et de la direction du vent, et des fluctuations du vent mesurées par le
réseau d’anémomètres. Les alertes sont transmises aux pilotes par les contrôleurs de la circulation aérienne.
Les avertissements de turbulence établis par le prévisionniste aéronautique à partir des comptes rendus de
turbulence envoyés par des pilotes (voir § 2.4) sont communiqués au moyen de l’ATIS.
26/9/08
o
N 1
Page blanche
Appendice 5
PROFILEUR DE VENT À ULTRA-HAUTES FRÉQUENCES
À L’AÉROPORT DE NICE CÔTE D’AZUR
(Données brutes de sortie recueillies par la système de profil du vent
le 2 septembre 2000, entre 1400 et 1700 UTC)
(Le présent appendice a trait au § 5.1.49 du Manuel)
Note.— Le tableau et la figure ci-après sont reproduits avec la permission de Météo France ; ils
ont été numérotés par l’OACI pour faciliter leur présentation dans cet appendice.
Tableau A5-1.
Messages d’observation de cisaillement du vent
notés le 2 septembre 2000
1656 h et 1657 h L
1658 h et 1659 h L
1700 h L
1701 h L
Cisaillement indépendant de
l’orientation de la piste :
Cisaillement indépendant de
l’orientation de la piste :
Cisaillement indépendant de
l’orientation de la piste :
Cisaillement indépendant de
l’orientation de la piste :
Modéré à 142 m
Modéré à 195 m
Modéré à 285 m
Fort à 321 m
Fort à 428 m
Fort à 464 m
Léger à 554 m
Fort à 643 m
Orientation de la piste : 40
Modéré à 195 m : sens
contraire à la piste
Léger à 285 m :
perpendiculaire à la piste
Modéré à 321 m : sens de la
piste
Fort à 321 m : perpendiculaire
à la piste
Modéré à 428 m : sens de la
piste
Léger à 428 m :
perpendiculaire à la piste
Modéré à 464 m : sens
contraire à la piste
Modéré à 464 m :
perpendiculaire à la piste
Fort à 643 m : sens contraire à
la piste
Modéré à 643 m :
perpendiculaire à la piste
Modéré à 142 m
Fort à 213 m
Fort à 249 m
Fort à 285 m
Fort à 536 m
Fort à 106 m
Fort à 142 m
Fort à 321 m
Fort à 392 m
Fort à 464 m
Fort à 536 m
Fort à 643 m
Fort à 321 m
Fort à 392 m
Fort à 464 m
Fort à 536 m
Fort à 643 m
Orientation de la piste : 40
Modéré à 142 m :
perpendiculaire à la piste
Fort à 213 m : sens contraire à
la piste
Fort à 249 m : sens de la piste
Fort à 285 m : sens contraire à
la piste
Modéré à 285 m :
perpendiculaire à la piste
Modéré à 536 m : sens de la
piste
Modéré à 536 m :
perpendiculaire à la piste
Orientation de la piste : 40
Léger à 106 m : sens de la piste
Modéré à 106 m :
perpendiculaire à la piste
Modéré à 142 m :
perpendiculaire à la piste
Modéré à 321 m : sens
contraire à la piste
Modéré à 321 m :
perpendiculaire à la piste
Modéré à 392 m : sens de la
piste
Modéré à 392 m :
perpendiculaire à la piste
Modéré à 464 m : sens
contraire à la piste
Léger à 464 m : perpendiculaire
à la piste
Fort à 536 m : sens de la piste
Léger à 536 m : perpendiculaire
à la piste
Modéré à 643 m : sens
contraire à la piste
Modéré à 643 m :
perpendiculaire à la piste
Orientation de la piste : 40
Modéré à 321 m : sens
contraire à la piste
Modéré à 321 m :
perpendiculaire à la piste
Fort à 392 : sens de la piste
Modéré à 392 m :
perpendiculaire à la piste
Modéré à 464 m : sens
contraire à la piste
Léger à 464 m : perpendiculaire
à la piste
Fort à 536 m : sens de la piste
Léger à 536 m : perpendiculaire
à la piste
Modéré à 643 m : sens
contraire à la piste
Modéré à 643 m :
perpendiculaire à la piste
APP 5-1
26/9/08
o
N 1
APP 5-2
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
Figure A5-1. Représentation graphique convenue avec l’organisme
du contrôle d’approche de l’aéroport de Nice Côte d’Azur,
à l’intention des contrôleurs de la circulation aérienne
Appendice 6
EXIGENCES VISANT LES ÉQUIPEMENTS DE DÉTECTION
DU CISAILLEMENT DU VENT DANS LES BASSES COUCHES
(Le présent appendice a trait au § 5.1.61 du Manuel)
Note.— Le texte ci-après est extrait du Code of Federal Regulations des États-Unis, 14 CFR,
Chapitre 1, partie 121 ; il est reproduit avec la permission de la Federal Aviation Administration.
a)
Avions fabriqués après le 2 janvier 1991. Nul ne doit exploiter un avion à propulsion par
turbine construit après le 2 janvier 1991 à moins qu’il ne soit muni d’un système embarqué
d’avertissement de cisaillement du vent homologué et d’un système embarqué de guidage
de vol, ou d’un système embarqué de détection et d’évitement homologué, ou d’une
combinaison approuvée de ces deux systèmes.
b)
Avions fabriqués avant le 3 janvier 1991. Sauf dans les circonstances indiquées à
l’alinéa c) du présent article, nul ne doit exploiter, après le 2 janvier 1991, un avion
construit avant le 3 janvier 1991, à moins qu’il ne soit conforme à l’une des exigences
énoncées ci-dessous, selon le cas :
1)
Les marques/modèles/séries indiqués ci-dessous doivent être munis d’un système
embarqué d’avertissement de cisaillement du vent homologué et d’un système
embarqué de guidage de vol, ou d’un système embarqué de détection et d’évitement
homologué, ou d’une combinaison approuvée de ces deux systèmes :
(i)
A-300-600 ;
(ii)
A-310 — toutes les séries ;
(iii)
A-320 — toutes les séries ;
(iv)
B-737, séries 300, 400 et 500 ;
(v)
B-747-400 ;
(vi)
B-757 — toutes les séries ;
(vii) B-767 — toutes les séries ;
(viii) F-100 — toutes les séries ;
(ix)
MD-11 — toutes les séries ;
(x)
les séries MD-80 équipées d’un système d’instruments de vol électroniques
(EFIS) et d’un ordinateur de guidage de vol Honeywell-970.
APP 6-1
26/9/08
o
N 1
APP 6-2
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
2)
c)
d)
Les autres avions à propulsion par turbine ne figurant pas sur la liste ci-dessus
doivent être munis au moins d’un système embarqué d’avertissement de cisaillement
du vent homologué. Ces avions peuvent être munis d’un système embarqué de
détection et d’évitement, ou d’une combinaison de ces systèmes.
Délai de grâce. Le titulaire d’un certificat peut demander un délai de grâce pour se
conformer aux exigences de l’alinéa b) s’il présente à la FAA un programme de montage
en rattrapage des dispositifs. Pour obtenir l’approbation d’un tel programme et pour être en
mesure de démontrer qu’il s’y est conformé en tout temps, le titulaire d’un certificat doit :
1)
présenter, au plus tard le 1er juin 1990, une demande d’approbation d’un programme
de montage en rattrapage au Directeur de la division des normes aéronautiques de
la région où est situé le bureau qui a délivré le certificat ;
2)
démontrer que tous ses avions devant être munis des dispositifs visés par le présent
article seront munis de ces dispositifs au plus tard à la date finale de conformité fixée
pour le montage en rattrapage des systèmes TCAS II ;
3)
se conformer au programme de montage en rattrapage et présenter des rapports
d’étape renfermant des renseignements jugés acceptables par l’Administrateur. Le
premier rapport doit être déposé au plus tard le 2 janvier 1991 et les rapports suivants
sont soumis tous les six mois, jusqu’à ce que le programme soit achevé. Les rapports
sont soumis à l’inspecteur principal pour l’aviation désigné pour suivre le dossier.
Définitions. Les définitions ci-après s’appliquent au présent article :
1)
« Avion à propulsion par turbine » désigne les avions à turbosoufflante, à turboréacteur, à hélice transsonique et à réacteurs à double flux. Cette définition exclut
expressément les turbopropulseurs.
2)
Un avion est considéré comme un produit fini à la date à laquelle le registre
d’acception de l’inspection indique qu’il est achevé et répond aux données de
conception de type approuvée de la FAA.
[Doc. No. 25954, 55 FR 13242, 9 avril 1990]
Appendice H de la Partie 121 — Simulations perfectionnées
Le présent appendice présente des lignes directrices et des moyens pratiques pour mettre en place un
programme de formation des équipages sur des simulateurs de vol perfectionnés. On y trouve une
description des conditions visant les simulateurs et les systèmes de visualisation qui doivent être remplies
en vue d’obtenir l’approbation de certains types d’entraînements sur simulateur. Les exigences visées dans
le présent appendice s’ajoutent aux conditions d’homologation des simulateurs énoncées à l’article 121.407.
Les simulateurs mis en service au titre du présent appendice doivent être homologués comme simulateurs
de niveau B, C ou D, selon le cas.
Les demandes présentées à la FAA pour obtenir l’homologation d’un simulateur d’un niveau donné doivent
comprendre les éléments décrits ci-après de manière à satisfaire l’Administrateur :
Appendice 6. Exigences visant les équipements de détection
du cisaillement du vent dans les basses couches
APP 6-3
1. Des preuves bien établies que les conditions, énoncées aux présentes, visant le type de simulateur et
les systèmes de visualisation ont été observées et que la formation complémentaire a été fournie pour
le niveau de simulateur faisant l’objet de la demande d’homologation ;
2. Une évaluation du simulateur démontrant que les performances au sol, en vol et à l’atterrissage
correspondent au type d’avion simulé ;
3. Une évaluation pour démontrer la pertinence des conditions visant le simulateur et le système de
visualisation pour le niveau de simulateur faisant l’objet de la demande d’homologation.
MODIFICATIONS AUX LOGICIELS D’UN SIMULATEUR
Même si une certaine souplesse est nécessaire pour permettre aux exploitants d’apporter des modifications
aux logiciels des simulateurs, il est primordial d’effectuer un contrôle strict des modifications pour s’assurer
que le simulateur conserve la capacité de reproduire les performances en vol et au sol de l’avion simulé. En
conséquence, les exploitants doivent suivre la procédure décrite ci-après pour effectuer des changements,
de manière à ne pas modifier les conditions d’homologation d’un simulateur visé à l’Appendice H :
1. Vingt et un jours civils avant d’apporter aux logiciels des modifications qui pourraient avoir une incidence
sur les caractéristiques dynamiques au sol ou en vol d’un simulateur visé par l’Appendice H, les
exploitants doivent soumettre par écrit au bureau de la FAA chargé d’effectuer les évaluations
périodiques du simulateur une liste complète des modifications prévues, y compris celles qui touchent
les caractéristiques dynamiques des systèmes de mouvement et de visualisation.
