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L'apport de noyaux de condensation dans une atmosphère sursaturée constituerait une explication simple de la formation des traînées. Cependant, il est actuellement certain que ces noyaux de condensation existent en nombre suffisant avant le passage de l'avion et qu'en tout cas la sursaturation est un phénomène excessivement rare dans l'atmosphère libre. Parmi les traînées formées par un des deux autres processus, nous distinguons : - les traînées aérodynamiques, - les traînées d'échappement (exhaust), - les traînées de convection. Les traînées aérodynamiques Formation Le refroidissement de l'air est exclusivement la conséquence d'une détente admise généralement comme adiabatique. Pour un avion volant à 600 km/h, la dépression en bout d'aile peut atteindre 170 mbar. Les remous créés par les ailes ont tendance à s'organiser en un fort tourbillon assez persistant dans lequel la dépression demeure de l'ordre de 30 mbar sur une assez grande longueur. Dans ces conditions, on peut observer des traînées de condensation "de bout d'aile" ayant en moyenne une longueur de 10 m et un diamètre de 50 cm. Cependant, ces traînées nécessitent une atmosphère presque saturée et préalablement non turbulente, sinon le tourbillon ne pourrait persister; elles sont assez rares et très fugaces.
On observe en général les traînées aérodynamiques lors de meetings aériens ou durant les exercices de "dogs fights" lors des manoeuvres d'évitement, les virages serrés, etc dans une atmosphère assez humide. Ces traînées ne sont donc pas associées à des nuages mais elles peuvent apparaître en présence de nuages de pluie tels que les nimbostratus, cumulonimbus et stratocumulus du fait que l'air est presque saturé d'humidité. Elimination Les traînées aérodynamiques peuvent être éliminées en s'écartant des couches d'air humide par changement d'altitude ainsi qu'en effectuant les manoeuvres à des vitesses plus modérées le cas échéant. Les traînées d'échappement ou "contrails" C'est le phénomène bien connu de "sillage" laissé en haute altitude par les jets que nous appelons dans notre gargon aéronautique les "contrails" ou exhausts". Ennuyeuses sur le plan tactique, elles peuvent contraindre un pilote de chasse ou de bombardier voire un aérostier téméraire à changer de niveau de vol.
La démonstration la plus médiatisée de cet effet et son impact sur les missions tactiques, fut la découverte des contrails de l'avion furtif Aurora dont l'unique photographie est présentée ci-dessus. Jusqu'à cette preuve indiscutable, le DoD américain avait toujours nié l'existence des "black programs" (non identifiés comme tels dans les budgets officiels). On en reparlera plus longuement dans le dossier consacré aux affaires militaires. Formation
Lorsque de telles traînées se forment, elles s'allongent dans le sillage de l'avion et sont généralement très intenses et très persistantes. Ces traînées sont formées de cristaux de glace ainsi qu'en témoignent certaines photographies et certains phénomènes de halo qu'on y observe fréquemment; ces cristaux de glace proviennent de la solidification de la vapeur d'eau et on admet généralement que cette solidification nécessite d'abord le passage de la vapeur par l'état liquide. En outre, il est clair que ces traînées sont d'autant plus intenses, c'est-à-dire d'autant plus visibles que le nombre de cristaux de glace qu'elles contiennent par unité de volume est grand. En général, on admet que la concentration en cristaux de glace doit être au moins de 0.01 g/m3 dans une traînée bien visible, et peut se réduire à 0.004 g/m3 pour des traînées faiblement visibles. Il est d'ailleurs évident que la persistance de ces traînées sera fortement influencée par la concentration en cristaux de glace.
