Qu’est-ce que la turbulence atmosphérique?

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Apprends la science qui sous-tend les quatre principales causes de turbulence.

Tu es assis confortablement dans un siège d’avion. Peut-être que tu regardes un film ou que tu joues à un jeu. Le chariot des boissons et des collations n’est qu’à quelques rangées de toi. C’est presque ton tour!

Soudain, la consigne “Bouclez vos ceintures s’allume. L’agent de bord pousse le chariot à l’arrière de l’avion. L’avion commence à monter et à descendre. Une voix sort du haut-parleur. « Mesdames et messieurs, nous traversons une zone de turbulence… »

La turbulence peut faire peur. Mais comme toutes choses, elle est moins effrayante quand on apprend la science qui la sous-tend.

La turbulence fait référence à l’instabilité des mouvements de l’air ou de l’eau. Lorsque tu es en avion, la turbulence est occasionnée par les changements dans l’écoulement de l’air. Celui-ci fait référence au mouvement de l’air d’une zone à une autre. Il fait aussi référence au mouvement de l’air par rapport à la surface d’un corps le traversant, comme un avion. 

Voici les quatre principales causes de turbulence :

  1. La turbulence thermique
  2. La turbulence mécanique
  3. La turbulence causée par le cisaillement du vent
  4. La turbulence de sillage

Examinons chacune d’elles plus en détail.

Qu’est-ce que la turbulence thermique?

La turbulence causée par l’air chaud qui s’élève est appelée turbulence thermique. L’air chaud monte à cause de la convection. C’est un type de transfert de chaleur qui se produit dans les fluides (les liquides et les gaz).

La convection se produit lorsqu’il y a une différence de température dans un fluide. Les molécules de la zone la plus chaude ont plus d’énergie que celles de la zone la plus froide. Les molécules plus chaudes sont également moins denses. Comme l’air chaud monte et que l’air froid descend, les molécules de la zone plus froide s’élèvent vers la zone plus chaude et moins dense. Les molécules se refroidissent, perdent de l’énergie et redescendent.

Le mouvement des molécules crée un courant de convection. Les courants de convection peuvent provoquer des orages. Les orages sont une cause fréquente de turbulence thermique.

Les orages se produisent lorsque de l’air chaud et humide monte rapidement. Lorsque cela arrive, la vapeur d’eau se condense en gouttelettes. À mesure que chaque gouttelette se condense, elle libère une petite quantité de chaleur. Mais lorsque de nombreuses gouttelettes dégagent de la chaleur en même temps, il en résulte une masse d’air soudaine et chaude.

Ces masses d’air chaud sont extrêmement fortes! Elles peuvent déplacer un avion de haut en bas. Heureusement, grâce au radar, les pilotes peuvent voir les orages le long de leur route et dévier de leur trajectoire de vol pour se rendre à destination.

Le savais-tu?

Le type de nuages qui forment des orages est appelé cumulonimbus. Tu peux facilement les reconnaître à leur grande taille imposante et à leur forme distincte d’enclume!

Vue d’un cumulonimbus à partir d’un petit avion
Vue d’un cumulonimbus à partir d’un petit avion (Shawn de Airdrie, Canada [CC BY-SA 2.0] via Wikimedia Commons).

Qu’est-ce que la turbulence mécanique?

La turbulence mécanique se produit lorsque des objets naturels ou d’origine humaine à la surface de la Terre perturbent la circulation de l’air. Par exemple, les montagnes et les grands immeubles peuvent causer des turbulences mécaniques.

La turbulence causée par les chaînes de montagnes est une forme de turbulence mécanique. Elle se produit lorsque le vent souffle horizontalement au-dessus d’une chaîne de montagnes. Le vent se déplace comme des vagues au-dessus des différents sommets de la chaîne de montagnes. Cela crée des vents tourbillonnants appelés tourbillons. Ces vagues d’air peuvent se poursuivre à des centaines de kilomètres d’une montagne. C’est pourquoi elles prennent parfois les pilotes par surprise!

Un effet semblable se produit lorsque le vent circule horizontalement au-dessus des immeubles d’une ville.

Nuages circulant au-dessus d’une chaîne de montagnes
Nuages circulant au-dessus d’une chaîne de montagnes (chuyu via iStockphoto).

Qu’est-ce que la turbulence en air clair?

As-tu déjà eu connaissance de turbulences dans un avion qui volait dans un ciel parfaitement clair? C’était de la turbulence en air clair. Comme son nom le laisse entendre, cela se produit lorsque le ciel est clair et sans nuages.

