Le cisaillement du vent de basses couches Définitions cisaillement du vent (CV) gradient de vent accélération composantes du CV intensité du CV Effets du cisaillement du vent sur un aéronef Origines du cisaillement du vent dynamiques radiatives convectives Conséquences d'un CV sur la trajectoire CV arrière, CV debout approche dans un microburst Accidents New York (1975) Nouvelle Orléans (1982) Moyens de détection systèmes embarqués systèmes au sol indices Autre présentation QUITTER

Définitions (1/7) Vent : mouvement de l'air par rapport à la surface terrestre Cisaillement du vent : variations de la direction et/ou de la vitesse du vent dans l'espace RMK : les fluctuations du vent dans le temps (courte durée) en un point autour d'une direction ou d'une vitesse moyenne sont normalement appelées variations (ou rafales) par rapport au vent dominant par rapport à une trajectoire d'un point A vers un point B (AB), le vecteur cisaillement du vent est défini par : CV(AB) = VB - VA Il peut se décliner en : cisaillement horizontal du vent avec AB horizontale cisaillement vertical du vent avec AB verticale

Définitions (2/7) 1 cisaillement vertical du vent horizontal 3 cisaillement horizontal du vent vertical 2 cisaillement horizontal du vent horizontal 4 cisaillement vertical du vent vertical

Définitions (3/7) Gradient de vent le module du vecteur cisaillement du vent normé par la distance AB détermine l'intensité du cisaillement du vent ou gradient de vent gradient de vent = CVAB AB unités aéronautiques vent vertical (w ou Vz)  feet/mn vent horizontal  kt distance AB : verticale  feet, horizontale  NM le gradient de vent horizontal pourra s'exprimer en : kt/NM (gradient horizontal) ou kt/100' (gradient vertical) en terme d'accélération, qui donne le taux de variation de la vitesse de l'avion subissant un cisaillement de vent

Définitions (4/7) Accélération d'un avion subissant un gradient de vent  = x Vavion CVAB AB à partir de valeurs moyennes de pente (3°), de vitesse avion (150 kt) correspondant à une vitesse verticale de 800'/mn (13,26'/s) un cisaillement vertical de 15 kt par 100' correspondant à un cisaillement horizontal de 15 kt pour 0,3 NM A B 3° 0,3 NM 100' entraîne une accélération de  = (15kt/100').13,26'/s = 2kt/s  = (15kt/0,3NM).150kt = 2kt/s à chaque seconde la vitesse de l'avion varie de 2kt lorsqu'il subit un gradient de vent horizontal de 15kt/100' ou 15kt/0,3NM (graphe)

Gradient de vent Accélération d'un avion subissant un gradient de vent 5 10 15 20 30 40 50 Gradient de vent (kt/100') 1 2 3 4 6 7 8 rapidité de changement de la Vi (kt/s) 100 150 200 250 vitesse sol (kt) vitesse verticale de descente pour une pente de 3° vitesse verticale de descente (feet/mn) 400 600 800 1000 1200 1400 Retour

Définitions (5/7) Composantes du vent et du cisaillement décrites par rapport à la trajectoire (AB) (1/2) composantes verticales A B CV VA VB descendant diminution du courant ascendant augmentation du courant descendant A B CV VA VB ascendant diminution du courant descendant augmentation du courant ascendant composantes traversières A B CV VA VB droit A B CV VA VB gauche

Définitions (6/7) Composantes du vent et du cisaillement décrites par rapport à la trajectoire (AB) (2/2) composantes longitudinales A B CV VA VB arrière augmentation du vent arrière A B VA VB CV de face augmentation du vent de face A B VB VA CV arrière diminution du vent de face A B CV VA VB de face diminution du vent arrière

Définitions (7/7) Intensité du cisaillement du vent le long d'une trajectoire correspondant à une variation d'altitude de 100' (critères OACI) léger : < 4 kt modéré : de 5 à 8 kt fort : de 9 à 12 kt très fort : > 12 kt la réponse d'un aéronef (cisaillement du vent effectif) est lié en particulier à sa vitesse nous avons vu qu'une vitesse de 150 kt sur une pente de 3° avec un gradient de vent de 15 kt/100' occasionnait une variation de vitesse de 2 kt/s (graphe)

