Météorologie et aéronautique

Météo­ro­lo­gie et aéro­nau­tique par­tagent un même objet, l’atmosphère, et sont liées par une his­toire com­mune. Cha­cune sti­mule l’autre dans une effi­cace recherche à la fois de sécu­ri­té et de meilleure per­for­mance éco­no­mique. L’im­por­tance de l’es­pace aérien fran­çais donne à la France un rôle inter­na­tio­nal majeur dans le domaine de la météo­ro­lo­gie aéronautique.

Au sor­tir de la Pre­mière Guerre mon­diale, l’industrie aéro­nau­tique et l’aviation fran­çaises sont par­mi les plus per­for­mantes du monde et leur déve­lop­pe­ment encou­rage celui de la météo­ro­lo­gie : sciences, moyens, ser­vices pro­gressent pour l’aviation. L’assistance aux pre­mières tra­ver­sées de l’Atlantique démontre l’essor de la météo­ro­lo­gie aéro­nau­tique. Depuis, l’aviation civile n’a ces­sé de sti­mu­ler l’innovation et les pro­grès tech­niques en météo­ro­lo­gie, et de tirer béné­fice de ser­vices de plus en plus poin­tus, avec deux objec­tifs majeurs : sécu­ri­té et per­for­mance éco­no­mique des opé­ra­tions, en gérant au mieux les vents favo­rables et en évi­tant les aléas contraires. Pré­pa­ra­tion des plans de vol, assis­tance en vol, rou­tage, for­ma­tion des pilotes… sont autant de ser­vices qui visent à faci­li­ter l’évolution des avions au sein de l’atmosphère, en croi­sière et en phases d’approche. Aujourd’hui les infor­ma­tions météo sont mises à jour en temps réel sur des tablettes mises à dis­po­si­tion des pilotes d’Air France et des plus grandes com­pa­gnies avant et durant le vol.

REPÈRES

La conquête de la 3^e dimen­sion a réuni la météo­ro­lo­gie et l’aéronautique dès l’aube du xx^e siècle : en 1898, décou­verte de la stra­to­sphère et pré­fi­gu­ra­tion des radio­son­dages actuels ; en 1909, tra­ver­sée de la Manche… Citons aus­si un immense per­son­nage, Gus­tave Eif­fel, qui s’intéressa d’abord au vent
pour le cal­cul des struc­tures, puis devint à la fois un grand cher­cheur en ‑météo­ro­lo­gie et un pion­nier en souf­fle­rie pour l’étude de l’aérodynamisme des pre­miers avions.

Les avions : des capteurs au service de la météo

Les avions sont de for­mi­dables moyens d’observation per­met­tant de dis­po­ser de pro­fils ver­ti­caux de l’atmosphère et de mesures en croi­sière (tem­pé­ra­ture, vent mais aus­si com­po­si­tion atmo­sphé­rique) avec une réso­lu­tion spa­tiale fine et une grande fré­quence. Les obser­va­tions des pilotes et les mesures embar­quées ont lar­ge­ment contri­bué à faire pro­gres­ser les recherches et les appli­ca­tions opérationnelles.

La den­si­té des obser­va­tions in situ en alti­tude reste en effet faible. Aus­si, la Direc­tion des ser­vices de la navi­ga­tion aérienne (DSNA) et Météo-France œuvrent sans cesse à la conso­li­da­tion de la mise à dis­po­si­tion des météo­ro­logues d’un flux opé­ra­tion­nel sur les don­nées mesu­rées ou déduites des rele­vés des vols.

La France est un contributeur essentiel

Cette sti­mu­lante coopé­ra­tion gagnant-gagnant se donne aujourd’hui de nou­veaux défis.

Les ser­vices fran­çais gèrent l’un des espaces aériens les plus grands d’Europe, avec les espaces médi­ter­ra­néens et du pour­tour atlan­tique que lui délègue l’Organisation de l’aviation civile inter­na­tio­nale (OACI). À cela s’ajoutent les espaces aériens d’outre-mer. Par ailleurs, le tra­fic contrô­lé par la France connaît des évo­lu­tions struc­tu­relles impor­tantes avec des varia­tions mar­quées, aus­si bien sai­son­nières, heb­do­ma­daires, quo­ti­diennes et horaires. Dis­po­ser d’informations météo enri­chies est l’un des leviers impor­tants pour faire face à ces enjeux capa­ci­taires aux­quels s’adossent aus­si des impé­ra­tifs éco­no­miques et envi­ron­ne­men­taux (réduc­tion des émis­sions, du bruit). Et sur­tout les ser­vices météo se doivent d’être à la pointe pour accom­pa­gner une mis­sion de ser­vice public où les enjeux de sécu­ri­té sont critiques.

La météo, enjeu majeur pour la sécurité aéronautique

La com­pré­hen­sion et la pré­vi­sion des condi­tions atmo­sphé­riques adverses, de leurs effets sur les aéro­nefs et moteurs, demeurent des enjeux majeurs. L’activité convec­tive entraîne un cor­tège de risques pour la navi­ga­tion aérienne tels que la tur­bu­lence, le fou­droie­ment, le givrage, les cris­taux de glace, le cisaille­ment de vent, phé­no­mènes qui peuvent éga­le­ment sur­ve­nir en ciel dit « clair », ou être dra­ma­tiques en phase d’approche.

