Les vertus de l’inversion | Inversion stratosphérique – Hubert Aupetit

L’inversion, la première collaboratrice du parapentiste

Nous avons l’énorme plaisir d’accueillir comme conseiller en météorologie Hubert Aupetit, qui, après avoir été chercheur en mathématiques, est devenu professionnel du Vol Libre et s’est beaucoup intéressé à la météorologie. Il vole depuis plusieurs décennies aux 4 coins de la France et dans le monde, à bord de toutes sortes d’aéronefs (parapente, delta, planeur rigide, ballon et ULM). Il accepte d’offrir un peu de son temps auprès du média qui s’adresse à la plus grande communauté de parapentistes francophones.

Il est d’autre part l’auteur du livre “Les visiteurs du ciel” (qui est à sa 5è édition !), guide de l’air destiné à tous les hommes volants. Vous découvrirez régulièrement ses articles sur divers thèmes qui nous concernent particulièrement.

Cette collaboration débutera sur le sujet de “l’inversion”, un phénomène qu’il est important de bien comprendre pour mieux prévoir et profiter de nos vols. Si d’autres sujets vous intéressent, n’hésitez pas à nous en faire part !

LES BONS CONSEILS
d’HUBERT AUPETIT

Vue depuis le Puy de Dôme

1- L’inversion stratosphérique

L’inversion est un phénomène atmosphérique essentiel pour tout ce qui vole. Elle découpe l’atmosphère en couches indépendantes, empêche les sur-développements thermiques, protège des vents forts, permet au pilote d’optimiser le choix du lieu où il décolle. Oui, l’inversion est la première collaboratrice du parapentiste ‑ pour peu qu’il apprenne à l’observer et à s’en servir. Nous en décrirons les principales variétés dans cet article et les suivants.

On sait que la température baisse d’environ 65° entre 0 et 10 000 m. En déduit-on une baisse moyenne de ‑ 0,65°C/100 m ? Non ! Oubliez ce chiffre aussitôt que vous l’avez lu. Il n’a aucun sens physique et n’a jamais été observé. La température à la verticale d’un lieu donné et à une heure donnée peut baisser au rythme de -0,5°/100 m de 0 à 1 000 m, remonter de +0,2°/100 m pendant 200 m, puis redescendre de -0,9°/ 100 m pendant les 2000 m suivants, etc. Tous ces écarts sont variables en lieu, en temps, en altitude, constamment affectés par les vents, par la convection, par la nature et l’ensoleillement des sols.

N’hésitez pas à visionner la vidéo en bas de page pour vous aider dans la compréhension de cet article.

Couche d'inversion - Définition

Une couche d’inversion est une couche d’air dont le gradient de température est positif, c’est-à-dire que celle-ci croît avec l’altitude. En effet, dans la troposphère la température de l’air diminue normalement avec l’altitude, d’environ 6,5 °C par 1 000 m.

Une telle couche peut se trouver à n’importe quelle altitude et son épaisseur peut aller de quelques centaines de mètres à plusieurs milliers. Si elle se forme juste au-dessus du sol, elle emprisonne l’humidité et les polluants permettant la formation de brouillard et de smog. Elle peut également se retrouver en altitude, en avant d’un front chaud par exemple, et limiter la formation et l’extension des nuages convectifs.

La courbe d’état

Nulle loi physique n’est en mesure d’en prévoir l’évolution et c’est la raison pour laquelle le graphique qui les donne s’appelle la « courbe d’état » de l’atmosphère au lieu X et au temps T. Pour la tracer, il faut envoyer un ballon, un drone, un avion équipé d’un thermomètre mesurer la température à chaque altitude. Toute l’astuce du prévisionniste – et toute l’efficacité des modèles numériques qui l’assistent ‑ est d’en déduire ce qu’elle sera au lieu X’ et au temps T’.

Prenons des exemples : un sondage réalisé le matin sur l’aérodrome de Bordeaux, situé en plaine, n’est évidemment pas le même que celui qu’on obtient en partant d’un fond de vallée pyrénéenne environné de reliefs. Mais en tenant compte de l’expérience acquise, des conditions météo du jour, il est possible de l’extrapoler correctement et d’en déduire ce que seront les conditions de vol en parapente pour la journée dans ces montagnes.

À l’inverse, on n’a nul besoin d’un sondage pour tracer la courbe d’état au-dessus de Briançon à l’issue d’une belle journée de vol : le brassage thermique a été tel que la baisse de température dans la couche convective est à peu près uniforme et égale à ‑ 1°C/100 m. Par quelle magie connaît-on ce chiffre ? La réponse précise fera l’objet d’une autre chronique. Les connaisseurs y reconnaîtront le « gradient adiabatique sec », c’est-à-dire la loi qui me dit à quel rythme refroidit une bulle d’air qui se déplace vers le haut.

