Le cisaillement du vent de basses couches
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Le cisaillement du vent de basses couches Définitions cisaillement du vent (CV) gradient de vent accélération composantes du CV intensité du CV Effets du cisaillement du vent sur un aéronef Origines du cisaillement du vent dynamiques radiatives convectives Autre présentation Conséquences d'un CV sur la trajectoire CV arrière, CV debout approche dans un microburst Accidents New York (1975) Nouvelle Orléans (1982) Moyens de détection systèmes embarqués systèmes au sol indices QUITTER Définitions (1/7) • Vent : mouvement de l'air par rapport à la surface terrestre • Cisaillement du vent : variations de la direction et/ou de la vitesse du vent dans l'espace – RMK : les fluctuations du vent dans le temps (courte durée) en un point autour d'une direction ou d'une vitesse moyenne sont normalement appelées variations (ou rafales) par rapport au vent dominant – par rapport à une trajectoire d'un point A vers un point B (AB), le vecteur cisaillement du vent est défini par : CV(AB) = VB - VA – Il peut se décliner en : • cisaillement horizontal du vent avec AB horizontale • cisaillement vertical du vent avec AB verticale Première diapositive 2 Définitions (2/7) 1 cisaillement vertical du vent horizontal 2 cisaillement horizontal du vent horizontal Première diapositive 3 cisaillement horizontal du vent vertical 4 cisaillement vertical du vent vertical 3 Définitions (3/7) • Gradient de vent – le module du vecteur cisaillement du vent normé par la distance AB détermine l'intensité du cisaillement du vent ou gradient de vent gradient de vent = CVAB AB – unités aéronautiques • vent vertical (w ou Vz) feet/mn • vent horizontal kt • distance AB : verticale feet, horizontale NM – le gradient de vent horizontal pourra s'exprimer en : • kt/NM (gradient horizontal) ou kt/100' (gradient vertical) • en terme d'accélération, qui donne le taux de variation de la vitesse de l'avion subissant un cisaillement de vent Première diapositive 4 Définitions (4/7) • Accélération d'un avion subissant un gradient de vent = CVAB x Vavion AB – à partir de valeurs moyennes de pente (3°), de vitesse avion (150 kt) correspondant à une vitesse verticale de 800'/mn (13,26'/s) – un cisaillement vertical de 15 kt par 100' correspondant à un cisaillement horizontal de 15 kt pour 0,3 NM A B 100' 3° 0,3 NM entraîne une accélération de = (15kt/100').13,26'/s = 2kt/s = (15kt/0,3NM).150kt = 2kt/s – à chaque seconde la vitesse de l'avion varie de 2kt lorsqu'il subit un gradient de vent horizontal de 15kt/100' ou 15kt/0,3NM (graphe) Première diapositive 5 Définitions (5/7) • Composantes du vent et du cisaillement décrites par rapport à la trajectoire (AB) (1/2) – composantes verticales VA CV B A VB A B CV VB VA descendant ascendant diminution du courant ascendant augmentation du courant descendant diminution du courant descendant augmentation du courant ascendant – composantes traversières VA A CV B droit Première diapositive VB VA A CV B VB gauche 7 Définitions (6/7) • Composantes du vent et du cisaillement décrites par rapport à la trajectoire (AB) (2/2) – composantes longitudinales VA CV A VB B arrière augmentation du vent arrière VA CV A B CV A VB B de face augmentation du vent de face VB arrière diminution du vent de face Première diapositive VA VA A CV VB B de face diminution du vent arrière 8 Définitions (7/7) • Intensité du cisaillement du vent – le long d'une trajectoire correspondant à une variation d'altitude de 100' (critères OACI) • • • • léger : < 4 kt modéré : de 5 à 8 kt fort : de 9 à 12 kt très fort : > 12 kt – la réponse d'un aéronef (cisaillement du vent effectif) est lié en particulier à sa vitesse – nous avons vu qu'une vitesse de 150 kt sur une pente de 3° avec un gradient de vent de 15 kt/100' occasionnait une variation de vitesse de 2 kt/s (graphe) Première diapositive 9 Effets du cisaillement du vent sur un aéronef – Vent nul Rz L'avion ayant une certaine masse présente une certaine inertie à une modification rapide du vent. En conséquence un changement brusque du vent va avoir un effet immédiat (mais passager) sur la vitesse aérodynamique (Va) et l'incidence () modifiant ainsi la portance (Rz) – Apparition d'un vent arrière et descendant (correspondant à un CV arrière et descendant) Diminution de la vitesse aérodynamique (Va) et de l'incidence () . tendance de l'avion à passer sous la trajectoire cisaillement du vent avec "perte" Si l'on ne "touche à rien", l'avion