Météorologie

1. Structure de l'atmosphère

• Atmosphère terrestre : fine couche gazeuse retenue par gravité, masse totale ≈ $5,3 \times 10^{15}$ tonnes.
• Répartition de la masse :
  • 50 % entre 0 et 5 km
  • 90 % entre 0 et 16 km
  • 99 % en dessous de 32 km
• Couches principales (jusqu'à FL650 ≈ 20 km) :
  • Troposphère : du sol à ≈ 10-16 km, température décroît avec l'altitude, lieu des phénomènes météorologiques.
  • Tropopause : surface de discontinuité où le gradient de température devient faible ou positif.
  • Stratosphère : au-dessus de la tropopause, température augmente avec l'altitude, présence d'ozone.

2. Troposphère

• Épaisseur variable selon latitude (plus épaisse à l'équateur).
• Contient la majeure partie de la vapeur d'eau et des nuages.
• La tropopause est définie par l'OMM comme le niveau le plus bas au-dessus de 5 km où le gradient vertical de température est ≤ 2°C/1000 m sur au moins 2 km.
• Altitude moyenne de la tropopause :
  • Polaire : 8 km, -45 °C
  • Tempérée : 11 km, -55 °C
  • Équatoriale : 16 km, -75 °C
• La tropopause varie avec la saison et la latitude, plus basse en hiver.
• Vents forts (courants jets) se situent près de la tropopause.

3. Composition de l'air atmosphérique

• L'air sec est un mélange stable jusqu'à 80 km.
• La vapeur d'eau est variable, 4ᵉ composant en masse (~0,25 %), essentielle en météorologie.
• Aérosols (poussières, pollens, etc.) servent de noyaux de condensation.

4. Température de l'air

a) Définitions et unités

• Température : grandeur caractérisant l'agitation moléculaire.
• Unités :
  • Celsius (°C) : 0 °C = fusion glace, 100 °C = ébullition eau.
  • Kelvin (K) : échelle absolue, $T(K) = t(°C) + 273,15$.
  • Fahrenheit (°F) : utilisé aux USA, conversion : $$t(°F) = \frac{9}{5} t(°C) + 32, \quad t(°C) = \frac{5}{9} (t(°F) - 32)$$

b) Distribution verticale moyenne

• Température moyenne au niveau de la mer ≈ 15 °C.
• Décroissance moyenne : $6,5\,°C/1000\,m$ (ou $2\,°C/1000\,ft$).
• Température constante au-dessus de 11 km jusqu'à FL650.
• Atmosphère chauffée par le bas (surface terrestre).

c) Transfert de chaleur dans l'atmosphère

5. Rayonnement solaire et terrestre

• Constante solaire : $C = 1396\, W/m^2$ au sommet de l'atmosphère, surface perpendiculaire au Soleil.
• Puissance reçue au sol dépend de l'angle zénithal du Soleil : $P = C \times \cos(z)$.
• Atmosphère filtre le rayonnement (absorption sélective et diffusion).
• Absorption par :
  • Ozone, O₂, N₂ : UV
  • Vapeur d'eau, CO₂ : infrarouge
• Diffusion :
  • Moléculaire (Rayleigh) : plus efficace pour courtes longueurs d'onde → ciel bleu.
  • Par aérosols : diffusion quasi neutre → lumière blanche.
• Rayonnement terrestre : émis en infrarouge (5-100 µm, max ≈ 10 µm), absorbé par vapeur d'eau, CO₂, ozone.
• Fenêtre atmosphérique : 8,5-13 µm, permet observation satellite.

6. Influence des nuages

• Nuages diffusent et réfléchissent le rayonnement solaire (albédo 0,4 à 0,9).
• Couche nuageuse épaisse réduit fortement le rayonnement solaire au sol.
• Nuages élevés minces retiennent le rayonnement infrarouge terrestre (effet de serre).
• En ciel clair, environ 50 % du rayonnement solaire atteint le sol en direct, 14 % diffusé.

7. Gradient vertical de température

• Gradient vertical moyen : $-6,5\,°C/1000\,m$ (température décroît avec altitude).
• Cas particuliers :
  • Isothermie : température constante avec altitude (gradient = 0).
  • Inversion : température augmente avec altitude (gradient positif).
• Inversions renforcent la stabilité atmosphérique et limitent la convection.

8. Types d'inversions de température

9. Température à la surface terrestre

• Dépend de l'insolation (hauteur du Soleil, saison, latitude).
• Sols continentaux : mauvais conducteurs → fortes variations diurnes.
• Surfaces aquatiques : bonne conductivité → variations diurnes faibles.
• Amplitude thermique influencée par humidité, nature du sol, couverture nuageuse, vent.
• Vent fort réduit amplitude thermique en évacuant la chaleur.

10. Pression atmosphérique

• Pression = poids d'une colonne d'air au-dessus d'une surface unitaire.
• Expérience de Torricelli : pression mesurée par hauteur $h$ de mercure dans un tube : $$P = \rho g h$$
• Unités usuelles :
  • Pascal (Pa) : unité SI (1 Pa = 1 N/m²)
  • Hectopascal (hPa) = 100 Pa (anciennement millibar)
  • mmHg (millimètre de mercure)
  • inHg (pouce de mercure)
• Pression standard au niveau de la mer : $$101325\, Pa = 1013,25\, hPa = 760\, mmHg = 29,92\, inHg$$

11. Mesure de la pression

• Baromètre à mercure : hauteur de mercure mesurée.
• Baromètre anéroïde : capsules déformables, aiguille indiquant la pression.
• Baromètre numérique : capteurs capacitifs et microprocesseur.

12. Cartes de pression et isobares

• Pression mesurée en stations à différentes altitudes → réduction au niveau de la mer pour homogénéiser.
• Isobares : lignes joignant points de même pression réduite au niveau de la mer, tracées tous les 5 hPa.
• Systèmes de pression :
  • Dépression (D) : isobares fermées avec pression décroissante vers le centre.
  • Anticyclone (A) : isobares fermées avec pression croissante vers le centre.
  • Thalweg : prolongement d'une dépression.
  • Dorsale : prolongement d'un anticyclone.
  • Marais barométrique : zones à isobares espacées et mal organisées.

La tropopause sépare la troposphère (température décroissante) de la stratosphère (température croissante) et son altitude varie selon latitude et saison, influençant les vents forts et la turbulence en altitude.

