Les turbulences en air clair, ce danger atmosphérique invisible que les pilotes ne peuvent pas détecter et face auquel les passagers ne peuvent pas se préparer, se sont nettement aggravées au cours des quatre dernières décennies. La cause n’est pas un mystère : le même réchauffement qui remodèle les littoraux et les saisons d’incendies restructure aussi les courants d’air rapides à l’altitude de croisière.
Le terme technique est « turbulences en air clair », ou TAC (en anglais : clear-air turbulence, CAT). Contrairement aux turbulences que l’on rencontre en traversant un orage, les TAC se produisent par ciel parfaitement dégagé. Aucun nuage ne prévient les pilotes, aucune signature radar ne permet d’éviter la zone. L’avion tombe, ou tremble, sans prévenir. Le 21 mai 2024, le vol SQ321 de Singapore Airlines entre Londres et Singapour a traversé de violentes turbulences au-dessus de la Birmanie, causant la mort d’un passager de 73 ans et blessant plus de 70 autres personnes. Cet incident impliquait des turbulences convectives près d’orages, mais il a mis en lumière une tendance plus large : les cieux deviennent plus agités.
Les turbulences en air clair en chiffres
En 2023, une équipe dirigée par Mark Prosser de l’université de Reading a publié la première étude observationnelle mondiale sur les tendances des TAC de 1979 à 2020. Au-dessus de l’Atlantique Nord (l’un des couloirs aériens les plus fréquentés au monde), ils ont constaté que la durée annuelle des turbulences sévères en air clair a augmenté de 55 %, passant de 17,7 heures par an à 27,4 heures. Les turbulences modérées ont progressé de 37 %. Même les turbulences légères ont augmenté de 17 %.
Une étude de suivi en 2024, menée par Mohamed Foudad, également à Reading, a étendu l’analyse à l’ensemble de l’hémisphère Nord. En utilisant 41 ans de données atmosphériques et 11 modèles climatiques, l’équipe de Foudad a constaté que les TAC d’intensité modérée à sévère ont augmenté entre 60 % et 155 % au-dessus de l’Afrique du Nord, de l’Asie de l’Est, du Moyen-Orient, de l’Atlantique Nord et du Pacifique Nord. Ces augmentations suivent la hausse des températures mondiales, et les modèles prévoient que la tendance se poursuivra pour chaque degré supplémentaire de réchauffement.
Pourquoi le réchauffement aggrave les turbulences
Voici le mécanisme de base. Les turbulences en air clair sont générées par le cisaillement du ventVariation brusque de la vitesse ou de la direction du vent entre deux couches atmosphériques adjacentes, pouvant déstabiliser l'écoulement et provoquer des turbulences. : la différence de vitesse ou de direction du vent entre deux couches atmosphériques superposées. Les courants-jets (ces bandes étroites d’air se déplaçant rapidement à environ 9 000 à 12 000 mètres d’altitude) en sont les principaux générateurs. Lorsque le cisaillement à travers un courant-jet devient suffisamment fort, l’écoulement d’air laminaire se désintègre en tourbillons chaotiques, et tout appareil qui les traverse est secoué.
Le changement climatique intensifie ce processus par un réchauffement inégal. L’Arctique se réchauffe environ deux à quatre fois plus vite que la moyenne mondiale. Cela modifie le gradient de température entre l’équateur et les pôles, qui est le moteur fondamental des courants-jets. Des recherches ont mesuré une augmentation de 15 % du cisaillement vertical du vent dans la haute atmosphère au-dessus de l’Atlantique Nord depuis 1979. Plus de cisaillement signifie plus de turbulences. C’est une chaîne physique directe : plus de CO₂, plus de réchauffement, gradients de température modifiés, cisaillement du vent plus fort, vols plus agités.
Ce que cela signifie concrètement
Les turbulences ne sont pas seulement inconfortables ; elles sont la principale cause de blessures liées à la météo dans l’aviation. Selon les recherches de Mohamed Foudad, les turbulences en air clair représentent à elles seules environ 70 % de tous les accidents d’aviation liés aux conditions météorologiques aux États-Unis. La FAA (Federal Aviation Administration, l’autorité de l’aviation civile américaine) a enregistré 20 blessures graves dues aux turbulences en 2023, le chiffre annuel le plus élevé dans ses données de suivi. Le personnel navigant supporte le risque le plus important : les agents de bord sont environ 24 fois plus susceptibles de souffrir de blessures graves dues aux turbulences que les passagers assis, car ils passent une grande partie du vol debout à servir.