2. Si la FAA ne formule pas d’objections aux modifications prévues dans une période de vingt et un jours,
l’exploitant peut aller de l’avant et effectuer les modifications en question.
3. Les modifications qui peuvent toucher le guide d’essais de qualification d’un simulateur homologué de
niveau B doivent faire l’objet d’un contrôle en simulateur par l’exploitant pour déterminer l’incidence des
modifications, avant que la demande ne soit soumise à la FAA.
4. Les modifications aux logiciels qui ont déjà été apportées doivent être signalées à la FAA sous forme
résumée. Si les essais effectués par l’exploitant indiquent que les caractéristiques du simulateur sont
différentes par suite d’une modification, il devra fournir aux autorités une copie amendée de la page du
guide d’essais de qualification faisant état des nouveaux résultats des essais sur simulateur, afin que la
FAA puisse mettre à jour son exemplaire du guide d’essais.
5. La FAA peut examiner les données justificatives ou faire une vérification de service du simulateur, ou
les deux choses à la fois, pour s’assurer que les caractéristiques aérodynamiques du simulateur n’ont
pas été détériorées par une modification de la programmation des logiciels.
6. Les demandes de modification sont évaluées en se servant des mêmes critères que ceux ayant servi à
l’homologation initiale d’un simulateur de niveau B, C ou D.
LISTE MINIMALE D’ÉQUIPEMENTS DU SIMULATEUR
En raison des tolérances strictes et des autres conditions d’homologation des simulateurs visés à
l’Appendice H, un simulateur peut reproduire des conditions réalistes d’entraînement même si certains de
ses composants non essentiels ont été rendus inopérants. Il s’ensuit qu’un exploitant peut utiliser un
APP 6-4
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
simulateur conformément à une liste minimale d’équipements (LME) approuvée par l’Administrateur pour le
simulateur en question. La LME recense les composants du simulateur et signale le type d’entraînement ou
de contrôle qui est autorisé lorsqu’un composant donné est inopérant. À cette fin, le composant doit être
inscrit sous l’une des catégories ci-après, avec les observations pertinentes ayant trait à son utilisation
pendant le programme de formation :
1. Aucune formation, aucun contrôle.
2. Formation avec des manœuvres précises.
3. Certification et contrôle.
4. Formation de type vol de ligne (LOFT).
PROGRAMME DE FORMATION AVANCÉE SUR SIMULATEUR
Lorsqu’un exploitant entend offrir une formation sur un simulateur de niveau C ou D au titre du présent
appendice, les instructions concernant le simulateur et les contrôles exigés doivent être effectués
conformément à un programme de formation avancée sur simulateur approuvé par l’Administrateur. Le
programme doit également assurer que les instructeurs et les inspecteurs de vol recrutés pour offrir la
formation et effectuer les contrôles visés à l’Appendice H sont tout à fait compétents pour donner la
formation prévue au programme. Le programme de formation avancée sur simulateur doit comprendre les
éléments suivants :
1. Les programmes de formation initiaux, de transition, de mise à niveau et périodiques élaborés par
l’exploitant, ainsi que les procédures qu’il a mises en place pour établir la récence de l’expérience sur
simulateur.
2. La démarche qui sera utilisée pour intégrer, dans le cadre du programme de formation, les simulateurs
de niveau B, C et D avec d’autres types de simulateurs et de dispositifs d’entraînement pour optimiser
l’ensemble des fonctions de formation, de contrôle et de certification.
3. La documentation démontrant que les instructeurs et les pilotes inspecteurs ont rempli ces mêmes
fonctions depuis au moins un an dans le cadre d’un programme approuvé du titulaire du certificat, ou
qu’ils ont été pendant au moins un an pilotes commandants de bord ou commandants en second à bord
d’un avion appartenant au groupe pour lequel ils sont instructeurs ou pilotes inspecteurs.
4. Une procédure pour s’assurer que les instructeurs et les pilotes inspecteurs participent, à titre de
membres d’équipage, soit dans un programme approuvé de vols de ligne offert régulièrement, soit dans
un programme approuvé d’observation de vols de ligne, à bord du même type d’avions que celui pour
lequel ils sont instructeurs ou pilotes inspecteurs.
5. Une procédure visant à s’assurer que les instructeurs et les pilotes inspecteurs reçoivent au moins quatre
heures de formation par année pour leur permettre de se familiariser avec le programme de formation
avancée sur simulateur mis en place par l’exploitant, ou avec les modifications qui peuvent y avoir été
apportées ; le programme met l’accent sur leurs rôles respectifs dans la formation. La formation des
instructeurs sur simulateur et des pilotes inspecteurs doit comprendre les volets suivants : politiques et
procédures de formation ; méthodes et techniques d’instruction ; maniement des commandes du
simulateur (y compris les avertisseurs de défaillances ou de problèmes environnementaux) ; limitations du
simulateur ; et équipements indispensables exigés pour chaque cours de formation.
Appendice 6. Exigences visant les équipements de détection
du cisaillement du vent dans les basses couches
APP 6-5
6. Un programme spécial d’entraînement de type vol de ligne (LOFT) pour faciliter la transition du simulateur
aux conditions réelles des vols de ligne. Le programme LOFT comporte au moins un cours de formation
d’une durée de quatre heures pour chaque équipage de conduite. Il comprend en outre au moins deux
tronçons de vol représentatifs des routes de l’exploitant. Sur l’un des tronçons les conditions d’exploitation
sont tout à fait normales, du refoulement à l’aéroport de départ jusqu’à l’arrivée à destination. L’autre
tronçon de route doit comporter des conditions anormales et des situations d’urgence.
NIVEAU B
Instruction et contrôles autorisés
1. Récence de l’expérience (§ 121.439).
2. Décollages et atterrissages de nuit (partie 121, Appendice E).
3. Atterrissages en vérification des compétences sans les exigences d’atterrissage sur la ligne (§ 121.441).
Conditions visant les simulateurs
1. Le programme aérodynamique doit comprendre :
a) Les effets de sol — p. ex., le redressement, l’arrondi et le toucher des roues. À cette fin, il faut
introduire des données sur la portance, la traînée et le moment de tangage en effet de sol.
b) Réaction au posé — réaction de l’avion au moment du contact avec la piste à l’atterrissage ; les
données doivent comprendre la flexion des jambes à amortisseur, la friction des pneus et les forces
latérales.
c) Caractéristiques de maniement au sol — les données relatives à la direction doivent comprendre le
vent latéral, le freinage, l’inversion de poussée, la décélération et le rayon de virage.
2. Système de mouvement à trois axes libres minimum.
3. Guide d’essais des manœuvres d’atterrissage pour le niveau B permettant de vérifier les données du
simulateur par rapport aux données de vol réelles de l’avion, et de fournir des essais de rendement du
simulateur pour l’homologation initiale d’un dispositif de niveau B.
4. Appareils d’enregistrement multicanal pouvant enregistrer des essais de rendement d’un simulateur de
niveau B.
Exigences visant les systèmes de visualisation
1. Le système de visualisation doit être compatible avec la programmation des caractéristiques
aérodynamiques.
2. Le temps de réaction du système de visualisation à partir du moment où le pilote actionne une
commande jusqu’au moment où le système réagit ne doit pas dépasser de plus de 300 millisecondes
APP 6-6
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
le temps de réaction de l’avion à une commande similaire. Le temps de réaction du système de
visualisation est défini comme étant le balayage complet du premier champ vidéo et l’affichage de
données différentes à la suite d’une commande brusque.
3. Un moyen d’enregistrer le temps de réaction du système de visualisation pour le comparer avec les
données de l’avion.
4. Des indications visuelles pour évaluer les vitesses d’enfoncement et la perception tridimensionnelle
pendant les atterrissages.
5. Il faut assurer une correspondance entre les scènes visuelles et les instruments pour éviter les écarts
perceptibles.
NIVEAU C
Instruction et contrôles autorisés
1. Tous les pilotes doivent recevoir une instruction de transition entre des avions d’un même groupe ; un
pilote commandant de bord est soumis au contrôle de certification prévu à l’alinéa 61.153(g) du présent
chapitre.
2. On procède à une mise à niveau pour passer à l’instruction de pilote commandant de bord et au
contrôle de certification lorsque le pilote :
a) s’est auparavant qualifié à titre de commandant en second sur le type d’appareils pour lesquels le
pilote effectue la mise à niveau ;
b) a accumulé au moins 500 heures de temps de vol réel à titre de commandant en second sur un
avion appartenant au même groupe ;
c) remplit à l’heure actuelle les fonctions de commandant en second sur un avion appartenant au
même groupe.
3. On procède à une instruction initiale de pilote commandant de bord et à un contrôle de certification
lorsque le pilote :
a) remplit dans l’immédiat les fonctions de commandant en second sur un avion appartenant au même
groupe ;
b) a accumulé un minimum de 2 500 heures de vol à titre de commandant en second sur un avion
appartenant au même groupe ;
c) a rempli les fonctions de commandant en second sur au moins deux avions appartenant au même
groupe.
4. Tous les candidats au grade de pilote commandant en second qui satisfont aux conditions relatives à
l’expérience sur l’avion énoncées à l’article 61.159 du présent chapitre doivent suivre l’instruction initiale
et effectuer la mise à niveau ainsi que l’inspection exigées dans la présente partie, et satisfaire les
exigences relatives au contrôle de certification visées à l’article 61.153.
Appendice 6. Exigences visant les équipements de détection
du cisaillement du vent dans les basses couches
APP 6-7
Exigences visant les simulateurs
1. Vent traversier et dynamique de cisaillement du vent en trois dimensions représentatifs, selon les
données de l’avion simulé.
2. Efforts physiques aux commandes d’orientation et de freinage représentatifs, selon les données
correspondantes de l’avion, au moins dans les conditions suivantes :
a) piste sèche ;
b) piste mouillée ;
c) piste verglacée ;
d) piste mouillée par endroits ;
e) piste verglacée par endroits ;
f)
piste mouillée avec traces de pneus dans la zone de toucher des roues.
