LES ORAGES

L’orage est formé tout d’abord dans le cumulus par un soulèvement d’une masse d’air  provoqué par un courant ascendant d’air chaud. Les particules d’air qui la compose sont alors plus chaudes que l’environnement initial. Il y a donc une instabilité : c’est l’instabilité conditionnelle. Le cumulus devient alors le cumulonimbus. Lorsque ce nuage atteint l'altitude maximum, un violent courant descendant se forme ce qui entraîne des averses de pluie ou de grêle à partir du sommet, relativement froid, et aplati le nuage en lui donnant une forme d'enclume. Les charges négatives présentes dans le courant d’air froid sont dirigées vers le sol tandis que les charges positives du courant d’air chaud alimentent de plus en plus le nuage. L’accumulation d’énergie ainsi que l’importante séparation des deux charges forment une décharge électrique : l’éclair. Cette charge se propage alors soit vers un autre nuage ayant des charges négatives soit directement vers le sol par l’intermédiaire de la masse d’air qui est conductrice et cela en se déplaçant à environ 200 km/s. La chaleur dégagée est alors de 30.000°C soit 5 fois la température du Soleil et peut atteindre 100 millions de volts.
   La fin de l’orage se produit par la prédominance du courant descendant sur le courant ascendant.  

Schéma de la circulation des différents courants
On peut bien observer les trajectoires du courant ascendant (rouge) puis du courant descendant (bleu) formant le cumulonimbus

Schéma de la formation des éclairs
Sur ce schéma, on peut distinguer les conditions de la formation des éclairs ainsi que sa trajectoire.

Coupe d’un cumulonimbus, nuage orageux  

Pour les pilotes, l’orage est le phénomène météorologique à éviter. Des contraintes sévères sont imposées aux ailes et au fuselage d’un avion. Dans l’orage, il peut y avoir apparition de givrage (voir 4. Le givrage) sur les bords d'attaque due aux averses accompagnant l’orage et de grêlons qui peuvent atteindre 5cm de diamètre.

Mais les éclairs sont encore plus dévastateurs. En effet, par leur chaleur de 30.000°C, ils peuvent trouer la carlingue en aluminium de l’avion, endommager ses moteurs, détruire ses instruments de communication et de navigation, ou même souder les articulations de ses ailerons. Il peut aussi aveugler simplement le pilote pendant plusieurs minutes.

La foudre, quant à elle, peut arracher des morceaux entiers d’aile ou de queue de n’importe quel avion.

Le pilote doit se protéger de tels phénomènes en prenant connaissance du bulletin météo et en établissant un plan de vol qui évite les zones à risque. En vol, il doit surveiller constamment le ciel pour repérer la formation éventuelle de nuages en « enclume » et doit s’en éloigner. De plus, un orage a la particularité de grossir très rapidement pour couvrir en peu de temps des kilomètres d’espace aérien. Quant aux éclairs, ils apparaissent n’ importe où dans le voisinage d’un orage, traçant des lignes de feu en direction de tout objet de grosse taille passant à proximité. De plus, avec sa structure métallique très élancée, l’avion est un paratonnerre idéal.

Avion frappé par un éclair

Position de la grêle dans un orage mature

Dans les orages on rencontre très souvent de la grêle : elle se rencontre dans 10% des nuages observés et peut être présente dans l’ensemble des nuages, même dans les nuages non orageux. Les grêlons peuvent avoir des diamètres importants ce qui peut endommager la structure des avions. De plus, les grêlons peuvent percuter l’avion à plus de 500km/h et produisent alors le même effet que de gros coups de marteaux. Ils peuvent donc facilement déformer l’acier et percer les verres les plus résistants.

Dégâts que peuvent provoquer la grêle sur un avion

Tous les avions sont aujourd’hui équipés d’un radar météorologique qui leur permet d’éviter ces phénomènes dangereux. De fortes précipitations renvoient un puissant écho radar qui apparaît sur un écran en couleur, dont l’image est synthétisée par ordinateur. Les couleurs affichées obéissent en fait à un code : des changements de couleurs signifient une variation dans l’intensité de l’intempérie, et permettent ainsi de révéler des turbulences importantes ou la présence de grêle. Les radars les plus perfectionnés arrivent même à repérer les zones à forte densité d’éclairs.

Ce type de radar n’est pourtant pas parfait car il ne réfléchit que l’humidité ce qui fait qu’il ne peut distinguer aucune turbulence par temps sec ni une averse de grêle si les billes de glace ne sont pas recouvertes d’eau. Il ne fait pas non plus la différence entre une simple pluie et une averse de grêle humide. De plus, la zone critique d’un orage n’est pas son centre ou son voisinage proche : des études ont montré qu’un avion risquait plus d’être frappé par la foudre lorsque l’orage s’éloignait, c'est-à-dire lorsque les turbulences et les intempéries devenaient plus faibles. Dans ces zones, l’air est encore potentiellement chargé d’électricité et les méfaits ne se manifestent que lors du passage de l’avion. On comprend alors que, dans ces conditions, la prudence entraîne les pilotes à passer le plus loin possible des zones orageuses voire même à demander au centre de contrôle le plus proche la permission de modifier leur route.

Image d’un radar météorologique