Le coût financier est également considérable. Mark Prosser a cité des estimations allant de 150 à 500 millions de dollars par an aux États-Unis seulement, couvrant les blessures, les inspections des aéronefs, la maintenance et les déviations de trajectoire. Et les TAC sont particulièrement coûteuses car particulièrement difficiles à prévoir. On peut voir un orage sur le radar et le contourner. On ne peut pas voir l’air clair.
Peut-on faire quelque chose ?
La bonne nouvelle : les avions commerciaux modernes sont conçus pour résister à des turbulences bien supérieures à ce que les passagers vivent, même lors d’événements sévères. Le risque structurel pour l’appareil est faible. Le risque concerne les personnes à l’intérieur, en particulier celles qui ne portent pas leur ceinture de sécurité.
Du côté des prévisions, les scientifiques de l’atmosphère travaillent à de meilleurs outils de prédiction. Les prévisions actuelles de turbulences s’appuient sur des modèles météorologiques numériques qui estiment les schémasCadres mentaux de représentations compressées et d'attentes que le cerveau utilise pour encoder, stocker et récupérer les informations. Lorsque vous vous souvenez de quelque chose, votre cerveau la reconstruit en utilisant des schémas plus tous les indices contextuels présents. de cisaillement du vent, complétés par des rapports de pilotes. Mais les prévisions de TAC restent imprécises, surtout pour les événements sévères. Paul Williams, de l’université de Reading, qui travaille sur ce problème depuis plus de dix ans, a noté que les turbulences sur les routes aériennes fréquentées pourraient « doubler, tripler ou quadrupler au cours des prochaines décennies », faisant de l’amélioration de la détection une priorité plutôt qu’un luxe.
Pour les passagers, les conseils pratiques n’ont pas changé, mais l’urgence derrière eux oui : gardez votre ceinture de sécurité bouclée chaque fois que vous êtes assis, même lorsque le signal est éteint. Cette seule habitude reste la protection la plus efficace contre un danger invisible qui devient de plus en plus fréquent.
Les turbulences en air clair (TAC), le danger atmosphérique invisible généré par le cisaillement du ventVariation brusque de la vitesse ou de la direction du vent entre deux couches atmosphériques adjacentes, pouvant déstabiliser l'écoulement et provoquer des turbulences. en dehors des systèmes convectifs, s’intensifient de manière mesurable depuis quatre décennies. Deux études observationnelles majeures de l’université de Reading ont quantifié cette tendance et l’ont directement liée au changement climatique d’origine anthropique, confirmant ce que les modèles prédisaient depuis au moins 2013.
Preuves observationnelles : Prosser et al. (2023)
La première analyse observationnelle globale complète des tendances TAC a été publiée dans Geophysical Research Letters en juin 2023 par Mark Prosser, Paul Williams, Graeme Marlton et R. Giles Harrison. En utilisant les données de réanalyse ERA5 de 1979 à 2020, ils ont appliqué l’indice de turbulence d’Ellrod (un diagnostic combinant le cisaillement vertical du vent et la déformation horizontale) pour quantifier la probabilité de turbulence aux altitudes de croisière des aéronefs.
En un point représentatif au-dessus de l’Atlantique Nord (une région choisie pour sa densité de trafic transatlantique et sa position au sein du courant-jet polaire), les résultats sont sans ambiguïté :
- TAC d’intensité légère ou supérieure : +17 % (466,5 → 546,8 heures/an)
- TAC d’intensité modérée ou supérieure : +37 % (70,0 → 96,1 heures/an)
- TAC d’intensité sévère ou supérieure : +55 % (17,7 → 27,4 heures/an)
L’augmentation monotone à tous les seuils de gravité est remarquable : plus la catégorie de turbulence est sévère, plus l’augmentation relative est importante. C’est cohérent avec l’attente physique que l’intensification du cisaillement du vent fait passer préférentiellement les événements marginaux au-dessus des seuils de gravité plus élevés, un effet d’amplification non linéaire.
Analyse hémisphérique : Foudad et al. (2024)
Mohamed Foudad et ses collègues ont élargi la portée dans une étude publiée dans le Journal of Geophysical Research: Atmospheres en juillet 2024. En analysant 41 ans de données de réanalyse atmosphérique (1980-2021) parallèlement à un ensemble de 11 modèles climatiques CMIP6 avec 20 simulations couvrant 1 °C à 4 °C de réchauffement au-dessus des niveaux préindustriels, ils ont quantifié les tendances régionales à travers l’ensemble de l’hémisphère Nord.
