Ascendance et subsidence

subsidence
Mouvement vertical de l'air vers le bas. Zone dans laquelle la vitesse verticale est descendante
(valeurs positives de la vitesse verticale en coordonnée pression). L'affaissement d'une masse
d'air sur une vaste région est généralement accompagné d'une divergence horizontale dans les
couches inférieures. L'air subsident se comprime et se réchauffe, et sa stabilité initiale est
ordinairement augmentée.
© Météo-France
L'air dans un environnement orageux est chaud et humide en bas, mais sec et froid en altitude.
Lorsqu'une parcelle d'air devient plus chaude que cet environnement à un niveau donné, elle
est poussée vers le haut. La condensation forme un cumulus bourgeonnant ou cumulonimbus
dans lequel de la précipitation se développe.
Éventuellement le cœur de pluie devient trop pesant pour être soutenu par le courant
ascendant qui crée le nuage. Elle se met alors à descendre. On voit sur l'image le cycle de vie
d'un orage et les flèches montrent la direction du mouvement de l'air. Dans un orage ordinaire,
cela donne un front de rafales plus ou moins fortes. Cependant, dans un orage où la
précipitation est très intense et l'instabilité (Énergie Potentielle de Convection Disponible)
importante, la rafale descendante devient extrême. Il s'agit d'un effondrement soudain des
couches supérieures de l'atmosphère, une véritable avalanche d'air qui entraîne de violentes
turbulences atmosphériques, de la force d'un puissant ouragan, et qui dure de quelques
secondes à plusieurs dizaines de minutes.
Si la rafale descendante se produit dans un environnement très sec dans les bas niveaux sous
l'orage, les précipitations descendantes s'évaporent avant d'atteindre le sol. La parcelle d'air
qui contenait ces précipitations est alors plus froide que l'environnement, par perte de chaleur
due à l'évaporation, ce qui l'accélère vers le bas. Il y a donc rafale sans pluie et c'est ce qu'on
appelle un grain blanc.
Ce type de grain est très brusque, éclate sans aucun signe annonciateur, et peut être d'une
violence inouïe. On les classent en macro-rafales (plus de 2,5 km) ou micro-rafales (moins
de 2,5 km) selon la largeur du corridor de dommages.
La subsidence en météorologie [modifier]
Rafales decendantes d'un orage
Déplacement d'air vers le sol et qui est l'inverse de l'ascendance. La subsidence se produit
quand la température d'une parcelle d'air à un niveau donné est plus froide que
l'environnement et doit descendre selon la poussée d'Archimède.
Subsidence orographique (flèche rouge)
Cela peut être très local comme dans le cas d'un courant descendant dans un orage alors que
de l'air sec et froid entre dans le nuage plus chaud et humide et donne des rafales
descendantes. Cela se produit également à grande échelle dans les anticyclones où l'air est en
subsidence et assèche la masse d'air. On la retrouve également à des échelles intermédiaires
comme en aval des montagnes dans des situations stables où de l'air soulevé en amont (fléche
bleu) est plus humide et froid que l'environnement de l'autre côté de l'obstacle.
Tout mouvement vertical plus ou moins généralisé de l' air , lorsqu'il est orienté vers le bas, s'appelle une subsidence. Celle-ci
s'oppose donc à l' ascendance , laquelle est orientée vers le haut.
Au contraire de l'ascendance, qui peut s'établir très rapidement, la subsidence est un mouvement lent dans lequel l'air, étant
"tassé", ne peut que s'échapper vers l'extérieur de la zone de tassement après avoir atteint le voisinage du sol. Il s'ensuit dans
la subsidence un mouvement de rotation de l'air, qui est orienté dans le sens des aiguilles d'une montre pour l'hémisphère
Nord, dans le sens inverse des aiguilles d'une montre pour l'hémisphère Sud.
En s'opposant à la genèse de mouvements verticaux ascendants, la subsidence annihile tout développement de cumulus et, a
fortiori , de cumulonimbus . La compression que l'air y subit réchauffe quelque peu ce dernier, ce qui généralement favorise
la dissipation des gouttelettes d'eau précédemment condensées et empêche ainsi la formation durable de nuages . Toutefois,
si l' humidité préalablement existante dans la couche qui subit la subsidence est très forte (pour la température à laquelle se
trouve cette couche), le réchauffement produit par la subsidence sera insuffisant pour bloquer en totalité la condensation : il
se forme alors des brouillards ou des stratus .
À l' échelle synoptique , la subsidence est un phénomène qui accompagne systématiquement les anticyclones . De même, à
des échelles spatio-temporelles plus réduites, les mouvements de l'air vers le haut ou mouvements ascendants
caractéristiques d'une cellule convective sont contrebalancés, à l'intérieur ou dans le voisinage de la cellule, par des
mouvements de l'air vers le bas que l'on appelle des mouvements subsidents .
Ascendance et subsidence
L'ascendance correspond à des courants convectifs observables en situation de dépression. Cette
phase d'élevation de l'air est souvent d'origine thermique, mais elle peut aussi avoir une cause
dynamique.