Le trans­port aérien est par­ti­cu­liè­re­ment gêné par la for­ma­tion du brouillard qui conduit les aéro­ports à adop­ter un mode de fonc­tion­ne­ment dégra­dé, la Low Visi­bi­li­ty Pro­ce­dure ou LVP, avec un espa­ce­ment plus grand des avions. Retards, annu­la­tions de vols, dérou­te­ments, mises en attente induisent des com­pli­ca­tions et sur­coûts en cas­cade pour les com­pa­gnies et les pas­sa­gers. Com­ment pré­voir avec anti­ci­pa­tion l’heure de for­ma­tion et de dis­si­pa­tion d’une nappe de brouillard avec une pré­ci­sion de quelques cen­taines de mètres ? L’information sur la levée pos­sible de pro­cé­dure LVP même sur une seule des pistes d’un hub aéro­por­tuaire peut en effet per­mettre la réal­lo­ca­tion des vols et évi­ter la saturation.

Le givrage de tous les dangers

Un autre phé­no­mène dan­ge­reux en aéro­nau­tique est le givrage. Il peut, par exemple, alour­dir l’avion, défor­mer son pro­fil aéro­dy­na­mique, obs­truer des cap­teurs essen­tiels. Il est dû à la pré­sence dans les nuages d’eau sous forme liquide à des tem­pé­ra­tures néga­tives (sur­fu­sion). Ce phé­no­mène est bien connu mais aus­si instable, et très diver­si­fié. Il dépend des condi­tions météo, de la taille des gout­te­lettes d’eau nua­geuses, mais aus­si de para­mètres propres à l’avion (vitesse, type d’avion, temps de vol pas­sé sous cer­taines condi­tions, maté­riaux…). Des inci­dents sans dépôt de glace depuis les années 90 ont mis aus­si en évi­dence un phé­no­mène dif­fé­rent du givrage clas­sique, dit de « cris­taux de glace » se pro­dui­sant à haute alti­tude. Une meilleure com­pré­hen­sion des phé­no­mènes de for­ma­tion de ces cris­taux de glace per­met­tra d’améliorer la détec­tion et l’évitement des zones où se pro­duisent ces phé­no­mènes, zones peu visibles avec les radars actuels des avions, mais aus­si la pro­tec­tion des avions et de leurs équi­pe­ments en fai­sant évo­luer les stan­dards de cer­ti­fi­ca­tion. De tels pro­grès néces­sitent le croi­se­ment des dis­ci­plines et la col­la­bo­ra­tion entre météo­ro­logues, cher­cheurs, pilotes, contrô­leurs aériens, concep­teurs d’équipements et avionneurs.

Cendres et éruptions solaires sous surveillance

D’autres phé­no­mènes plus rares sont mis sous la sur­veillance atten­tive des météo­ro­logues. La France a une mis­sion inter­na­tio­nale de Centre d’avis de cendres vol­ca­niques (VAAC) pour un sec­teur cou­vrant une par­tie de l’Europe, l’Asie, de l’océan Atlan­tique et la tota­li­té de l’Afrique. Avec les don­nées d’observation satel­li­taires et son modèle de chi­mie atmo­sphé­rique Mocage, Météo-France pré­voit la tra­jec­toire de dis­per­sion des cendres très dan­ge­reuses pour les moteurs d’avion. Plus récem­ment, la France a été dési­gnée par l’OACI comme centre mon­dial d’observation de la météo­ro­lo­gie de l’espace, pour faire face aux risques liés à l’activité solaire. Une érup­tion solaire peut en effet géné­rer plu­sieurs types d’impacts : per­tur­ba­tions des sys­tèmes de géo­lo­ca­li­sa­tion et de com­mu­ni­ca­tion (radio, satel­lite), aug­men­ta­tion du niveau de radia­tion du per­son­nel et des pas­sa­gers, per­tur­ba­tion de l’aviation en haute altitude.

Le trafic passagers va doubler en 15 ans

Les pro­jec­tions de l’Association du trans­port aérien inter­na­tio­nal (IATA) indiquent que le nombre de pas­sa­gers aériens va presque dou­bler d’ici 2036,
attei­gnant 7,8 mil­liards de voya­geurs par an.

Des outils collaboratifs innovants

La météo­ro­lo­gie aéro­nau­tique ne cesse donc d’ouvrir de nou­velles pers­pec­tives aux pro­grès scien­ti­fiques et techniques.

