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Contrails ! Traînées de condensation

 

F-15 contrails
Photo Kevin Bishop, USAF

 

Contrails ?

Contrails ! eût été bien incomplet sans une page consacrée aux...contrails !

Les contrails (de condensation trails) sont les traînées de glace laissées par les moteurs d'avions dans certaines conditions.
Sans ces traînées la turbulence et le tumulte qui accompagnent nécessairement le vol resteraient insoupçonnés.

Quand la météo le permet les contrails laissent un témoignage persistant des forces en action.

 

Comment naissent les contrails

Froid, eau, aérosols

C-141B Starlifter
Photo USAF

Les contrails sont des traînées de cristaux de glace. Elles apparaissent à haute altitude, de 23 000 à 40 000 pieds (7000 à 12000 m), en atmosphère humide par des températures inférieures à -30 °C.

Les gaz d'échappement contiennent de la vapeur d'eau et de nombreuses particules : imbrûlés, suies, poussières métalliques, sulfures, oxydes d'azote (NOx)...

Selon le taux d'humidité ambiante, le mélange des gaz avec l'air froid environnant peut entraîner la condensation solide de l'eau en cristaux autour de ces aérosols.

En fonction des conditions atmosphériques, les contrails peuvent durer de quelques secondes à plusieurs heures.

Certaines contrails persistantes s'étalent et évoluent en un voile de cirrus.

 


If the eyes don't see, the heart won't break

C-141 contrails
Photo USAF

L'air est invisible. On oublie souvent l'intensité des forces mises en jeu dans la sustentation d'un avion.

Les contrails peuvent nous aider à visualiser l'étendue et la violence des perturbations créées dans l'atmosphère par le passage d'un avion.

Comparer la taille de ces C-141 en route pour l'Europe avec l'importance des contrails matérialisant leur sillage.

 


 

Effets à grande échelle

Contrails vues de l'espace

contrails alpes
© Earth Sciences and Image Analysis Laboratory, NASA

Contrails sur la vallée du Rhône et les Alpes à hauteur de Lyon, vues depuis la Station Spatiale Internationale (ISS) le 15 mai 2002.

Les contrails récentes apparaissent comme de minces lignes, les plus anciennes se sont étalées sous l'effet des vents faibles.

En raison de cette tendance à s'étaler au fil du temps, on estime la superficie de ces "nuages artificiels" à 0,1 % de la surface du globe.

Ce pourcentage peut dépasser 10 % au-dessus de certaines régions du monde, comme ici en Europe.

 


 

Effets climatiques

L'effet des contrails sur le climat est encore mal compris.

Lors de l'arrêt des vols qui a suivi le 11 Septembre aux États Unis, des chercheurs¹ estiment que les fluctuations de températures dans les zones habituellement couvertes par les contrails se sont notablement accrues.

Il n'a pas encore été possible de déterminer si les contrails contribuent à réchauffer ou à refroidir l'atmosphère.

Il est certain toutefois, que les effets à long terme du voile nuageux tissé par les contrails ne pourront être négligés.

Déjà les astronomes s'inquiètent de l'opacification presque permanente de la haute atmosphère.

 


 

Proches parents des contrails

Traînées de turbulence

Nuages aéronautiques
Wikipedia Commons

Bien que ressemblant aux contrails, ces traînées sont faites de gouttelettes.

En air calme et très humide, les tourbillons liés à la portance diminuent localement la pression.

L'air, refroidi par cette détente se sature, et libère des gouttelettes en une traînée blanche marquant le noyau du tourbillon.

 

Nuages aéronautiques
Photo Jonathan Chandler, US Navy

Ces traînées apparaissent parfois en bout d'aile lors des évolutions serrées.

Leur longueur n'excède pas quelques dizaines de mètres.

Sur l'aile de ce F/A-18C Hornet, on distingue les traînées de bout d'aile et d'apex, et la condensation dans la zone en dépression sur l'extrados de l'aile.

 


Dépression

U.S. Air Force F-22A Raptor at 42nd Naval Base Ventura County (NBVC) Air Show
Photo Jason R. Williams, US Navy

La violente dépression sur l'extrados d'un avion en évolution, se matérialise parfois par une condensation spectaculaire.

Ce F-22 Raptor de l'USAF en démo à Point Mugu en 2007, disparaît presque dans le nuage provoqué par sa portance.

 


Onde de choc

Onde de choc et tourbillons marginaux
Photo US Navy

En vol supersonique, un avion traîne avec lui une onde de choc conique, ou cône de Mach, dont l'angle diminue quand la vitesse augmente.

La brutale variation de pression et de température associée à cette onde de choc provoque dans certains cas la condensation de l'humidité de l'air.

Ce B1-B sous facteur de charge en supersonique nous montre le cône de Mach qui l'accompagne, et ses tourbillons marginaux.

 


Onde de choc et tourbillons marginaux
Photo Gregg Stansberry

En plus d'un magnifique cône de Mach, on peut observer des zones de survitesse sur le cockpit et des entrées d'air.

 


 

Distrails et trous dans le ciel

distrails halo
Gracieuseté Richard Fleet

Les distrails ou dissipation trails sont l'opposé des contrails.

Les échappements des réacteurs dissolvent un nuage mince. La distrail apparaît comme une traînée de ciel clair au sein de la couche.

Certains nuages élevés contiennent des cristaux de glace et des gouttelettes d'eau en surfusion à très basse température.
Les particules des échappements déclenchent le gel des gouttelettes surfondues qui retombent en cristaux, laissant un trou dans la couche.

La chute des cristaux est parfois visible sous forme de lambeaux fibreux sous la distrail.

 

Hole in sky
PhotoGracieuseté Kent Judkins

Les trous dans les nuages obéissent à des causes identiques.

À la périphérie du trou, la chute des cristaux laisse voir le ciel bleu. Au centre, les cristaux les plus fins descendent lentement, évoquant un papillon ou une aile de mouette.

Trous et distrails s'étendent parfois : la condensation en cristaux diminue l'humidité relative de l'air et le réchauffe. Dans cet air plus chaud et plus sec, les cristaux voisins du trou se subliment de proche en proche.

 


 

Pour en savoir plus

 

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Documents et références

    Formation des contrails
Guide NASA Education sur la formation des contrails (pdf 2,5 Mo)

    L'aviation et l'atmosphère planétaire
Rapport du GIEC (IPCC) à l'intention des décideurs (pdf 393 ko)

Sites web

   Contrails reduce daily temperature range (août 2002) Nature 418,601
Étude de Travis, Carleton & Lauritsen Nature 418,601

   Les traînées de condensation
Les différents types de traînées de turbulence, d'échappement ou contrails

   NASA Contrail Science
Le site d'information de la NASA sur les contrails

   Glows Bows and Haloes
Phénomènes optiques dans l'atmosphère par Richard Fleet, halos, arcs en ciel, contrails

   Contrails and Aviationsmog
Développement et effets climatiques des contrails

 

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