Effets du cisaillement du vent sur un aéronef Vent nul L'avion ayant une certaine masse présente une certaine inertie à une modification rapide du vent. En conséquence un changement brusque du vent va avoir un effet immédiat (mais passager) sur la vitesse aérodynamique (Va) et l'incidence () modifiant ainsi la portance (Rz) Rz Apparition d'un vent arrière et descendant (correspondant à un CV arrière et descendant) Diminution de la vitesse aérodynamique (Va) et de l'incidence () .  tendance de l'avion à passer sous la trajectoire  cisaillement du vent avec "perte" Si l'on ne "touche à rien", l'avion retrouvera Va et  pour lequel il a été compensé avec une nouvelle vitesse sol, mais sous la trajectoire initiale Rz

Origines du cisaillement du vent (1/5) Bien qu'il puisse être présent à tous niveaux, c'est lorsqu'il se produit en dessous de 1600 feet (500 m) que le phénomène revêt une importance particulière pour les aéronefs évoluant en phase critique de vitesse (réduite) et de hauteur (proximité du sol) Les origines du cisaillement du vent en basses couches sont essentiellement : dynamiques radiatives convectives

Origines du cisaillement du vent (2/5) Dynamiques Le sillage CV Le relief vent au sol vent en altitude les fronts les obstacles...

Origines du cisaillement du vent (3/5) Radiatives refroidissement nocturne en plaine V Z jet de basses couches brise de pente ou de vallée descendante

Origines du cisaillement du vent (4/5) Convectives (1/2)

Origines du cisaillement du vent (5/5) Convectives (2/2) 2000'/mn 4 à 40 km macroburst tornade 4000'/mn 4 km microburst front de rafales La rafale descendante

La rafale descendante (downburst) Macroburst (macrorafale) étendue horizontale de plus de 4 km vent pouvant atteindre 60 m/s (120 kt) durée de vie de 5 à 30 minutes Microburst (microrafale) étendue horizontale de 4 km ou moins vent pouvant atteindre 75 m/s (150 kt) durée de vie moins de 10 minutes Retour

Conséquences d'un CV sur la trajectoire (1/3) CV arrière (gradient avec perte) en approche finale diminution du vent debout CV de bout (gradient avec gain) en approche finale augmentation du vent debout ?

Conséquences d'un CV sur la trajectoire (2/3) CV arrière (gradient avec perte) au décollage diminution du vent debout CV de bout (gradient avec gain) au décollage augmentation du vent debout

Conséquences d'un CV sur la trajectoire (3/3) Approche dans un microburst

Accidents (1/3) New-York (1975)

Accidents (2/3) Nouvelle Orléans (1982) (1/2)

Accidents (3/3) Nouvelle Orléans (1982) (2/2)

Moyens de détection (systèmes embarqués) (1/5) Instruments classiques du poste de pilotage anémomètre, variomètre, altimètre indicateur d'assiette, de situation horizontale, avertisseur de proximité de sol, avertisseur de décrochage (vibreur de manche) indications de vitesse sol, de vent du système de navigation (inertie, GPS…) variomètres modifiés intégrant vitesse verticale et vitesse propre de l'avion servant à déterminer la variation d'énergie de l'avion et donc son accélération radar météorologique Doppler : fournit les variations du vent devant l’avion dans les zones de précipitations Le lidar Doppler fonctionne comme un radar doppler avec un rayon laser mesurant les composantes du mouvement de l'air à 500/600 m devant l'avion

Moyens de détection (systèmes embarqués) (2/5) Collimateur tête haute présente les informations de guidage et de pilotage sur une plaque de verre intégrée au pare brise Avertisseurs spécifiques systèmes basés sur la surveillance des performances de l'aéronef Alpha floor (AIRBUS) : applique automatiquement la puissance moteur maximale dés que l'angle d'attaque ou le taux de variation de la vitesse air ou sol atteint un seuil fixé EADI (BOEING) activé par la mesure des composantes horizontales et verticales du vent, renseigne sur le comportement de l'avion avec affichage des instructions de pilotage et indication d'assiette maximum

Moyens de détection (systèmes au sol) (3/5) Profileur de vent Radar précipitation Doppler

Moyens de détection (systèmes au sol) (4/5) Le «Low Level Windshear Alert System» dit LLWAS

Moyens de détection (observation, indices) (5/5) Indices de probabilité d’un cisaillement du vent déplacement différent de couches de nuages adjacentes panache de fumée de forme tourmentée nuages en rouleaux forts vents de surface en rafales poussières soulevées (en anneaux tourbillonnaires) sous un nuage de convection dans un front de rafales virgas associés à des nuages de convection nuages lenticulaires nuages en entonnoir trombes et tornades

Le cisaillement du vent de basses couches FIN Première diapositive