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Cours théoriques BIA Edition 2013 - 2014 André PARIS - FI – FE - 1 MÉTÉOROLOGIE

Cours théoriques BIA Edition 2013 - 2014 André PARIS - FI – FE - 1 MÉTÉOROLOGIE PROGRAMME ET COURS DU BIA 1 - L’ATMOSPHÈRE .......................................................................................................... 3 1.1 Composition de l’atmosphère terrestre …………....................................................... 3 1.2 Découpage et caractéristiques de l'atmosphère ....................................................... 3 1.3 L'Atmosphère standard ............................................................................................... 4 2 - LA PRESSION ATMOSPHÉRIQUE .............................................................................. 4 2.1 L’origine de la pression atmosphérique .................................................................... 4 2.2 Les variations de pression avec l’altitude ................................................................. 5 2.3 Les variations de pression au niveau de la mer ........................................................ 5 2.3.1 Les ANTICYCLONES ..................................................................................... 5 2.3.2 Les DÉPRESSIONS ....................................................................................... 5 2.3.3 Les COLS ....................................................................................................... 5 2.3.4 Les MARAIS BAROMÉTRIQUES .................................................................. 5 2.3.5 Les DORSALES ............................................................................................. 5 2.3.6 Les TALWEGS ou THALWEGS .................................................................... 5 3 - LA TEMPÉRATURE ...................................................................................................... 6 3.1 Notions de thermodynamique ………………………...........…………………….....….. 6 3.1.1 Le rayonnement ……………………………………………………………………….……. 7 3.1.2 La conduction ………………………………………………………………………….….... 8 3.1.3 La convection …………………………………………………………………...………….. 9 3.1.4 L’advection ……………………………………………………………………………...…... 9 3.2 Variations saisonnières de la température .............................................................. 9 3.3 Variations locales de la température ..................................................................... 10 3.4 Variations physiques des états de l’eau ................................................................ 11 3.5 Evolution de la température avec l’altitude ........................................................... 12 4 - LE VENT ...................................................................................................................... 12 4.1 Origine du vent ......................................................................................................... 12 4.2 La force de gradient de pression ............................................................................ 12 4.3 La force de CORIOLIS .............................................................................................. 12 4.4 Les forces de frottements ....................................................................................... 12 4.5 Les grands systèmes de vent ................................................................................. 13 4.6 Les vents locaux ...................................................................................................... 14 4.6.1 Les vents de vallée à grande échelle ..................................................................... 14 4.6.2 L’onde ....................................................................................................................... 14 4.6.3 Les brises de pente ................................................................................................. 15 4.6.4 Les brises de bord de mer ...................................................................................... 15 4.7 La connaissance du vent en aéronautique ........................................................... 16 5 - L’HUMIDITÉ DE L’AIR ................................................................................................ 16 5.1 Humidité relative de l’air .......................................................................................... 16 5.2 Saturation de l’air humide ....................................................................................... 17 5.2.1 Stabilité d’une masse d’air ....................................................................................... 18 5.2.2 Instabilité d’une masse d’air .................................................................................... 18 6 - LES MASSES D’AIR ................................................................................................... 19 6.1 Notion de masse d’air en météorologie ................................................................. 19 6.2 Les différents types de masses d’air ..................................................................... 19 Cours théoriques BIA Edition 2013 - 2014 André PARIS - FI – FE - 2 7 - LES NUAGES ............................................................................................................. 