D'autre part, puisque les traînées de condensation sont constituées de cristaux de glace, on doit s'attendre à ce qu'elles ne se produisent qu'à des altitudes relativement élevées où la température des couches atmosphériques est suffisamment basse. Une température (calculée théoriquement) inférieure à -29°C est nécessaire pour qu'il y ait formation de traînées de condensation. Ceci veut dire que si la température des couches atmosphériques traversées par l'avion est supérieure à -29°C aucune traînée ne se formera, quelle que soit l'humidité de ces couches. Les altitudes normales (dans la zone tempérée) où ces "contrails" se forment, sont en général comprises entre 25000 et 40000 pieds. Les nuages propices à leur apparition sont donc les cirrus et les cirrostratus. Au bout de quelques dizaines de minutes voire plusieurs heures, si la masse d'air est suffisamment humide en altitude, ces traînées de condensation finissent par s'étendre et se confondent avec des nuages cirriformes en provoquant une certaine opacité du ciel. Suppression En principe, le moyen radical pour supprimer les contrails serait de récupérer l'eau des gaz d'échappement par des condenseurs appropriés; cet équipement étant peu pratique, d'autres méthodes doivent être envisagées, et notamment : - Grimper 2000 pieds au moins au-dessus de la tropopause, - Planer vers les altitudes inférieures en réduisant la puissance du moteur, - Faire un léger piqué au moteur et regagner l'altitude primitive (de courtes traînées persistantes pourront se former pendant le retour en altitude), - Diminuer le régime moteur de manière à réduire la quantité de vapeur d'eau éjectée, - Descendre rapidement en-dessous de l'altitude minimale de formation des traînées de condensation, - Ouvrir les volets de capotage des moteurs (à piston) ou les "air-brakes" pour augmenter le volume d'air brassé dans la traînée et ainsi réduire le pourcentage d'humidité. Les traînées ne disparaîtront entièrement que si les deux premières règles sont appliquées, dans les autres cas la persistance ou la longueur de la traînée sera affaiblie, tout au moins si les conditions ne sont pas anormales.
Les traînées de convection Formation Ces traînées sont formées par le réchauffement des couches d'air traversées par l'avion, réchauffement provoqué par la chaleur dégagée lors de l'échappement des produits de combustion. Les couches d'air ainsi réchauffées deviennent plus légères que les couches voisines et s'élèvent; si les couches atmosphériques traversées sont instables, ce mouvement ascendant s'amplifiera. L'ascendance s'accompagnera d'un refroidissement adiabatique et la vapeur d'eau se condensera sous forme de nuage. Ce type de traînée est persistant et peut se rencontrer à toute altitude, le plus fréquemment entre 8000 et 20000 pieds. Elles apparaîtront donc en particulier près des altocumulus et des altostratus en couches non uniformes. L'importance tactique des traînées de convection est modérée bien que ces traînées ne soient pas rares et qu'elles soient généralement persistantes, elles ne se forment que dans des conditions atmosphériques très spéciales (instabilité des couches traversées) et pour les supprimer il suffit de changer quelque peu d'altitude. Suppression Deux règles simples sont applicables : - Grimper ou descendre de quelques centaines de pieds (un changement d'altitude de 1000 pieds devrait être largement suffisant dans la plupart des cas), - Eviter les altitudes des formations nuageuses cumuliformes. Aspects opérationnels Dans la plupart des cas, le pilote ignore que son appareil laisse une traînée de condensation dans son sillage même s'il s'attend à sa formation. Etant donné l'importance que peuvent avoir de telles traînées en opérations, il est nécessaire de surveiller ou de faire surveiller la formation éventuelle de ces traînées.
Impact des contrails sur la température Les climatologues savent bien que lorsqu'il y a trop de traînées de condensation dans le ciel cela peut affecter la température en un lieu puisqu'elles jouent le même rôle qu'un banc de cirrus épais. Mais jusqu'en 2001 personne n'avait vraiment étudié le sujet. Suite aux attentats du 11 septembre 2001 à New York, tout survol du territoire des Etats-Unis fut interdit durant trois jours. En raison de l'intense trafic aérien sur la côte est des Etats-Unis et l'apport d'humidité venant de la mer, cette région est connue pour présenter énormément de contrails. Sur certaines photos satellites les contrails couvrent parfois 75% du ciel ! Durant la période où tous les vols furent interdits, le ciel s'est subitement éclairci, vidé de ses contrails. Les climatologues étudiant les variations de la température et l'évolution des extémas ont fait une étonnante découverte.
Lorsque le trafic aérien est normal au-dessus des Etats-Unis, c'est-à-dire très dense, en moyenne on constate une baisse de la température de l'ordre de 0.25°C. Durant les 3 jours d'arrêt du trafic aérien et donc en l'abence de contrails, la température moyenne a augmenté de 1.10°C, la différence atteint 1.35°C. Elle retomba à des valeurs négatives lorsque l'espace aérien fut réouvert. Les climatologues de l'Université de Wisconsin n'avaient jamais vu ça depuis 30 ans ! Ce phénomène confirme l'impact des contrails sur la température. Il signife également que la température moyenne dans une région du monde peut drastiquement être modifiée si on supprime une seule source de pollution. Prochain chapitre
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