1. Définition et mesure du vent

• Vent : composante horizontale du déplacement d'une masse d'air par rapport au sol, représenté par un vecteur (direction d'où vient le vent, vitesse).
• En météorologie, la direction du vent est donnée par la provenance (ex : vent du nord vient du nord).
• Unités de vitesse :
  • Système international : m/s (1 m/s ≈ 2 kt)
  • Aéronautique/météorologie synoptique : nœud (kt), 1 kt = 1 NM/h ≈ 0,5 m/s
  • Parfois km/h (1 kt ≈ 2 km/h)
• Mesure :
  • Direction : girouette (en degrés à partir du nord vrai)
  • Vitesse : anémomètre
  • Vent synoptique : moyenne sur 10 min, direction par rapport au nord vrai
  • Vent aéronautique : moyenne sur 2 min, direction par rapport au nord magnétique
• Sur cartes, la force du vent est symbolisée par des barbules, pointant toujours vers les dépressions (hémisphère nord et sud).

2. Principale cause du vent

a) Gradient horizontal de pression

• Gradient horizontal de pression au point M : vecteur perpendiculaire aux isobares, dirigé des basses vers les hautes pressions, module $|\overrightarrow{grad_h} P| = \frac{dP}{dl}$.
• Plus les isobares sont serrées, plus le gradient est fort.

b) Force de pression

• Force exercée sur une particule d'air de masse $m$ : $$F_p = \frac{m}{\rho} \times \frac{dP}{dl}$$
• Dirigée des hautes vers les basses pressions.

c) Force de Coriolis

• Due à la rotation terrestre, dévie la particule vers la droite dans l'hémisphère nord (gauche dans l'hémisphère sud).
• Module : $$F_c = m \times f \times V, \quad f = 2 \Omega \sin \varphi$$ où $\Omega = 7,29 \times 10^{-5}$ rad/s, $\varphi$ latitude, $V$ vitesse du vent.

d) Vent géostrophique

• Hypothèses : mouvement rectiligne uniforme, horizontal, sans frottement, hors équateur.

• Équilibre entre force de pression et force de Coriolis.

• Vent parallèle aux isobares (surface) ou isohypses (altitude), avec hautes pressions à droite dans l'hémisphère nord.

• Formules :

  • Au sol : $$V_g = \frac{1}{\rho f} \times \frac{dP}{dl}$$
  • En altitude : $$V_g = \frac{9,8}{f} \times \frac{dZ}{dl}$$

  où $dZ/dl$ est le gradient à pression constante de géopotentiel (pente des isohypses).

• Règle de Buys-Ballot : dans l'hémisphère nord, face au vent, les hautes pressions sont à gauche.

e) Variation avec la latitude

• $V_g$ varie inversement avec $f$.
• À l'équateur ($\varphi=0$), $f=0$, le vent géostrophique n'existe pas.

f) Vent du gradient

• Prend en compte la courbure des isobares/isohypses via la force centrifuge : $$F_e = m \frac{V^2}{R}$$
• Correction de courbure à ajouter au vent géostrophique : $$U_C = \pm \frac{V_g^2}{f R}$$
  • signe pour anticyclone, - signe pour dépression.
• Le vent du gradient est une meilleure approximation du vent réel en altitude.

3. Variation du vent dans la couche de frottement

• Au sol, la force de frottement $F$ s'oppose au mouvement.
• Équilibre des forces : pression, Coriolis, frottement.
• Le vent réel fait un angle $\alpha$ avec l'isobare, pointant vers les basses pressions.
• Valeurs usuelles à retenir :
  • Angle $\alpha$ ≈ 10° sur mer, 30° sur terre.
  • Vitesse du vent réel ≈ 70 % du vent géostrophique sur mer, 50 % sur terre.
• En s'élevant, frottement diminue, vitesse du vent augmente, angle $\alpha$ diminue.
• Le vent tourne vers la droite avec l'altitude dans l'hémisphère nord (vent dextrogyre), vers la gauche dans l'hémisphère sud (vent lévogyre).
• Ce phénomène forme la spirale d'Ekman.
• La couche où le frottement est sensible s'appelle la couche limite de frottement, d'épaisseur moyenne ~1500 m (variable 500-3000 m).
• Au-dessus, atmosphère libre où vent est géostrophique.

4. Effets de la convergence et divergence

• En basses couches, vent réel pointe vers basses pressions ⇒ convergence dans les dépressions, divergence dans les anticyclones.
• Convergence ⇒ ascendance synoptique (air monte).
• Divergence ⇒ subsidence synoptique (air descend).
• En altitude, situation inverse :
  • Dépressions associées à divergence.
  • Anticyclones associées à convergence.
• Règle importante :

  

  En basses couches :
  Dépression ⇒ convergence ⇒ ascendance
  Anticyclone ⇒ divergence ⇒ subsidence

5. Circulation générale globale (introduction)

• La circulation générale atmosphérique rééquilibre le contraste thermique entre équateur (surplus d'énergie) et pôles (déficit).
• Modèle simplifié Terre homogène sans saisons :
  • Anticyclone thermique aux pôles (air froid dense).
  • Dépression thermique équatoriale (air chaud ascendant).
  • Mouvements verticaux compensatoires entre ces zones.

À retenir :
Le vent est généré par le gradient horizontal de pression, dévié par la force de Coriolis, et modifié près du sol par le frottement. Le vent géostrophique est parallèle aux isobares/isohypses, avec les hautes pressions à droite dans l'hémisphère nord. En surface, le vent tourne vers les basses pressions, créant convergence et ascendance dans les dépressions, divergence et subsidence dans les anticyclones.

1. Humidité dans l'atmosphère

• Air sec : air sans vapeur d'eau.
• Air humide : mélange d'air sec + vapeur d'eau (invisible).
• La masse volumique de l'air humide est inférieure à celle de l'air sec à pression et température égales (car ajout de vapeur d'eau remplace des molécules plus lourdes d'azote/oxygène).

a) Rôle de l'eau dans l'atmosphère

• L'eau (0,25 % de la masse de l'air) est essentielle pour la redistribution d'énergie via le cycle de l'eau : évaporation → condensation → précipitations → évapotranspiration.
• Sources principales d'humidité : océans, lacs, glaciers, végétation (évapotranspiration).

2. Saturation de l'air atmosphérique

• L'air ne peut contenir qu'une quantité maximale de vapeur d'eau à une température donnée.