Elles ne doivent pas mas­quer le poten­tiel de l’innovation dans le domaine de la dif­fu­sion des ser­vices. Les pro­grès scien­ti­fiques n’ont de sens que s’ils se tra­duisent en infra­struc­tures, outils et conseils adap­tés aux besoins d’aide à la déci­sion des acteurs de l’Aviation civile. L’ergonomie des vec­teurs de dif­fu­sion est par exemple un fac­teur de com­pré­hen­sion de l’information météo­ro­lo­gique. L’améliorer néces­site de faire dia­lo­guer les exper­tises et l’action humaine. C’est ain­si que la DSNA et Météo-France animent un réseau col­la­bo­ra­tif de contrô­leurs et ingé­nieurs en vue de faire émer­ger et vivre des pro­jets inno­vants. Il s’agit notam­ment de déve­lop­per des sys­tèmes inté­grés per­met­tant d’optimiser les flux de tra­fic par des por­tails mul­tiap­pli­ca­tifs qui peuvent être mis à dis­po­si­tion des contrô­leurs, mais aus­si des dis­pat­cheurs des com­pa­gnies aériennes ou des ges­tion­naires de plateformes.

Échelle européenne et échelle mondiale

Les pro­grammes euro­péens SESAR (Single Euro­pean Sky ATM Research) encou­ragent au déve­lop­pe­ment d’interfaces entre les sys­tèmes de navi­ga­tion aérienne et les ser­vices météo­ro­lo­giques. Le pro­gramme TBS Lord est un sys­tème de régu­la­tion dyna­mique des avions à l’atterrissage tenant compte des condi­tions de vent qui sera mis en place sur la pla­te­forme de CDG à l’horizon de 2021. Il s’agit dans un pre­mier temps de réduire le temps de sépa­ra­tion entre deux avions sur une durée fixe, réduc­tion appli­cable à par­tir de seuils de vent préa­la­ble­ment défi­nis. Dans un deuxième temps, le sys­tème doit per­mettre de cal­cu­ler en temps réel le temps de sépa­ra­tion entre deux avions à par­tir de pro­fils de vent obser­vés et pré­vus sur l’axe de des­cente. La France est aus­si res­pon­sable du déve­lop­pe­ment de la pla­te­forme MET-GATE qui per­met­tra, à l’horizon 2025, de dis­po­ser d’un point d’entrée unique, à l’échelle euro­péenne, pour les don­nées météo en for­mat har­mo­ni­sé à l’échelle mon­diale dans un sys­tème glo­bal de ges­tion de l’information (Sys­tem Wide Infor­ma­tion Mana­ge­ment ou SWIM).

Anticiper les menaces

Sécu­ri­té, inno­va­tion, conseil, inter­opé­ra­bi­li­té, pro­duits à haute valeur ajou­tée, aide à la déci­sion… Ces mots qui fédèrent le par­te­na­riat entre les femmes et les hommes de l’aéronautique et de la météo­ro­lo­gie se décli­ne­ront demain dans de nou­veaux défis. Le métier de décon­flic­tion des tra­jec­toires de vols s’exercera dans des espaces aériens éten­dus aux couches les plus basses (vols de drones) ou plus éle­vées (vols subor­bi­taux). Il aura à s’adapter à des usages futurs, civils ou mili­taires, pro­fes­sion­nels ou de loi­sirs, avec de nou­veaux aéro­nefs sans pilotes à bord. L’impératif de sécu­ri­té devra mesu­rer et anti­ci­per de nou­velles menaces, telles que les cyber­me­naces. Le ciel est, depuis Léo­nard de Vin­ci, une for­mi­dable aven­ture humaine, et res­te­ra indu­bi­ta­ble­ment un espace sen­sible de notre sys­tème Terre. Les experts de l’aéronautique et de la météo­ro­lo­gie auront tou­jours en com­mun ce même regard tour­né vers les nuages.

Sortir du brouillard grâce à l’ANR

L’ANR (Agence natio­nale de la recherche) finance un pro­gramme ambi­tieux de recherche, SOFOG3D, por­té par Météo-France avec des par­te­naires fran­çais, anglais et ita­lien. À comp­ter d’octobre 2019 démarre une cam­pagne d’observation de six mois pour mieux com­prendre les pro­ces­sus à l’œuvre. Il s’agit de com­bi­ner des pro­fils ver­ti­caux four­nis par des ins­tru­ments de télé­dé­tec­tion inno­vants (radio­mètre micro-onde, radar nuage et lidar Dop­pler) et par des mesures in situ sous bal­lons cap­tifs, sur drones, ou issues d’un réseau dense de sta­tions de sur­face, afin d’explorer notam­ment les hété­ro­gé­néi­tés spa­tiales du brouillard. Le brouillard est en effet très dif­fi­cile à pré­voir ; pré­sent par poche, il se forme ou se dis­sipe rapi­de­ment. Il met en jeu des pro­ces­sus com­plexes, en inter­ac­tion avec la com­po­si­tion atmo­sphé­rique et la sur­face. Com­prendre et pré­voir le brouillard est un véri­table défi scien­ti­fique. SOFOG3D com­bi­ne­ra des obser­va­tions 3D pré­cises sur des natures de sols dif­fé­rentes (types de végé­ta­tion, cours d’eau, relief) avec des simu­la­tions numé­riques 3D à réso­lu­tion métrique.

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