L'émagramme en autonomie

2.1Une radiographie du ciel#

Imaginez qu'on lâche un ballon équipé d'un thermomètre et d'un hygromètre, et qu'on note, tous les cent mètres, la température et l'humidité de l'air traversé. Reportez ces mesures sur un graphique — altitude en hauteur, température en largeur — et vous obtenez un sondage. Les radiosondes le font deux fois par jour ; les modèles de prévision le calculent pour chaque heure et chaque point de la carte.

Le graphique qui accueille ces mesures s'appelle un émagramme. Sa vertu : il porte, imprimés d'avance, les chemins que suivrait une bulle d'air soulevée. On n'a plus qu'à comparer la bulle et l'air qui l'entoure, comme au chapitre 1, mais d'un seul regard sur toute la hauteur du ciel.

Un émagramme réel impressionne parce que plusieurs familles de lignes s'y croisent (fig. 2.1). La clé : vous n'en utilisez jamais plus de deux à la fois.

Par-dessus ces rails, les deux seules courbes du jour : la courbe d'état T, en trait plein, et la courbe du point de rosée Td, en tirets, toujours à sa gauche.

Premier réflexe devant tout émagramme, avant le moindre calcul : trois lectures à l'œil nu.

1. L'écart entre T et Td. Courbes serrées : air humide (nuages bas, voile, bouchage). Courbes écartées : air sec (bases hautes, ciel bleu).

2. La pente de T, comparée aux adiabatiques voisines. Penche-t-elle davantage (air instable, les bulles accélèrent) ou moins (air stable, elles s'essoufflent) ? Chaque cassure marque un changement de couche.

3. Les inversions : tout segment où T part vers la droite en montant. Ce sont les plafonds potentiels. Regardez ce que fait Td au-dessus : collée au sol le matin, l'inversion est nocturne ; en altitude avec de l'air très sec au-dessus, c'est une inversion de subsidence (chapitre 3) ; en altitude avec de l'air qui s'humidifie, une inversion frontale, signe de dégradation (chapitre 4).

2.2Le sondage de référence#

Pour apprendre le geste, nous travaillerons tout le chapitre sur un seul sondage réaliste : une belle journée de juillet dans une grande vallée des Alpes du Sud. Le décor : fond de vallée à 700 m, décollage orienté sud à 1 500 m, massif dont les crêtes culminent entre 2 500 et 2 800 m. Le sondage est la prévision de 8 h locales au point de la vallée.

Rien d'exotique : la journée d'été « normale » sous un anticyclone modéré. Gardez ces chiffres sous les yeux ; nous allons en tirer, geste après geste, tout ce qu'un pilote et un randonneur veulent savoir.

2.3La méthode en cinq gestes#

Voici le geste complet, à répéter jusqu'à l'automatisme. Il reprend la méthode de la bulle du chapitre 1, dans l'ordre d'un matin de vol : 1 la température de déclenchement, 2 la base, 3 le sommet et le plafond, 4 l'épaisseur et la force, 5 les risques.

Geste 1 — la température de déclenchement

Le matin, l'air au ras du sol est plus froid que l'air qui le surmonte : la nuit, le sol a rayonné sa chaleur vers le ciel et refroidi la couche à son contact. C'est l'inversion nocturne, un couvercle posé sur la vallée. Tant qu'il est là, une bulle chauffée au sol monte de quelques dizaines de mètres, se retrouve plus froide que l'air autour, et retombe.

Le geste (fig. 2.2) : posez le doigt au sommet de l'inversion (1 100 m, 17 °C) et redescendez jusqu'au sol le long de l'adiabatique sèche. Vous perdez 400 m, donc vous gagnez 4 °C : 21 °C. C'est la température de déclenchement. Une bulle partie du sol à 21 °C arrive au sommet de l'inversion à 17 °C, aussi chaude que l'air : elle passe. Toute bulle plus chaude passe franchement.

La courbe horaire atteint 21 °C vers 11 h : ce sont les premiers thermiques de la vallée. Jaugez enfin la marge de la journée, Tmax − Tdécl = 26 − 21 = 5 °C : journée classique. Moins de 2 °C, elle sera poussive, tardive et courte ; plus de 6 °C, elle démarrera tôt et durera.