3. Dynamique représentative du freinage et d’anomalies des pneus (et de l’antiblocage), et diminution de
l’efficacité du freinage à cause de températures élevées des freins basées sur les données de l’avion
simulé.
4. Un système de mouvement qui donne des indications équivalentes ou meilleures que celles fournies par
un système dans six degrés de liberté.
5. Les principaux systèmes de navigation opérationnels, dont les systèmes d’instruments de vol
électroniques, les systèmes de navigation par inertie (INS) et les systèmes de navigation OMEGA, le
cas échéant.
6. Les procédures permettant d’effectuer rapidement et efficacement des essais des programmes et du
matériel des simulateurs.
7. L’ordinateur du simulateur doit être doté d’une capacité, une précision, une résolution et une réaction
dynamique accrues afin de répondre convenablement aux exigences du niveau C. Les programmes qui
reproduisent les caractéristiques aérodynamiques fondamentales nécessitent au minimum une
résolution équivalente à celle d’un ordinateur muni d’un processeur 32 bits.
8. Les mises à niveau du matériel et des programmes du simulateur doivent être effectuées rapidement et
de façon permanente lorsque des modifications sont apportées au modèle d’avion simulé.
9. Bruit de précipitations et bruits importants de l’avion que le pilote peut percevoir en vol normal, et bruit
d’un écrasement lorsque le simulateur atterrit au-delà des limites du train d’atterrissage.
10. La dynamique de sensation artificielle des commandes doit correspondre à ce qui se produit dans
l’avion simulé. L’enregistrement des commandes du simulateur doit correspondre avec les mesures de
l’avion simulé en configuration de décollage, croisière et atterrissage.
11. Les réponses relatives du système de mouvement, du système de visualisation et des instruments du
poste de pilotage doivent être synchronisées afin de fournir des indications sensorielles intégrées. Ces
APP 6-8
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
systèmes doivent répondre à des manœuvres brusques de tangage, de roulis et de lacet effectuées au
siège du pilote dans les 150 millisecondes qui suivent, mais ils ne doivent pas réagir plus vite que
l’avion ne le ferait dans des conditions identiques. Les changements de scène résultant de perturbations
de la stabilité d’origine doivent se produire à l’intérieur de la tolérance de réponse dynamique du
système de 150 millisecondes. L’essai visant à déterminer si le simulateur respecte ces exigences doit
inclure l’enregistrement simultané des données analogiques provenant du manche, du volant et du
palonnier du pilote, des données provenant d’un accéléromètre fixé à la plate-forme du système de
mouvement, à un endroit convenable près du siège du pilote, du signal transmis à l’écran du système
de visualisation (y compris les données analogiques sur le temps d’acheminement du système de
visualisation), et du signal transmis à l’indicateur d’assiette du pilote, ou il peut s’agir d’un autre essai
équivalent approuvé par l’Administrateur. Cet essai vise à établir une comparaison entre les données
provenant d’un enregistrement des réponses du simulateur et les données relatives aux réponses de
l’avion simulé en configuration de décollage, de croisière et d’atterrissage.
Exigences visant le système de visualisation
1. Scènes de crépuscule et de nuit associées à des représentations d’au moins trois aéroports, y compris
un minimum de dix degrés d’obscurcissement, les caractéristiques générales du terrain et du relief, et
les principaux points de repère.
2. Aides radio à la navigation correctement orientées en fonction du tracé des pistes de l’aéroport.
3. Des méthodes d’essai permettant de vérifier rapidement les couleurs de l’image du système de
visualisation, la RVR, la mise au point optique, l’intensité, la mise à niveau de l’horizon et l’assiette par
rapport à l’indicateur d’assiette du simulateur.
4. Pour la phase d’approche et d’atterrissage, à une altitude de 2 000 ft ou moins au dessus de l’aéroport
et dans un rayon de 10 milles de l’aéroport, les représentations météorologiques suivantes :
a) densité variable des nuages ;
b) obscurcissement partiel des scènes au sol (effet d’une couche de nuages épars ou fragmentés) ;
c) percée graduelle ;
d) brouillard par endroits ;
e) effet du brouillard sur le balisage lumineux de l’aéroport ;
f)
conditions météorologiques de catégorie II et III.
5. Champ visuel continu minimum de 75° à l’horizontale et de 30° à la verticale à chacun des sièges des
pilotes. Les intervalles visuels se produisent de la même façon que s’ils se produisaient dans l’avion
simulé ou par effet du matériel du système de visualisation. Les systèmes de visualisation des deux
postes de pilote doivent fonctionner simultanément.
6. Possibilité de représenter les dangers au sol et en vol tels qu’un autre aéronef qui croise la piste en
service ou des aéronefs en vol qui convergent.
Appendice 6. Exigences visant les équipements de détection
du cisaillement du vent dans les basses couches
APP 6-9
NIVEAU D
Instruction et contrôles autorisés
Hormis les conditions stipulées dans la phrase suivante, les candidats doivent suivre l’instruction en vol,
effectuer les contrôles exigés dans cette partie et observer les exigences relatives au contrôle de
certification énoncées à l’article 61.153(g) du présent chapitre. La vérification de compétence en route
prévue à l’article 121.440, les exigences relatives à l’avion statique énoncées à l’Appendice E et celles
visant l’expérience d’exploitation énoncées à l’article 121.434 de la présente partie doivent quand même
être satisfaites à bord de l’avion.
Exigences visant les simulateurs
1. Tremblement caractéristique découlant de l’exploitation de l’avion (p. ex., tremblement ressenti à haute
vitesse, ou lors de la sortie du train d’atterrissage ou des volets, ou du décrochage ou du frottement de
la roue avant) et qui peuvent être perçus dans la cabine de pilotage. Le simulateur doit être programmé
et instrumenté de manière à pouvoir mesurer les tremblements caractéristiques pour les comparer avec
les données de l’avion correspondant. Des données de l’avion simulé sont également nécessaires pour
définir le mouvement ressenti dans la cabine de pilotage lorsque l’avion est soumis à des perturbations
comme de l’air turbulent et turbulences aléatoires. Des modèles généraux de perturbations qui
correspondent approximativement aux données d’essais en vol vérifiables sont acceptables.
2. La modélisation des caractéristiques aérodynamiques des avions à l’égard desquels un certificat de
er
type initial a été émis après le 1 juin 1980, comprenant les effets de sol lors de vols à basse altitude et
en palier, les effets ressentis lors de vols supersoniques à haute altitude, les effets de l’accumulation de
glace sur la cellule, les effets de la poussée dynamique normale ou inversée sur les gouvernes, et les
représentations d’aéroélasticité et de la non-linéarité de la réponse des commandes résultant de
glissades. La modélisation doit se fonder sur les données d’essais en vol fournies par le constructeur.
3. Amplitude et fréquence réaliste des bruits et des sons du poste de pilotage, tels que parasites statiques,
bruits des moteurs et de la cellule. Ces sons et ces bruits doivent être synchronisés avec les représeno
tations visuelles des conditions météorologiques comme indiqué à l’exigence n 3 relative au système
de visualisation.
4. Un moyen de vérifier automatiquement le matériel et la programmation du simulateur pour déterminer la
conformité aux exigences relatives aux niveaux B, C et D.
5. Des sorties sur imprimante d’analyses diagnostiques des défectuosités du simulateur permettant de
déterminer la conformité à la liste minimale d’équipements (LME). L’exploitant doit conserver ces sorties
sur imprimante entre les évaluations périodiques de la FAA, dans le cadre du registre quotidien des
anomalies qui est exigé au § 121.407(a)(5).
Exigences visant le système de visualisation
1. Les scènes visuelles se déroulant le jour, au crépuscule et la nuit, elles doivent contenir assez
d’éléments pour qu’on puisse reconnaître un aéroport donné, ainsi que le relief et les points de repère
principaux aux environs de l’aéroport, et exécuter un atterrissage à vue. La représentation visuelle des
scènes de jour doit s’intégrer à l’ensemble de l’ambiance de jour du poste de pilotage qui représente un
éclairage au moins équivalent à celui que l’on retrouve dans le poste par temps couvert. Aux fins
d’application du présent article, un système de visualisation de scène de jour est un système de
APP 6-10
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
visualisation qui permet de produire au minimum des images en couleurs, de contenu de scènes
comparables en détail à celles produites par 4 000 tranches ou 1 000 surfaces dans le cas des scènes
de jour et 4 000 points de lumière dans le cas des scènes de nuit et de crépuscule, une luminance de 6
pieds-Lambert mesurée à la hauteur des yeux du pilote (la meilleure luminosité), une résolution de 3
minutes d’arc pour le champ visuel aux yeux du pilote, et une image sans quantification apparente ou
d’autres effets visuels pouvant détourner l’attention lorsque le simulateur est en mouvement. L’éclairage
ambiant du poste de pilotage doit être dynamiquement compatible avec les scènes de jour simulées, et il
ne doit pas brouiller l’image de la scène simulée ni se situer à moins de 5 pieds-Lambert de luminance
reflétée sur une plaque d’approche à la hauteur des genoux et/ou de 2 pieds-Lambert de luminance
reflétée sur le visage du pilote.
2. Scènes visuelles qui reproduisent de façon représentative les relations entre objets susceptibles de
causer chez certains pilotes des illusions d’atterrissages sur pistes courtes, pendant les approches
sur l’eau, sur pistes montantes ou descendantes, sur trajectoires d’approches au-dessus de reliefs
ascendants, ainsi que les caractéristiques uniques de la topographie.
3. Représentations des conditions météorologiques particulières telles que les effets sonores, visuels et de
mouvement ressentis en pénétrant dans de la précipitation légère, moyenne et forte à proximité d’un
orage au décollage, en approche et à l’atterrissage, à 2 000 ft ou moins au-dessus de l’aéroport et dans
un rayon de 10 milles terrestres de l’aéroport.
4. Les exigences relatives aux systèmes de visualisation des simulateurs de niveau C s’appliquent tant aux
scènes de jour qu’aux scènes de crépuscule et de nuit.
5. Aires d’atterrissage mouillées et, si cela s’applique à l’exploitant, enneigées, y compris la réflexion de la
lumière sur piste.
