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Quand les avions intensifient la pluie ou la neige !

Crédits : Pixabay.

Lorsqu’un avion traverse la partie supérieure d’une couche nuageuse qui précipite, il peut provoquer une intensification localisée de la pluie ou de la neige en surface. Un phénomène aisément détecté par les radars situés à proximité des aéroports. Une étude parue en janvier dernier documente pour la première fois ce phénomène de façon détaillée.

De temps à autre, d’étranges structures apparaissent sur les images radars utilisées par les météorologues pour le suivi des zones de précipitations (pluie, neige…). Parfois, l’intensité de ces dernières est renforcée d’un facteur 2 à 10 selon des bandes très étroites de quelques kilomètres de long et quelques centaines de mètres de large. Ces signatures radars atypiques persistent généralement de 30 minutes à 1 heure. On parle de LIP (de l’anglais Localized Intensification of Precipitation, ou intensification localisée des précipitations). Elles sont essentiellement observées à proximité des aéroports, là où les avions traversent les nuages pour décoller ou atterrir.

Cette dernière indication est fondamentale. Depuis plusieurs décennies, les scientifiques savent en effet que les avions peuvent provoquer des perturbations substantielles dans la microphysique d’une couche nuageuse lorsqu’ils la traversent. Ils sont donc en mesure d’affecter les précipitations.

Une étude détaillée du phénomène

Une étude parue le 12 janvier 2019 dans la revue JGR : Atmospheres s’est penchée sur le phénomène. Les auteurs ont analysé 11 ans de données radar de l’aéroport d’Helsinki-Vantaa, où il n’est pas rare que des LIP surviennent. Entre 2008 et 2018, ils ont identifié 17 jours avec de multiples occurrences des structures recherchées. En outre, les chercheurs ont bénéficié de données satellitaires, de lidars et de ballons-sondes qui leur ont permis d’étudier la morphologie, la taille et la densité des particules nuageuses de même que le profil thermique. Ainsi, le phénomène a pu être documenté comme jamais auparavant.

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Image radar avec LIP – indiqué par la flèche noire -, daté du 10 mars 2009. Crédits : D. Moisseev & al. 2019.

Des gouttelettes aux cristaux de glace

Contrairement à ce que l’on pourrait penser, le mécanisme en jeu n’implique pas les particules de combustion émises par les avions. En fait, il est purement mécanique. Le renforcement des précipitations est la conséquence – indirecte – de la baisse brutale de pression qui survient au-dessus des ailes et à l’arrière de l’appareil. S’il traverse une couche nuageuse constituée de gouttelettes d’eau surfondue*, il va initier la glaciation sur son passage.

Pourquoi ? Car la baisse de pression conduit à un refroidissement local pouvant aller jusqu’à plus de 25 degrés. Même si cette perturbation est ponctuelle – le temps que l’avion passe -, elle est suffisante car les gouttelettes sont dans un état instable de surfusion.

Alors que les particules commencent à transiter vers la phase glace, une réaction en chaîne se produit. Plus le nombre de cristaux augmente, plus leur croissance est favorisée aux dépens des gouttelettes surfondues. Cela conduit à une glaciation locale du nuage qui s’étend autour de la trajectoire de l’avion. En grossissant, les cristaux de glace vont précipiter et – le cas échéant – ensemencer la couche nuageuse située en dessous. Il s’ensuit une augmentation de la concentration en flocons de neige dans cette dernière, par stimulation de l’agrégation. Finalement, les précipitations arrivant au sol sous forme liquide ou solide sont intensifiées.

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Réflectivité radar et LIP – repéré par une flèche noire -, daté du 11 décembre 2008. D. Moisseev & al. 2019.

Un processus artificiel qui suscite l’intérêt

Ainsi, pour que les LIP se produisent, il faut que les conditions de température, d’humidité et de “microphysique” soient favorables, ce qui peut expliquer pourquoi leur fréquence n’est pas plus élevée. Les auteurs précisent par ailleurs que si ces structures ont une origine artificielle, elles mettent néanmoins en jeu un processus naturel. Finalement, ces expériences accidentelles pourraient permettre de mieux comprendre la microphysique nuageuse, et la façon dont elle aboutit à la formation et/ou à l’intensification des précipitations.

* C’est-à-dire liquides à des températures inférieures à 0 °C. Elles peuvent le rester jusqu’à des températures s’approchant des -40 °C.

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