Geste 2 — la base des cumulus

Suivez maintenant la bulle de l'après-midi, partie du sol à la température maximale. En montant, elle se refroidit de 1 °C tous les 100 m. Sa vapeur ne change pas, mais son point de rosée baisse lentement, d'environ 0,2 °C par 100 m, parce que l'air se détend. L'écart entre les deux se referme donc de 0,8 °C tous les 100 m. Quand il atteint zéro, la vapeur condense : c'est la base du cumulus.

Sur l'émagramme (fig. 2.3) : partez de Tmax = 26 °C au sol et montez sur l'adiabatique sèche ; partez de Td = 9 °C et montez sur la ligne de rapport de mélange. Les deux tracés se croisent vers 2 800 m : le niveau de condensation, base des cumulus. Contrôle : 122 m × (26 − 9) ≈ 2 100 m au-dessus du sol, soit 2 800 m d'altitude. Si votre lecture s'en écarte de plus de quelques centaines de mètres, cherchez l'erreur.

Geste 3 — le sommet des nuages et le plafond

Au-dessus de la base, la bulle est dans son nuage. La condensation libère de la chaleur (la chaleur latente du chapitre 1) et freine son refroidissement : elle ne perd plus que 0,5 à 0,6 °C par 100 m, et continue de monter tant qu'elle reste plus chaude que l'air autour.

Le geste (fig. 2.4) : depuis le point de base, suivez l'adiabatique saturée jusqu'à recroiser la courbe d'état. Ici, la bulle bute vers 3 750 m, dans l'inversion de 3 600–3 800 m : sommet des cumulus. Pour le pilote, le plafond utile est la base : on ne monte pas dans le cumulus. Si l'adiabatique sèche avait recoupé T avant de rejoindre le rapport de mélange, il n'y aurait pas eu de nuage : c'est la journée bleue, et le plafond est l'altitude de cette intersection.

Geste 4 — l'épaisseur des nuages et la force des thermiques

Deux mesures, deux questions. L'épaisseur des nuages (sommet − base) dit s'il peut pleuvoir. La force des thermiques se lit à l'écart entre la bulle et l'air qui l'entoure : plus la bulle est chaude par rapport à son environnement, plus elle est légère, plus elle accélère.

Sur notre sondage (fig. 2.5), l'épaisseur vaut environ 900 m : cumulus humilis à mediocris, aucune averse possible.

Pour la force, mesurez l'écart horizontal entre la bulle et la courbe d'état au milieu de la couche convective : ici, à 1 900 m, environ 3 °C. Repère d'école, en ordre de grandeur : 1 °C, thermiques doux (autour de 1 m/s) ; 2 à 3 °C, bonne journée (2 à 3 m/s) ; plus de 4 °C, thermiques forts. Second indice : plus la couche brassée est épaisse, plus les thermiques sont larges et puissants. Le chapitre 8 affinera avec la vitesse convective.

Geste 5 — les risques : qu'est-ce qui pourrait déraper ?

Un bon prévisionniste ne s'arrête pas à la réponse ; il se demande de combien elle peut se tromper. Trois questions, toujours les mêmes.

Qu'y a-t-il au-dessus du sommet ? Ici, un couvercle franc (4 °C d'inversion sur 200 m) et de l'air très sec : un cumulus qui déborderait s'évaporerait aussitôt. Et si la journée chauffe plus que prévu ? Refaites les gestes 2 et 3 avec Tmax + 3 °C (fig. 2.6) : la base monte à 3 200 m, le sommet reste vers 3 800 m. Le couvercle tient. Y a-t-il de l'énergie en réserve ? La surface entre la bulle et la courbe d'état reste petite (CAPE de quelques centaines de J/kg) : convection de beau temps.

Le verdict tient en une ligne : premiers thermiques vers 11 h, premiers cumulus vers 13 h à 2 600 m, base vers 2 800 m l'après-midi, cumulus plats à moyens, aucun risque d'orage. Cinq minutes de crayon.

2.4L'inversion s'érode : l'emploi du temps de la journée#

Le geste 1 donne une heure ; voyons ce qui se passe entre-temps. Le soleil chauffe le sol, le sol chauffe l'air à son contact, et chaque bulle mélange un peu plus la couche qui la porte. La couche brassée s'épaissit, et l'inversion nocturne disparaît par le dessous, comme une plaque de glace qui fond sur un réchaud (fig. 2.7).

