Théorie du vol & météo
L'atmosphère et l'atmosphère standard
La composition et les couches de l'atmosphère, le modèle de l'atmosphère standard internationale (ISA) avec ses valeurs de température, de pression et de masse volumique, et la vitesse du son.
S'entraîner sur ce thèmeÀ retenir
- L'air est composé d'environ 78 % d'azote (N2) et 21 % d'oxygène, proportions constantes avec l'altitude.
- La troposphère contient les nuages et la météo ; la tropopause se situe vers 11 000 m aux latitudes moyennes.
- ISA au niveau de la mer : 15 °C, 1013,25 hPa, 1,225 kg/m³.
- La température baisse de 6,5 °C par 1 000 m, soit environ 2 °C par 1 000 ft, jusqu'à -56,5 °C à la tropopause.
- Près du sol, la pression baisse d'environ 1 hPa tous les 28 ft (environ 8,5 m).
- Vitesse du son : environ 340 m/s (1 235 km/h) au niveau de la mer, 295 m/s (1 060 km/h) à 11 000 m.
Composition et couches
L'air sec contient environ 78 % d'azote, 21 % d'oxygène, près de 1 % d'argon et des traces de dioxyde de carbone. Ces proportions restent les mêmes en altitude : ce qui diminue, c'est la pression, donc la quantité d'oxygène respirée à chaque inspiration.
La troposphère est la couche la plus basse : elle contient l'essentiel de la vapeur d'eau, les nuages et les phénomènes météorologiques. C'est là qu'évoluent les avions légers, et les avions de ligne volent près de son sommet. Son épaisseur varie avec la latitude : environ 8 km aux pôles, 11 à 12 km aux latitudes tempérées, 16 à 18 km à l'équateur.
Sa limite supérieure s'appelle la tropopause. Au-dessus se succèdent la stratosphère, la mésosphère et la thermosphère.
La chaleur se transmet par rayonnement (le soleil qui chauffe un pilote sous sa verrière), par conduction (contact) et par convection (mouvement vertical de l'air).
- Gaz majoritaire
- azote, environ 78 %
- Oxygène
- 21 %, à toutes les altitudes
- Couche de la météo
- troposphère
- Tropopause (latitudes moyennes)
- environ 11 000 m
L'atmosphère standard (ISA)
L'atmosphère standard internationale est un modèle de référence, défini par l'OACI, qui sert à étalonner les altimètres et à comparer les performances des avions.
Au niveau de la mer, elle fixe une température de 15 °C, une pression de 1013,25 hPa et une masse volumique de 1,225 kg/m³. Jusqu'à la tropopause, placée à 11 000 m, la température décroît de 6,5 °C par 1 000 m, soit environ 2 °C par 1 000 ft. Elle atteint -56,5 °C à 11 000 m puis reste constante dans la basse stratosphère.
Pour calculer une température standard, on retire 2 °C par 1 000 ft à 15 °C : 5 °C à 5 000 ft, -15 °C à 15 000 ft. En mètres, on retire 6,5 °C par 1 000 m : -50 °C à 10 000 m.
Dans les basses couches, la pression diminue d'environ 1 hPa tous les 28 ft. La masse volumique diminue aussi avec l'altitude : l'air moins dense réduit la traînée, ce qui explique que les avions de ligne volent haut, mais il réduit aussi la poussée des moteurs et la portance à vitesse égale.
- Température au niveau de la mer
- 15 °C
- Pression au niveau de la mer
- 1013,25 hPa
- Masse volumique au niveau de la mer
- 1,225 kg/m³
- Gradient de température
- 6,5 °C/1 000 m, 2 °C/1 000 ft
- Température à la tropopause
- -56,5 °C
- Gradient de pression près du sol
- 1 hPa pour 28 ft
La vitesse du son
La vitesse du son ne dépend que de la température de l'air : plus l'air est froid, plus elle est faible. Au niveau de la mer, à 15 °C, elle vaut environ 340 m/s, soit 1 225 à 1 235 km/h ; on trouve aussi la valeur arrondie de 343 m/s, qui correspond à 20 °C.
À 11 000 m, à -56,5 °C, elle tombe à environ 295 m/s, soit 1 060 km/h. Un même nombre de Mach correspond donc à une vitesse plus faible en altitude.
- Au niveau de la mer
- 340 m/s, environ 1 235 km/h
- À 11 000 m
- 295 m/s, environ 1 060 km/h
Quelques ordres de grandeur
L'essence d'aviation a une densité d'environ 0,7 : un litre pèse environ 0,7 kg. Un aller-retour transatlantique émet, par passager, de l'ordre de 1 à 3 tonnes de CO2.
- Densité de l'essence d'aviation
- environ 0,7
- CO2 d'un aller-retour transatlantique
- 1 à 3 t par passager
Pièges fréquents
- La proportion d'oxygène (21 %) ne change pas avec l'altitude ; c'est sa pression partielle qui baisse.
- 6,5 °C par 1 000 m, mais 2 °C par 1 000 ft : ne pas mélanger les unités.
- La tropopause est à 11 km aux latitudes moyennes ; 15 à 18 km ne vaut qu'à l'équateur.
- La vitesse du son dépend de la température, pas de la pression.
- L'air moins dense en altitude diminue la traînée mais aussi la poussée des moteurs.