• Au-delà, la vapeur d'eau se condense → l'air est dit saturé.

• Loi de Dalton : pression totale d'un mélange = somme des pressions partielles des composants.

  $P = P_a + e$

  où
  $P$ = pression totale,
  $P_a$ = pression partielle de l'air sec,
  $e$ = tension de vapeur (pression partielle de la vapeur d'eau).

• La tension de vapeur saturante $e_w$ dépend uniquement de la température.

• À saturation, équilibre dynamique entre évaporation et condensation :

  $$\text{eau liquide} \leftrightarrow \text{vapeur d'eau}$$

• La courbe de $e_w$ en fonction de la température est croissante (exemple : figure 3-1).

3. Résumé des notions clés

À retenir : La pression partielle de la vapeur d'eau (tension de vapeur) ne peut dépasser une valeur maximale à une température donnée, appelée tension de vapeur saturante, au-delà de laquelle la vapeur se condense.

1. Formation des nuages

• Un nuage est un hydrométéore constitué d’eau condensée (gouttelettes liquides ou cristaux de glace) en suspension dans l’air saturé en vapeur d’eau.
• La condensation nécessite la présence de noyaux de condensation (particules solides : poussières, sel marin, cendres, polluants).
• À température positive, l’eau condensée est liquide ; à température négative, elle peut être liquide surfondue ou solide (glace).
• Les gouttelettes mesurent entre 2 et 200 microns, avec 300 à 600 gouttelettes/cm³ ; cristaux de glace plus rares et plus lents à tomber.
• La surfusion (eau liquide à t < 0 °C) est fréquente entre 0 et -15 °C, rare en dessous de -40 °C.

2. Processus de saturation et formation de nuages

Trois processus mènent à la saturation et à la formation de nuages :

3. Processus de soulèvement favorisant la formation des nuages

• Turbulence : mouvements verticaux dans une couche d’air, formation de stratus fractus, stratocumulus.
• Soulèvement frontal : air chaud soulevé au-dessus de l’air froid, formation de nuages frontaux.
• Soulèvement orographique : air forcé de monter au-dessus d’une montagne, formation de nuages orographiques.
• Convection libre : bulles d’air chaud s’élèvent spontanément, formation de cumulus et cumulonimbus.

4. Types de nuages et classification

• Trois formes principales :

  • Stratiformes (STF) : nuages stables, couches uniformes (ex. stratus)
  • Cumuliformes (CUF) : nuages instables, formes en boules ou tours (ex. cumulus)
  • Cirriformes : nuages élevés, filamenteux, constitués de glace (ex. cirrus)

• Trois étages dans la troposphère (limites variables selon latitude) :

• Classification internationale (10 genres) :

• Racines des noms :
  • cirr- : nuages supérieurs
  • alto- : nuages moyens
  • strat- : nuages stables
  • cumul- : nuages instables

5. Espèces et variétés nuageuses importantes

• Fractus : aspect déchiré (ex. stratus fractus)
• Castellanus : forme de créneaux, signe d’instabilité (ex. altocumulus castellanus)
• Lenticularis : forme de lentille, nuages d’ondes orographiques (ex. altocumulus lenticularis)
• Humilis : peu développé (ex. cumulus humilis)
• Mediocris : développement moyen (ex. cumulus mediocris)
• Congestus : fort développement vertical (ex. cumulus congestus)
• Calvus : cumulonimbus jeune, sommet brillant sans enclume
• Capillatus : cumulonimbus mature avec enclume de glace
• Virga : précipitations qui s’évaporent avant le sol

6. Influence des inversions de température

• Une inversion de température (température augmente avec l’altitude) limite les mouvements verticaux et donc le développement vertical des nuages.
• Les nuages se forment souvent sous l’inversion (ex. stratus, stratocumulus).
• L’inversion favorise la stabilité de l’atmosphère et limite la dispersion des polluants.
• Sous inversion, la visibilité est souvent réduite à cause de la concentration d’aérosols dans la couche inférieure.

À retenir : Un nuage est un air saturé en vapeur d’eau contenant des gouttelettes liquides ou des cristaux de glace en suspension, formé par condensation autour de noyaux de condensation, souvent suite à un refroidissement ou un mélange d’air. Les inversions de température limitent leur développement vertical.

1. Formation des précipitations

• Précipitation : chute d'eau atmosphérique (liquide ou solide) lorsque gouttes/cristaux deviennent trop lourds pour être soutenus par les courants ascendants.
• Quantités annuelles :
  • Équateur : plusieurs mètres d'eau/an.
  • Régions tempérées : 600 à 1000 mm/an.
  • Régions polaires : < 500 mm/an.
  • Subtropiques (anticyclones) : quelques mm/an (ex. désert d'Atacama).

2. Processus de développement des précipitations

• Ces deux processus agissent simultanément, complétés par la fragmentation des grosses gouttes en gouttes plus petites.

3. Formation des précipitations solides et liquides

• Neige vs pluie : dépend de l'altitude de l'isotherme 0 °C.
  • Si température reste négative jusqu'au sol → neige.
  • Si température positive au sol → pluie.
  • Cas intermédiaire : neige fondante (flocons partiellement fondus).
• Bruine : précipitation fine (0,2-0,5 mm) typique des stratus, formée par condensation sans mouvements verticaux forts.
• Grêle :
  • Formée dans cumulonimbus à forte extension verticale (5-12 km), avec eau surfondue > 1 g/m³ et forts courants ascendants.
  • Cycle de croissance alternant "croissance sèche" (glace opaque avec air emprisonné) et "croissance humide" (glace transparente).
  • Grêlons tombent quand poids > force des courants ascendants.

4. Types de précipitations et nuages associés

• Nuages stratiformes (St, Ns, As) → bruine, pluie, neige.
• Nuages cumuliformes (Cu, Cb) → averses, grésil, grêle.
• Cirriformes (Ci, Cc, Cs) ne donnent pas de précipitations.

5. Précipitations se congelant (verglas)

• Gouttes liquides surfondues (température négative mais liquide) se congèlent au contact du sol ou d'objets froids.
• Phénomène fréquent devant fronts chauds avec mince couche d'air froid au sol.
• Zones à risque : "coins de précipitation verglaçante" sous isothermes 0 °C.
• Danger majeur pour la circulation et l'aéronautique (verglas).

