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M�t�orologie �l�mentaire
Les tra�n�es de condensation Lorsqu'un avion traverse certaines couches atmosph�riques, on peut observer l'apparition de tra�n�es de condensation non persistantes appel�es "contrails". En g�n�ral elles s'�tendent sur cinq � dix fois la longueur de l'avion. Certaines sont persistantes, mesurant plusieurs dizaines de degr�s de longueur ou traversant tout le ciel. Elles peuvent �galement se transformer en banc de cirrus (cirrus homogenitus, cirrus uncinus homomutatus ou cirrus fibratus vertebratus homomutatus). L'importance tactique consid�rable de ces tra�n�es r�side dans les renseignements qu'elles fournissent : position, d�placement et nombre d'avions. Il est donc absolument indispensable d'en conna�tre les modes de formation, les caract�ristiques et les moyens de les �viter ou de les �liminer. Les facteurs physiques qui peuvent, en pratique, d�terminer la formation des tra�n�es de condensation sont : - l'apport de noyaux de condensation dans une atmosph�re sursatur�e, - l'apport d'eau sous forme de vapeur, - le refroidissement de l'air. L'apport de noyaux de condensation dans une atmosph�re sursatur�e constituerait une explication simple de la formation des tra�n�es. Cependant, il est actuellement certain que ces noyaux de condensation existent en nombre suffisant avant le passage de l'avion et qu'en tout cas la sursaturation est un ph�nom�ne excessivement rare dans l'atmosph�re libre. Parmi les tra�n�es form�es par un des deux autres processus, nous distinguons : - les tra�n�es a�rodynamiques, - les tra�n�es d'�chappement (exhaust), - les tra�n�es de convection.
Les tra�n�es a�rodynamiques Formation Le refroidissement de l'air est exclusivement la cons�quence d'une d�tente admise g�n�ralement comme adiabatique. Pour un avion volant � 600 km/h, la d�pression en bout d'aile peut atteindre 170 mbar. Les remous cr��s par les ailes ont tendance � s'organiser en un fort tourbillon assez persistant dans lequel la d�pression demeure de l'ordre de 30 mbar sur une assez grande longueur. Dans ces conditions, on peut observer des tra�n�es de condensation "de bout d'aile" ayant en moyenne une longueur de 10 m et un diam�tre de 50 cm. Cependant, ces tra�n�es n�cessitent une atmosph�re presque satur�e et pr�alablement non turbulente, sinon le tourbillon ne pourrait persister; elles sont assez rares et tr�s fugaces. A voir : L'arm�e sovi�tique bient�t �quip�e de Sukhoi T-50 (sur le blog, 2013) Au cours de son vol le Sukhoi T-50 pr�senta quelques tra�n�es a�rodynamiques
On observe en g�n�ral les tra�n�es a�rodynamiques lors de meetings a�riens ou durant les exercices de "dogs fights" lors des manoeuvres d'�vitement, les virages serr�s, etc, dans une atmosph�re assez humide. Ces tra�n�es ne sont donc pas associ�es � des nuages mais elles peuvent appara�tre en pr�sence de nuages de pluie tels que les nimbostratus, cumulonimbus et stratocumulus du fait que l'air est presque satur� d'humidit�. Elimination Les tra�n�es a�rodynamiques peuvent �tre �limin�es en s'�cartant des couches d'air humide par changement d'altitude ainsi qu'en effectuant les manoeuvres � des vitesses plus mod�r�es le cas �ch�ant. Contrails Ennuyeuses sur le plan tactique, les tra�n�es de condensation peuvent contraindre un pilote de chasse ou de bombardier voire un a�rostier t�m�raire � changer de niveau de vol.