La courbe d’état est une donnée statique, empirique ; le gradient adiabatique une loi thermodynamique, calculée une fois pour toutes en laboratoires.
Si la température ne baisse uniformément de ‑ 0,65°/100 m de 0 à 10 000 m, il est clair que pour baisser de 65°C sur toute la tranche, elle doit la plupart du temps baisser. Une couche à l’intérieur de laquelle cette tendance générale à la baisse s’inverse s’appelle une inversion : je m’élève de 100 m, je m’attends à voir la température baisser mais constate qu’elle remonte ‑ voire qu’elle reste constante ou ne baisse que très faiblement. Je parlerai selon le cas de forte ou de faible inversion. L’observation montre qu’à la verticale de quelque point du globe où l’on se trouve, on pourra toujours constater l’existence d’une, et généralement de plusieurs, de ces couches, que l’on désigne par différents qualificatifs selon le phénomène qui en est à l’origine.

exemple de courbe d’état

Exemples d’inversions favorables pour le vol libre

themiques bleus en air stable ou instable

thermiques blancs en air plus ou moins stable

L’inversion stratosphérique

On l’observe en tout point du globe, à partir d’un niveau variant selon les lieux et les saisons : de 15 à 18 km sous les Tropiques, de 6 à 10 au-dessus des pôles. Au lieu de baisser, la température se met à remonter, sur une épaisseur d’une quarantaine de kilomètres qu’on appelle la stratosphère, jusqu’à environ 0°C. La stratosphère tout entière est donc une couche d’inversion. Sa base inférieure s’appelle la tropopause. Les variations de hauteur de la tropopause ne se font pas progressivement mais par brusques flexions, génératrices de vents très forts qu’on appelle les courants jets (jet streams). L’aviation commerciale les utilise pour optimiser les vitesses sol tout en réduisant la consommation de carburant.

Tout le volume d’atmosphère compris entre le sol est la tropopause constitue ce qu’on appelle la troposphère. C’est dans cette sphère des changements, comme le dit l’étymologie, que se déroulent tous les phénomènes atmosphériques nous concernant directement. La raison en est simple : toute particule d’air en mouvement ascendant qui tendrait à crever le plafond se voit rapidement environnée d’air plus chaud qui la fait redescendre ‑ comme une montgolfière qui n’a plus de gaz dans son brûleur cesse de s’élever.

On touche là un phénomène essentiel, caractéristique de toutes les inversions quelle qu’en soit l’origine : une inversion bloque les mouvements de convection, qu’ils soient ascendants, comme on vient de le voir, ou descendants, comme on le comprend facilement. En effet une particule descendante, donc en réchauffement, qui voudrait crever l’inversion se retrouve soudain, en dessous de celle-ci, environnée d’air plus froid et tend à remonter. Ceci vaut, que le mouvement qui fait monter ou descendre la particule soit d’origine thermique ou dynamique : le corollaire est qu’entre chaque couche d’inversion, les vents et les nuages sont comme emprisonnés. Les couches d’inversion font bien office de cloisons découpant l’atmosphère en tranches quasi indépendantes, comme on le voit dans la présentation de Bruce Goldsmith (voir vidéo plus loin).

La tropopause est visible par temps d’orage. On y voit s’écraser et s’étaler en enclumes les sommets de cumulonimbus. Plus généralement, l’observation du sommet des nuages (et non de leur base comme on le croit souvent) est un indice précieux pour détecter les inversions : ainsi sur la vidéo de Bruce, on voit bien les sommets des cumulus cogner contre l’inversion, comme contre une sorte de couvercle. Tous n’ont pas l’énergie de l’atteindre mais ceux qui l’ont s’y bloquent. Certes des ascendances surpuissantes pourraient la crever, mais la stabilité de l’air maritime et la forte nébulosité empêchent leur apparition dans le cas des îles Canaries. On est bien face à un mécanisme stabilisé, sauf phénomène qui permettrait soit de renforcer les ascendances, soit d’affaiblir l’inversion. C’est ce qui se produit lorsqu’on observe une deuxième variété d’inversion, plus évolutive, qui fera l’objet de la prochaine chronique : l’inversion de subsidence anticyclonique…

Hubert Aupetit – auteur du livre “Les Visiteurs du Ciel”

Cette vidéo de The Flying Islands commentée par Bruce Goldsmith a pour but de nous aider à comprendre, en visualisant les concepts de la météorologie, l’un des plus gros problèmes lorsque nous commençons à étudier la météorologie pour le parapente : l’inversion.