Contenu

Aéronautique, pression et niveaux de vol

13 octobre 2020, 23 Commentaire(s)
Thèmes: Météo

Bien qu’en ce moment le trafic aérien commercial soit en-dessous de son rythme de croisière habituel, les avions qui évoluent dans le ciel doivent toujours être espacés pour prévenir les collisions. Cet espacement est assuré, dans le plan vertical, par l’utilisation des niveaux de vol. Les avions transitent sur ces niveaux de vol définis d’après une référence commune au niveau international, ce qui assure qu’ils ne se croisent pas. Explications dans ce blog de l’influence des conditions météorologiques sur ces niveaux de vol, des conséquences sur l’altitude de transit des avions et du rôle de MétéoSuisse auprès du contrôle aérien de l'aéroport de Genève.

Avions suivant différents niveaux de vols. Source : K.H. Hack Météorologie pour aviateurs, éditeur @Aéroclub de Suisse
Avions suivant différents niveaux de vols. Source : K.H. Hack Météorologie pour aviateurs, éditeur @Aéroclub de Suisse

Pression et altimétrie

Pour se repérer dans le ciel et notamment connaître leur altitude de vol, les pilotes utilisent des altimètres. Ces instruments mesurent la pression ambiante (à l’aide de capteurs de pression à bord) et fournissent, grâce à une loi de correspondance entre l’altitude et la pression, une estimation de l’altitude de l’avion.

Affichage aggrandi: Photo : Aude Untersee
Cadrant d'altimètre dont le pourtour indique l’altitude : la petite aiguille indique le nombre de kilomètres tandis que la grande aiguille indique les centaines de mètres. Au moment où a été prise la photo, le planeur se trouvait à 4615 m d’altitude. Avant le décollage, l'altimètre a été calé sur 997 hPa, valeur de la pression au sol ce jour-là, lisible dans le petit cadrant supérieur.
Photo : Aude Untersee

Avant de décoller, les pilotes ajustent dans l’altimètre la valeur de la pression à partir de laquelle l’altitude sera ensuite déterminée au cours du vol. Ce paramétrage de la valeur de la pression dans l’altimètre est le calage altimétrique.

L’atmosphère standard, référentiel en aéronautique

Afin que l’ensemble des pilotes, de l’aviation commerciale au ballon en passant par le planeur et le parapente, aient la même référence en vol pour pouvoir se repérer et s’éviter, il est nécessaire qu’ils aient tous le même calage altimétrique. C’est notamment dans cette optique qu’une atmosphère dite standard a été définie au niveau international : l’International Standard Atmosphere (ISA). L'ISA fixe :

  • une pression de référence au niveau de la mer égale à 1013,25 hPa ;
  • sa loi de diminution avec l’altitude à environ 1 hPa tous les 28 ft (pieds, feet en anglais), soit d’environ 1 hPa tous les 8,5 mètres (1 ft = 0,3 m). Cette loi est valide sous 3000 m environ.

Variations de la pression en surface

En réalité, le champ de pression en surface et en altitude est très dépendant des conditions météorologiques : les zones dépressionnaires sont plutôt associées à des basses pressions (inférieures à 1013,25 hPa), tandis que les zones anticycloniques présentent plutôt des pressions élevées (supérieures à 1013,25 hPa). Sur le trajet d’un avion de ligne notamment, qui s’étend en général sur plusieurs centaines voire milliers de kilomètres, la pression peut varier significativement. Dès lors, les pilotes qui décollent de régions où les pressions au sol sont différentes doivent, en croisière, caler leurs altimètres sur une pression de référence commune afin de pouvoir s’espacer. Cette pression de référence est la pression moyenne de 1013,25 hPa au niveau de la mer. En croisière, les avions volent donc comme si la pression au niveau de la mer valait 1013,25 hPa partout. Sinon, les altitudes indiquées par leurs altimètres ne seront pas comparables : deux avions avec un calage différent pourraient être beaucoup plus proches verticalement que les altitudes indiquées sur leurs altimètres ne le laisseraient penser.