6. Résumé des conditions de formation des précipitations

• Nuage doit contenir eau liquide ou glace et avoir une épaisseur suffisante (≥ 500 m pour stratus, ≥ 1500 m pour cumulus/altostratus).
• Température : présence de glace dans 97 % des cas (température < -3 °C au sommet).
• Mouvements verticaux : nécessaires pour coalescence et transfert.
• Humidité : masse d'air saturée ou proche saturation.

À retenir : La formation des précipitations résulte principalement de l'effet Bergeron (transfert vapeur d'eau vers glace) et de la coalescence (fusion des gouttes), agissant simultanément selon la température et la dynamique du nuage.

7. Influence des inversions sur brouillard et nuages

• Inversion nocturne : refroidissement du sol crée une couche d'air plus froide en surface, favorisant le brouillard de rayonnement (épaisseur ~ inversion).
• Inversion de subsidence (anticyclonique) limite le développement vertical des cumulus, les transformant en stratocumulus cumulogenitus.
• Tropopause : inversion naturelle freinant les mouvements verticaux, limitant la hauteur des nuages (sauf dans régions équatoriales où certains nuages dépassent la tropopause).

8. Brouillard : définitions et types

• Brume : suspension de gouttelettes d'eau, visibilité 1 à 5 km, humidité relative 60-100 %.
• Brume sèche : suspension de particules solides (poussières, pollens, etc.), humidité < 60 %, visibilité ≤ 5 km.

9. Conditions de vol dans les nuages

• Cumulonimbus : nuages les plus dangereux, associés à fortes précipitations, grêle, turbulence sévère et foudroiement.

À retenir : La formation et la nature des précipitations dépendent de la température, de la dynamique du nuage et de la présence de glace, tandis que les inversions et la structure atmosphérique influencent la formation du brouillard et la hauteur des nuages. Les conditions de vol varient fortement selon le type de nuage rencontré.

1. Fronts chauds

• Définition : zone où l'air chaud remplace l'air froid, l'air chaud s'élève lentement au-dessus de l'air froid.
• Caractéristiques :
  • Largeur du corps du front chaud : ~300 km.
  • Distance entre premiers nuages hauts (Ci, Cs) et trace au sol : ~600 km.
  • Pente de la surface frontale chaude : ≤ 1 %.
• Types d'air chaud :
  • Stable : rencontré en hiver et printemps, précipitations faibles/modérées, averses rares.
  • Instable : rencontré en été et automne, averses fréquentes, orages possibles.
• Phénomènes associés : rotation du vent, turbulence, cisaillement, givrage, nuages bas, visibilité réduite, précipitations variées.
• Après passage : amélioration lente, vent soutenu au S-SO, visibilité souvent médiocre.

2. Fronts froids

• Définition : l'air froid postérieur s'infiltre sous l'air chaud, provoquant un soulèvement rapide de l'air chaud.
• Caractéristiques :
  • Pente de la surface frontale froide : 1/50 à 1/70 (~2 %).
  • Largeur du corps du front froid : 100 à 200 km.
  • Front froid se déplace plus vite que le front chaud.
• Types d'air chaud :
  • Stable : nuages stables (St fractus, Ns, As, Cs, Ci), précipitations continues modérées à fortes.
  • Instable : nuages instables (Cb en ligne de grains, Sc, Ns, Ac, Ci), averses fréquentes, orages violents.
• Phénomènes associés : jet polaire, rafales, turbulence, cisaillement, orages fréquents, givrage, nuages bas, visibilité réduite.
• Après passage : amélioration nette, ciel dégagé, vent NW avec rafales.

3. Secteur chaud

• Définition : zone entre front chaud et front froid, contenant de l'air chaud tropical maritime ou continental non soulevé.
• Types :
  • Stable (hiver, automne) : stratus, stratocumulus, brouillard d'advection fréquent, visibilité médiocre à mauvaise.
  • Instable (printemps, été) : cumulus, cumulonimbus, averses, visibilité bonne sauf sous averses.
• Phénomènes : orages possibles en été, parfois ligne de grains avant front froid.

4. Traîne (arrière du front froid)

• Constituée de cumulus et cumulonimbus, averses de pluie, neige, grésil, grêle, orages.
• Visibilité bonne sauf sous averses.
• Vent turbulent de NW avec rafales.
• Activité liée à instabilité de la masse d'air et surface sous-jacente.
• En hiver, pulsations froides peuvent renforcer orages et lignes de grains.

5. Occlusions

• Définition : lorsque le front froid rattrape le front chaud, l'air chaud est rejeté en altitude.
• Types d'occlusion :

• Phénomènes associés : givrage faible à modéré, turbulence faible à forte selon instabilité, précipitations modérées, orages possibles dans Cb.
• Saisons :
  • Occlusions front froid : printemps, été.
  • Occlusions front chaud : automne, hiver.

6. Front stationnaire

• Front immobile, masses d'air circulant parallèlement sans conflit.
• Représentation : ligne alternant segments rouges (front chaud) et bleus (front froid).
• Vent en surface généralement parallèle au front.
• Temps perturbé persistant, nuages bas, mauvaise visibilité, précipitations variables.
• Fréquent en hiver en Europe occidentale, provoque contrastes thermiques marqués.

7. Cycle de vie d'une perturbation

1. Formation d'une ondulation sur le front polaire (frontogenèse).
2. Apparition d'une dépression (cyclogenèse) avec fronts chaud et froid.
3. Développement : front froid avance plus vite que front chaud.
4. Formation d'une occlusion lorsque le front froid rattrape le front chaud.
5. Maturité : occlusion s'allonge, secteur chaud se réduit.
6. Fin de vie : comblement de la dépression, disparition des fronts chaud et froid, persistance du front occlus.

8. Déplacement des fronts

• Généralement d'ouest en est, vitesse moyenne 10-40 kt.
• Front froid plus rapide que front chaud.
• Vitesse estimée à ~70 % de la vitesse du vent géostrophique en surface.
• Vitesses typiques : 15 kt en été, 25 kt en hiver.

9. Structure nuageuse d'une perturbation

10. Variations météorologiques au passage d'une perturbation

À retenir : Le front froid est plus dynamique que le front chaud, provoquant des précipitations plus intenses et une amélioration rapide du temps après son passage, tandis que le front chaud engendre une amélioration lente avec des précipitations plus faibles.

