Phénomènes dangereux en aviation : Les orages

Définition :

En météorologie, l’orage est une perturbation atmosphérique qui se définit par des décharges brusques d’électricité, se manifestant par une lumière brève et intense (éclair) et par un bruit sec ou un roulement sourd qui accompagne l’éclair, le tonnerre.
Généralement, c’est un phénomène de courte durée, de quelques minutes à quelques heures. Un orage peut être isolé ou organisé en ligne de grains.

Les orages sont liés aux cumulonimbus, des nuages de convection. Ils provoquent d’importantes précipitations sous forme de diverses types d’averses, pluie, neige, neige roulée, grésil ou grêle.

Les systèmes orageux :

Une cellule orageuse est une cellule isolée qui contient des courants ascendants et descendants, dû à la convection atmosphérique, et qui se déplace comme une entité, fonctionnant comme la plus petite unité d’un système orageux. Leur taille varie entre 1 km et 80 km de largeur.

Un système orageux est toujours composé d’une ou de plusieurs cellule orageuses qui sont organisées entre elles. La taille d’un système orageux peut varier entre 1 km et 1000 km de largeur.

Il existe différents systèmes orageux :

1. Monocellulaire :
   Composé d’une seule cellule orageuse, convective, unique et autonome et d’un seul cumulonimbus. Sa durée est assez brève.
2. Multicellulaire :
   Composé minimum de deux cellules orageuses.
3. Supercellulaire :
   Composé d’une seule cellule orageuse possédant un mésocyclone, zone de rotation profonde plus ou moins verticale dans un orage. La supercellule a pour particularité de pouvoir conserver une activité intense durant parfois plusieurs heures.

Le nuage d’orage : le cumulonimbus (Cb)

Le cumulonimbus (Cb) est un nuage dense à fort développement vertical, issu d’un cumulus, un nuage de beau temps, de basse altitude, c’est-à-dire inférieure à 2.000 m.
Le Cb est une véritable usine thermodynamique est le nuage caractéristique des phénomènes orageux. C’est le plus vigoureux des nuages.

Le cumulonimbus, le roi des nuages, se nourrit d’air chaud et humide. Cela donne l’énergie nécessaire pour créer de forts courants verticaux qui provoquent d’importantes turbulences. Chaque seconde, un Cb de taille importante peut aspirer 700000 tonnes d’air et absorber jusqu’à 8000 tonnes de vapeur d’eau. Toute cette eau peut être renvoyée sur la surface terrestre sous forme de pluie, de neige ou de grêle.

Le cumulonimbus se développe verticalement jusqu’à ce qu’il rencontre une couche d’air stable, à la base de la stratosphère. Avec une largeur de 5 à 15 km, il peut s’élever jusqu’à 15 km d’altitude sous nos latitudes. Il prend alors une forme d’enclume ou de panache.

Les courants ascendants à l’intérieur du cumulonimbus sont très violents et peuvent dépasser les 130 km/h. Quand le nuage a cette forme d’enclume et une base sombre, il est souvent le signe d’une aggravation des conditions météorologiques. Les particules d’eau et de glace s’y entrechoquent. Ces nombreuses collisions provoquent l’électrisation du nuage, dans lequel des particules de signes opposés se regroupent à différents niveaux, à savoir :

• d’importantes charges positives en haut du nuage ;
• au centre du nuage, une vaste zone de charges négatives ;
• en bas du nuage, une petite zone de charges positives.

Ceci provoque des micro-décharges et crée une liaison électrique entre le Cb et le soi.
Au niveau de la tropopause, la température est basse. C’est pourquoi il peut y avoir des précipitations ou des chutes de grêle, et un mouvement d’air descendant.

Heureusement, tous les Cb ne donnent pas un orage.

Les différents types de cumulonimbus :

On distingue souvent différents types de nuages cumulonimbus, comme :

• le cumulonimbus calvus (chauve), qui ne produit que des averses ;
• le cumulonimbus capillatus (chevelu), souvent en forme d’enclume, de panache ou de chevelure ébouriffée, explique le site de Météo France. Ce type de nuage est à l’origine de vents violents et d’orages.