Les niveaux de vol

Pour aérer le trafic et prévenir les collisions, les avions transitent donc sur des surfaces d’égale pression appelées niveaux de vol et abrégées FL pour Flight Level en anglais. Ces niveaux de vol correspondent à l’altitude exprimée en centaines de pieds (hectoft) au-dessus de la surface isobare 1013,25 hPa, référence en atmosphère standard. Par exemple, le FL 050 est la surface située 5000 ft au-dessus de l’isobare 1013,25. Les niveaux de vol sont tous basés sur un calage altimétrique à 1013,25 hPa.

Au-dessus d’une certaine altitude dite altitude de transition, les avions ne volent donc non pas à altitude constante mais à pression constante suivant les niveaux de vol.

Affichage aggrandi: Source : K.H. Hack Météorologie pour aviateurs, éditeur @Aéroclub de Suisse
Différents niveaux de vol avec les surfaces isobares correspondantes et l'indication fournie par un altimètre au calage 1013,25 hPa.
Source : K.H. Hack Météorologie pour aviateurs, éditeur @Aéroclub de Suisse

Influence des conditions météorologiques sur les niveaux de vol

Comme le champ de pression en surface varie considérablement au cours du temps et d’une région à l’autre, l’altitude de la surface isobare 1013,25 et donc des niveaux de vol varie elle aussi :

  • Haute pression : la surface isobare 1013,25 hPa est plus élevée qu’en atmosphère standard et les niveaux de vol remontent.
  • Basse pression : la surface isobare 1013,25 hPa est plus basse qu’en atmosphère standard et ainsi les niveaux de vol s’abaissent. Une vigilance particulière s’impose au passage de montagnes lorsque la pression est très basse, car les niveaux de vol peuvent alors se trouver à des altitudes très basses. Certains niveaux de vol situés légèrement au-dessus des reliefs peuvent s'abaisser au point de n'être plus utilisables par les pilotes.
Affichage aggrandi: Source : K.H. Hack Météorologie pour aviateurs, éditeur @Aéroclub de Suisse
Evolution de l'altitude de croisière d'un avion en vol au FL050, traversant successivement des zones de haute puis de basse pression.
Source : K.H. Hack Météorologie pour aviateurs, éditeur @Aéroclub de Suisse

En bref

En vol de croisière, afin que les altitudes mesurées par les altimètres des divers aéronefs soient comparables, et que l’espacement vertical entre ceux-ci soit garanti, les pilotes doivent obligatoirement régler leur altimètre comme si la pression au niveau de la mer tout autour du globe vaut partout 1013,25 hPa.

Si cette référence permet de connaître de manière exacte la distance verticale entre les avions en vol, elle ne permet pas de connaître l’altitude vraie par rapport au sol. L’altitude vraie par rapport au sol sera connue lors d’un atterrissage ou avant le décollage en calant l’altimètre sur la pression réelle de l’aéroport, le QNH (définition de cette pression dans un précédent blog).

En croisière, où en général la hauteur conséquente des avions par rapport au sol ne nécessite pas une précision d'altitude importante (sauf évidemment au-dessus des montagnes !), les pilotes volent au calage 1013,25 hPa.

En phase d'approche ou de montée initiale où la hauteur par rapport au sol se réduit, ils volent en calant au QNH de l'aérodrome vers lequel ils s'approchent ou duquel ils ont décollé.

Le changement de calage entre ces phases de vol s'effectue au niveau d'une altitude de transition située approximativement vers 1500 m.

Illustration concrète

Ce jeudi, une zone de hautes pressions se renforce au nord des Iles Britanniques alors qu’une dépression se creuse sur le nord de l’Italie. Un avion qui volerait par exemple de Reykjavik en Jordanie en passant par la France rencontrerait de fortes variations de pression en volant à altitude constante. En transitant sur un même niveau de vol, admettons le FL180 (18 000 ft au-dessus de l’isobare 1013,25 hPa), on observe bien sur la coupe ci-dessous que sa trajectoire décrit des variations d’altitude en fonction des conditions de pression locales.