La d�monstration la plus m�diatis�e de cet effet et son impact sur les missions tactiques, fut la d�couverte des contrails de l'avion furtif Aurora dont l'unique photographie est pr�sent�e ci-dessus. Jusqu'� cette preuve indiscutable, le DoD am�ricain avait toujours ni� l'existence des "black programs" (non identifi�s comme tels dans les budgets officiels). On en reparlera plus longuement dans le dossier consacr� aux affaires militaires. Formation
Les tra�n�es d'�chappement r�sultent de la saturation en vapeur d'eau des couches atmosph�riques travers�es par l'avion; cette saturation donnant lieu � la condensation et � la solidification ensuite d'une quantit� suffisamment importante de vapeur d'eau. Les r�actions chimiques de combustion dans les moteurs de l'avion s'accompagnent de la lib�ration d'une certaine quantit� de chaleur et de vapeur d'eau �ject�es par les tuy�res d'�chappement et c�d�es aux couches atmosph�riques travers�es. Celles-ci se r�chauffent en m�me temps qu'elles s'enrichissent en vapeur d'eau. Ces deux actions ont des effets oppos�s sur l'humidit� relative des couches travers�es : l'addition de vapeur d'eau augmente cette humidit� relative, alors que le r�chauffement des couches la diminue. Ainsi, lorsqu'il y a formation effective d'une tra�n�e blanche dite d'�chappement, elle r�sulte toujours de ces deux processus contraires, l'apport de vapeur d'eau � l'atmosph�re l'emportant sur le r�chauffement de l'air. Lorsque de telles tra�n�es se forment, elles s'allongent dans le sillage de l'avion et sont g�n�ralement tr�s intenses et tr�s persistantes (jusqu'� plusieurs heures). Ces tra�n�es sont form�es de cristaux de glace ainsi qu'en t�moignent certaines photographies et certains ph�nom�nes de halo qu'on y observe fr�quemment; ces cristaux de glace proviennent de la solidification de la vapeur d'eau et on admet g�n�ralement que cette solidification n�cessite d'abord le passage de la vapeur par l'�tat liquide. En outre, il est clair que ces tra�n�es sont d'autant plus intenses, c'est-�-dire d'autant plus visibles que le nombre de cristaux de glace qu'elles contiennent par unit� de volume est grand. En g�n�ral, on admet que la concentration en cristaux de glace doit �tre au moins de 0.01 g/m3 dans une tra�n�e bien visible, et peut se r�duire � 0.004 g/m3 pour des tra�n�es faiblement visibles. Il est d'ailleurs �vident que la persistance de ces tra�n�es sera fortement influenc�e par la concentration en cristaux de glace. A
voir : Contrails
derri�re un A-380 - Contrails
derri�re un B-747
D'autre part, puisque les tra�n�es de condensation sont constitu�es de cristaux de glace, on doit s'attendre � ce qu'elles ne se produisent qu'� des altitudes relativement �lev�es o� la temp�rature des couches atmosph�riques est suffisamment basse. Une temp�rature (calcul�e th�oriquement) inf�rieure � -29�C est n�cessaire pour qu'il y ait formation de tra�n�es de condensation. Ceci veut dire que si la temp�rature des couches atmosph�riques travers�es par l'avion est sup�rieure � -29�C aucune tra�n�e ne se formera, quelle que soit l'humidit� de ces couches. Les altitudes normales (dans la zone temp�r�e) o� ces "contrails" se forment, sont en g�n�ral comprises entre 25000 et 40000 pieds. Les nuages propices � leur apparition sont donc les cirrus et les cirrostratus. Au bout de quelques dizaines de minutes voire plusieurs heures, si la masse d'air est suffisamment humide en altitude, ces tra�n�es de condensation finissent par s'�tendre et se confondent avec des nuages cirriformes en provoquant une certaine opacit� du ciel.