Suivez les heures. À 8 h, rien ne bouge. À 10 h, avec 18 °C au sol, la couche brassée n'atteint que 950 m : quelques bulles molles en fond de vallée, rien au déco. Vers 11 h, 21 °C : l'inversion est percée. Vers 11 h 30, 22 °C : la couche brassée dépasse 1 600 m, le déco est dans le jeu. Vers 13 h, 24,5 °C : les bulles atteignent leur niveau de condensation, les premiers cumulus naissent vers 2 600 m. À 14 h, la base s'est stabilisée vers 2 800 m.

L'inversion d'altitude, elle, ne s'érode pas : elle est entretenue par le haut, par de l'air qui descend et se réchauffe en se comprimant (chapitre 3). Les thermiques l'atteignent l'après-midi mais la percent rarement : c'est elle qui fait les plafonds « béton » des belles journées anticycloniques.

2.5CAPE et CIN : le péage et le carburant#

La méthode donne les altitudes ; les surfaces donnent l'énergie. Entre le trajet de la bulle et la courbe d'état se dessinent deux aires (fig. 2.8). Pensez à une voiture qui doit franchir un dos-d'âne avant une longue descente : il faut d'abord fournir un effort (le péage), ensuite tout se fait seul (le carburant).

La CIN est l'aire où la bulle est plus froide que l'air, sous le niveau de convection libre : le couvercle chiffré. Quelques J/kg : rien ne retient, la convection démarre tôt. Quelques dizaines à une centaine de J/kg : un verrou qui saute en cours de journée si le soleil chauffe assez. Au-delà de 100 à 200 J/kg : un couvercle qui tient souvent toute la journée.

La CAPE est l'aire où la bulle est plus chaude que l'air : le carburant une fois la convection lancée.

La vitesse verticale théorique maximale vaut w = √(2 · CAPE) : 1 100 J/kg donnent 47 m/s, dont un courant réel de l'ordre de la moitié une fois déduits le mélange et le poids de l'eau. C'est l'ordre de grandeur des ascendances sous et dans un cumulonimbus, dix fois le taux de chute de votre voile : on n'est jamais « assez bon pilote » pour voler près d'un orage.

2.6Le vent, sur le côté du sondage#

Sur le côté droit de presque tous les émagrammes, une colonne de petits drapeaux donne le vent à chaque niveau : les barbules (fig. 2.9). La hampe pointe d'où vient le vent ; les barbes, à son extrémité, donnent la force en nœuds : demi-barbe 5 kt, barbe 10 kt, fanion 50 kt (1 kt ≈ 1,85 km/h).

Trois lectures utiles. Le vent au niveau des crêtes (ici 10 kt d'ouest vers 2 500 m) : il dit quelles faces seront au vent et lesquelles sous le vent. Le vent au plafond : au-delà de 15 à 20 kt, les thermiques se couchent et se cassent, difficiles à centrer. Le cisaillement : un changement brusque de direction ou de force entre deux niveaux annonce une zone turbulente, souvent au sommet de la couche brassée.

2.7Plafond du déco, plafond du massif#

Voici la nuance qui distingue un lecteur d'émagramme d'un pilote de cross. Le sondage décrit l'air au-dessus d'un point — souvent le fond de vallée où se trouve le déco. Or l'après-midi, vous volez au-dessus d'un massif.

Un grand massif ensoleillé est un réchaud posé en altitude. À 2 600 m, l'air au contact des pentes rocheuses est nettement plus chaud que l'air libre au même niveau au-dessus de la vallée. Les bulles qui en partent démarrent plus haut et plus chaudes ; la couche brassée s'épaissit au-dessus du relief, et la base avec elle (fig. 2.10). S'y ajoute un effet de modèle : la grille de calcul lisse le relief, et le point « vallée » ignore les crêtes réelles. Résultat : un profil de fond de vallée sous-estime nettement le plafond au-dessus d'un grand massif, souvent de 300 à 800 m l'été, parfois davantage.

La méthode de la bulle de crête en tient compte (fig. 2.11). Placez-vous à l'altitude des crêtes. Température de départ : celle de l'air au contact des pentes ensoleillées — faute de mesure, l'air libre à ce niveau plus 3 à 6 °C par une après-midi d'été ; une balise de sommet vaut mieux qu'une estimation. Point de rosée : celui que porte, à cette altitude, le rail de rapport de mélange issu du Td de la vallée. Refaites les gestes 2 et 3 depuis ce point : ici, 10 °C à 2 600 m donnent une base vers 3 200 m.