6. Couleurs réalistes et éclairage directionnel de l’aéroport.
7. Présentations du radar météorologique à bord des avions où l’information radar est affichée sur le
tableau de bord du pilote. (Arts. 313, 601, 603 et 604 de la Federal Aviation Act de 1958, et leurs
modifications (49 U.S.C. 1354, 1421, 1423 et 1424) ; al. 6 c) de la Department of Transportation Act
[49 U.S.C. 1655(c)]).
o
(Doc. n 19758, 45 FR 44183, 30 juin 1980 ; 45 FR 48599, 31 juillet 1980, modifié par les amendements 121258, 61 FR 30732, 17 juin 1996 ; 61 FR 39859, 31 juillet 1996 ; amendements 121-267, 62 FR 68137,
30 décembre 1997)
APP 7-1
26/9/08
o
N 1
3
2
1
No
Données/Heure : 237
Microrafale humide
20 juin 1991
Vol de recherche
de la NASA
Orlando, Floride
Données/heure : 111
Microrafale humide
avec pluie et grêle
Accident à Dallas/
Forth Worth
100
50
50
Accident à Dallas/
Forth Worth
Données/heure : 111
Microrafale humide
avec pluie et grêle
Distance
de grille
horizontale
(mètres) [1]
Données du système
de simulation de région
terminale (TASS)
de la NASA
50
55
55
Réflectivité
maximale
(dBz)
37 à 45
35 à 42
35 à 42
3,5
3,5
3,5
S/O
S/O
S/O
0,14
0,14
0,2
Oui
Non
Non
Adiabatique
Adiabatique
Adiabatique
Pointe
Réflectivité de Diamètre
Pluie
approx. à
la microrafale approx. de la
intermittente
un km
en couronne microrafale en Stade
Gradient
FBAR
pointe V (km) d’évolution
(dBz)
[3]
adiabatique
[2]
Newark
4R/22L
Newark
4R/22L
Modèle de
brouillage
radar
Irrégulière Newark
4R/22L
Asym.
Asym.
Symétrie
Tableau A7-1. Séries de données de simulation du cisaillement du vent
[5]
Vitesse propre : 150 kt
–3° en ligne droite à l’approche du sud,
la microrafale est située à la radioborne
intermédiaire à 1,2 NM du seuil de la
piste.
Vitesse propre : 150 kt
–3° en ligne droite à l’approche de l’est,
la microrafale est située à la radioborne
intermédiaire à 1,2 NM du seuil de la
piste.
Vitesse propre : 0 kt
En position de décollage face à l’est ;
le bord antérieur de la microrafale se
trouve à 3,0 NM du point du lâcher des
freins.
[4]
Scénario de vol,
position et vitesse propre
Note.— Le tableau et les notes 1 à 10 qui suivent sont reproduits avec la permission de la FAA. Le tableau a été numéroté par l’OACI pour faciliter la présentation.
(Le présent appendice a trait au § 5.1.72 du Manuel)
SÉRIES DE DONNÉES DE SIMULATION DU CISAILLEMENT DU VENT
Appendice 7
26/9/08
o
N 1
8
7
6
5
4
No
Données/Heure : 351
Microrafales multiples
11 juillet 1988
Incident à Denver,
Colorado
Données/Heure : 349
Microrafales multiples
11 juillet 1988
Incident à Denver,
Colorado
Données/Heure : 349
Microrafale humide
11 juillet 1988
Incident à Denver,
Colorado
Données/Heure : 237
Microrafale humide
20 juin 1991
Vol de recherche
de la NASA
Orlando, Floride
100
100
100
100
100
20 juin 1991
Vol de recherche
de la NASA
Orlando, Floride
Données/Heure : 237
Microrafale humide
Distance
de grille
horizontale
(mètres) [1]
Données du système
de simulation de région
terminale (TASS)
de la NASA
24
37
35
50
50
Réflectivité
maximale
(dBz)
13 à 27
10 à 16
10 à 16
37 à 45
37 à 45
1,5-3,0
3
3
3,5
3,5
Seuil
d’alerte
obligatoire
[6]
En
formation
Sous le
seuil
[6]
En
formation
Sous le
seuil
[6]
En
formation
S/O
Sous le
seuil
[6]
En
formation
0,17
0,13
0,083
0,19
0,06
Oui
Oui
Légère
Oui
Oui
Adiabatique
Adiabatique
Adiabatique
Adiabatique
Adiabatique
Pointe
Réflectivité de Diamètre
Pluie
approx. à
la microrafale approx. de la
intermittente
un km
en couronne microrafale en Stade
Gradient
FBAR
pointe V (km) d’évolution
(dBz)
[3]
adiabatique
[2]
Variable
entre les
microrafales
Variable
entre les
microrafales
Variable
entre les
microrafales
Newark
4R/22L
Newark
4R/22L
Newark
4R/22L
Irrégulière Newark
4R/22L
Irrégulière Newark
4R/22L
Symétrie
Modèle de
brouillage
radar
Vitesse propre : 0 kt
[5]
En position de décollage vers le nord,
le bord antérieur de la microrafale est
situé de telle sorte que l’avion subit le
vent debout de la microrafale en
couronne.
Vitesse propre : 150 kt
–3° en ligne droite à l’approche du
nord, la microrafale est située à la
radioborne intermédiaire à 12 NM du
seuil de la piste.
Vitesse propre : 150 kt
–3° en ligne droite à l’approche de
l’est, la microrafale est située à la
radioborne intermédiaire à 0,5 NM du
seuil de la piste.
Vitesse propre : 150 kt
Remise des gaz à 100 ft à l’ouest, la
microrafale se situant à 1,8 NM du
point de 100 ft à l’extrémité de la piste.
Vitesse propre : 150 kt
–3° en ligne droite à l’approche de
l’est, la microrafale est située à la
radioborne intermédiaire à 1,2 NM du
seuil de la piste.
[4]
Scénario de vol,
position et vitesse propre
APP 7-2
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
14
13
12
11
10
9
No
Données/Heure : 351
Microrafales multiples
11 juillet 1988
Incident à Denver,
Colorado
Données/Heure : 349
Microrafales multiples
11 juillet 1988
Incident à Denver,
Colorado
Données/Heure : 351
Microrafales multiples
11 juillet 1988
Iincident à Denver,
Colorado
Données/Heure : 351
Microrafales multiples
11 juillet 1988
Incident à Denver,
Colorado
Données/Heure : 351
Microrafales multiples
11 juillet 1988
Incident à Denver,
Colorado
100
100
100
100
100
40
40
40
40
25
25
100
11 juillet 1988
Incident à Denver,
Colorado
Données/Heure : 351
Microrafales multiples
Réflectivité
maximale
(dBz)
Distance
de grille
horizontale
(mètres) [1]
Données du système
de simulation de région
terminale (TASS)
de la NASA
13 à 27
13 à 27
13 à 27
13 à 27
13 à 27
13 à 27
1,5-3,0
1,5-3,0
1,5-3,0
1,5-3,0
1,5-3,0
1,5-3,0
S/O
S/O
S/O
S/O
S/O
S/O
0,13
0,17
0,18
0,15
0,19
0,19
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Oui
Adiabatique
Adiabatique
Adiabatique
Adiabatique
Adiabatique
Adiabatique
Pointe
Réflectivité de Diamètre
Pluie
approx. à
la microrafale approx. de la
intermittente
un km
en couronne microrafale en Stade
Gradient
FBAR
pointe V (km) d’évolution
(dBz)
[3]
adiabatique
[2]
Variable
entre les
microrafales
Variable
entre les
microrafales
Variable
entre les
microrafales
Variable
entre les
microrafales
Variable
entre les
microrafales
Variable
entre les
microrafales
Symétrie
Newark
4R/22L
Newark
4R/22L
Newark
4R/22L
Newark
4R/22L
Newark
4R/22L
Newark
4R/22L
Modèle de
brouillage
radar
[7]
Séries de données de simulation du cisaillement du vent
Vitesse propre : 150 kt
–3° en ligne droite à l’approche du
sud-est à un cap de 135°. La microrafale est située à la radioborne intermédiaire à 0,5 NM du seuil de la piste.
Vitesse propre : 150 kt
–3° en ligne droite à l’approche de l’est
à un cap de 90°. La microrafale est
située à la radioborne intermédiaire à
0,5 NM du seuil de la piste.
Vitesse propre : 150 kt
–3° en ligne droite à l’approche du
nord-est, à un cap de 45°. La microrafale est située à la radioborne intermédiaire à 0,5 NM du seuil de la piste.
Vitesse propre : 150 kt
–3° en ligne droite à l’approche du
nord à un cap de 360°. La microrafale
est située à la radioborne intermédiaire à 0,5 NM du seuil de la piste.
Vitesse propre : 150 kt
Décollage avec le train rentré, en
direction est, le bord antérieur de la
microrafale est situé à 3,0 NM du point
du lâcher des freins.
[5]
Vitesse propre : 0 kt[5]
En position de décollage vers l’est, le
bord antérieur de la microrafale est
situé de telle sorte que l’avion subit le
vent debout de la microrafale en
couronne.
[4]
Scénario de vol,
position et vitesse propre
Appendice 7.
APP 7-3
26/9/08
o
N 1
26/9/08
o
N 1
19
18
17
16
15
No
Données/Heure : 436
Microrafales multiples
14 juillet 1982
Inversion de
température
Denver, Colorado
Données/Heure : 436
Microrafales multiples
11 juillet 1982
Inversion de
température
Denver, Colorado
Données/Heure : 351
Microrafales multiples
11 juillet 1988
Incident à Denver,
Colorado
Données/Heure : 351
Microrafales multiples
11 juillet 1988
Incident à Denver,
Colorado
50
50
100
100
27
27
40
40
40
100
11 juillet 1988
Incident à Denver,
Colorado
Données/Heure : 351
Microrafales multiples
Réflectivité
maximale
(dBz)
Distance
de grille
horizontale
(mètres) [1]
Données du système
de simulation de région
terminale (TASS)
de la NASA
0 à 10
0 à 10
13 à 27
13 à 27
13 à 27
1,0
1,0
1,5-3,0
1,5-3,0
1,5-3,0
S/O
S/O
S/O
S/O
S/O
0,24
0,23
0,15
0,13
0,17
Non
Non
Oui
Oui
Oui
Couche
stable
Couche
stable
Adiabatique
Adiabatique
Adiabatique
Pointe
Réflectivité de Diamètre
Pluie
approx. à
la microrafale approx. de la
intermittente
un km
en couronne microrafale en Stade
Gradient
FBAR
pointe V (km) d’évolution
(dBz)
[3]
adiabatique
[2]
Newark
4R/22L
Newark
4R/22L
Asym.
Asym.
Newark
4R/22L
Newark
4R/22L
Variable Denver 26L
entre les
microrafales
Variable
entre les
microrafales
Variable
entre les
microrafales
Symétrie
Modèle de
brouillage
radar
[8]
Vitesse propre : 150 kt
–3° en ligne droite à l’approche de l’est,
la microrafale est située à la radioborne
intermédiaire à 0,5 NM du seuil de la
piste.