Résultats clés :
- Les TAC d’intensité modérée à sévère ont augmenté entre 60 % et 155 % au-dessus de l’Afrique du Nord, de l’Asie de l’Est, du Moyen-Orient, de l’Atlantique Nord et du Pacifique Nord sur la période d’étude de 41 ans.
- L’Asie de l’Est présente actuellement la fréquence la plus élevée de TAC modérées à sévères, avec environ 7,5 % du temps, contre une moyenne hémisphérique d’environ 1 %.
- La probabilité de rencontrer des TAC modérées à sévères augmente avec chaque degré de réchauffement mondial au-dessus des niveaux préindustriels, la relation se maintenant dans les 11 modèles testés.
Le mécanisme physique : amplification du cisaillement du vent
Les TAC sont générées lorsque le nombre de Richardson (Ri), le rapport de la stabilité statique au carré du cisaillement vertical du vent, tombe en dessous d’un seuil critique (généralement Ri < 0,25 pour l’apparition de l’instabilité de Kelvin-Helmholtz). L’équation pertinente est :
Ri = N² / (du/dz)²
où N² est la fréquence de Brunt-Väisälä (une mesure de la stabilité statique de l’atmosphère) et du/dz est le cisaillement vertical du vent.
Le changement climatique affecte les deux termes, mais le terme de cisaillement domine. L’amplification arctiquePhénomène par lequel l'Arctique se réchauffe deux à quatre fois plus vite que la moyenne mondiale, amplifié par la fonte des glaces qui expose l'océan sombre. (le réchauffement préférentiel des régions polaires à environ deux à quatre fois le taux moyen mondial) modifie le gradient de température méridional. Ce gradient est le moteur thermodynamique des courants-jets via l’équilibre du vent thermique. La relation s’exprime par :
∂u/∂z = -(g/fT)(∂T/∂y)
où g est l’accélération gravitationnelle, f est le paramètre de Coriolis, T est la température et ∂T/∂y est le gradient de température méridional. Comme le réchauffement différentiel modifie ce gradient à différentes altitudes, le cisaillement vertical du vent s’intensifie dans la haute troposphère et la basse stratosphère où les avions commerciaux évoluent. Des recherches utilisant trois ensembles de réanalyse indépendants ont documenté une augmentation de 15 % du cisaillement vertical du vent au-dessus de l’Atlantique Nord depuis 1979.
Davide Faranda, directeur de recherche en physique du climat au Laboratoire de Science du Climat et de l’Environnement en France, a proposé une analogie utile : « Si vous avez un petit bateau et que vous le mettez dans cette rivière, vous le verrez tanguer énormément. » Le courant-jet est la rivière ; l’avion est le bateau ; et le changement climatique élargit et accélère le courant.
Défis de prévision et implications opérationnelles
Les TAC posent un problème de détection unique. Les turbulences convectives produisent des signatures d’humidité visibles au radar. Les turbulences d’ondes de montagne ont des déclencheurs géographiques prévisibles. Les TAC, par définition, se produisent dans un air sans nuages, sans humidité pour diffuser les signaux radar. Les prévisions actuelles s’appuient sur des modèles de prévision numérique du temps (PNT) estimant les champs de cisaillement et de stabilité, complétés par des comptes rendus de pilotes (PIREPs). Les deux ont des limites importantes : les modèles PNT manquent de résolution pour capturer les processus mésoéchelles générant des turbulences, et les PIREPs sont peu denses dans l’espace et dans le temps.
Les coûts pour l’industrie aéronautique sont considérables. Mark Prosser a cité des estimations de 150 à 500 millions de dollars par an aux États-Unis seulement pour les dépenses liées aux turbulences (blessures, inspections des aéronefs, maintenance, déviations de trajectoire). La FAA a enregistré 20 blessures graves dues aux turbulences en 2023, le chiffre le plus élevé dans ses données. Les turbulences en air clair représentent environ 70 % de tous les accidents d’aviation liés aux conditions météorologiques aux États-Unis, selon les recherches de Foudad.
Paul Williams, qui dirige le programme de recherche sur les turbulences et le climat de l’université de Reading depuis plus de dix ans, a prédit que les turbulences sur les routes aériennes fréquentées pourraient « doubler, tripler ou quadrupler au cours des prochaines décennies ». Étant donné que les outils de prévision actuels peinent déjà à détecter les TAC, la combinaison d’une fréquence croissante et de lacunes persistantes dans la détection rend les technologies de nowcasting des turbulences et de détection embarquée (comme les systèmes basés sur le lidar actuellement en développement) d’autant plus essentielles, relevant de l’infrastructure critique plutôt que de la curiosité scientifique.