Expérience n° 1 :
Une lampe infrarouge échauffe un cylindre muni
d'une ouverture cylindrique à sa base (diamètre 4
à 5 cm). Des bâtonnets d'encens libèrent la fumée
nécessaire pour observer le courant d'air
ascendant qui s'établit.
Matériel nécessaire :
- feuille de plastique transparent d'épaisseur
suffisante, roulée en tube et percée d'un trou
- bâtonnets d'encens et pâte à modeler
- lampe à rayonnement infrarouge.
La subsidence correspond à des courants convectifs observables en situation d'anticyclone. Cette
phase de descente de la masse d'air est souvent d'origine thermique, mais elle peut aussi avoir une
cause dynamique.
Expérience n° 2 :
Un récipient contenant de la glace est inséré
au sommet d'un tube de plastique
transparent, tout en ménageant un espace
pour la circulation de l'air.
Une ouverture cylindrique (4 à 5 cm de
diamètre) est réalisée à la base du tube. Des
bâtonnets d'encens libèrent la fumée
nécessaire pour observer le courant d'air
descendant qui s'établit.
Matériel nécessaire :
- feuille de plastique transparent d'épaisseur
suffisante, roulée en tube et percée d'un trou
- bâtonnets d'encens et pâte à modeler
- récipient circulaire et glace.
Le pilote possédait les licences et les qualifications nécessaires pour effectuer le vol,
conformément à la réglementation en vigueur. Il totalisait quelque 2 460 heures de vol, dont
environ 2 220 sur des hélicoptères et 170 sur le type d'hélicoptère en cause dans cet accident. Il
avait suivi un cours de vol en montagne d'une durée de 15 heures et il totalisait quelque
780 heures de vol en montagne, dont environ 100 sur le type d'hélicoptère en cause dans cet
accident. Sa plus récente vérification compétence pilote (PPC) sur monomoteur avait eu lieu
sur un Bell B206, le 27 avril 2001.
Analyse
Les deux points sur lesquels s'est concentrée cette enquête sont les conditions atmosphériques
qui prévalaient sur les lieux de l'accident et la possibilité qu'il y ait eu perte de puissance
lorsque le pilote a tiré de nouveau sur le collectif, après l'interruption de l'approche.
Comme en ont fait état les rapports météorologiques et les stations environnantes, sur les lieux
de l'accident, le vent soufflait probablement du sud ou du sud-ouest à une vitesse de 20 à
40 noeuds, ce qui a donné lieu à de la subsidence, à de la turbulence et à des cisaillements du
vent sur le flanc est (sous le vent) de la montagne. Pendant l'approche finale, le pilote a abaissé
légèrement le collectif à cause d'un courant ascendant, lequel a probablement été suivi d'un
courant descendant ou d'un cisaillement du vent qui a fait descendre l'hélicoptère brusquement.
À une altitude d'environ 50 à 100 pieds au-dessus de la cime des arbres, aux alentours de la
vitesse de vol stationnaire, la marge de manoeuvre dont disposait le pilote pour redresser
l'hélicoptère était très faible. Compte tenu de l'altitude et du chargement, le taux de montée
maximal de hélicoptère était de quelque 1 500 pi/min, dans des courants descendants qui
pouvaient dépasser les 3 000 pi/min.
Selon ce qui a été rapporté, le moteur a subi une perte de puissance, car le régime du rotor
principal a chuté à une valeur comprise entre 270 et 335 tr/min, inclusivement, et l'avertisseur
bas régime rotor a retenti lorsque le pilote a tiré sur le collectif pendant le virage. La réaction
normale d'un pilote, en fonction de l'entraînement qu'il a reçu, est de tirer sur le collectif
lorsqu'il entre brusquement dans un courant descendant aux alentours de la vitesse de vol
stationnaire, alors qu'il se trouve près du sol, en particulier s'il vient d'abaisser le collectif juste
avant d'entrer dans ce courant descendant. Il est possible que le fait de tirer trop fort sur le
collectif pendant l'interruption de l'approche ait entraîné un pas excessif des pales du rotor
principal et ainsi provoqué une baisse du régime rotor. Le retentissement de courte durée de
l'avertisseur bas régime rotor, qui s'est tu par la suite, signifiait que le régime du rotor principal
avait chuté sous le seuil d'activation de cet avertisseur, puis qu'il avait immédiatement
augmenté à une valeur supérieure à ce seuil. Il aurait fallu une puissance moteur considérable
pour que le régime du rotor permette le redressement de l'hélicoptère uniquement grâce à un
léger abaissement du collectif. Le bruit généré par l'accélération du moteur, les dommages aux
pales du rotor principal ainsi que le fait que le moteur a continué de tourner après
l'immobilisation de l'hélicoptère écartent toute hypothèse de panne moteur. De plus, le fait
qu'aucune défaillance n'ait été décelée au cours de l'examen ainsi que des essais du moteur et
de ses composants laisse croire qu'il est peu probable qu'il y ait eu perte de puissance.
Faits établis quant aux causes et aux facteurs contributifs
1. Le pilote a tenté d'atterrir dans un vent qui dépassait probablement les limites de performance
de l'hélicoptère.