Pourquoi ces tra�n�es au d�part lisses et continues finissent par former des noeuds ou des amas ? C'est l'instabilit� de Crow qui cr�e ces ruptures dans la tra�n�e lisse de condensation en raison du flux d'air en spirale g�n�r� � l'extr�mit� des ailes appel�s les vortex de bout d'aile. Ces vortex s'entrecroisent, cr�ant des espaces que nous pouvons voir du fait de la pr�sence de vapeur d'eau dans les gaz d'�chappement. Ce m�canisme s'applique � tous les fluides, y compris au gaz qui forme les n�buleuses, en particulier les r�manents de supernovae (SNR) tels SN 1987A. A
voir : 747 contrail looping (vortex crow instability)
Suppression En principe, le moyen radical pour supprimer les contrails serait de r�cup�rer l'eau des gaz d'�chappement par des condenseurs appropri�s; cet �quipement �tant peu pratique, d'autres m�thodes doivent �tre envisag�es, et notamment : - Grimper 2000 pieds au moins au-dessus de la tropopause, - Planer vers les altitudes inf�rieures en r�duisant la puissance du moteur, - Faire un l�ger piqu� au moteur et regagner l'altitude primitive (de courtes tra�n�es persistantes pourront se former pendant le retour en altitude), - Diminuer le r�gime moteur de mani�re � r�duire la quantit� de vapeur d'eau �ject�e, - Descendre rapidement en dessous de l'altitude minimale de formation des tra�n�es de condensation, - Ouvrir les volets de capotage des moteurs (� piston) ou les "air-brakes" pour augmenter le volume d'air brass� dans la tra�n�e et ainsi r�duire le pourcentage d'humidit�. Les tra�n�es ne dispara�tront enti�rement que si les deux premi�res r�gles sont appliqu�es, dans les autres cas la persistance ou la longueur de la tra�n�e sera affaiblie, tout au moins si les conditions ne sont pas anormales. A voir : Galerie photos de contrails, Flickr
Les tra�n�es de convection Formation Ces tra�n�es sont form�es par le r�chauffement des couches d'air travers�es par l'avion, r�chauffement provoqu� par la chaleur d�gag�e lors de l'�chappement des produits de combustion. Les couches d'air ainsi r�chauff�es deviennent plus l�g�res que les couches voisines et s'�l�vent; si les couches atmosph�riques travers�es sont instables, ce mouvement ascendant s'amplifiera. L'ascendance s'accompagnera d'un refroidissement adiabatique et la vapeur d'eau se condensera sous forme de nuage. Ce type de tra�n�e est persistant et peut se rencontrer � toute altitude, le plus fr�quemment entre 8000 et 20000 pieds. Elles appara�tront donc en particulier pr�s des altocumulus et des altostratus en couches non uniformes. L'importance tactique des tra�n�es de convection est mod�r�e bien que ces tra�n�es ne soient pas rares et qu'elles soient g�n�ralement persistantes, elles ne se forment que dans des conditions atmosph�riques tr�s sp�ciales (instabilit� des couches travers�es) et pour les supprimer il suffit de changer quelque peu d'altitude. Suppression Deux r�gles simples sont applicables : - Grimper ou descendre de quelques centaines de pieds (un changement d'altitude de 1000 pieds devrait �tre largement suffisant dans la plupart des cas), - Eviter les altitudes des formations nuageuses cumuliformes. Aspects op�rationnels Dans la plupart des cas, le pilote ignore que son appareil laisse une tra�n�e de condensation dans son sillage m�me s'il s'attend � sa formation. Etant donn� l'importance que peuvent avoir de telles tra�n�es en op�rations, il est n�cessaire de surveiller ou de faire surveiller la formation �ventuelle de ces tra�n�es.
Impact des contrails sur la temp�rature Les climatologues savent bien que lorsqu'il y a trop de tra�n�es de condensation dans le ciel cela peut affecter la temp�rature en un lieu puisqu'elles jouent le m�me r�le qu'un banc de cirrus �pais. Mais jusqu'en 2001 personne n'avait vraiment �tudi� le sujet. En raison de l'intense trafic a�rien sur la c�te est des Etats-Unis et l'apport d'humidit� venant de la mer, cette r�gion est connue pour pr�senter �norm�ment de contrails. Sur certaines photos satellites les contrails couvrent parfois 75% du ciel ! Suite aux attentats du 11 septembre 2001 � New York, tout survol du territoire des Etats-Unis fut interdit durant trois jours. Durant cette p�riode, le ciel s'est subitement �clairci, vid� de ses contrails. C'est alors que les climatologues �tudiant les variations de la temp�rature et l'�volution des ext�mas ont fait une �tonnante d�couverte.