Les différents type d’orages :

1. L’orage monocellulaire :
   C’est l’orage dans sa plus simple expression, et c’est aussi le plus fréquent. Il est composé d’une seule cellule, c’est-à-dire d’un courant d’air chaud ascendant et d’un courant d’air froid descendant, voyageant à travers l’unique cumulonimbus qui en résulte. Ces orages sont rarement violents. Le plus souvent, ils durent une demi-heure, maximum une heure, avec une activité électrique modérée et des précipitations rarement conséquentes. Il est parfois accompagné d’un coup de vent et d’un peu de grêle. Ce type d’intempéries caractérise les orages de chaleur et de traîne, et se rencontrent en toutes saisons.
   Il se forme par la dilatation de l’air chauffé par le rayonnement du soleil sur la surface de la terre. Cet air devient tout d’abord plus léger que l’air situé au-dessus de lui et s’élève en formant un courant ascendant. Si en plus, cet air est assez humide, la vapeur d’eau va se condenser pour former des gouttelettes d’eau et un joli cumulus qui va commencer à grossir, à se développer et à s’élever dans une atmosphère instable.
   S’il commence à pleuvoir sous la base de la cellule, et si des courants ascendants rencontrent des courants descendants, le nuage arrive au stade de maturité, cycle le plus violent de la vie de l’orage.
   Les gouttelettes d’eau trop lourdes pour les courants ascendants vont créer les courants descendants.
   Lors du processus, lorsque le courant descendant touche le sol, il va s’évaser dans toutes les directions. Les courants ascendants se renforcent et vont être bloqués par la tropopause qui va forcer l’air à s’étendre horizontalement. Et voilà l’apparition de cette fameuse enclume.
   Dès que la taille des courants descendants est plus importante,  ces derniers vont étouffer les courants ascendants. Le nuage se dissipe alors progressivement.

• L’orage multicellulaire :
  C’est l’orage est un ensemble de nuages convectifs qui regroupe au sein d’une même structure orageuse plusieurs cellules, certaines d’entre elles peuvent être très intenses. Ces cellules sont à divers stades d’évolution : certaines naissent, d’autres sont à maturité ou en train de se dissiper. De tels orages peuvent se révéler très violents, avec de la grêle, du vent, de fortes pluies et une intense activité électrique. Comme les plus anciens orages se dissipent au fur et à mesure que d’autres cellules se forment en prenant à leur tour la dominance, ce genre d’orage a une durée de vie allant de une heure à plusieurs heures, et se forment souvent au printemps ou en été, devant ou sur les fronts froids, ou en présence de dépressions thermiques, lorsque l’air est très instable.
  
  

• L’orage supercellulaire :
  Plus puissant, il est composé d’une seule et même cellule (monocellulaire), d’un diamètre avoisinant les 20 à 30 km, et d’une très grande intensité. Sous de telles cellules on retrouve des pluies diluviennes, des tornades, de fortes chutes de grêle, de violentes rafales de vent et une activité électrique exubérante (parfois un éclair par seconde). Généralement, les orages supercellulaires se trouvent dans le secteur chaud d’un système dépressionnaire. Parfois, les supercellules peuvent prendre un mouvement rotatoire, et générer un mésocyclone, d’où peuvent jaillir les tornades. La supercellule a une durée de vie généralement comprise entre une et deux heures, parfois plus pour les cas extrêmes. On rencontre ce type d’orages en France et en Belgique plusieurs fois par an, mais les supercellules à tornade restent toutefois assez rares, ces dernières étant provoquées par un cisaillement horizontal du vent en surface qui se transforme en tourbillon vertical par le courant ascendant.

• Orage de masse d’air :
  Sans être attaché à un front, ces Cb se forment à l’intérieur d’une masse d’air chaud et humide. Ils se développent par le réchauffement diurne, ils sont isolés. Ils atteignent leur force maximale en fin d’après midi et se dissipent après le coucher du soleil.
  
• Orages orographiques :
  Les orages peuvent se produire par suite du réchauffement diurne, du passage d’air froid et humide sur un relief montagneux. Cet air en mouvement s’élève. Dans un masse d’air instable, le Cb va se développer au vent de la montagne. Le Cb va commencer à se former aux alentours de midi et continue à se développer dans l’après-midi

Il existe multitudes d’autres types d’orages.

Turbulences provoquées par les Cb :

Autour et dans un Cb, il y a de la turbulence très dangereuse pour l’aviation.
La turbulence est active latéralement de 20 à 30 km du centre du Cb et verticalement du sol jusqu’à plusieurs milliers de pieds au-dessus de la limite supérieure de l’enclume.

Les courants ascendants peuvent atteindre des vitesses de 35m/s tandis que les courants descendants se déplacent à des vitesses jusqu’à 15m/s En dehors de la zone du Cb, cela reste compliqué à cause du front de rafale. Ce front est très turbulent et présentent un danger substantiel pour les avions au décollage et/ou en approche.

Il faut également se méfier des cisaillements de vents importants, plus précisément dans la zone précédent la zone orageuse.