20 7.1 Quelques généralités sur les nuages ..................................................................... 20 7.2 Nuages et précipitation ........................................................................................... 21 7.3 Classification des nuages ....................................................................................... 21 7.3.1 Les critères de classification ................................................................................... 22 7.3.2 Description des 10 genres de nuages .................................................................... 22 7.3.2.1 Les cumulus (Cu) ....................................................................................... 22 7.3.2.2 Les cumulonimbus (Cb) ............................................................................ 22 7.3.2.3 Les nimbostratus (Ns) ............................................................................... 23 7.3.2.4 Les stratus (St) ........................................................................................... 23 7.3.2.5 Les strato-cumulus (Sc) ............................................................................ 23 7.3.2.6 Les altostratus (As) ................................................................................... 24 7.3.2.7 Les altocumulus (Ac) ................................................................................ 24 7.3.2.8 Les cirrus (Ci) ............................................................................................. 24 7.3.2.9 Les cirrostratus (Cs) .................................................................................. 24 7.3.2.10 Les cirrocumulus (Cc) ............................................................................. 25 8 - LES PERTURBATIONS ET LEURS FRONTS ........................................................... 26 8.1 Formation des perturbations et différents types de fronts .................................. 26 8.1.1 Le front chaud ........................................................................................................... 26 8.1.2 Le front froid .............................................................................................................. 28 8.2 L’occlusion ............................................................................................................... 30 9 - LES PHÉNOMENES DANGEREUX POUR LES AÉRONEFS ................................... 31 9.1 La brume et le brouillard ......................................................................................... 31 9.1.1 La brume .................................................................................................................... 31 9.1.2 Le brouillard de radiation ......................................................................................... 31 9.1.3 Le brouillard d’advection ......................................................................................... 32 9.1.4 Le brouillard d’évaporation ...................................................................................... 32 9.1.5 Le brouillard de pente .............................................................................................. 32 9.1.6 Les dangers du brouillard ........................................................................................ 32 9.2 Le givre ……………………………………………………………………...........…….…. 33 9.2.1 Définition du givre .................................................................................................... 33 9.2.2 Formation du givre ................................................................................................... 33 9.2.3 Classification du givre .............................................................................................. 33 9.2.3.1 La gelée blanche ........................................................................................ 33 9.2.3.2 Le givre blanc ............................................................................................. 34 9.2.3.3 Le givre transparent .................................................................................. 34 9.2.3.4 Le verglas ................................................................................................... 34 9.2.4 Les effets du givrage ................................................................................................ 34 9.3 Les précipitations à caractère dangereux ............................................................. 34 9.4 Les turbulences ........................................................................................................ 35 9.5 L’orage ...................................................................................................................... 35 10 - L’INFORMATION MÉTÉO POUR L’AÉRONAUTIQUE ............................................ 36 10.1 Les METAR et les SPECI ....................................................................................... 37 10.2 Les TAF et les SIGMET .......................................................................................... 40 10.3 Précisions sur la notion de visibilité dominante ................................................. 42 10.4 Les cartes TEMSI et la coupe verticale ................................................................ 