Meteorologie Aeronautique Ii

METEOROLOGIE AERONAUTIQUE (Partie II) Par RAKOTOVAO Tahinjanahary Gaël LA TEMPERATURE Définition Condition qui détermine l'aptitude d'un corps à transmettre de la chaleur à un autre corps ou à en recevoir de son environnement. Echange de chaleur Conduction : transfert de chaleur a l’intérieur d’un élément Convection : le transfert de chaleur s'établit par des mouvements de masse du milieu dans lequel ce transfert s'effectue. Ainsi au contact d'une source de chaleur, l'air s'élève. Mouvement convectif : les particules d’air dans les basses couches réchauffer par le sol s’élève et crée des mouvements ascendant et descendant. Rayonnement : transmission de l’énergie solaire a l’atmosphère terrestre. Origine : Juxtaposition OEM qui se propage en ligne droite a 300 000km/s Types : - Rayonnement solaire - Rayonnement tellurique Caractéristiques:  La réception d’un rayonnement par un corps conduit à un absorption et réflexion du rayon par ce corps.  Tout corps dont To diffère de 0oC rayonne.  Puissance du rayonnement solaire = constante solaire= 1,350kW/m2.  Rayonnement solaire parvenant au sol= rayonnement directe + rayonnement diffuse  Diffusion par les aérosols : dépend de d/λ tel que d et le diamètre des particules ayant une forme voisine d’un sphère  Absorption par l’air : une masse de 5cg/m2 d’O3 diminue de moitie l’intensité du rayon UV.  Diffusion par l’air : - cause principale de la luminosité diurne - n’agit que sur radiations dont λ>0,18µ : diffusion de UV (0,25µ), pas de IF(2,5µ)

47% du rayonnement solaire atteint la surface terrestre, soit directement (26%), soit après réflexion (21%). 19% de la lumière solaire est absorbée par l'atmosphère et 34% de la lumière incidente est réfléchie dans l'espace : 23% par la couche nuageuse, 3% par réflexion directe sur le sol, 7% par les composés de l'atmosphère et encore 1% après réflexion secondaire par le sol. Remarque: Couleur bleu du ciel = couleur de la lumière diffuse par l’air très riche en UV Couleur rouge du soleil a l’horizon = rapide accroissement de la masse traverse par le rayonnement. Les nuages se comportent comme des corps noirs et absorbent complètement les rayonnements terrestres et rayonnent vers la Terre. Albédo= pouvoir réflecteur du sol L’atmosphère se réchauffe par le bas décroissance T a mesure que l’on s’élève en altitude. Inversion de T= inversion nocturne associe aux brumes et brouillard : la nuit en absence de nuage, dT /dZ<0 Mesure : Echelle : C = (F - 32) x 5/9 F = 9/5 x C + 32 C = K - 273,15 K = C + 273,15 Moyens : Thermomètre : basé sur : - la dilatation d’un liquide: thermomètre ordinaire ou a maxima (mercure), a minima (toluène, alcool) - déformation d’un capteur métallique : enregistreur - variation de résistance ou thermistance électrique / variation fils vibrants

Variation de la température de l’air atmosphérique : Variation annuelle fonction de : - latitude, topographie de la région, saison, nature du sol - situation de lieu : continentale ou maritime - amplitude, station continentale>station maritime - l’altitude : région sèche> région humide Variation a la surface de la Terre : - To plus élevée dans les régions équatoriale que dans les régions polaire - Décroissance de 1oC/ 2o de latitude entre 20-70e parallèle Variation diurne : - dépend de : latitude, saison, nature et surface de l’état du ciel, situation du lieu (grande sur continentale et faible sur la mer). - Gain radiatif pendant le jour et perte pendant la nuit

Températures extrêmes : -89,2 oC a VOSTOK (antarctique) le 21-07-1983 et +58 oC a ELAZIZIYA au Lybie le 13-09-1922 Température en Aéronautique : Effet indirect : incidence sur la formation des nuages, précipitations et turbulences, givrages, vents, brouillard… Effet direct : - Variation inverse de la portance en fonction T oC au décollage - Rendements moteurs/reacteur (augmetation carburant) et efficacité des circuits de refroidissement - Perte d’Une tonne/ oC dans la gamme 30 oC-40 oC pour les avions commerciaux