La turbulence en air clair se produit lorsque deux masses d’air se déplaçant à des vitesses différentes se rencontrent. Un bon exemple est la rencontre des courants-jets. Ce sont des courants d’air qui se déplacent rapidement. Ils circulent autour de la Terre dans une zone de l’atmosphère appelée tropopause. C’est la limite entre la troposphère et la stratosphère. La troposphère est la couche d’atmosphère la plus près de la surface de la Terre. La stratosphère est la couche d’atmosphère au-dessus de la troposphère.

Les courants-jets
Les courants-jets. Les vents les plus forts sont de couleur rouge (NASA/Goddard Space Flight Center [domaine public] via Wikimedia Commons).

Les courants-jets se déplacent très rapidement. Lorsqu’ils rencontrent de l’air qui se déplace plus lentement, ils forment des tourbillons à la jonction de l’air chaud et de l’air froid. Par exemple, cela se produit lorsque l’air froid de l’Arctique rencontre l’air chaud du sud. Ces changements rapides de la vitesse du vent sont appelés cisaillements du vent.

Les courants-jets peuvent causer des turbulences qui secouent un avion. Ils sont imprévisibles, et par conséquent, ton pilote ne peut pas toujours les éviter!

Qu’est-ce que la turbulence de sillage?

Enfin, les avions eux-mêmes peuvent causer des turbulences. Pensez aux extrémités pointues des ailes d’avion. Quand elles poussent l’air, elles créent des tourbillons. Et ces tourbillons provoquent de la turbulence de sillage. C’est pourquoi les pilotes ne peuvent pas décoller ou atterrir immédiatement après un autre avion. C’est aussi pourquoi on ne voit jamais un avion voler directement derrière un autre.

Le savais-tu?

Si tu as déjà assisté à un spectacle aérien, tu as peut-être remarqué que les avions volaient en V. Il s’agit d’une tactique militaire mise au point durant la Première Guerre mondiale pour maximiser la puissance de feu. Mais la formation en V permet aussi aux avions de ne pas traverser les tourbillons créés par les ailes des autres avions!

Turbulence de sillage causée par les extrémités d’aile
Turbulence de sillage causée par les extrémités d’aile d’un C-17 Globemaster. L’« ange de fumée » est causé par des fusées éclairantes lancées de l’avion (Sergent Russell E. Cooley IV [domaine public] via Wikimedia Commons).

Devrais-tu avoir peur de la turbulence?

La plupart des gens sont d’accord pour dire que la turbulence peut être inconfortable. Et nous sommes nombreux à trouver cela un peu effrayant. Mais il faut se rappeler que l’industrie du transport aérien est conçue dans un grand souci de sécurité.

Par exemple, les contrôleurs aériens surveillent les perturbations atmosphériques potentielles. Lorsque les pilotes connaissent des turbulences, ils en informent le contrôle de la circulation aérienne. Le contrôle de la circulation aérienne peut alors conseiller aux autres pilotes qui prévoient emprunter cette route de suivre une autre trajectoire.

Les avions modernes sont conçus de manière à résister à beaucoup de turbulences. Par exemple, les avions sont conçus pour supporter une charge 1,5 fois supérieure à celle qu’ils transportent lors d’un vol habituel.

Le savais-tu?

Si la turbulence t’inquiète, choisis un siège près des ailes de l’avion. Ces sièges tendent à être les plus stables lors de turbulences.

Selon la Federal Aviation Administration des États-Unis, en moyenne seulement 33 cas de blessures liées à des turbulences sont rapportés chaque année. Quand on pense au nombre de personnes qui prennent l’avion chaque jour, ce n’est pas beaucoup de blessures!

Souvent, les personnes qui se blessent ne portaient pas leur ceinture de sécurité. Par conséquent, la prochaine fois que tu prendras l’avion et que le voyant de la ceinture de sécurité s’allumera, attache-toi!

Les causes de la turbulence de l’air expliquées (2018) 3 minutes pour comprendre (3 mins 24 secs)

Amorces de discussion

Faire des liens

  • As-tu déjà traversé une zone de turbulence en avion? Comment t’es-tu senti?
  • Les gens qui prévoient prendre l’avion devraient-ils s’attendre à des turbulences? Explique.
  • Lorsqu’on vole, est-ce qu’il est possible de se préparer en vue de turbulences? Pourquoi, ou pourquoi pas?
  • Aimerais-tu traverser un orage en avion? Pourquoi, ou pourquoi pas?

Faire des liens

  • As-tu déjà traversé une zone de turbulence en avion? Comment t’es-tu senti?
  • Les gens qui prévoient prendre l’avion devraient-ils s’attendre à des turbulences? Explique.
  • Lorsqu’on vole, est-ce qu’il est possible de se préparer en vue de turbulences? Pourquoi, ou pourquoi pas?
  • Aimerais-tu traverser un orage en avion? Pourquoi, ou pourquoi pas?