44 10.5 La carte des fronts et isobares ............................................................................. 47 10.6 La carte de prévision VFR, les codes ODMXet le message GAFOR ………...… 47 10.7 Les cartes de vent et température (Wintem) ……………………….......………..... 48 10.8 L'utilisation de l'image satellite ....……………………………….............………..... 49 10.9 Recueil de l'information - Analyse des éléments essentiels de décisions ....... 49    Cours théoriques BIA Edition 2013 - 2014 André PARIS - FI – FE - 3 MÉTÉOROLOGIE Pour le pilote privé comme pour le pilote professionnel, la connaissance de la météorologie est une donnée essentielle dans la préparation des vols, dans sa gestion et dans les décisions qui seront prises en cas d’évolution de la situation météorologique. 1 - L’ATMOSPHÈRE 1.1 COMPOSITION DE L’ATMOSPHERE TERRESTRE L’atmosphère terrestre est une couche de gaz entourant la terre. On considère que sa constitution est la suivante : - 78 % d'azote (N2) - 21% d'oxygène (O2) - 1 % de gaz divers ( Ar, CO2, ...) La couche la plus éloignée de l’atmosphère monte jusqu’à 400 km d’altitude. Toutefois la partie la plus importante de l’atmosphère est groupée dans les basses couches. La partie dans laquelle les phénomènes météorologiques sont concentrés évolue entre 7 km d’altitude aux pôles et 15 km à l’équateur. La moitié de la masse de l’atmosphère est concentrée dans les 5 premiers kilomètres d'altitude et 90 % dans les 20 premiers. Les hautes couches présentent donc une densité très faible. 1.2 DÉCOUPAGE ET CARACTÉRISTIQUES DES COUCHES SUCCESSIVES DE L'ATMOSPHÈRE La thermosphère La température y croît fortement jusqu’à 500 °C à la limite de l’atmosphère (environ 400 km). La mésosphère La température y décroît fortement jusqu’à la limite de cette couche (environ 80 km). La stratosphère Cette couche est déjà une couche de faible densité. La température y reste constante jusqu’à environ 25 km puis croît jusqu’aux environs de 0 °C autour de 50 km d’altitude. La troposphère C’est la plus basse couche. Son épaisseur varie de 7 à 15 km des pôles à l’équateur. Elle est de 11 km sous nos latitudes. C’est dans cette couche que se produisent les phénomènes météorologiques. La température diminue avec l’altitude de 6°5 C / 1 000 m (soit - 2° C / 1000 ft) pour descendre jusqu'à la tropopause jusqu'à - 56,5° C en moyenne. Les séparations entre les 4 couches s’appellent la tropopause, la stratopause et la mésopause. Cours théoriques BIA Edition 2013 - 2014 André PARIS - FI – FE - 4 1.3 L’ATMOSPHÈRE STANDARD Afin de baser tous les altimètres sur une même loi de variation de la pression en fonction de l’altitude, l’O.A.C.I. (Organisation de l’Aviation Civile Internationale) a défini une atmosphère standard. Elle correspond aux conditions moyennes de température et de pression que l’on rencontre dans l’atmosphère. Caractéristiques de l’atmosphère standard O.A.C.I. : - au niveau de la mer T = +15°C et Patm = 1013,25 hPa - gradient vertical température : - 6,5°C / 1000 m jusqu’à 11000 m, nul entre 11000 et 20000 m puis +10 °C / 1000 m jusqu’à 32000 m - la tropopause se situe à 11000 m - l’air est sec et de composition constante - l’accélération de la pesanteur est g = 9,81 m.s-2 C’est cette référence qui permet d’étalonner les altimètres et autres instruments, d'organiser les procédures standard, d’assurer la sécurité des aéronefs et d’homologuer des records. 2 - LA PRESSION ATMOSPHÉRIQUE 2.1 - L’origine de la pression atmosphérique La pression atmosphérique résulte du poids des molécules d’air qui sont empilées dans l’atmosphère. C’est, avec la température, un des paramètres fondamentaux qui permettra d’évaluer les prévisions et les évolutions de la météo. Historiquement, les premières mesures de la pression atmosphérique ont été effectuées par TORRICELLI dans les canaux de VENISE. De là fut mis au point un instrument pour la mesurer, le baromètre. Cours théoriques BIA Edition 2013 - 2014 André PARIS - FI – FE - 5 Celui-ci utilise du mercure (Hg) pour mesurer la pression atmosphérique. La première unité de mesure de la pression atmosphérique fut le millimètre de mercure (mm Hg) ou le pouce de mercure (InHg) pour les Anglo-Saxons. (ex : Baromètre à 2000 feet) Dans le système international d’unités, la pression s’évalue en Pascal. En météo il est plus pratique d’utiliser l’hectopascal (1 hPa = 100 Pa). On utilise également le millibar (1 mbar = 1 hPa). La valeur moyenne au niveau de la mer est de 1013 hPa soit 760 mm Hg. 2.2 - Les variations de pression avec l’altitude La pression atmosphérique diminue lorsque l’on gagne de l’altitude. Cette variation n’est pas linéaire mais logarithmique. Pour la déterminer, il existe des calculs tenant compte de la variation d’altitude et de température. Du fait de la différence de poids de la colonne d’air en fonction de l’altitude, la pression diminue avec l’altitude et les molécules d’air sont moins compressées donc prennent plus de volume, c’est pourquoi la diminution de pression n’est pas linéaire. En basse altitude chaque fois que l’on monte de 8,5 mètres (28 feet), on observe une diminution de 1 hectopascal. Vers 3000 m, il faudra monter de 12 mètres (40 ft) pour perdre le uploads/Geographie/ cours-bia-meteorologie-2013-12-26.pdf