Que sont les turbulences en air clair et pourquoi sont-elles de plus en plus fréquentes ?

Un événement catastrophique associé à des turbulences atmosphériques est extrêmement rare. Chaque jour, il y a environ 100 000 vols, avec 6 millions de passagers, et presque rien ne se passe. Les avions sont extrêmement sûrs et il n’y a aucun danger structurel en cas de turbulences. Cependant, des incidents graves surviennent. Le dernier décès remonte à 2009. Hier, Un avion de Singapore Airlines est tombé de 1 800 mètres en quatre minutes et a effectué un atterrissage d’urgence en Thaïlande, faisant 71 passagers et membres d’équipage blessés. et un décédé en vol. L’incident est un exemple d’exception.

Les pilotes sont formés pour éviter les turbulences en vol. Le problème survient lorsque les avions rencontrent des conditions atmosphériques turbulentes qui n’apparaissent pas sur les radars car elles ne sont associées à aucune tempête. Elles sont appelées turbulences en air clair et ce sont eux qui sont vraiment dangereux.

Le problème le plus complexe de la physique

La turbulence est le problème physique non résolu qui a le plus d’implications dans notre vie quotidienne. Par turbulence, nous faisons référence à l’état irrégulier et chaotique présenté par le mouvement des fluides, des gaz et des liquides, dans la plupart des situations.

Tous les écoulements autour d’un avion (et beaucoup à l’intérieur) sont turbulents. Le flux turbulent est bénéfique dans le moteur, car il améliore la combustion, mais il est négatif dans les ailes, car il génère beaucoup de traînée (ce qui augmente la consommation de carburant).

Cela ne représente aucun danger : cela nous pose simplement de très sérieuses difficultés pour optimiser l’aérodynamisme. Une particularité de la turbulence est que, bien que nous connaissions les équations de la mécanique des fluides depuis 180 ans, leur résolution dans des cas pratiques est impossible.

Pour simuler l’avion en vol qui a eu le dernier incident, celui de Londres à Singapour, il nous faudrait l’équivalent d’un mois d’internet en RAM rien que pour démarrer la simulation. Et environ 100 000 ans pour le réaliser. C’est pourquoi nous n’avons d’autre choix que d’utiliser des modèles informatiques beaucoup moins coûteux mais imparfaits. C’est un véritable défi intellectuel, mais ce n’est pas problématique en vol.

Les sentiers lamellaires

La mécanique des fluides atmosphériques est plus compliquée car elle comporte des parties turbulentes et des parties laminaires, avec des structures longues de plusieurs milliers de kilomètres. Lorsque nous parlons de laminaire, nous indiquons que l’écoulement est ordonné et ne présente pas de forts tourbillons. Normalement, à l’altitude à laquelle volent les avions, l’air est laminaire. C’est pourquoi les traînées de condensation qui sortent des moteurs, qui sont de l’eau gelée, peuvent rester longtemps dans l’air. Sans turbulence, la dissipation est très lente.

Les turbulences atmosphériques peuvent considérablement augmenter, par exemple en cas de tempête, où règnent d’importants courants thermoconvectifs. Ces courants sont produits par des différences de température très élevées et transportent une grande quantité d’eau et d’énergie. Dans ce cas, les radars météorologiques peuvent les détecter et l’avion peut les éviter.

Ils n’apparaissent pas sur le radar

Les turbulences en air clair, qui ne sont pas détectées par le radar et qui sont inattendues pour le pilote – car elles ne sont pas accompagnées d’une tempête – sont les plus dangereuses en vol.

Souvent, les avions volent en profitant de courants très étroits et très rapides par rapport au sol, appelés courants-jets. Si nous rencontrons soudainement de grands tourbillons que nous n’avons pas vus, nous pourrions avoir un problème.

Lorsqu’il rencontre l’une de ces zones turbulentes, l’avion s’arrête sur une autoroute pour emprunter une sorte de chemin de terre avec de nombreux nids-de-poule. Cela peut provoquer un mouvement léger, brusque ou, dans de rares cas, un décrochage de l’avion. Autrement dit, les ailes perdent rapidement de la portance et cessent de retenir l’avion.

Il faut alors que l’avion perde de l’altitude en piqué du nez pour reprendre de la portance. Dans le cas du vol Londres-Singapour, environ 11 heures après le décollage, l’avion a chuté d’environ 1 800 mètres en seulement trois minutes alors qu’il traversait la mer d’Andaman et s’approchait de la Thaïlande.

En raison de l’urgence climatique dans laquelle nous sommes plongés, il y a beaucoup plus d’énergie dans l’atmosphère, ce qui signifie que les avions vont rencontrer de plus en plus de chemins de terre.

Augmentation des turbulences dues au changement climatique

Paul Williams, de l’Université de Reading, a présenté en le principal congrès de turbulence au mondetenue au Université Polytechnique de Valence en 2023, une série d’études montrent que la possibilité de turbulences atmosphériques a augmenté de 50 % ces dernières années, ce qui pourrait être lié au changement climatique.

Selon les simulations de Williams, le problème va s’aggraver. Les turbulences devraient doubler ou tripler dans les années à venir. Cela pourrait être particulièrement grave dans l’Atlantique Nord, étant donné que des perturbations majeures ont été constatées dans le Gulf Stream, la route la plus utilisée pour voyager de l’Amérique vers l’Europe.

Turbulences de sillage au décollage

Les pilotes et les systèmes de sécurité des avions sont hautement préparés pour ces événements. Par exemple, dans les aéroports, les départs des avions sont espacés pour éviter qu’un avion ne décolle dans le sillage turbulent des autres. Dans un curieux processus évolutif, les grands oiseaux migrateurs évitent également les sillages turbulents de leurs compagnons en volant dans V.

Rien n’est impossible, mais il serait extrêmement rare qu’un avion connaisse une défaillance structurelle critique due à des problèmes de turbulences en vol. Nous pouvons continuer à voyager sereinement en suivant un conseil clair : attachez toujours votre ceinture de sécurité. C’est peut-être inconfortable, mais c’est la seule chose qui nous protège de ce genre d’événements qui, malheureusement, vont s’aggraver.