Vitesse propre : 150 kt
En position de décollage vers l’est, le
bord antérieur de la microrafale est
situé de telle sorte que l’avion subit le
vent debout de la microrafale en
couronne.
Vitesse propre : 200 kt
Vol en palier à 1000 ft au-dessus de la
piste, cadence de virage normale vers
le radiophare d’alignement de piste. La
microrafale devrait être située de telle
sorte qu’elle se trouve devant l’avion
lorsque le radiophare est détecté.
Vitesse propre : 150 kt
–3° en ligne droite à l’approche du nordouest à un cap de 315°. La microrafale
est située à la radioborne intermédiaire
à 0,5 NM du seuil de la piste.
Vitesse propre : 150 kt
–3° en ligne droite à l’approche de
l’ouest à un cap de 270°. La microrafale est située à la radioborne intermédiaire à 0,5 NM du seuil de la piste.
[4]
Scénario de vol,
position et vitesse propre
APP 7-4
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
24
23
22
21
20
No
Données/Heure : 540
Microrafales
très sèches [10]
8 juillet 1989
Sondage
Denver, Colorado
Données/Heure : 540
Microrafales
très sèches [10]
8 juillet 1989
Sondage
Denver, Colorado
Données/Heure : 540
Microrafales
très sèches [10]
8 juillet 1989
Sondage
Denver, Colorado
Données/Heure : 540
Microrafales
très sèches [10]
8 juillet 1989
Sondage
Denver, Colorado
Données/Heure : 436
Microrafales multiples
14 juillet 1982
Inversion de
température
Denver, Colorado
Données du système
de simulation de région
terminale (TASS)
de la NASA
100
100
100
17 à 20
17 à 20
17 à 20
17 à 20
27
50
100
Réflectivité
maximale
(dBz)
Distance
de grille
horizontale
(mètres) [1]
–10 à –4
–10 à –4
–10 à –4
–10 à –4
–10 à –4
3,0
3,0
3,0
3,0
3,0
S/O
S/O
S/O
S/O
S/O
0,17
0,12
0,16
0,18
0,24
Non
Non
Non
Non
Non
Adiabatique
Adiabatique
Adiabatique
Adiabatique
Couche
stable
Pointe
Réflectivité de Diamètre
Pluie
approx. à
la microrafale approx. de la
intermittente
un km
en couronne microrafale en Stade
Gradient
FBAR
pointe V (km) d’évolution
(dBz)
[3]
adiabatique
[2]
Newark
4R/22L
Irrégulière Newark
4R/22L
Irrégulière Newark
4R/22L
Irrégulière Newark
4R/22L
Irrégulière Newark
4R/22L
Asym.
Symétrie
Modèle de
brouillage
radar
[9]
[7]
[9]
Vitesse propre : 150 kt
Remise des gaz à 100 ft au nord, la
microrafale se situant à 1,8 NM du
point de 100 ft à l’extrémité de la piste.
Vitesse propre : 120 kt
–3° en ligne droite à l’approche du
nord avec un angle de dérive de 25°.
Le bord antérieur de la microrafale est
situé au seuil de la piste.
Vitesse propre : 150 kt
–3° en ligne droite à l’approche du
nord, la microrafale est située à la
radioborne intermédiaire à 12 NM du
seuil de la piste.
Vitesse propre : 150 kt
Décollage, altitude de rentrée du train,
en direction ouest, le bord antérieur de
la microrafale est situé à 3,0 NM du
point du lâcher des freins.
Vitesse propre : 120 kt
–3° en ligne droite à l’approche de l’est
à un angle de dégagement de 25°. Le
bord antérieur de la microrafale est
situé au seuil de la piste.
[4]
Scénario de vol,
position et vitesse propre
Appendice 7.
Séries de données de simulation du cisaillement du vent
APP 7-5
26/9/08
o
N 1
26/9/08
o
N 1
28
27
26
25
No
Données/Heure : 614
Microrafale très
asymétrique
Données dérivées
de sondage,
Floride
Données/Heure : 614
Microrafale très
asymétrique
Données dérivées
de sondage,
Floride
Seconde impulsion [10]
Données/Heure : 545
Microrafales
très sèches
8 juillet 1989
Sondage
Denver, Colorado
Données/Heure : 540
Microrafales
très sèches [10]
8 juillet 1989
Sondage
Denver, Colorado
Données du système
de simulation de région
terminale (TASS)
de la NASA
100
100
50
50
5
17 à 20
100
100
Réflectivité
maximale
(dBz)
Distance
de grille
horizontale
(mètres) [1]
40 à 47
40 à 47
–11
–10 à –4
1,0
1,0
3,0
3,0
S/O
S/O
S/O
S/O
0,15
0,11
0,15
0,16
Légère
Légère
Non
Non
Adiabatique
Adiabatique
Adiabatique
Adiabatique
Pointe
Réflectivité de Diamètre
Pluie
approx. à
la microrafale approx. de la
intermittente
un km
en couronne microrafale en Stade
Gradient
FBAR
pointe V (km) d’évolution
(dBz)
[3]
adiabatique
[2]
Asym.
Asym.
[8]
Vitesse propre : 150 kt
–3° en ligne droite à l’approche du nord,
la microrafale est située à la radioborne
intermédiaire à 0,5 NM du seuil de la
piste.
Vitesse propre : 200 kt
Vol en palier à 1000 ft au-dessus de la
piste, cadence de virage normale vers le
radiophare d’alignement de piste, limitée
par une inclinaison latérale de 25°. La
microrafale devrait être située de telle
sorte qu’elle se trouve devant l’avion
lorsque le radiophare est détecté.
[4]
Scénario de vol,
position et vitesse propre
Newark
4R/22L
[8]
Vitesse propre : 150 kt
–3° en ligne droite à l’approche du
nord à un cap de 360°. La microrafale
est située à la radioborne intermédiaire à 0,5 NM du seuil de la piste.
Vitesse propre : 200 kt
Wash. Vol en palier à 1000 ft au-dessus de la
National piste, cadence de virage normale vers le
radiophare d’alignement de piste, limitée
18
par une inclinaison latérale de 25°. La
microrafale devrait être située de telle
sorte qu’elle se trouve devant l’avion
lorsque le radiophare est détecté.
Irrégulière Newark
4R/22L
Irrégulière Denver
26L
Symétrie
Modèle de
brouillage
radar
APP 7-6
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
33
32
31
30
29
No
Données/Heure : 614
Microrafale très
asymétrique
Données dérivées
de sondage,
Floride
Données/Heure : 614
Microrafale très
asymétrique
Données dérivées
de sondage,
Floride
Données/Heure : 614
Microrafale très
asymétrique
Données dérivées
de sondage,
Floride
Données/Heure : 614
Microrafale très
asymétrique
Données dérivées
de sondage,
Floride
Données/Heure : 614
Microrafale très
asymétrique
Données dérivées
de sondage,
Floride
Données du système
de simulation de région
terminale (TASS)
de la NASA
100
50
50
50
50
50
50
50
100
100
Réflectivité
maximale
(dBz)
Distance
de grille
horizontale
(mètres) [1]
40 à 47
40 à 47
40 à 47
40 à 47
40 à 47
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
S/O
S/O
S/O
S/O
S/O
0,13
0,13
0,19
0,15
0,17
Légère
Légère
Légère
Légère
Légère
Adiabatique
Adiabatique
Adiabatique
Adiabatique
Adiabatique
Pointe
Réflectivité de Diamètre
Pluie
approx. à
la microrafale approx. de la
intermittente
un km
en couronne microrafale en Stade
Gradient
FBAR
pointe V (km) d’évolution
(dBz)
[3]
adiabatique
[2]
Asym.
Asym.
Asym.
Asym.
Asym.
Symétrie
Newark
4R/22L
Newark
4R/22L
Newark
4R/22L
Newark
4R/22L
Newark
4R/22L
Modèle de
brouillage
radar
Vitesse propre : 150 kt
–3° en ligne droite à l’approche du nordouest à un cap de 315°. La microrafale
est située à la radioborne intermédiaire
à 0,5 NM du seuil de la piste.
Vitesse propre : 150 kt
–3° en ligne droite à l’approche de
l’ouest à un cap de 270°. La microrafale est située à la radioborne intermédiaire à 0,5 NM du seuil de la piste.
Vitesse propre : 150 kt
–3° en ligne droite à l’approche du sudouest à un cap de 225°. La microrafale
est située à la radioborne intermédiaire
à 0,5 NM du seuil de la piste.
Vitesse propre : 150 kt
–3° en ligne droite à l’approche du sud
à un cap de 180°. La microrafale est
située à la radioborne intermédiaire à
0,5 NM du seuil de la piste.
Vitesse propre : 150 kt
–3° en ligne droite à l’approche du
nord-est à un cap de 45°. La microrafale est située à la radioborne intermédiaire à 0,5 NM du seuil de la piste.
[4]
Scénario de vol,
position et vitesse propre
Appendice 7.
Séries de données de simulation du cisaillement du vent
APP 7-7
26/9/08
o
N 1
26/9/08
o
N 1
Données/Heure : 727
Front de microrafales
2 août 1981
Sondage Knowlton
ajusté,
Montana
Données/Heure : 727
Front de microrafales
2 août 1981
Sondage Knowlton
ajusté,
Montana
0,13
Non
Non
Adiabatique
Adiabatique
Asym.
Asym.
Newark
4R/22L
Newark
4R/22L
[5]
Vitesse propre : 150 kt
–3° en ligne droite à l’approche de
l’ouest, la microrafale est située à la
radioborne intermédiaire à 12 NM du
seuil de la piste.
Vitesse propre : 0 kt
En position de décollage vers l’ouest,
le bord antérieur de la microrafale est
situé de telle sorte que l’avion subit le
vent debout de la microrafale en
couronne.
a. L’Appendice E n’est pas reproduit dans le présent manuel.
L’analyse des données du radar météorologique Doppler de région terminale (TDWR) obtenues à Orlando démontrent que la différence de réflectivité la plus
marquée entre deux cellules de microrafales distantes de 5 km l’une de l’autre était de 10 dBz. À Denver, cette valeur a atteint un maximum de 30 dBz, mais
seulement observée à deux reprises. En conséquence, aux fins des essais sur le fonctionnement des capteurs en conditions de pluie intermittente, les
trajectoires de vol décrites à l’Appendice Ea ont été orientées, selon le cas, pour qu’elles traversent des zones de pluies abondantes avant d’atteindre la
microrafale dangereuse.