Relier la science et la technologie à la société et à l'environnement

  • Nomme des technologies qui ont été appliquées au transport aérien moderne pour assurer la sécurité du transport face aux tempêtes et aux turbulences.
  • Les scientifiques possèdent une bonne compréhension de la turbulence et de ses conséquences sur les avions. Mais peut-on garantir aux voyageurs qu’ils sont en sécurité? Explique.
  • Il est actuellement impossible de faire modéliser par ordinateur les complexités de la turbulence. Penses-tu que nous aurons un jour des ordinateurs capables de faire cela? Pourquoi, ou pourquoi pas?

Relier la science et la technologie à la société et à l'environnement

  • Nomme des technologies qui ont été appliquées au transport aérien moderne pour assurer la sécurité du transport face aux tempêtes et aux turbulences.
  • Les scientifiques possèdent une bonne compréhension de la turbulence et de ses conséquences sur les avions. Mais peut-on garantir aux voyageurs qu’ils sont en sécurité? Explique.
  • Il est actuellement impossible de faire modéliser par ordinateur les complexités de la turbulence. Penses-tu que nous aurons un jour des ordinateurs capables de faire cela? Pourquoi, ou pourquoi pas?

Explorer les concepts

  • Qu’est-ce qui cause les courants de convection dans l’atmosphère? Décris une situation météorologique qui résulte de la convection.
  • Qu’est-ce que le vent? Comment le vent est-il lié à la turbulence atmosphérique?
  • Que sont les courants-jets? Comment influencent-ils les courants atmosphériques?
  • À l’aide d’Internet ou d’autres sources, cherche la hauteur maximale qu’une masse d’air convectif, comme celle que l’on trouve dans un orage, peut atteindre dans l’atmosphère Compare cette hauteur à la hauteur moyenne à laquelle vole habituellement un avion à réaction avec passagers. Quelles conclusions en tires-tu?

Explorer les concepts

  • Qu’est-ce qui cause les courants de convection dans l’atmosphère? Décris une situation météorologique qui résulte de la convection.
  • Qu’est-ce que le vent? Comment le vent est-il lié à la turbulence atmosphérique?
  • Que sont les courants-jets? Comment influencent-ils les courants atmosphériques?
  • À l’aide d’Internet ou d’autres sources, cherche la hauteur maximale qu’une masse d’air convectif, comme celle que l’on trouve dans un orage, peut atteindre dans l’atmosphère Compare cette hauteur à la hauteur moyenne à laquelle vole habituellement un avion à réaction avec passagers. Quelles conclusions en tires-tu?

Nature de la science et de la technologie

  • Comment notre compréhension de la turbulence atmosphérique fournit-elle un bon exemple des limites de la compréhension scientifique de phénomènes naturels? Explique.

Nature de la science et de la technologie

  • Comment notre compréhension de la turbulence atmosphérique fournit-elle un bon exemple des limites de la compréhension scientifique de phénomènes naturels? Explique.

Littératie médiatique

  • Quels sont des exemples de sites Web et de ressources sur la prévision des turbulences que tu peux trouver en ligne?

Littératie médiatique

  • Quels sont des exemples de sites Web et de ressources sur la prévision des turbulences que tu peux trouver en ligne?

Suggestions pour l'enseignement

  • Cette vidéo et cet article peuvent être utilisés pour appuyer l’enseignement et l’apprentissage des sciences de la Terre et de la météorologie liées au vent. Les concepts introduits comprennent la turbulence, l’écoulement de l’air, la turbulence thermique, la convection, le transfert de chaleur, les fluides, les cumulonimbus, la turbulence mécanique, la turbulence causée par une chaîne de montagnes, les tourbillons, la turbulence en air clair, les courants-jets, la tropopause, le cisaillement du vent et la turbulence de sillage.
  • Pour qu’ils accèdent à des connaissances antérieures et acquièrent une nouvelle terminologie avant de lire cet article, les enseignants pourraient demander aux élèves d’utiliser la stratégie d’apprentissage Aperçu du vocabulaire. Les fiches reproductibles prêtes à l’emploi pour cette vidéo et cet article sont disponibles en formats [Document Google] et [PDF].
  • Avant de lire cet article, les élèves pourraient aussi regarder la vidéo A quoi sont dues les turbulences? Cela pourrait leur faire revoir des concepts qu’ils ont déjà appris ou les initier à du nouveau contenu. S’il s’agit d’un nouveau contenu, les enseignants pourraient utiliser la stratégie d’apprentissage Évaluation de vidéo pour que les élèves réfléchissent aux concepts présentés dans la vidéo et les analysent. Les fiches reproductibles prêtes à l’emploi pour cette stratégie peuvent être téléchargées en formats [Document Google] et [PDF].
  • Lorsque les élèves auront revu comment le vent se forme, les enseignants pourraient diriger une discussion sur la circulation des molécules d’air et la façon dont celle-ci influe sur les conditions atmosphériques. Cette vidéo A quoi sont dues les turbulences? fournit des exemples concrets de la façon dont le mouvement de l’air et la convection contribuent à la création de turbulences. Les enseignants pourraient utiliser la Grille de création de questions pour encourager les élèves à pousser leur réflexion sur ce sujet. Les fiches reproductibles prêtes à l’emploi de cette stratégie peuvent être téléchargées en formats [Document Google] et [PDF].
  • Après la lecture de l’article et la discussion, les enseignants pourraient utiliser la stratégie d’apprentissage Toile de définition du concept pour offrir aux élèves la possibilité de renforcer ce qu’ils viennent d’apprendre. Cette activité peut être menée seule ou en groupe. Les fiches reproductibles prêtes à l’emploi pour cette stratégie sont disponibles en formats [Document Google] et [PDF].