1. Zones climatiques et saisons dans les régions tropicales

• Régions équatoriales (7°30 N à 7°30 S) : précipitations quasi permanentes toute l'année.
• Régions tropicales (entre 7°30 et les tropiques) : alternance saison sèche / saison humide liée à la position de l'équateur météorologique (ZCIT/ITCZ).
• Subtropiques continentales : climat aride dû à la présence d'anticyclones dynamiques permanents (ex. Sahara, Arabie).

En régions tropicales, on parle de saison sèche et saison humide, contrairement aux saisons chaude/froide des régions tempérées.

2. Zone de Convergence Intertropicale (ZCIT)

• Zone de convergence des alizés des hémisphères nord et sud, favorisant les ascendances et la formation de nuages convectifs (cumulus congestus, cumulonimbus).
• La tropopause est élevée (~17 km) dans ces régions.
• La position de la ZCIT varie saisonnièrement, suivant le déplacement apparent du soleil avec un retard de 7-8 semaines :
  • En été boréal, la ZCIT se déplace vers le nord.
  • En été austral, elle se déplace vers le sud.
• La convergence est plus forte dans l'hémisphère d'été, ce qui intensifie l'activité convective.

3. Alizés et phénomènes associés

• Alizés : vents d'est soufflant sous l'inversion de subsidence des anticyclones subtropicaux (~5000 m).
• Convergence des alizés au niveau de la ZCIT provoque soulèvement et formation de nuages convectifs.
• Cumulus d'alizés : base entre 500-700 m, sommet < 3000 m, uniformes au-dessus des océans.
• Calmes équatoriaux : zones de vents faibles au centre de la ZCIT, ciel nuageux avec averses fréquentes ("pot au noir").

4. Lignes de grains (Squall lines)

• Alignement de cumulonimbus formant une bande orageuse de plusieurs centaines de km.
• Typiques des régions soudano-sahariennes et cyclones tropicaux.
• Caractéristiques :
  • Bande orageuse intense suivie d'une zone plus large de pluie faible.
  • Forte turbulence dans la zone orageuse, accalmie ensuite.
  • Peut provoquer soulèvement de sable/poussières et phénomènes de downburst (ex : "habood" au Soudan).
• Danger pour l'aviation : orages violents, tornades, cisaillement vertical fort.

5. Moussons

• Définition : vents saisonniers transéquatoriaux liés à un gradient de pression entre un continent chaud (dépression thermique) et un océan plus frais.
• Flux de mousson change de direction de 180° entre saisons.
• Moussons principales :
  • Asiatique (Inde)
  • Australienne
  • Africaine (orientale et occidentale)
  • Amazonienne
  • Côtes occidentales de l'isthme américain
• Mousson d'été boréal : flux humide, vecteur de précipitations.
• Mousson d'hiver boréal : flux sec continental, saison sèche.
• Amplification sur continents, moindre sur océans.

6. Front Intertropical (FIT)

• Trace au sol de l'équateur météorologique en Afrique de l'Ouest.
• Sépare l'air sec saharien (au nord) de l'air humide océanique (au sud).
• Position saisonnière : ~20°N en été boréal, ~5°N en hiver boréal.
• Zones climatiques associées (coupe méridienne) :

7. Variations saisonnières du temps et des vents

• La convergence des alizés est plus forte dans l'hémisphère d'été, augmentant l'activité convective.
• Les masses convectives sont plus intenses en saison chaude.
• Les alizés chargés d'humidité survolent les océans avant d'atteindre les côtes, formant des cumulus d'alizés.

8. Anticyclones subtropicaux et calmes subtropicaux

• Ceinture de hautes pressions entre 25° et 35° de latitude.
• Anticyclones dynamiques puissants avec inversion de subsidence.
• Zones de vents faibles appelées calmes subtropicaux ou latitudes des chevaux.
• Temps généralement stable et ensoleillé au cœur de ces anticyclones.

9. Lithométéores et descentes froides

• Lithométéores : particules solides en suspension (poussières, sable).
• Tempêtes de sable/poussières : vents forts soulevant des particules, réduisant la visibilité.
• Descente froide (TUTT) : advection d'air polaire froid en altitude vers les tropiques, pouvant générer perturbations actives, cyclones ou orages.
• Exemples :
  • Blizzard : chute de neige avec vent fort, visibilité réduite.
  • Pampero : vent catabatique froid et sec en Argentine, associé à orages.

10. Ondes d'est (Easterly waves)

• Ondes dans la ceinture des alizés, se déplaçant d'est en ouest.
• Activité convective forte à l'arrière du thalweg (zone de convergence).
• Générées notamment par le relief africain.
• Durée de vie : quelques heures à plusieurs jours.
• Peuvent évoluer en cyclones tropicaux après passage en mer.

À retenir : La position et l'intensité de la ZCIT déterminent la répartition saisonnière des précipitations tropicales, la formation des moussons, des orages et des phénomènes convectifs majeurs. Les anticyclones subtropicaux et les calmes équatoriaux encadrent ces zones d'activité, tandis que les phénomènes locaux (lignes de grains, ondes d'est, descentes froides) modulent la météo à méso-échelle.

1. Givrage en vol

• Zones de givrage : Faible, modéré, fort, localisées notamment sous les surfaces frontales dans les perturbations à air chaud stable ou instable.
• Objectif opérationnel : Éviter les conditions givrantes en vol IFR, surtout avec un avion non équipé contre le givrage.
• Stratégies d’évitement :
  • Voler sous l’isotherme 0 °C (air à température positive).
  • Choisir un niveau de vol plus élevé sans traverser de zones givrantes.
  • Modifier la route si nécessaire.
  • Différer ou annuler le vol en cas d’impossibilité d’évitement.
• Zones à éviter : Givrage fort, coins de précipitations verglaçantes, nuages fortement convectifs.

2. Givrage par cristaux de glace (Ice Crystal Icing - ICI)

• Définition : Accumulation de cristaux de glace à haute altitude dans des conditions très froides, sans eau surfondue, pouvant obstruer sondes pitot et moteurs.
• Danger : Perte d’informations anémométriques, extinctions ou dommages moteurs (ex : vol AF447).
• Formation : Forte humidité soulevée en altitude, convertie en cristaux de glace (indice IWC élevé dans zones HIWC).
• Zones exposées : Régions tropicales/subtropicales (20°N-20°S), enclumes de cumulonimbus, cirrus épais.
• Indicateurs d’ICI :
  • Radar de bord détecte précipitations modérées à fortes sous l’avion.
  • Traces de pluie sur pare-brise à températures trop froides pour eau liquide.
  • TAT proche de 0 °C.
  • Dysfonctionnements moteurs (auto-manette, vibrations).
  • Turbulence légère à modérée, feux St Elme, odeurs d’ozone/soufre.
• Évitement : Contourner la zone à au moins 30 NM du noyau précipitant, éviter le vol prolongé en zone ICI, descendre sous FL300 si pénétration.

