Le seul problème du transport aérien que les scientifiques n’arrivent toujours pas à comprendre

Le transport aérien est devenu un élément essentiel de l’économie mondiale, transportant des personnes et des marchandises partout dans le monde. Les améliorations apportées à la conception des avions ont rendu les avions plus confortables et plus économes en carburant. Et les réseaux de systèmes avancés de contrôle du trafic aérien contribuent à faire de l’avion l’un des moyens de transport les plus sûrs. Cependant, il existe un problème lié au transport aérien que les scientifiques ne parviennent toujours pas à comprendre : les turbulences.

La turbulence est un phénomène de la dynamique des fluides provoqué lorsqu’un écoulement régulier se divise en tourbillons plus petits, qui se transforment ensuite en tourbillons plus petits et plus chaotiques. Dans le transport aérien, les turbulences provoquent des mouvements irréguliers vers le haut et vers le bas dans un avion. Cela peut rendre le vol inconfortable pour les passagers, rendre les avions plus difficiles à contrôler et, dans des cas extrêmes, même causer des dommages aux avions.

De légères turbulences, qui équivaut à un trajet légèrement cahoteux, sont ce que la plupart des voyageurs rencontreront. Les turbulences modérées impliquent qu’un avion se déplace soudainement de 10 à 20 pieds vers le haut ou vers le bas, et l’avion peut se déplacer jusqu’à 100 pieds ou plus en cas de turbulences sévères. Les incidents de turbulences sévères ont augmenté de 55 % entre 1979 et 2020, et les pilotes américains signalent plus de 5 000 cas de turbulences sévères chaque année.

Les turbulences peuvent avoir plusieurs causes. L’une des causes les plus courantes est le réchauffement inégal de la surface de la Terre, qui provoque de forts courants ascendants et descendants dans l’air. La perturbation du flux d’air le long des frontières où les masses d’air chaud et froid entrent en collision, comme celles qui présentent les conditions météorologiques d’un front froid, est une autre cause de turbulence. Des obstacles tels que des bâtiments, des arbres et même des montagnes peuvent également perturber la circulation de l’air, comme peut le confirmer toute personne ayant pris l’avion à destination ou en provenance de Denver. D’autres avions peuvent également provoquer des turbulences, l’air tourbillonnant au bout des ailes affectant les avions qui les suivent même à des kilomètres derrière eux.

Les avions plus petits sont plus susceptibles d’être affectés par les turbulences que les avions plus lourds. C’est pourquoi les pilotes de petits avions privés ont tendance à éviter de voler pendant les heures les plus chaudes de la journée, lorsque les turbulences dues au réchauffement de la surface sont susceptibles d’être les plus importantes. Et à mesure que les températures mondiales augmentent avec le changement climatique, on s’attend à ce que les turbulences aériennes s’aggravent. Des températures plus élevées augmenteraient la force des courants ascendants dus au chauffage de surface et ajouteraient de l’énergie à l’atmosphère, renforçant potentiellement les tempêtes.

Une meilleure compréhension des turbulences permettrait de meilleures prévisions de turbulences, améliorant ainsi le confort et la sécurité des passagers et améliorant l’efficacité des avions. Cependant, même si les mathématiques de l’écoulement des fluides à grande échelle sont simples, les choses deviennent rapidement plus imprévisibles à plus petite échelle. C’est un problème que les scientifiques s’efforcent de résoudre.

Les scientifiques utilisent les équations de Navier-Stokes pour décrire la façon dont les fluides s’écoulent depuis l’apparition de ces formules au début du 19e siècle. Ces équations utilisent la vitesse, la viscosité et la densité des fluides ainsi que la température et la force de gravité pour quantifier le débit des fluides. Le matériel informatique moderne permet aux scientifiques de créer des modèles mathématiques de l’atmosphère de haute qualité ; cependant, construire un modèle avec une résolution suffisamment élevée pour prédire les turbulences à l’échelle d’un avion individuel restera probablement impossible.

La National Oceanic and Atmospheric Administration a développé un modèle capable de prédire le flux du vent dans des cellules d’environ huit milles de chaque côté. Cependant, cette dimension est encore trop grande pour modéliser la turbulence à une échelle suffisamment petite. Certains chercheurs utilisent ces modèles et observations de la vitesse, de la pression et de la température du vent pour prédire où des turbulences pourraient se produire. Ces modèles, associés au radar météorologique, peuvent aider les pilotes et les contrôleurs aériens à maintenir les avions à l’écart des turbulences. De même, les chercheurs développent des capteurs laser capables de détecter les turbulences de l’air clair difficiles à prédire, bien que les prototypes soient encore trop grands et coûteux pour une utilisation généralisée.

La turbulence est un processus physique complexe que les scientifiques s’efforcent encore de comprendre. Mais grâce aux nouvelles technologies et à l’amélioration de la collecte de données, il sera peut-être possible de rendre les vols un peu moins cahoteux à l’avenir.