Un grand merci à M. Roland Baker qui a contribué à l’élaboration des Points de départ.

Suggestions pour l'enseignement

  • Cette vidéo et cet article peuvent être utilisés pour appuyer l’enseignement et l’apprentissage des sciences de la Terre et de la météorologie liées au vent. Les concepts introduits comprennent la turbulence, l’écoulement de l’air, la turbulence thermique, la convection, le transfert de chaleur, les fluides, les cumulonimbus, la turbulence mécanique, la turbulence causée par une chaîne de montagnes, les tourbillons, la turbulence en air clair, les courants-jets, la tropopause, le cisaillement du vent et la turbulence de sillage.
  • Pour qu’ils accèdent à des connaissances antérieures et acquièrent une nouvelle terminologie avant de lire cet article, les enseignants pourraient demander aux élèves d’utiliser la stratégie d’apprentissage Aperçu du vocabulaire. Les fiches reproductibles prêtes à l’emploi pour cette vidéo et cet article sont disponibles en formats [Document Google] et [PDF].
  • Avant de lire cet article, les élèves pourraient aussi regarder la vidéo A quoi sont dues les turbulences? Cela pourrait leur faire revoir des concepts qu’ils ont déjà appris ou les initier à du nouveau contenu. S’il s’agit d’un nouveau contenu, les enseignants pourraient utiliser la stratégie d’apprentissage Évaluation de vidéo pour que les élèves réfléchissent aux concepts présentés dans la vidéo et les analysent. Les fiches reproductibles prêtes à l’emploi pour cette stratégie peuvent être téléchargées en formats [Document Google] et [PDF].
  • Lorsque les élèves auront revu comment le vent se forme, les enseignants pourraient diriger une discussion sur la circulation des molécules d’air et la façon dont celle-ci influe sur les conditions atmosphériques. Cette vidéo A quoi sont dues les turbulences? fournit des exemples concrets de la façon dont le mouvement de l’air et la convection contribuent à la création de turbulences. Les enseignants pourraient utiliser la Grille de création de questions pour encourager les élèves à pousser leur réflexion sur ce sujet. Les fiches reproductibles prêtes à l’emploi de cette stratégie peuvent être téléchargées en formats [Document Google] et [PDF].
  • Après la lecture de l’article et la discussion, les enseignants pourraient utiliser la stratégie d’apprentissage Toile de définition du concept pour offrir aux élèves la possibilité de renforcer ce qu’ils viennent d’apprendre. Cette activité peut être menée seule ou en groupe. Les fiches reproductibles prêtes à l’emploi pour cette stratégie sont disponibles en formats [Document Google] et [PDF].

Un grand merci à M. Roland Baker qui a contribué à l’élaboration des Points de départ.

En savoir plus

Les turbulences aériennes sont-elles dangereuses et peuvent-elles provoquer le crash d’un avion ? (2016)

Cet article de La Conversation révise la définition des turbulences, des incidents dangereux, et des mesures de sécurité utilisées en avion.

Préparez-vous à une hausse des turbulences en vol (2017)

Cet article de Radio Canada enquête une hausse des risques de turbulences et comment s’adapter à un monde en pleine transformation.

Tout savoir : Le courant-jet (Jet-stream) (2018) 

Cette vidéo de Météo-France (3 min 18 s) explique le courant-jet et ses effets sur le climat mondial.

Références

Coffey, H. (2019, février 14). What is turbulence and can it cause your plane to crash? Independent.

Helmenstine, A. M. (2019, février 2). Convection currents in science, what they are and how they work. ThoughtCo.

National Severe Storms Laboratory. (n.d.). Severe weather 101 - Thunderstorms.

National Weather Service. (n.d.). Turbulence.

Pattenden, R., & Gonzalez, J. P. (2009, octobre 10). Turbulence. AviationKnowledge.

SciShow. (2014, décembre 15). The ups and downs of air turbulence.

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