La pluie intermittente peut nuire au bon fonctionnement du système. Pour se qualifier comme système explorant vers l’avant (de « courte ou de longue
portée »), le système devrait pouvoir détecter un cisaillement dangereux du vent et émettre un avertissement au moins dix secondes à l’avance. Puisque les
cisaillements du vent peuvent accompagner des pluies abondantes, ils devraient être détectés lorsque ces conditions prévalent.
S/O
0,12
[3]
S/O
S/O
[4]
Scénario de vol,
position et vitesse propre
Les facteurs F seront différents dans le cas des séries élaborées pour des vitesses propres de 120, 150 et 200 kt. Étant donné que le calcul du facteur F ne
dépend que dans une faible mesure de la vitesse vraie (VV) de l’aéronef, la vitesse type de 150 kt a été retenue pour permettre une évaluation normalisée
de ces systèmes. Cependant, les algorithmes du système de détection du cisaillement du vent peuvent être sensibles à la vitesse vraie, de sorte que des
vitesses propres élevées sont essentielles pour l’évaluation du taux d’actualisation du système en vue de déterminer les temps de détection minimums ; des
vitesses propres moins élevées ne devraient être évaluées que pour démontrer que le système fonctionne avec des vitesses plus basses. Par conséquent,
il faut évaluer un nombre restreint de balayages à 120 et 200 kt. La vitesse de 120 kt a été retenue parce qu’il s’agit d’un minimum type pour des décollages
et des atterrissages au niveau de la mer d’appareils légers avec tous les volets dehors, tandis que la vitesse de 200 kt est un maximum type pour les
manœuvres d’aéronefs lourds, les volets au minimum, par temps chaud et à un aéroport situé en altitude.
18 à 20
S/O
Symétrie
Modèle de
brouillage
radar
[2]
Dans la zone
des FBAR
les plus
élevés
20
18 à 20
Pointe
Réflectivité de Diamètre
Pluie
approx. à
la microrafale approx. de la
intermittente
un km
en couronne microrafale en Stade
Gradient
FBAR
pointe V (km) d’évolution
(dBz)
[3]
adiabatique
[2]
Les séries de données du système de simulation en région terminale (TASS) de la NASA ont toutes une résolution à 50 m.
100
20
100
Dans la zone
des FBAR
les plus
élevés
Réflectivité
maximale
(dBz)
Distance
de grille
horizontale
(mètres) [1]
[1]
NOTES :
35
34
No
Données du système
de simulation de région
terminale (TASS)
de la NASA
APP 7-8
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
Appendice 8
RÈGLES VISANT LES PRÉVISIONS
Note.— Le texte qui suit est reproduit avec la permission du Centre météorologique du Royaume-Uni.
1.
RÈGLES EMPIRIQUES DE PRÉVISION UTILISÉES PAR LE CENTRE MÉTÉOROLOGIQUE
DU ROYAUME-UNI LORS D’UN ESSAI DE PRÉVISION DE CISAILLEMENT DU VENT
EFFECTUÉ EN 1977, ET QUI PEUVENT FOURNIR DES INDICATEURS UTILES
À DES CENTRES MÉTÉOROLOGIQUES QUI ENVISAGENT
D’EFFECTUER DES ESSAIS SIMILAIRES
SERVICE D’AVERTISSEMENT DE CISAILLEMENT DU VENT
Critères météorologiques
Notation : V10 = Vent de surface (grandeur vectorielle) (10 m)
~
V10 = V10
= Vitesse du vent de surface (grandeur scalaire)
~
VG = Vent du gradient (grandeur vectorielle) (600 m ou 2 000 ft)
~
VG = VG
= Vitesse du vent de gradient (grandeur scalaire)
~
a)
Essai en hiver
Un avertissement devrait être diffusé si l’un quelconque des critères suivants s’applique :
1) V10 ≥ 30 kt
2) V10 ≥ 10 kt et VG – 2V10 ≥ 25 kt
3) V10 ≤ 10 kt et VG − V10 ≥ 40 kt
~
~
4) V10 ≤ 10 kt et VG − V10 ≥ 30 kt,
~
~
et s’il y a une couche isothermique ou d’inversion au-dessous de 600 m
5) ORAGE(S) à moins de 20 km et/ou CUMULONIMBUS à moins de 10 km de l’approche/montée
initiale
APP 8-1
APP 8-2
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
6) ZONE FRONTALE au-dessous de 600 m sur l’approche ou la montée, avec
a)
un changement de vitesse du vent par le travers de la zone frontale d’une amplitude d’au
moins 10 kt (noté soit au niveau local soit à une station proche lors du passage du front)
ou b)
une différence de température dans le plan transversal de la zone frontale d’au moins 5 °C
ou c)
une vitesse d’au moins 30 kt.
7) Présence soupçonnée d’un COURANT-JET DE BASSE COUCHE significatif au-dessous de
a
600 m (règles distinctes à l’Appendice C )
8) COMPTES RENDUS, de la part de pilotes en vol, de cisaillement du vent dans les basses
couches reçus durant l’heure précédente.
b)
Essai en été
Un avertissement devrait être diffusé si l’un quelconque des critères suivants s’applique :
1)
V10 ≥ 30 kt
2) Critère d’essai en hiver non utilisé dans l’essai en été
VG − V10 ≥ 40 kt
3)
~
~
VG − V10 ≥ 30 kt et une couche d’inversion ou isothermique au-dessous de 600 m
4)
~
~
5) il y a
a)
b)
des ORAGES à moins de 10 km
CUMULONIMBUS à moins de 5 km
qui présentent une composante de
déplacement vers la station
6) il y a, en approche ou en montée initiale, une SURFACE FRONTALE ou une autre
DISCONTINUITÉ au-dessous de 600 m avec
a)
un changement de la vitesse du vent dans le plan transversal de la surface frontale d’au
moins 10 kt, observé soit localement soit lors de son passage à une station proche
ou b)
une différence de température dans le plan transversal de la zone frontale d’au moins 5 °C
ou c)
une vitesse d’au moins 30 kt
7) On soupçonne la présence d’un COURANT-JET DE BASSE COUCHE significatif à une altitude
de 600 m ou moins (les critères restent dans ce cas les mêmes que pour le premier essai)
8) Un COMPTE RENDU, de la part de pilotes en vol, de cisaillement du vent significatif dans les
basses couches reçu durant l’heure précédente.
a.
L’Appendice C n’est pas reproduit dans le présent manuel.
Appendice 8.
Règles visant les prévisions
APP 8-3
Notes.—
1) Un avertissement diffusé en vertu des règles 1 à 7 ci-dessus, doit se présenter comme suit :
« Cisaillement du vent prévu au-dessous de 2 000 ft ».
2) Un avertissement diffusé en vertu de la règle 8 ci-dessus doit se présenter comme suit :
« Cisaillement du vent signalé et prévu au-dessous de 2 000 ft ».
c)
Critères applicables au courant-jet de basse couche
Critères à mettre à l’épreuve aux heures d’observation suivantes : 2100, 0000, 0300 et 0600 GMT.
Il faut s’attendre à la présence d’un courant-jet (nocturne) de basse couche si tous les critères
ci-après s’appliquent :
1) l’heure est comprise entre le coucher du soleil plus 3 heures et le lever du soleil plus 1 heure
2) il y a une couche d’inversion ou isothermique au niveau du sol et cette couche a été constatée
au cours des trois observations précédentes au moins, et
TaTa (max) – TaTa ≥ 10 C ;
3) V10 ≤ 10 kt et V10 (max) ≥ 10 kt ;
4) VG ≥ 10 kt et VG (coucher du soleil) ≥ 10 kt ;
5) aucun front de surface n’est passé depuis 1200 GMT.
Notes.—
1) V10 (max) et TaTa (max) sont les valeurs maximales signalées de V10 et de TaTa entre 1300 et 1800 GMT
inclus (après-midi précédent).
(TaTa est la température de surface.)
2) Si tous les critères s’appliquent, il faut s’attendre à un courant-jet de basse couche dans l’heure en
cours et dans les deux heures suivantes, et les avertissements doivent être diffusés durant toute cette
période de trois heures.
2.
SERVICE D’ALERTE DE CISAILLEMENT DU VENT ACTUELLEMENT DISPONIBLE
(1986) À LONDON/HEATHROW (HWAS) ET À BELFAST/ALDERGROVE —
RÉSUMÉ DE L’AIP MET-07 DU ROYAUME-UNI
2.1
Les prévisionnistes des centres météorologiques London/Heathrow et Belfast/Aldergrove réexaminent les conditions météorologiques toutes les heures et surveillent tout compte rendu de pilote
concernant les cisaillements du vent rencontrés en phase d’approche ou de montée. Lorsqu’il y a une
possibilité de cisaillement du vent dans les basses couches, une alerte est diffusée si l’un ou plusieurs des
critères suivants s’appliquent :
APP 8-4
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
a) vitesse moyenne du vent de surface d’au moins 20 kt ;
b) l’ampleur de la différence vectorielle entre le vent de surface moyen et le vent du gradient (une
estimation du vent à 2 000 ft) est d’au moins 40 kt ;
c) orage(s) ou forte(s) averse(s) à moins de 5 NM environ de l’aéroport.
Note.— Des alertes sont aussi diffusées d’après les comptes rendus récemment reçus des pilotes
concernant le cisaillement du vent en approche ou en montée initiale.
2.2
Le message d’alerte est inclus dans les émissions ATIS à l’arrivée et au départ à Heathrow et par
R/T aux avions à l’arrivée et au départ à Aldergrove, sous l’une des trois formes suivantes :
a) « CISAILLEMENT DU VENT PRÉVU » — Lorsque les conditions météorologiques indiquent
qu’un cisaillement du vent dans les basses couches en approche ou en montée initiale
(au-dessous de 2 000 ft) pourrait être rencontré.
b) « CISAILLEMENT DU VENT PRÉVU ET SIGNALÉ » — Dans les mêmes conditions que
précédemment avec à l’appui un compte rendu de cisaillement du vent en approche ou en
montée initiale communiqué par au moins un pilote en vol dans la dernière heure.
c) « CISAILLEMENT DU VENT SIGNALÉ » — Lorsqu’un pilote en vol a signalé dans la dernière
heure un cisaillement du vent en approche ou en montée initiale, mais qu’il n’y a pas suffisamment de preuves de l’existence de ce phénomène pour diffuser une prévision de cisaillement du
vent.