2. Au cours de la deuxième approche, le pilote a rencontré de forts courants descendants ou un
cisaillement du vent qu'il n'avait pas rencontrés lors de la première approche, et il a été
incapable de maîtriser adéquatement l'hélicoptère.
Le présent rapport met fin à l'enquête du Bureau de la sécurité des transports du Canada
(BST) sur cet accident. Le Bureau a autorisé la publication du rapport le 14 mai 2003.
À l’occasion, incorporée dans la macrorafale, se trouve une violente colonne
d’air descendant appelée microrafale. Les microrafales ont un diamètre inférieur
à 2,2 milles marins et produisent des pointes de vent d’une durée de 2 à 5 minutes.
De tels vents peuvent littéralement projeter un avion au sol.
(c) Nuage en entonnoir, tornade et trombe marine
Les orages les plus forts aspirent l’air par leur base avec beaucoup de force. L’air
qui entre a tendance à adopter un certain mouvement de rotation et, s’il devient
concentré dans une petite région, forme dans la base du nuage un tourbillon où
la vitesse du vent peut dépasser 200 noeuds. Si le tourbillon devient assez fort, il
commence à s’étendre vers le bas à partir de la base en produisant un nuage en
forme d’entonnoir. Si ce nuage n’atteint pas le sol, on l’appelle nuage en entonnoir.
S’il atteint le sol, c’est une tornade et s’il touche l’eau, c’est une trombe
marine.
La vitesse du vent dans une tornade a été classifiée à l’aide d’une échelle mise
au point par T. Fujita. L’échelle va de F0 à F5, 0 correspondant aux tornades les
plus faibles et 5 aux plus fortes. La région où la probabilité de nuages en entonnoir
ou de tornades est la plus élevée dans l’est du Canada est le centre du
Nouveau-Brunswick. Même à cet endroit, cependant, l’intensité des tornades
dépasse rarement F1.
Il faut rester à bonne distance de tout orage fort car ils sont extrêmement dangereux pour les
avions
La nuit, l’air se refroidit au-dessus des pentes des montagnes et descend vers le
fond des vallées. Si le fond de la vallée est incliné, le vent suit la vallée vers le
bas. Les vents des nuits froides sont appelés vents de drainage ou vents catabatiques.
Ils soufflent souvent en rafales et sont habituellement plus forts que les
vents anabatiques. Certains aéroports situés dans des vallées ont des manches à
vent placés à divers endroits le long de leurs pistes pour montrer les conditions
changeantes causées par les vents catabatiques.
(j) Vents de glaciers
Dans des conditions de refroidissement extrême, comme à la surface d’un glacier,
les vents catabatiques peuvent atteindre une vitesse destructive. En raison
du refroidissement causé par la glace, des vents de 80 nœuds ou plus peuvent se
former près de la surface et persister le jour et la nuit. Les vents catabatiques
subissent fréquemment des effets d’entonnoir, avec comme résultat des directions et des forces
inattendues dans des cols étroits
L’apparition de précipitations sous la base de la cellule et la formation de
courants descendants marquent le début du stade de maturité. Les courants
descendants sont causés par les gouttes d’eau qui, devenues trop pesantes pour
être supportées par les courants ascendants, commencent à tomber. Au même
moment, les gouttes commencent à s’évaporer au contact de l’air sec qu’elles
aspirent par les côtés du nuage puis tombent dans de l’air plus sec au-dessous
de la base du nuage. Cette évaporation refroidit l’air qui devient plus dense et
qui se met à accélérer vers le bas. Une vitesse de vent de 2500 pieds à la minuteest typique de ces
courants descendants.
A propos du crash de Toronto Airbus 340 :
Un soudaine rafale de vent arrière c'est le cauchemar des pilotes car justement ça peu casser la portance et mener au
décrochage... près du sol c'est pas très souhaitable car au mieux c'est un atterrissage dur et au pire un crash. Mais il y
a plus dangereux encore: les rafales de vents en subsidence ("downdrafts"), ces rafales froides qui descendent
littéralement des Cb. Elles ont des effets un peu contradictoires mais tout aussi redoutables:
- Effet "trou d'air" quand l'avion traverse une subsidence. Là encore plus on est près du sol plus la marge de
manœuvre est réduite
-
Au niveau du sol des subsidences peuvent "rebondir" par simple effet mécanique, donnant très localement
des ascendances suffisamment importantes pour déstabiliser un avion, par exemple en n'agissant que sur
l'empennage arrière (cet exemple extrême ferais instantanément piquer du nez avion) ou en renforçant
"l'effet de sol": cet effet peu se représenter par un coussin d'air qui se forme entre le sol et les ailes dans les
dernières secondes avant l'atterrissage. Un effet de sol trop important peu retarder l'atterrissage, faisant
perdre de longues secondes durants lesquelles on perd de la longueur de piste disponible. Je pense que c'est
l'une des pistes sur lesquelles les enquêteurs vont sérieusement se pencher pour l'A340 si il s'avère qu'il a
touché bien plus loin que d'habitude.
http://dentoncounty.com/dept/main.asp?Parent=82&Link=84