LES MICRO RAFALES

             Les micro rafales (microbursts en anglais) sont des phénomènes de cisaillement du vent au niveau du sol, c’est à dire des changements brutaux intervenant dans la vitesse ou la direction du vent.

Ces micro rafales se forment à l’intérieur des nuages au moment où les gouttes d’eau en évaporation créent une poche d’air frais et lourd qui retombe en un puissant courant d’air descendant. La vitesse des vents descendants peut y atteindre 110 km/h à 145 km/h. Cette poche se vide au moment où elle touche le sol. On peut très approximativement se représenter la micro rafale comme un gros champignon renversé. Les micro rafales se produisent donc à basse altitude et ont des diamètres allant de 1 à 3km.

Formation  d’une micro-rafale

Les micro rafales sont des phénomènes très brefs ce qui rend leur effet encore plus dévastateur. Elles sont de plus invisibles et peuvent se produire par n’importe quel temps. Lorsqu’un avion pénètre à l’intérieur de l’une de ces micro rafales, des vents de face augmentent tout d’abord la vitesse de l’air qui s’écoule le long des ailes ce qui augmente la portance de l’avion. La réaction du pilote est alors de réduire les gaz pour ne pas prendre de l’altitude avant l’atterrissage. Mais l’avion rencontre ensuite un courant d’air rabattant au centre de la micro rafale suivi par un vent arrière qui diminue la portance et donc fait perdre de l’altitude. C’est la somme du vent rabattant et du vent arrière qui rend les micro rafales si dangereuses. Mais à ce moment, le pilote ayant réduit les gaz, les réacteurs ne fonctionnent qu’à 70% de leur puissance maximale et c’est pourtant à ce moment que l’avion a besoin de toute sa puissance. De plus, le moteur à turbine d’un avion à réaction a besoin de plusieurs secondes pour retrouver 100 % de sa puissance. Cet intervalle de temps suffit à lui faire perdre trop d’altitude ce qui peut provoquer son écrasement devant la piste d’atterrissage ce qui fut le cas du vol Eastern 66 en 1975 à l’aéroport J.F.K de New York.

Atterrissage d’un avion dans une micro rafale

Pour parer ce genre de phénomènes, les aéroports sont pourvus d’équipement au sol chargés de détecter leur formation. C’est le cas du système LLWAS (Low Level Windshear Alert System ou système d’alerte des windshears de niveau bas) : Un processeur compare la vitesse du vent mesurée par un anémomètre au centre de l'aérodrome avec celles qui sont relevées par cinq autres, périphériques. Lorsque la différence atteint 15 noeuds, la tour de contrôle est alertée, car un tel changement est suffisamment important et soudain (il s'est produit en 3,5 km seulement, distance séparant l'anémomètre central des périphériques) pour provoquer un effet de cisaillement. Mais le système LLWAS est insuffisant, car il ne mesure la vitesse du vent qu'au niveau du sol et dans un plan horizontal. Or, il est important d'avoir une image plus fidèle des couches traversées par l'avion qui décolle ou atterrit.  

Le LLWAS

On peut aussi utiliser des systèmes acoustiques utilisant l'effet Doppler pour mesurer les variations de vitesse du vent : une antenne émet vers le ciel une impulsion sonore ; l'écho qui revient au sol varie en fréquence selon la vitesse et la direction des couches de vent qui l'ont renvoyé. Grâce aux mesures de trois antennes, on connaît, jusqu'à 1 000 m d'altitude, la vitesse verticale et horizontale du vent, sa direction, les turbulences et la structure thermique de l'air. Ces systèmes installés à proximité des pistes "sculptent" littéralement le faisceau de descente ILS des avions (qui permet l'atterrissage aux instruments) et déterminent les variations de vitesse des vents.

Les avions sont équipés d’instruments permettant de faire face à des micro rafales. Deux méthodes différentes sont utilisées pour la détection. La première consiste à comparer les variations qui existent entre la vitesse de l'avion par rapport à l'air (qui peut varier beaucoup à mesure que l'avion passe du vent debout au vent arrière) et sa vitesse par rapport au sol (qui, elle, varie peu en raison de l'inertie). L'alerte est donnée lorsque ces variations dépassent un seuil limite.

La seconde méthode est plus sophistiquée, elle repose sur la notion plus complexe d'énergie totale future. L'énergie totale (Et) d'un avion est la somme de son énergie cinétique, liée à sa vitesse, et de son énergie potentielle, liée à son altitude. Au-delà d'un certain seuil de décroissance de l'énergie totale, l'alarme est donnée. Des automatismes commandent alors les manœuvres susceptibles d'assurer le maintien en vol de l'appareil. II est possible de savoir si l'avion au décollage sera capable ou non de franchir un obstacle qui se trouve devant lui c’est à dire s'il aura ou non gagné assez d'altitude au vu des influences auxquelles il est soumis à chaque instant dans la phase suivant immédiatement son décollage.

Les détecteurs de windshear (vent cisaillant équivalent à une micro rafale) prennent également en compte l'incidence de portance maximale. L'équation de sustentation d'un avion fait apparaître que la portance est proportionnelle au carré de la vitesse de l'avion, mais également à un coefficient Cz qui varie en fonction du cabrage. Pour récupérer une portance compromise par le windshear, le pilote peut donc jouer soit sur la vitesse soit sur le cabrage de son avion. Pour sortir indemne d’une micro rafale, il faut en premier lieu, tout tenter pour maintenir la vitesse tant que la pente sur trajectoire est positive. Autrement dit, tant que l'avion ne s'enfonce pas, mais prend de l'altitude, on joue sur la vitesse. En deuxième lieu, s'efforcer de tenir la pente afin de conserver une altitude constante tant que l'incidence est inférieure a celle du décrochage, c'est-à-dire garder l'incidence qui permet à l'avion de ne pas s'enfoncer. En dernier lieu, lorsqu'il n'est plus possible de faire davantage, il ne reste plus qu'à espérer que le gradient de vent va diminuer plus vite que l'avion n'aura pu gagner de vitesse sous l'effet de la remise de gaz. Et c'est sous cette seule condition que l'avion sortira de la zone à haut risque. Les pilotes eux-mêmes reçoivent un entraînement spécial avec des équipement capables de mettre en parallèle la vitesse de l’avion et celle du vent ce qui les avertit immédiatement des vents cisaillant.