Lorsque le trafic a�rien est normal au-dessus des Etats-Unis, c'est-�-dire tr�s dense, en moyenne on constate une baisse de la temp�rature de l'ordre de 0.25�C. Durant les 3 jours d'arr�t du trafic a�rien et donc en l'abence de contrails, la temp�rature moyenne a augment� de 1.10�C, la diff�rence atteint 1.35�C. Elle retomba � des valeurs n�gatives lorsque l'espace a�rien fut r�ouvert. Les climatologues de l'Universit� de Wisconsin n'avaient jamais vu �a depuis 30 ans ! Ce ph�nom�ne confirme l'impact des contrails sur la temp�rature. Il signife �galement que la temp�rature moyenne dans une r�gion du monde peut drastiquement �tre modifi�e si on supprime une seule source de pollution. On y reviendra � propos de l'effet de serre induit par la vapeur d'eau. A propos des chemtrails : des rumeurs ! Les chemtrails n'existent pas ! Il s'agit d'une l�gende urbaine, d'une rumeur lanc�e voici quelques d�cennies par les amateurs de la th�orie du complot. Selon leurs divagations, les chemtrails seraient des produits chimiques similaires � l'agent orange qui auraient �t� dispers�s par des avions au moyen d'�quipements adapt�s. Ces "�pandages" � grande �chelle auraient �t� dissimul�s au public par les gouvernements. Selon un sondage r�alis� 2011, il s'av�re que 17% des sond�s croyaient que ces �pandages �taient vrais et qu'on nous cachait la v�rit�. Devant les cons�quences �ventuelles de cette histoire, Christine Shearer et ses coll�gues scientifiques ont voulu v�rifier cette rumeur et publi�rent les r�sultats de leurs recherches en 2016 dans la revue "Environmental Research Letters". Les chercheurs ont interrog� 77 scientifiques sp�cialis�s dans la chimie de l'atmosph�re et 76 d'entre eux ont d�clar� n'avoir jamais rencontr� une seule preuve validant la th�orie des chemtrails. Les seules exp�riences chimiques r�alis�es dans l'atmosph�re concernent l'�jection de gaz de barium par la chercheurs de la NASA pour �tudier l'ionosph�re et de gaz de nitrates c�sium par des astronomes et des physiciens afin d'�tudier les lueurs nocturnes. On peut �galement citer les exp�riences de l'arm�e chinoise qui depuis plusieurs d�cennies ensemence les nuages avec des produits chimiques pour faire tomber la pluie (cf. Les Echos, 2022). Les chercheurs ont montr� que les rares �tudes publi�es sur les soi-disant chemtrails se basaient sur des �chantillons non repr�sentatifs r�cup�r�s dans l'air, dans un �tang ou dans la neige. A chaque fois, plus de 80% des scientifiques ont trouv� des preuves invalidant la d�monstration qui ont toujours conclu que les chemtrails n'existaient pas. Quant � imaginer que la majorit� des chercheurs se trompe, il s'av�re que les analyses des �chantillons suspects n'�taient pas conformes, les scientifiques comparant pour ainsi dire des pommes et des poires (par ex. ils rel�vent le nombre de particules dans l'air mais leur r�f�rence se base sur le nombre de particules dans l'eau. M�me chose pour l'�chantillon de neige. Ils pr�tendent qu'elle fut r�colt�e dans l'air alors qu'elle pr�sente les m�mes caract�ristiques moyennes que les sols ou les poussi�res du d�sert !). Bref, rien ne confirme l'exitence des chemtrails, que du contraire. Prochain chapitre Retour � la M�t�orologie
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