2.8Quatre profils types#

Avec la méthode en main, presque tous les sondages d'été se ramènent à quelques familles. Apprenez-les comme des visages (fig. 2.12).

Un cinquième visage se reconnaît sans calcul : la grisaille, T et Td collées sur une couche épaisse sous un gradient stable. Stratus ou stratocumulus, aucune convection utile, crêtes dans le nuage.

2.9Où trouver les sondages prévus#

Deux familles existent. Les radiosondages sont des mesures réelles, lancées à heure fixe (0 h et 12 h UTC) depuis quelques stations ; autour des Alpes du Sud, les plus proches sont par exemple Nîmes, Lyon, Payerne (Suisse) ou Cuneo (Italie). Ils décrivent l'air réel, mais loin de votre site et à heure imposée. Les sondages prévus sont calculés par les modèles, pour chaque heure et n'importe quel point : ce sont eux que vous utiliserez au quotidien.

Quatre précautions. L'heure : les sondages sont souvent en UTC ; ajoutez 2 h en été (12 h UTC = 14 h locales), 1 h en hiver. Le point : vérifiez l'altitude du sol du modèle, qui peut différer de plusieurs centaines de mètres du terrain réel. Le modèle : deux modèles qui divergent sur Tmax ou sur l'humidité d'altitude signalent une journée incertaine. Le recoupement : le matin, comparez le prévu au réel — température à 8 h, premiers cumulus, voile d'altitude. Un sondage qui s'est trompé sur 8 h se trompera sur 15 h.

2.10Le sondage du randonneur#

Pluie, visibilité, orage : les questions du marcheur se lisent sur le même émagramme, dans cet ordre.

2.11Mémo et synthèse#

Lexique du chapitre#

Adiabatique sèche

Rail de refroidissement d'une bulle non saturée qui monte : −1 °C / 100 m, effet de la seule détente.

Adiabatique saturée

Rail de la bulle dans son nuage : ≈ −0,55 °C / 100 m (0,4 en air chaud à 0,8 en air froid). La condensation libère de la chaleur qui freine le refroidissement.

Rapport de mélange

Rail du point de rosée d'une bulle qui monte sans gagner ni perdre de vapeur : ≈ −0,2 °C / 100 m.

Courbe d'état

Profil réel (mesuré ou prévu) de la température avec l'altitude, ce jour-là. Elle n'obéit à aucun rail.

Point de rosée

Température à laquelle il faudrait refroidir l'air pour le saturer. L'écart T − Td mesure la distance à la saturation.

Méthode de la bulle

Suivre une bulle idéale le long de ses rails et la comparer à la courbe d'état pour prévoir base, sommet, plafond et force.

Température de déclenchement

Température à atteindre au sol pour qu'une bulle perce l'inversion nocturne : le sommet de l'inversion redescendu au sol sur l'adiabatique sèche.

Niveau de condensation

Altitude où la bulle qui monte sature : la base des cumulus, environ 122 m × (T − Td) au-dessus du sol.

Plafond

Altitude maximale exploitable en thermique : la base des cumulus ou, par journée bleue, l'altitude où la bulle sèche rejoint la courbe d'état.

Journée bleue

Journée où l'air est trop sec pour que la bulle sature avant son plafond : ascendances réelles, sans cumulus pour les signaler.

Niveau de convection libre (NCL)

Altitude à partir de laquelle la bulle devient plus chaude que l'air et monte sans aide.

CIN (inhibition convective)

Énergie à fournir à la bulle pour atteindre le NCL (J/kg) : le péage.

CAPE

Énergie potentielle convective disponible (J/kg) : aire où la bulle est plus chaude que l'air ; carburant des ascendances, et des orages au-delà d'environ 1 000 J/kg.

Inversion nocturne

Couche collée au sol où la température augmente avec l'altitude, créée par le refroidissement nocturne du sol ; détruite par le bas en matinée.

Barbule

Symbole du vent : la hampe pointe d'où il vient ; barbe 10 kt, demi-barbe 5 kt, fanion 50 kt.

Bulle de crête

Bulle lancée depuis l'altitude des crêtes avec la température de l'air des pentes ensoleillées, pour estimer la base au-dessus d'un massif.

Fin du chapitre 2. Le chapitre 3 quitte la verticale pour la grande échelle : pourquoi l'air tourne autour des dépressions, et d'où vient ce couvercle de subsidence que vous savez maintenant lire.