EAU ET HUMIDITE ATMOSPHERIQUE Tension de vapeur e : P=Pa+e tel que P= pression atmosphérique (hPa),

Pa= Pression de l’air sec (hPa), e= tension de vapeur (hPa),

Tension de vapeur saturante ew : C’est la quantité maximale de vapeur d’eau dans l’air, pour une P donnée et qui croit avec la température (nuages, brouillard ou cristaux de glace…) A 0 oC, ew=6,11hPa A 15 oC, ew=17hPa A -30 oC, ew=0,51 Transformations : Chaleur latente de condensation L : Libération ou absorption de chaleur lorsque gaz devient liquide et inversement. L=606,5-0,695 T L en cal/g, T en oC Chaleur latente de fusion F : Libération ou absorption de chaleur lorsque liquide devient solide et inversement. F=80 cal/g a 0 oC Sublimation : solide  gazeux Condensation solide : gaz solide Dans les deux dernier cas : S=L+F Humidité : Humidité absolue ρv: c’est la masse spécifique de la vapeur d’eau e= ρv rv T tq rv est la constante relative a la vapeur d’eau Humidité spécifique q: c’est le rapport entre la masse de vapeur d’eau et celle de l’air atmosphérique : q= ρv / (ρa+ ρv ) tq ρa :air sec Rapport de mélange r: c’est le rapport entre la masse de vapeur et la masse d’air sec : r= ρv / ρa r en [kg/kg air sec] Rapport de mélange saturant rw: rw=0,622 ew/P Humidité relative U : U%= 100 e(T)/ ew(T) = 100 r/ rw Mesure :  Appareil indicateur : Hygromètre a cheveux ou a hygristor  Calcul : Psychromètre constitue de 2 thermomètre a mercure sec et mouille utilisation de la relation de Regnault : e(T)= ew(T’)- A P(T-T’) tq P : pression atm en hPa, T : T air sec, T’ : T mouille, A :coefficient psychrométrique= -3 0,79.10 Variation :  Diurne : T décrois, U augmente.  En altitude : augmente jusqu’au niveau des couches nuageuses et décrois ensuite.

Diagramme d’état de l’eau :

Température : Température virtuelle Tv: T de l’air sec pour présenter a la même P, la même masse spécifique que l’air atmosphérique : Tv= (1+0,608 r) T Température du point de rosée Td: T atteinte par un volume d’air humide que l’on amène a saturation en le refroidissant a P constante. ew(Td)= e(T) Température du point de gelee Tf : ei(Tf)= e(T) Danger aéronautique : Givrage : impact des gouttes d’eau surfondue sur un aéronef dont la progression ne se fait qu’en présence d’un mécanisme capable d’évacuer la chaleur latente libérer durant la congélation givre blanc