3. Turbulence

• Catégories OACI (mesurées par accéléromètre au centre de gravité) :

• Prévision et évitement :
  • Analyse TEMSI, SIGMET, cartes CAT.
  • En vol, réduire vitesse, éviter nuages convectifs (TCU, CB).
  • Changer de niveau pour turbulence en air clair (épaisseur < 900 m).
• Turbulence en air clair (CAT) : liée à cisaillement de vent près de la tropopause, surtout autour du jet polaire.

4. Cisaillements de vent (Wind Shear)

• Définition : Variation de vitesse et/ou direction du vent dans l’espace.
• Intensité : Gradient de vent exprimé en kt/NM (horizontal) ou kt/100 ft (vertical).
• Types :

• Causes principales :

| Phénomène convectif (orages, averses) | 65 % | | Fronts | 14 % | | Vent fort en surface | 4 % | | Turbulence | 4 % | | Vents forts au-dessus d’inversion | 2 % | | Inconnus | 11 % |

• Effets en vol : Risque accru lors du décollage, lift-off, et approche. Variation rapide de portance due à changement de vent.
• Évitement :
  • Reporter décollage/atterrissage si risque élevé.
  • Choisir trajectoire et niveau de vol adaptés.
  • Éviter sous le vent de reliefs ou cumulonimbus.
  • Ajuster vitesse (réduire en route, majorer en approche/décollage).

5. Orages

• Définition : Décharge électrique atmosphérique associée à cumulonimbus, accompagnée de précipitations, turbulence, et vents violents.
• Types d’orages :

• Cycle de vie :

• Phénomènes dangereux :

  • Précipitations intenses, grêle.
  • Turbulence sévère dans et autour du nuage (jusqu’à 20 NM horizontalement).
  • Givrage important entre 0 et -30 °C.
  • Foudre : décharges électriques pouvant endommager avion.
  • Cisaillements et gradients de vent violents.
  • Front de rafales : air froid dense s’étalant au sol, vent > 50 kt, changement de direction jusqu’à 180°.

• Évitement :

  • Analyse METAR, TAF, TEMSI, SIGMET, images satellites, radars sol et embarqués.
  • Contourner largement les cellules convectives (au vent de l’enclume).
  • Ne pas survoler ni pénétrer dans la zone d’influence.

6. Éclairs et foudroiement

• Champ électrique : Terre chargée négativement, nuages cumulonimbus chargés positivement en haut et négativement vers 3-4 km.

• Développement de l’éclair : succession de précurseurs descendants et arcs de retour, courant moyen ~25 kA, jusqu’à 300 kA.

• Effets sur avion :

  • Perforation, éclatement du radome.
  • Dommages électroniques.
  • Parasitage radio.
  • Risque d’éblouissement.

• Feux Saint-Elme : décharges électriques visibles sur pointes métalliques, sans danger.

7. Rafales descendantes (Downbursts)

• Définition : Forts courants descendants d’air froid s’étalant au sol, générant vents violents et cisaillements.
• Types :
  • Microrafale (microburst) : diamètre < 4 km, durée < 5 min.
  • Macrorafale : diamètre > 4 km, durée 5-30 min.
• Conséquences : Risque majeur lors décollage/atterrissage, variations brutales de portance.
• Évitement : Augmenter vitesse d’approche, éviter zones orageuses.

8. Tornades et trombes marines

• Tornade : tourbillon intense, basse pression, diamètre 300-400 m (jusqu’à 3 km), vents jusqu’à 100 m/s, durée < 10 min en général.
• Trombe marine : tornade au-dessus de l’eau, ou colonne d’eau en rotation.
• Danger : vents violents, gradients de vent extrêmes.
• Localisation : États-Unis (150/an, 40 % en mai-juin), Australie, Europe, Inde, Japon.
• Visibilité : nuage en entonnoir à la base du cumulonimbus.

9. Tourbillons de poussière (Dust devils)

• Ascendance intense due à échauffement des sols arides.
• Moins puissants que tornades, fréquents dans déserts (Sahara, USA).
• Peuvent augmenter localement la vitesse du vent.

10. Inversions de température

• Effet : Passage d’air froid dense à air chaud moins dense réduit portance et performances en montée.
• Associées à : gradients de vent, visibilité réduite sous inversion (brouillard, pollution).
• Inversion de vallée : formée par brises d’aval ou vents catabatiques, impact notable sur performances au décollage.

11. Conditions stratosphériques

• Altitude : 11-50 km, au-dessus de la tropopause.
• Air stable, peu turbulent, absence quasi totale de nuages.
• Avantages pour vol long-courrier : air froid dense, vents forts et réguliers (jet stream).
• Température augmente avec altitude en stratosphère (absorption UV par ozone).

12. Influence du relief sur la météo

• Passage des fronts :
  • Blocage des nuages, renforcement précipitations au vent.
  • Éclaircies (effet Fœhn) sous le vent.
  • Ralentissement du front, réapparition de l’activité derrière la chaîne.
• Effets :
  • Augmentation turbulence et givrage dans perturbations.
  • Orages orographiques fréquents sur reliefs.

13. Phénomènes réduisant la visibilité

À retenir : La visibilité oblique (le long de la trajectoire d’approche) est cruciale pour l’atterrissage, notamment avec un angle d’approche d’environ 3°.

1. Visibilité oblique en vol

• Visibilité oblique : non mesurée directement, différente de la visibilité horizontale, notamment au lever/coucher du soleil à cause de la diffusion solaire.
• En survolant une couche mince de brouillard/brume, visibilité en vol et verticale peuvent rester bonnes, mais balisage piste peut être perdu rapidement à l'entrée dans la couche (ex. à l'arrondi).

2. Réduction de visibilité par phénomènes spécifiques

• Givrage du pare-brise : formation de gelée blanche sur pare-brise en air humide à température négative, réduit visibilité si pas réchauffé.
• Position du soleil : diffusion solaire dans brume/brouillard/nuages peut éblouir pilote, réduire contraste et identification des objets. Important pour choix stratégie décollage/atterrissage.