retrouvera Va et pour lequel il a été compensé avec une nouvelle vitesse sol, mais sous la trajectoire initiale Rz Première diapositive 10 Origines du cisaillement du vent (1/5) • Bien qu'il puisse être présent à tous niveaux, c'est lorsqu'il se produit en dessous de 1600 feet (500 m) que le phénomène revêt une importance particulière pour les aéronefs évoluant en phase critique de vitesse (réduite) et de hauteur (proximité du sol) • Les origines du cisaillement du vent en basses couches sont essentiellement : – dynamiques – radiatives – convectives Première diapositive 11 Origines du cisaillement du vent (2/5) • Dynamiques Le sillage Le relief CV les fronts CV les obstacles... vent en altitude vent au sol Première diapositive 12 Origines du cisaillement du vent (3/5) • Radiatives refroidissement nocturne en plaine vent synoptique Z Cisaillement vertical du vent Inversion de température dite de rayonnement Z 500- 1000 ft jet de basses couches T V brise de pente ou de vallée descendante vent syn optique Cisaillemen t vertical du BRISE DESCENDANTE Première diapositive vent roid f r i 'a écoulement d ent m e onn tre rayterres 13 Origines du cisaillement du vent (4/5) • Convectives (1/2) vent d'alizé Cisaillement vertical du vent brise de mer mer Première diapositive montante relief 14 Origines du cisaillement du vent (5/5) • Convectives (2/2) 2000'/mn 2000'/mn 4000'/mn microburst 4 km macroburst Première diapositive 4 à 40 km tornade front de rafales La rafale descendante 15 Conséquences d'un CV sur la trajectoire (1/3) • CV arrière (gradient avec perte) en approche finale diminution du vent debout • CV de bout (gradient avec gain) en approche finale augmentation du vent debout ? Première diapositive 17 Conséquences d'un CV sur la trajectoire (2/3) • CV arrière (gradient avec perte) au décollage diminution du vent debout • CV de bout (gradient avec gain) au décollage augmentation du vent debout Première diapositive 18 Conséquences d'un CV sur la trajectoire (3/3) • Approche dans un microburst Première diapositive 19 Accidents (1/3) • New-York (1975) Première diapositive 20 Accidents (2/3) • Nouvelle Orléans (1982) (1/2) Première diapositive 21 Accidents (3/3) • Nouvelle Orléans (1982) (2/2) Première diapositive 22 Moyens de détection (systèmes embarqués) (1/5) • Instruments classiques du poste de pilotage – anémomètre, variomètre, altimètre – indicateur d'assiette, de situation horizontale, avertisseur de proximité de sol, avertisseur de décrochage (vibreur de manche) – indications de vitesse sol, de vent du système de navigation (inertie, GPS…) – variomètres modifiés intégrant vitesse verticale et vitesse propre de l'avion servant à déterminer la variation d'énergie de l'avion et donc son accélération – radar météorologique Doppler : fournit les variations du vent devant l’avion dans les zones de précipitations • Le lidar Doppler – fonctionne comme un radar doppler avec un rayon laser mesurant les composantes du mouvement de l'air à 500/600 m devant l'avion Première diapositive 23 Moyens de détection (systèmes embarqués) (2/5) • Collimateur tête haute – présente les informations de guidage et de pilotage sur une plaque de verre intégrée au pare brise • Avertisseurs spécifiques – systèmes basés sur la surveillance des performances de l'aéronef – Alpha floor (AIRBUS) : applique automatiquement la puissance moteur maximale dés que l'angle d'attaque ou le taux de variation de la vitesse air ou sol atteint un seuil fixé – EADI (BOEING) activé par la mesure des composantes horizontales et verticales du vent, renseigne sur le comportement de l'avion avec affichage des instructions de pilotage et indication d'assiette maximum Première diapositive 24 Moyens de détection (systèmes au sol) (3/5) • Profileur de vent Première diapositive • Radar précipitation Doppler 25 Moyens de détection (systèmes au sol) (4/5) • Le «Low Level Windshear Alert System» dit LLWAS Première diapositive 26 Moyens de détection (observation, indices) (5/5) • Indices de probabilité d’un cisaillement du vent – – – – – déplacement différent de couches de nuages adjacentes panache de fumée de forme tourmentée nuages en rouleaux forts vents de surface en rafales poussières soulevées (en anneaux tourbillonnaires) • sous un nuage de convection • dans un front de rafales – – – – virgas associés à des nuages de convection nuages lenticulaires nuages en entonnoir trombes et tornades Première diapositive 27 Le cisaillement du vent de basses couches Première diapositive FIN