LE VENT Définition : Origine : c’est un mouvement d’air provenant des différences de P a travers le globe. Direction : des hautes P vers les basses P. Définition : c’est un vecteur définit par sa direction et sa vitesse. Vent synoptique : c’est la moyenne des vents sur 10mn Appareils de mesure : Au sol (sur 10m) :  Girouette (qui se refere au nord géographique)[de 00 a 359o]/anémomètre [m.s-1 ou kt]  Manche a air En altitude :  Ballon gonfle a l’hydrogène Approximations : Force géostrophique = force de Coriolis Fc: force qu’il faut ajouter a la pesanteur pour obtenir la force totale extérieur applique a un point matériel anime d’un vitesse U par rapport a la Terre prise comme système de référence. Fc= U^2Ω tq Ω : vecteur // a la ligne des pôles de la Terre dirige vers le Nord = 7,2921. 10-5 rad.s-1 Propriétés : Fc est une force exclusivement déviatrice et n’agit efficacement que par sa composante horizontale Fch tq Fch= | f |.U avec f= 2Ω sin φ tq φ est la latitude algébrique (positive dans l’HN et négative dans l’HS) et f est le paramètre de Coriolis Equation mécanique : pour un mouvement se rapportant a la Terre, Gh = Fch + FPh + Fvh tq Gh est l’accélération horizontale de l’air, Fvh est la force de Viscosité, FPh est la composante horizontale de la force de Pression tq FPh= ΔP.L. h=- (ΔP/ l) . 1 /ρ avec ΔP/l est le gradient horizontale de pression Expression du vent géostrophique Vg: en altitude, Gh0, Fvh0, U= Vg et l=Δx d’où Vg = 1/f . 1/ρ . ΔP/Δx Direction du vent géostrophique :  d’après la règle de Buys-Ballot : ‘’dans un mouvement géostrophique, le vent est tangent a l’isobare horizontale et de sens tel que P soit croissante, vers sa droite dans HN et vers sa gauche dans l’HS’’.  Le vent tourne autour d’un anticyclone en laissant les HP a sa gauche et autour d’un dépression en laissant les BP a sa droite (HS).  Le vent est toujours perpendiculaire aux isohypses (mêmes altitudes).  Le vent laisse les basses altitudes a sa droite (HS). Vent géostrophique en fonction du gradient de geopotentiel : Vg=(1/2Ω sin φ) . ΔΦ /Δx = (9,8/f). ΔZ/Δx tq grad Φ= 1/ρ gradh P et Z altitude en mgp

Vent dans la couche de frottement : il y a équilibre de Fch ,FPh , Fvh alors :  Diminution de V (2/3 de Vg sur mer et ½ de Vg sur terre)  Modification de la direction de vent (V fait un angle de 10o sur mer et 20o -30o sur terre) tendance a pénétrer les zones de BP dans l’HS. Flux du gradient : mouvement des flux horizontale sans frottement et a V cste. Force du vent de gradient : c’est la vitesse du vent correspondant aux flux du gradient. Vent thermique VT : vent // aux lignes isoepaisseurs qui son isothermes. Laissent les régions chaudes a gauche : VT= (287/f). Log(P2/P1). ΔT/Δx Vent Traversier Vn : c’est la composante de Vg tq Vn= (9,8/f). ZB-ZA/AB  Si ZBZA  l’aéronef de rapproche d’une anticyclone Vent traversier a partir du facteur D : D= ZVraie-ZP Vn= (9,8/f). DB-DA/AB tq : DA= ZVraieA-ZP et DB= ZVraieB-ZP Vent anabatique : le jour, l’air réchauffe par le sol subit un mouvement convectif et remonte la pente de la montagne Vent catabatique : la nuit, l’air refroidit en contact du sol est entraîne en bas de la montagne Vent cyclostrophique= vent des bases latitudes : Force de Coriolis négligeable donc FPh=C V= sqrt(R/ρ gradh P) Direction : C toujours dirige vers l’extérieur, FPh dirige vers l’intérieur trajectoire cyclonique // isohypses ou isobare Convergence et divergence horizontale : Convergence horizontale = dépression de surface Divergence horizontale = anticyclone de surface entraînant une subsidence. Subsidence : mouvement vertical descendant qui réchauffent l’atmosphère et empêche la formation des nuages. Brises : Définition : vents observes en absence de vent synoptique faible gradient de pression barométrique. Types :  Brise de mers : courant allant de la mer vers la Terre (le jour), de 10 a 15 kt.  Brise de Terre : courant allant de la Terre vers la mer (la nuit), de 5 a 10 kt.  Brise de montagne (6 a 8 kt). Courant Jet ou Jet Stream Définition : Tube de courant de vent très fort se trouvant en altitude. Types :

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Jet troposphérique 60 a 65 kt sur la surface frontale polaire entre 35 et 70o N et S Jet subtropical, 120 a 150 kt, 12km altitude, entre 20 et 35o Jet stratosphérique d’est (HS en ete austral), 90 kt, 25km altitude, entre 5 et 20oN Jet stratosphérique d’ouest (en hiver boreal), 200kt, 65km altitude, entre 20 et 80oN Find laser jet Jet de l’étage inférieur