3. Dangers pour l’aéronautique liés à la visibilité réduite

• Danger directement lié à la vitesse de l’avion : moins de temps pour réagir.
• Vol aux instruments ne supprime pas le besoin de références visuelles au décollage et atterrissage.
• Phénomènes apparemment anodins (brouillard mince, chasse-neige basse) peuvent masquer complètement le balisage de piste.
• Bancs de brouillard peuvent faire perdre brutalement les repères visuels, causant sorties de piste.
• Visibilité mesurée en station peut être > 1000 m alors que localement elle est très faible.
• Nuit : phénomènes réduisant visibilité souvent invisibles, augmentant le danger.
• Nécessité de prudence extrême lors de phénomènes réduisant visibilité, notamment brouillard (décollage, atterrissage, roulage).
• Exemple historique : accident de Ténériffe (1977) lié au brouillard.

À retenir : La réduction de visibilité, même locale et temporaire, est un danger majeur en vol, surtout aux phases critiques.

4. Définitions clés liées à la visibilité

5. Mesure de la portée visuelle de piste (PVP)

• Mesurée par transmissomètre : compare flux lumineux émis et reçu sur ~30 m.
• Position : 2,5 m au-dessus du sol, à 300 m en aval du seuil piste, 120 m de l'axe piste.
• PVP mesurée entre 50 m et 2000 m.
• PVP transmise dans METAR, SPECI, ATIS, contrôleurs aériens.
• PVP exprimée en mètres ou pieds (FT).

6. Phénomènes météorologiques réduisant la visibilité (codes METAR)

• Descripteurs ajoutent précision : MI (mince), BC (bancs), DR (chasse basse), BL (chasse élevée), SH (averse), TS (orage), FZ (surfondu), PR (partiel).

7. Radar météorologique embarqué

• Permet de détecter zones précipitant (liquide surtout), représentées par couleurs selon intensité : noir (très faible), vert, ambre, rouge (forte).
• Réglages importants : tilt (hauteur visée), échelle, gain.
• Grêle sèche peu détectée, mais indices indirects : échos verticaux étendus, bords dentelés, crochets.
• Contourner les échos rouges ou magenta (turbulence).
• Radar indispensable en présence de cumulonimbus, surtout noyés dans nuages.

8. Synthèse des dangers en vol liés à la visibilité

• Visibilité réduite = risque accru d’accident, surtout aux phases critiques.
• Phénomènes locaux (brouillard mince, chasse-neige basse) peuvent masquer repères visuels essentiels.
• Importance de la connaissance des conditions locales et de l’utilisation des instruments (PVP, radar).
• Vigilance accrue lors de conditions météorologiques dégradées, même si visibilité dominante semble correcte.

En vol, la visibilité locale et la connaissance des phénomènes spécifiques sont cruciales pour la sécurité.

1. Phénomènes météorologiques et codification

• TS (Thunderstorm) : orage observé à l’aérodrome dès le premier coup de tonnerre ou éclair visible, même sans précipitations. Fin d’orage 10 min après le dernier coup de tonnerre.
• TS peut être combiné avec RA (pluie), SN (neige), PL (grésil), GS (grésil), GR (grêle).
• BC : bancs de brouillard.
• FZ (givrant) s’associe uniquement à FG (brouillard), DZ (bruine), RA (pluie).
• MI, BC, PR utilisés uniquement avec FG.
• DR, BL associés uniquement à DU (poussière), SA (sable), SN.
• SH (averse) utilisé avec RA, SN, PL, GS, GR.
• Brouillard givrant (FZFG) : brouillard à gouttelettes d’eau sous 0 °C, même sans dépôt de givre.
• MIFG : visibilité à 2 m ≥ 1000 m, mais visibilité apparente dans le brouillard < 1000 m.

2. Indicateurs d’intensité et de proximité

• L’intensité s’applique aux précipitations, pas au descripteur (ex. +TSRA = orage avec forte pluie).
• Intensité indiquée pour DZ, GR, GS, PL, RA, SG, SN, DS, SS modérées ou fortes.
• VC indique phénomène proche mais pas sur l’aérodrome.
• VCFG : brouillard au voisinage, pas sur l’aérodrome.
• PRFG et BCFG : brouillard partiel sur aérodrome et bancs de brouillard.

3. Codage des phénomènes (groupes w’w’)

Ordre dans le groupe :

1. Indicateur d’intensité ou de proximité (si nécessaire)
2. Descripteur (si nécessaire)
3. Précipitations
4. Phénomènes réduisant la visibilité
5. Autres phénomènes

• Jusqu’à 3 groupes w’w’ pour le temps présent.
• Pas d’espace entre indicateur, descripteur et phénomène dans un groupe.
• Plusieurs phénomènes non liés : groupes distincts séparés par un espace.

a) Exemples

• FZDZ : faible bruine surfondue
• +SHSN : forte averse de neige
• TSRAGR : orage avec pluie et grêle modérées
• -RA : pluie faible
• -DZ FG : faible bruine et brouillard (espace entre groupes)

4. Nuages et nébulosité

• Codes de nébulosité (NₛNₛNₛ) : FEW (1-2 octas), SCT (3-4), BKN (5-7), OVC (8).
• Suivi de la hauteur de base en centaines de pieds (hₛhₛ).
• Nuages convectifs signalés : CB (cumulonimbus), TCU (cumulus congestus).
• Maximum 4 couches nuageuses codées, règles d’étendue et ordre d’apparition.
• Visibilité verticale (VVh₀h₀h₀) codée en unités de 30 m jusqu’à 600 m.
• VV/// si visibilité verticale non disponible.
• Si ciel obscurci sans info sur couches, on donne la visibilité verticale.
• Abréviation CAVOK : visibilité ≥ 10 km, pas de nuages significatifs (<5 octas ou nuages convectifs), pas de phénomènes significatifs.
• NSC : pas de nuages significatifs, visibilité verticale illimitée, CAVOK non applicable.

5. Températures

• Température et point de rosée codés en °C entiers, séparés par « / ».
• Températures entre -9 °C et +9 °C précédées d’un zéro.
• M indique valeur négative (ex. M08 = -8 °C).
• Arrondi au degré entier le plus proche selon la règle donnée.

a) Exemples

6. Pression atmosphérique

• Pression réduite au niveau de la mer (QNH) codée par Q + 4 chiffres en hPa, arrondi à l’entier inférieur.
• En système américain, codée par A + 4 chiffres en centièmes de pouce de mercure (ex. A2992 = 29,92 inHg).

