Aérologie - Définition

Instruments de mesure

Données aérologiques par satellite météorologique (Source: NOAA).

Les caractéristiques physiques réelles d'une colonne d'air sont mesurables par des sondages. Ces derniers sont effectués à l'aide de radiosondes suspendues à des ballon-sondes. Les différents services météorologiques mondiaux ont depuis longtemps établis tout un réseau de stations qui lâchent deux fois par jour (0 et 12 heures TU) de tels ballons afin d'obtenir une vision en trois dimensions de l'atmosphère. L'Organisation météorologique mondiale coordonne le transfert de ces informations à travers le globe.

Plus récemment, d'autres moyens sont utilisés pour trouver la structure de l'atmosphère dans des couches plus élevées ou à des endroits plus difficiles d'accès :

• Les satellites météorologiques donnent des informations sur la température et l'humidité de l'atmosphère qu'on peut approximer à celle de P et T grâce à certaines hypothèses. Ils peuvent donner d'autres informations comme la composition de l'atmosphère par l'analyse de la radiation.
• Les avions de ligne peuvent donner des informations sur P et T le long de leur trajectoire. Ce n'est pas une mesure complète puisque l'avion ne parcours pas toutes les altitudes mais l'information est complémentaire.
• Les fusées ou avions de recherche munies de capteurs vont donner des informations également sur la composition de l'atmosphère.
• Les profileurs de vent, des radars pointant verticalement, donnent des informations sur les vents horizontaux, la précipitation et le mouvement vertical de l'air.
• Les célomètres donnent des indications sur la hauteur des nuages, sur la présence de particules de poussière, de fumée ou de précipitation dans l'air. De plus, par le coefficient d'extinction de leur faisceau, on peut estimer la visibilité verticale et la présence de pollution.

Utilisations

Prévisions météorologiques

Les données aérologiques de la troposhpère sont utilisées pour initialiser les modèles de prévision numérique du temps. Ces complexes programmes informatiques, qui essayent de résoudre les équations dynamiques de l'atmosphère, utilisent comme variables les données obtenus par l'aérologie pour prévoir le déplacement des systèmes météorologiques et les précipitations. La précision est telle, que l'on a couramment 1 minute d'écart sur un temps de vol prévu de 8 heures.

Vol à Voile

Il y a longtemps que le vol des oiseaux (voiliers) a été observé. Un énorme travail d'observation a été réalisé notamment par Louis Mouillard (1834-1897) qui a réalisé des planeurs primitifs et a surtout laissé deux livres: L'empire de l'air et Le Vol sans battements. Il pensait qu'un jour viendrait ou l'homme voyagerait dans les airs en se faisant porter par le vent. Il s'est pas mal trompé dans ses théories, même si l'apport scientifique est très positif. La théorie de l'ascendance dynamique est cependant connue depuis Otto Lilienthal (1848-1896) qui fut le premier à monter plus haut que son point de départ à bord d'un planeur primitif de son invention. Le vol à voile dépend d'une bonne connaissance de la structure atmosphérique en utilisant l'instabilité thermique, les soulèvements orographiques et les ondes de reliefs.

Acoustique

Les données aérologiques ont permis de tirer les variables affectant la vitesse du son dans l'air : la température et l’humidité.

L'atténuation des bruits est elle due à la compression élastique dans un gaz à pression constante selon :

où

• L₀ est le niveau théorique à la source en décibel (dB) ;
• D est la distance.

En pratique l'atténuation horizontale est nettement plus élevée (on ajoute en moyenne -8 dB) et surtout extrêmement variable car les calculs de bruits sont toujours très empiriques. En plus, l'air n'est pas à pression et température constante, sa composition est variable et finalement, il n'est pas élastique de manière symétrique à cause de l'action du vent sur l'onde verticale et du gradient sur l'onde horizontale. Les données aérologiques permettent donc de calculer les caractéristiques acoustiques d'un endroit à un moment donné.

Dispersion des polluants

La pollution est en partie visible, comme dans les autres milieux, à cause des poussières et aussi parce que certaines particules favorisent la condensation. Dans les cas extrêmes, il y a odeur. Cependant, le plus gros de la pollution est inodore et invisible. Ce faisant, les polluants peuvent être plus ou moins dispersées par le vent et l'air peut être lavé par la pluie. Leur concentration après émission dépend de la stabilité de l'air: les polluants seront concentrés dans une mince couche (air stable) ou dispersés (air instable). De plus, la variation de la stabilité et les vents montrent la trajectoire de ces matières.

L'utilisation des données aérologiques permet de définir la hauteur des cheminées pour éviter les situations stables, comme les inversions, afin de diluer la concentration des rejets de combustion. Ces mêmes données peuvent servir à retracer la source d'un polluant et à prévoir d'éventuelles dépositions au sol, à condition de bien connaitre non seulement les caractéristiques de la masse d'air mais également les apports chimiques et d'humidité de l'activité industrielle responsable.