Affichage aggrandi: Source : ECMWF visualisé avec le logiciel NinJo @MétéoSuisse
Géopotentiel à 500 hPa (environ 5500 m) prévu jeudi 15 octobre à 2h locales par le modèle européen et tracé en rouge d'une route fictive d'un avion qui irait de Reykjavik en Jordanie en passant par la France.
Source : ECMWF visualisé avec le logiciel NinJo @MétéoSuisse

Calcul des niveaux de vol à MétéoSuisse

Le centre régional ouest MétéoSuisse à Genève fournit des prévisions aéronautiques, dont les altitudes des niveaux de vol, qui, comme vous l’avez compris, sont étroitement dépendantes des conditions de pression.

Les altitudes des niveaux de vol FL100 et FL180 sont déterminées grâce aux 2 radiosondages quotidiens mesurés à Payerne. Ces radiosondages mesurent l’évolution de l'altitude des géopotentielles 700 hPa et 500 hPa, ce qui permet d'estimer les variations de pression et de recalculer l'altitude des FL100 et FL180 en conséquence.

Affichage aggrandi: Source : MétéoSuisse
Radiosondage mesuré à Payerne le mardi 13 octobre à 12UTC (14h locales). Les altitudes des FL100 et FL180 sont calculées à l'aide des altitudes respectives des géopotentielles 700 hPa (cadre violet) et 500 hPa (cadre vert).
Source : MétéoSuisse

Monitoring pour l'aéroport de Genève

Pour assurer un suivi continu de l'évolution des conditions météorologiques qui peuvent impacter les niveaux de croisière des avions, les niveaux sont recalés toutes les 3 heures à l’aide de la mesure de l’altitude de la surface géopotentielle 700 hPa mesurée par la station du Jungfraujoch, située à 3580 m d'altitude. Cette station a été choisie pour le recalage car elle est la plus élevée de Suisse et est par conséquent le meilleur témoin in-situ de l'évolution de la pression en altitude.


Sur le graphique ci-dessous représentant l'évolution de l'altitude de la surface géopotentielle 700 hPa mesurée par 3 stations des Alpes entre lundi midi et mardi midi, on remarque que l'altitude de la surface géopotentielle a nettement diminué (d'environ 50 mètres). Cette baisse s'explique par le creusement de l'axe dépressionnaire en altitude. Les niveaux de vol sont par conséquent en baisse.

Affichage aggrandi: Source : CLIMAP @MétéoSuisse
Relevé de l'altitude de la surface géopotentielle de 700 hPa de lundi 12 à 13h20 locales à mardi 13 octobre à 11h20 locales par 3 stations de mesures du réseau MétéoSuisse : en bleu, au Jungfraujoch (3580 m), en rouge, au col du Grand-Saint-Bernard (2472 m) et en vert au Mont-Rose (2885 m).
Source : CLIMAP @MétéoSuisse

Les altitudes des FL100 et FL180 sont régulièrement fournies aux contrôleurs aériens de l’aéroport de Genève qui estiment ensuite les niveaux de vol utilisables par les avions pour le franchissement des Alpes.

Commentaires (23)

  1. Bidagnole, 15.10.2020, 18:29

    Quelque chose me turlupine: pourquoi n'utilise-t-on pas le GPS pour déterminer l'altitude de l'avion? Cela éviterait ces corrections permanentes en fonction de la météo et ces trajectoires en montagne. russes. Il doit bien avoir une bonne raison, mais laquelle?