7. Partie « tendance » (TREND)

• Indique évolution prévue après observation METAR.
• Codes possibles : NOSIG (pas de changement), BECMG (changement progressif), TEMPO (fluctuations temporaires).
• Groupes horaires TTGGgg : TT = AT (heure précise), FM (début), TL (fin), GGgg = heure UTC.
• BECMG peut être seul ou avec horaires.
• TEMPO décrit fluctuations temporaires, ne peut pas être associé à AT.
• Exemples :
  • BECMG FM1030 TL1130 : changement entre 10h30 et 11h30 UTC
  • TEMPO FM1030 TL1130 : fluctuations temporaires entre 10h30 et 11h30 UTC

8. SPECI

• Observation spéciale diffusée en cas de changement important (vent, visibilité, plafond, nébulosité, phénomènes significatifs).
• Diffusée à la demande, pas à heure fixe.
• Structure identique au METAR.

9. METAR et SPECI automatiques

• Indiqués par le terme AUTO dans l’en-tête.
• Données manquantes remplacées par « / » (ex. /////KT pour vent non disponible).
• Précipitations non identifiées codées UP (Unknown Precipitation).
• Nuages non identifiés codés avec // ou NCD (No Cloud Detected).

10. TAF (Terminal Area Forecast)

• Prévision pour aérodrome, validité 6 à 30 h.
• Diffusé toutes les 3 h (validité <12 h) ou 6 h (validité >12 h).
• Contient vent, visibilité, temps significatif, nébulosité, évolution (FM, BECMG, TEMPO).
• CAVOK remplace visibilité, temps présent, nébulosité si conditions favorables.
• Codes d’évolution :
  • FMDDGGgg : changement à partir de date/heure
  • BECMG DDGG/DeDeGeGe : évolution progressive
  • TEMPO DDGG/DeDeGeGe : fluctuations temporaires
• PROB30 ou PROB40 : probabilité <50% devant TEMPO.
• Prévisions de température avec TTrTr/DrDrGrGrZ, TN (min), TX (max).

11. SIGMET

• Messages en anglais signalant phénomènes dangereux (turbulence sévère, givrage sévère, orages, grêle, cyclones, cendres volcaniques...).
• Validité max 4 h (6 h pour cendres volcaniques et cyclones).
• Phénomènes : orages organisés, lignes de grains, cyclones, grêle forte, turbulence forte, givrage fort, ondes orographiques, tempêtes de sable/poussière, cendres volcaniques, nuages radioactifs.
• Indications d’intensité : INTSF (intensification), WKN (affaiblissement), NC (pas de changement).
• Abréviations courantes :
  • OBSC TS : orages obscurcis
  • EMBD TS : orages noyés
  • FRQ TS : orages fréquents
  • SQL : ligne de grains
  • HVY GR : forte grêle
  • TC : cyclone tropical
  • SEV TURB : turbulence forte
  • SEV ICE : givrage fort
  • VA : cendres volcaniques

12. AIRMET

• Bulletins pour phénomènes potentiellement dangereux à basse altitude (surface à FL100/FL150).
• Validité max 6 h, préférentiellement 4 h.
• Un seul phénomène par message : vent >30 kt, visibilité <5000 m, orages isolés/occasions, nuages bas, cumulonimbus, givrage modéré, turbulence modérée, ondes orographiques modérées.

13. GAMET

• Prévision de zone en langage clair abrégé pour vols basse altitude.
• Informations sur phénomènes dangereux (vent fort, faible visibilité, orages, nuages significatifs, givrage, turbulence).
• Validité 6 h, émis au moins 1 h avant début validité.
• Contient aussi vent et température en altitude, niveau isotherme zéro, QNH minimal.
• Pas de groupes d’évolution (BECMG, TEMPO).
• GAMET AMD : modification ou annulation d’un phénomène.

14. OBSMET et SPECIAL

• Messages d’observations régulières (OBSMET) ou spéciales (SPECIAL) locales.
• Diffusés aux organes locaux, exploitants, usagers.
• Observations automatiques et humaines.
• Vent moyenné 2 min, direction par rapport au nord magnétique.
• Visibilité représentative de la piste ou zone de toucher des roues.
• Nuages représentatifs de la zone de toucher des roues.

15. État de la piste (fin de METAR)

Format :
$R D_R D_R D_R / E_R C_R e_R e_R B_R B_R$

• SNOCLO remplace ce groupe si aérodrome fermé par enneigement.

16. Diffusion des messages météorologiques

• VOLMET : émissions VHF/HF diffusant METAR, SPECI, TAF, SIGMET pour plusieurs aérodromes.
• ATIS : diffusion automatique en VHF des conditions locales (pistes, vent, visibilité, temps, nuages, températures, pressions, phénomènes dangereux).
• D-ATIS : ATIS par liaison de données via ACARS.
• Informations disponibles aussi via contrôle aérien ou compagnie.

17. Utilisation des documents météorologiques

• Briefing : analyse situation météo actuelle et prévue, phénomènes dangereux, pistes en service, solutions de dégagement.
• Dossier de vol : cartes Temsi, vent/température en altitude, METAR, SPECI, TAF, SIGMET, informations cendres volcaniques et cyclones.
• En vol : suivi évolution météo, écoute ATIS, calcul vent traversier, visibilité, plafond, températures, pressions QNH/QFE.
• Importance de la hauteur de plafond en plus de la visibilité pour choisir type d’approche.

18. Avertissements météorologiques

• WS : cisaillement du vent.
• RE : phénomène récent (heure précédente).
• Phénomènes récents signalés : précipitation se congelant, orage, grêle, tempête de sable/poussière, cendres volcaniques, trombe.
• SNOWTAM : NOTAM décrivant état d’enneigement précis (nature, épaisseur, conditions freinage).
• MAA (Messages d’avertissement d’aérodrome) : phénomènes pouvant nuire aux avions au sol (cyclone, orage, grêle, neige, gelée, givrage, tempête de sable, vent fort, grain, cendres volcaniques, tsunami, produits toxiques).
• Alertes cisaillement vent émises si risque sur trajectoire décollage/atterrissage, avec seuil de variation ≥ 7,5 m/s (15 kt).