2.3
Les comptes rendus de cisaillement du vent en approche ou en montée initiale, qui sont transmis
par les pilotes, peuvent grandement améliorer l’efficacité opérationnelle de ce service. De plus, ils servent
aussi à l’évaluation continue des critères en fonction desquels les alertes sont prévues. Il est donc demandé
au pilote qui rencontre en approche ou en montée initiale un cisaillement du vent d’une intensité allant de
modérée à très forte, de signaler le phénomène à l’ATC, dès qu’il en a la possibilité. Les critères applicables
à la communication des comptes rendus de cisaillement du vent sont indiqués ci-après.
Cisaillement du vent
Les pilotes utilisant des moyens de navigation à affichage direct de la vitesse du vent devraient
signaler les caractéristiques (lieu, altitude ou hauteur) du vent rencontré au-dessus et au-dessous
de la couche dans laquelle le cisaillement se manifeste. Les autres pilotes devraient signaler la
perte ou le gain de vitesse propre et/ou la présence de courants ascendants ou rabattants, ou
encore un changement notable de la composante de vent traversier avec indication de l’altitude ou
hauteur et du lieu, ainsi que de la phase de vol et du type d’avion. Les pilotes qui ne peuvent pas
signaler le cisaillement dans ces termes précis devraient indiquer l’effet sur leur avion, ainsi que le
lieu, l’altitude ou la hauteur, et le type d’avion, comme dans l’exemple suivant : « Cisaillement du
vent brutal à 500 ft QFE en finale ; pleine puissance nécessaire, B-707 ». Les pilotes aux prises
avec un cisaillement du vent sont priés d’en rendre compte, même si le phénomène a déjà été
prévu ou signalé.
Appendice 9
AIDES DIDACTIQUES QUI PEUVENT
ÊTRE OBTENUES AUPRÈS DE L’OACI
(Le présent appendice a trait au § 6.3.5 du Manuel)
1.
Pour aider les États et les exploitants à élaborer leurs divers programmes de formation, l’OACI
dispose d’un certain nombre d’aides didactiques qui peuvent être achetées. Il s’agit notamment d’affiches,
dont certaines ont été produites par l’OACI et d’autres, mises à la disposition de l’OACI par des États
contractants.
2.
En ce qui concerne le cisaillement du vent, l’affiche Front de rafales, turbulence et cisaillement
du vent (P621) aborde ces phénomènes et indique les dangers particuliers des fronts de rafales liés à des
orages. L’affiche P683, Cisaillement du vent rabattant, souligne que la meilleure technique pour faire face à
un cisaillement accompagné de microrafales est l’évitement. Pour sa part, l’affiche P686, Microrafale —
Cisaillement du vent décrit et illustre plusieurs caractéristiques du cisaillement du vent type causé par des
microrafales
3.
De nouvelles affiches sur le cisaillement du vent ont été produites plus récemment et sont
disponibles sur le site web du Groupe d’étude sur les avertissements météorologiques à l’adresse suivante :
www.icao.int/anb/sg/METWSG. En voici les titres :
•
•
•
Wind Shear — Warning and Alerting (Cisaillement du vent — Avertissement et alerte)
Wind Shear — Pilot’s Rules (Cisaillement du vent — Règles du pilote)
Wind Shear — Their Causes (Cisaillement du vent — Les causes)
4.
Ces aides didactiques sont particulièrement adaptées à ceux qui suivent une formation. Des
détails complets sur toutes les affiches mises en vente figurent dans le Catalogue des publications de
l’OACI, que l’on peut consulter sur le site web à l’adresse www.icao.int/en/sales/index.html. Pour passer une
commande, les coordonnées sont les suivantes :
Organisation de l’aviation civile internationale
À l’attention du Groupe des services à la clientèle
999, rue University
Montréal (Québec) H3C 5H7
Canada
Tél. : +1 514-954-8022
Fax : +1 514-954-6769
Courriel : [email protected]
Commande en ligne : www.icao.int
APP 9-1
Page blanche
Appendice 10
PROCÉDURES SUPPLÉMENTAIRES POUR B737 —
CONDITIONS MÉTÉOROLOGIQUES DÉFAVORABLES
ET MANŒUVRES ANORMALES
(Le présent appendice a trait au § 6.4.6 du Manuel)
Note.— Le texte ci-après est extrait du Manuel d’exploitation du B737 (2002) ; il est reproduit
avec la permission de la société Boeing.
CISAILLEMENT DU VENT
Généralités
Le cisaillement du vent est un changement de la vitesse et/ou de la direction du vent sur une courte
distance le long de la trajectoire de vol. Est considéré comme très fort tout cisaillement du vent qui produit
des changements de vitesse supérieurs à 15 kt ou des changements de vitesse verticale supérieurs à 500 ft
par minute.
Évitement
L’équipage de conduite devrait chercher à découvrir toute indication de la présence d’un cisaillement du
vent le long de la trajectoire de vol prévue. Il doit se tenir à distance des cellules d’orage et des fortes
précipitations, ainsi que des zones connues de cisaillement du vent. Si un très fort cisaillement du vent est
signalé, il faut retarder le décollage ou interrompre l’approche.
La présence d’un cisaillement du vent peut être signalée par :
—
une activité orageuse ;
—
du virgas (pluie qui s’évapore avant d’atteindre le sol) ;
—
des comptes rendus météorologiques de pilote (PIREP) ;
—
des avertissements du système d’alerte de cisaillement du vent dans les basses couches
(LLWSAS).
Prévention
Si l’on soupçonne la présence d’un cisaillement du vent, il faut être particulièrement attentif à tout signal de
danger et se tenir prêt à une exposition soudaine au phénomène.
APP 10-1
26/9/08
o
N 1
APP 10-2
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
Si l’on soupçonne la présence d’un cisaillement du vent, il est recommandé de prendre les mesures
préventives suivantes :
Décollage
—
Utiliser la puissance maximale au décollage au lieu d’une puissance réduite.
—
Utiliser la plus longue piste appropriée.
—
Ne pas utiliser le directeur de vol pour le décollage.
—
Être attentif à toute variation de la vitesse durant le décollage et la montée initiale. Ces variations
peuvent être le premier indice d’un cisaillement du vent.
—
Connaître l’assiette en tangage normale, tous moteurs en fonctionnement, pour la montée initiale.
Adopter cette assiette à une vitesse normale pour tous les décollages sans panne de moteur.
Réduire le moins possible l’assiette en tangage pendant la montée initiale, jusqu’à ce que la hauteur
de dégagement par rapport au relief et aux obstacles soit assurée, à moins que le vibreur de
manche ne se déclenche.
—
La coordination entre les membres d’équipage et leur vigilance sont très importantes. Il faut toujours
être conscient de ce que devraient normalement être la vitesse propre, l’assiette, la vitesse verticale
et la prise de vitesse. Il faut surveiller de près les instruments de contrôle de la trajectoire de vol
dans le plan vertical tels que les variomètres et les altimètres. Le pilote qui n’est pas aux
commandes devrait surtout surveiller les instruments de contrôle de la trajectoire de vol dans le plan
vertical et annoncer tout écart par rapport à la normale.
—
Au cas où la vitesse propre devient inférieure à la valeur pour laquelle l’avion a été compensé, il
peut être nécessaire d’exercer un effort anormal sur le manche pour maintenir l’assiette en tangage
normale. Il faut toujours tenir compte des réactions du vibreur de manche.
—
Si l’on rencontre un cisaillement du vent près de VR et que la vitesse diminue soudain, il peut ne
pas rester suffisamment de longueur de piste pour reprendre cette vitesse normale de cabrage. S’il
ne reste pas suffisamment de longueur de piste pour s’arrêter, commencer à cabrer 2 000 ft au
moins avant la fin de la piste, même si la vitesse est faible. Une assiette supérieure à la normale
pourra être nécessaire pour décoller sur la distance résiduelle de piste.
Approche et atterrissage
—
Sortir pour l’atterrissage le minimum de volets compatible avec la longueur de la piste.
—
Ajouter une marge de vitesse supplémentaire (la même que pour une rafale), la vitesse maximale
de commande ne devrait pas dépasser la valeur la plus basse entre Vref + 20 kt ou la vitesse
indiquée pour le volet d’intrados, moins 5 kt.
—
Éviter les importantes réductions de puissance ou les importants changements de compensation en
cas d’augmentation soudaine de la vitesse car une diminution de celle-ci est ensuite possible.
—
Contre-vérifier les ordres du directeur de vol en les recoupant à l’aide des instruments de contrôle
de la trajectoire dans le plan vertical.
26/9/08
o
N 1
Appendice 10. Procédures supplémentaires pour B737 —
Conditions météorologiques défavorables et manœuvres anormales
—
APP 10-3
La coordination des tâches entre les membres de l’équipage et leur vigilance sont très importantes,
notamment de nuit ou par conditions météorologiques incertaines. Surveiller de près les instruments
de contrôle de la trajectoire de vol dans le plan vertical tels que les variomètres, les altimètres et la
barre d’alignement de descente. Le pilote qui n’est pas aux commandes devrait signaler tout écart
par rapport à la normale. En utilisant le pilote automatique et l’automanette pour l’approche, on peut
disposer de plus de temps pour surveiller la situation et reconnaître un cisaillement du vent.
AVERTISSEMENTS DE CISAILLEMENT DU VENT
Si un avertissement prédictif de cisaillement du vent est reçu pendant la course au décollage (signal sonore :
« CISAILLEMENT DU VENT DEVANT, CISAILLEMENT DU VENT DEVANT ») :
—
avant V1, interrompre le décollage
—
après V1, exécuter la manœuvre d’évitement du cisaillement du vent.
Cisaillement du vent rencontré pendant la course de décollage :
—
Si l’on rencontre un cisaillement du vent avant V1, il peut ne pas rester suffisamment de longueur
de piste pour s’arrêter si l’interruption est amorcée à V1. Si le cisaillement se manifeste à VR,
cabrer au taux normal pour atteindre une assiette de 15°. Une fois en vol, exécuter la manœuvre
d’évitement.
—
Si l’exposition au cisaillement du vent survient près de la VR normale et que la vitesse diminue
soudain, il peut ne pas rester suffisamment de longueur de piste pour reprendre la vitesse normale
de cabrage. S’il ne reste pas suffisamment de longueur de piste pour s’arrêter, commencer à cabrer
2 000 ft au moins avant la fin de la piste, même si la vitesse est faible. Une assiette supérieure à la
normale pourra être nécessaire pour décoller sur la distance résiduelle de piste. S’assurer de
donner la puissance maximale.