    1. MétéoSuisse, 19.10.2020, 03:00

      Bonjour, le GPS est une technologie relativement récente et tous les avions ne sont pas forcément équipés. Les données GPS sont moins fiables pour donner un emplacement vertical qu'horizontal avec des biais qui varient suivant les régions du globe. Le signal n'est également pas toujours de bonne qualité. Les altimètres des avions restent donc encore une source plus fiables et peuvent être calibrés afin que tous les avions soient aux même niveaux de vol comme expliqué dans l'article.

  2. Michel Regard, 14.10.2020, 14:09

    Explications bien faite d'un sujet au demeurant complexe. Bravo on en redemande !

  3. ce que l'on sait, c'est que cette nuit, il faisait nuit, 14.10.2020, 13:30

    Re, c est bien ce qu'il me semblait, lorsque le copilote voyait de fumée dans le cokpit... ce qu'on ententait durant les différents flash et éditions 19h30 qui a duré 40 minutes sur cet accident tragique, merci de votre réponse

  4. Frederik Beeftink, 14.10.2020, 12:26

    N'étant pas pilote de ligne: merci pour votre discours pédagogique et intéressant.Le lien très relatif entre le ciel et la terre...

  5. Antoine, 14.10.2020, 11:21

    Merci pour ces explications claires et détaillées.
    Super intéressant, comme tout votre blog d'ailleurs.

  6. Wampfler Samuel, 14.10.2020, 10:25

    Excellent. J'apprends beaucoup de choses expliquée de cette façon. Merci.

  7. Blaise, 14.10.2020, 09:56

    Absolument passionnant pour un laïc !
    Est-ce qu’une erreur de calage altimétrique pourrait expliquer le crash de l’avion indien sur le Mont Blanc survenu il y a quelques dizaines d’années ?

    1. MétéoSuisse, 14.10.2020, 19:13

      Bonjour,

      Il y a eu 2 accidents d'Air India dans le massif du Mont Blanc, en 1950 puis en 1966. Celui de 1950 a effectivement été attribué à une erreur de calage altimétrique. En revanche, il n'y a aucune certitude sur l'origine de celui de 1966.

  8. Bastien, 14.10.2020, 08:01

    Merci pour ces articles toujours très intéressants.

    Serait-il possible d’en publier un sur les spécificités des hautes et basses pressions?

    1. MétéoSuisse, 14.10.2020, 19:04

      Bonjour,
      Pourriez-vous préciser votre demande ? Nous avons déjà publié de nombreux blogs sur les zones de hautes et basses pressions et sur leur influence sur les conditions météorologiques.

  9. Jonathan, 14.10.2020, 07:56

    Bonjour,

    Article très intéressant je vous remercie!

    Une question: quelle est la différence avec le QNH qui est calé avant chaque vol?

    Merci d'avance

    Meilleures salutations

    1. MétéoSuisse, 14.10.2020, 18:57

      Bonjour,

      Excellente question. Le QNH est la pression atmosphérique réduite au niveau de la mer dans le référentiel ISA. Autrement dit, cette pression ne tient pas compte de la température au sol qui est en général différente de la température en atmosphère standard.

      Le calage au QNH permet donc d'afficher l'altitude de l'aéronef par rapport au niveau de la mer.

      Vous trouverez plus d'informations sur les pressions utilisées pour les calages altimétriques dans ce blog : https://www.meteosuisse.admin.ch/home/meteo/termes-meteorologiques/pression-atmospherique-qfe-qff-qnh.html (lien accessible uniquement depuis notre site web).

  10. Gay Aimé, 14.10.2020, 07:27

    Bonjour et merci pour cette excellente vulgarisation. Les FL sont rarement utilisés pour des vols planeurs ( à part pour des vols distance ). Les sujets aéronautiques m'intéressent beaucoup car vous avez l'art et la manière d'expliquer simplement (à la manière de Darius Rochebin 😉)

    Merci pour votre job et plus de sujets aéronautiques 👍👍

  11. Maurice BONAZ, 13.10.2020, 21:34

    Très intéressant , merci pour ces explications.

  12. Brice D., 13.10.2020, 20:56

    Bravo pour cet article très pédagogique, l’altimétrie n’est pas toujours un thème aisé à présenter !

  13. Patrick, 13.10.2020, 20:13

    Merci pour cet excellent article très intéressant et détaillé.

    Dans quelle marge à varié la pression de référence en Suisse ces dernières années ?

    Pour un altimètre, un réglage dans une plage de 970hPa à 1060hPa permet-il de couvrir toutes les situations pratiques ?

    1. MétéoSuisse, 14.10.2020, 11:48

      Bonjour, la pression (réduite au niveau de la mer) en Suisse se trouve généralement entre 980 et 1050 hPa.

  14. ce que l'on sait c est que cette nuit y faisait nuit, 13.10.2020, 18:07

    Bonjour, j ai une question l'accident survenu le 3 setptembre 1998 avec le fameux sr111 faisant 229 victimes dont 41 suisses. J'ai tout suivit, d ailleurs ce soir la, des flash survenait toute la journée wt a 19h30 une édition spéciale était présentée par Massimo Lorenzi, c etait impressionnant, il était ému et tout. Mais je crois qu'ils n'ont jamais su exactement a quoi était du l'accident. J avais 10 ans. Mais je me rappelle bien etre dans mon canapé avec les parents devants ces nouvelles.... auriez vous des idées des causes ? Bravo auy journalistes car annoncer une chose pareille doit etre très difficile. Quand je pense le direct fait des siennes, c est encore pire. Aucun de mes prochea ou amis avait pris ce vol , heureusement

    1. MétéoSuisse, 14.10.2020, 11:46

      Bonjour, l'accident était le résultat d'un incendie lié au système de divertissement à bord. Pas de lien avec la météorologie.

  15. Pascal_fr_39, 13.10.2020, 17:54

    Bonjour,
    lorsque vous ecrivez qu'un hPa.= 8,5 m, je suppose que c'est le cas à la pression de 1000 hPa, et avec une temperature donnée. Car à 3000m par exemple, l'épaisseur d'un hPa est beaucoup plus importante. De meme pour la température, et on le voit bien en montagne, on "prend" beaucoup plus d'altitude à l'altimètre en hiver qu'en été sur une même randonnée car l'air est forcément plus dense. Comment ces variations naturelles sont gérées en aéronautique?

    1. MétéoSuisse, 14.10.2020, 18:49

      Bonjour,
      Merci pour votre remarque tout à fait juste : la diminution de la pression avec l'altitude n'est en effet pas linéaire, elle est en fait logarithmique, c'est-à-dire qu'elle est importante en basses couches et l'est de moins en moins au fur et à mesure qu'on s'élève. La pression diminue de 1 hPa tous les 8,5 m sous 3000 m environ dans le référentiel de l'atmosphère standard qui considère une température moyenne en surface de 15 °C et un gradient de température fixe en altitude.
      La température est aussi étroitement liée à la pression, élément important que nous n’avons pas développé dans ce blog. L'air chaud, moins dense, occupe un volume plus grand, ce qui se traduit par un espacement des isobares en altitude. Au contraire, l'air froid, plus dense, occupe un volume plus restreint, les isobares sont donc plus resserrées an altitude et les variations de pression plus rapides en altitude, d'où des variations également plus rapides sur les altimètres en hiver.
      En aéronautique, l'écart d'altitude induit par le fait que les conditions réelles diffèrent du référentiel de l'ISA s'estime en convertissant les écarts de pression et de température en équivalent hauteur : par exemple, en air froid ou en zone dépressionnaire, les isobares étant plus resserrées, les pilotes savent que l’altitude indiquée par l’altimètre est plus haute que leur altitude réelle.

    2. Pascal_fr_39, 15.10.2020, 06:32

      Merci pour cette réponse très détaillée, avec la demonstration du rôle important du pilote dans l'exploitation et l'interprétation des informations qu'il reçoit des instruments.