Si un avertissement prédictif de cisaillement du vent est reçu pendant l’approche (signal sonore :
« REMETTRE LES GAZ, CISAILLEMENT DU VENT DEVANT ») :
—
exécuter la manœuvre d’évitement du cisaillement du vent ou, selon l’appréciation du pilote,
remettre normalement les gaz.
Si l’on rencontre un cisaillement du vent en vol :
—
exécuter la manœuvre d’évitement du cisaillement du vent.
Note.— Les indications qui suivent servent à déterminer si l’avion est exposé au cisaillement du vent :
—
avertissement de cisaillement du vent (alarme deux tons suivie de l’annonce « CISAILLEMENT DU
VENT, CISAILLEMENT DU VENT, CISAILLEMENT DU VENT ») ou
—
déviations inacceptables par rapport à la trajectoire de vol.
Note.— Les déviations inacceptables par rapport à la trajectoire de vol constituent des changements
incontrôlés par rapport aux conditions normales de vol uniforme en-dessous de 1 000 ft du niveau du sol, et
dont les valeurs dépassent les données suivantes :
26/9/08
o
N 1
APP 10-4
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
—
vitesse indiquée de 15 kt
—
vitesse verticale de 500 ft par minute
—
assiette en tangage de 5º
—
glissement d’un point de la barre d’alignement de descente
—
la manette de poussée reste dans une position inhabituelle pendant une longue période de temps.
MANŒUVRE D’ÉVITEMENT DU CISAILLEMENT DU VENT
PILOTE AUX COMMANDES
PILOTE QUI N’EST PAS
AUX COMMANDES
Vol en mode non assisté
—
—
—
—
—
—
—
Débrancher le pilote automatique
Actionner la commande TO ou GA
Appliquer vigoureusement la poussée maximale*
Débrancher l’automanette
Basculer le niveau des ailes et simultanément
adopter une assiette en tangage de 15°
Rentrer les aérofreins
Suivre les orientations TO/GA du directeur de vol
(si elles sont disponibles)
—
—
S’assurer que la poussée maximale* est
appliquée
Vérifier que toutes les mesures requises
ont été prises et signaler toute omission.
Contrôle automatique du vol
—
—
—
—
—
—
—
—
Actionner la commande TO ou GA**
Vérifier le voyant du mode TO/GA
Vérifier que la poussée augmente jusqu’à
la puissance GA
Rentrer les aérofreins
Surveiller le fonctionnement des systèmes***
Ne pas modifier la configuration des voltes ou
du train d’atterrissage jusqu’à ce que le cisaillement
ne représente plus un facteur de risque
Surveiller la vitesse verticale et l’altitude
Ne pas tenter de récupérer la vitesse perdue
jusqu’à ce que le cisaillement ne représente plus
un facteur de risque
—
—
Surveiller la vitesse verticale et l’altitude
Signaler toute tendance à se rapprocher
du sol ou à perdre de l’altitude par rapport
à la trajectoire de vol, ainsi que les
changements importants de vitesse
Note.— L’effort que l’on doit exercer sur le manche de commandes arrière est supérieur lorsque la
vitesse diminue. Dans tous les cas, c’est la limite supérieure de l’assiette en tangage qui provoque le
mouvement intermittent ou le tremblement du vibreur de manche. Il peut être nécessaire de poursuivre le
vol alors que le vibreur continue de trembler de façon intermittente, jusqu’à ce que l’appareil ait atteint une
altitude positive par rapport au sol. Une maîtrise stable et uniforme permet d’éviter le dépassement de
l’assiette en tangage et un décrochage.
26/9/08
o
N 1
Appendice 10. Procédures supplémentaires pour B737 —
Conditions météorologiques défavorables et manœuvres anormales
APP 10-5
*Note.— Poussée maximale désigne « la poussée maximale certifiée ». Si les moteurs ne sont pas
munis d’un dispositif électronique limitant la capacité de poussée, le surrégime ou “fire walling the thrust
lever” ne devrait être envisagé que dans des situations d’urgence, après que toutes les autres mesures
aient été prises et que l’écrasement est imminent.
**Note.— Si la commande TO/GA ne peut être actionnée, débrancher le pilote automatique et
l’automanette et piloter l’appareil sans assistance.
***MISE EN GARDE.— Un fort cisaillement du vent peut dépasser la capacité du pilote automatique/
directeur de vol (AFDS). Le pilote aux commandes doit être prêt à débrancher le pilote automatique et
l’automanette et à conduire l’appareil sans assistance.
26/9/08
o
N 1
Page blanche
GLOSSAIRE
AGL
AIDS
AIP
ARINC
ATCO
ATIS
ATP
AVOSS
AWARE
AWAS
CLAWS
CP
CSPR
EDR
FAA/NASA
FPI
GOES
GS
HUD
INS
ITWS
JAWS
LATAS
LIDAR
LLWAS
LLWAS-NE
LLWAS-RS
LME
LOFT
MBAs
MIGFA
MIST
MIT/LL
MTW
au-dessus du niveau du sol
système embarqué d’enregistrement et
d’acquisition de données
publication d’information aéronautique
Aeronautical Radio, Inc.
contrôleur de la circulation aérienne
service automatique d’information de région
terminale
pilote de ligne
système d’espacement des aéronefs
en fonction des tourbillons de sillage
règles renforcées d’alerte de cisaillement
du vent fondées sur des anémomètres
système d’analyse du vent
classifier, voir et éviter le cisaillement du vent
pilote professionnel
pistes parallèles rapprochées
taux de dissipation des tourbillons
Federal Aviation Administration/National
Aeronautics and Space Administration
(États-Unis)
indicateur de trajectoire de vol
satellite géostationnaire d’observations
environnementales
vitesse sol
affichage tête haute
système de navigation par inertie
système météorologique intégré de
région terminale
études conjointes en météorologie aéroportuaire
système laser de mesure de la vitesse vraie
radar optique
système avertisseur de cisaillement du vent
dans les basses couches
LLWAS — élargissement du réseau
LLWAS — relocalisation et maintien
liste minimale d’équipements
entraînement type vol de ligne
alertes de microrafales
Machine intelligent gust front algorithm
microrafale et orage fort
Massachusetts Institute of Technology
Lincoln Laboratory
ondes orographiques
G-1
above ground level
Airborne integrated data systems
Aeronautical information publication
Aeronautical Radio, Inc.
Air traffic controller
Automatic terminal information service
Airline transport pilot
Aircraft vortex spacing system
Anemoter-based windshear alerting rules –
Enhanced
AVOSS wind analysis system
Classify, locate, avoid wind shear
Commercial pilot
Closely spaced parallel runways
Eddy dissipation rate
United States Federal Aviation Administration/
National Aeronautics and Space Administration
Flight path indicator
Geostationary operational environmental
satellites
Ground speed
Head-up display
Inertial navigation system
Integrated terminal weather system
Joint airport weather studies
Laser true airspeed system
Doppler light detection and ranging
Low-Level Wind Shear Alert System
LLWAS network expansion
LLWAS relocation and sustainment
Minimum equipment list (MEL)
Line oriented flight training
Microburst Alerts
Machine intelligent gust front algorithm
Microburst and severe thunderstorm
Massachusetts Institute of Technology
Lincoln Laboratory
Mountain wave
26/9/08
o
N 1
G-2
NCAR
NEXRAD
NIMROD
OWWS
PF
PFP
PIREPs
PNF
PP
PPI
SIGWX
SMPZ
SMRP
SODAR
TAS
TASS
TCWF
TDWR
TRACON
TWIP
VIL
VIP
SMPZ
WIND
WISTSG
WSMD
WSP
26/9/08
o
N 1
Manuel sur le cisaillement du vent dans les basses couches
National Center for Atmospheric Research
(États-Unis)
radar météorologique de la prochaine génération
Northern Illinois Meteorological Research On
Downburst
système opérationnel d’avertissement de
cisaillement du vent
pilote aux commandes
trajectoire de vol possible
comptes rendus de pilote
pilote qui n’est pas aux commandes
pilote privé
indicateur panoramique
temps significatif
Système mondial de prévisions de zone
Satellite and mesometeorological research
project
détection des ondes acoustiques et calcul de la
distance ; sondeur acoustique
vitesse vraie
système de simulation de région terminale
prévision des phénomènes de temps convectif
en région terminale
radar météorologique Doppler de région terminale
contrôle radar d’approche de région terminale
renseignements météorologiques de région
terminale pour pilotes
teneur en eau intégrée verticalement
intégrateur-processeur vidéo
Système mondial de prévisions de zone
vitesse du vent le long de la route sol
Groupe d’étude sur le cisaillement du vent
et la turbulence dans les basses couches
détection du cisaillement du vent et
des microrafales
processeur de systèmes météorologiques
United States National Center for Atmospheric
Research
Next generation weather radar
Northern Illinois Meteorological Research On
Downburst
Operational wind shear warning system
Pilot flying
Potential flight path
Pilot reports
Pilot not flying
Private pilot
Plan position indicator
Significant weather
World area forecast system (WAFS)
Satellite and mesometeorological research
project
Sound wave detection and ranging
True airspeed
Terminal area simulation system
Terminal convective weather forecast
Terminal Doppler weather radar
Terminal radar approach control
Terminal weather information for pilots
Vertically integrated liquid
Video integrator and processor
World area forecast system
Wind speed along the ground track
Low-Level Wind Shear and Turbulence Study
Group
Wind shear and microburst detection
Weather system processor
BIBLIOGRAPHIE
Fujita. The Downburst. SMRP Research Paper No. 210. Library of Congress No. 85-50115. 1985.
Huschke (Ed.). Glossary of Meteorology. American Meteorological Society. 1959.
Kermode. Mechanics of Flight. Pitman Publishing. 1976 Edition. ISBN 0 273 31623 0.
Kraupse. Contributions on the subject of longitudinal movement of aircraft in wind shear. NASA Technical
Memorandum NASA TM-77837. June 1985.
McIntosh. Meteorological Glossary. ISBN No. 11 400208 8. Her Majesty’s Stationery Office. 1972.
Pettersen. Weather Analysis and Forecasting. McGraw Hill. Library of Congress No. 55-11568. 1956.
Report by the United States National Academy of Sciences Committee on Low Altitude Wind Shear and its
Hazard to Aviation. National Academy Press. Washington, D.C., Library of Congress No. 83-63100.
Stewart. The Atmospheric Boundary Layer. Third WMO lecture (1979). WMO ISBN 92-63-10523-5.
Sutton. The Science of Flight. Penguin Books. 1949.
Wind Shear and Flight Safety. A select bibliography. United Kingdom Civil Aviation Authority Paper
No. 86003. 1986.
— FIN —
Page blanche