Le phénomène qui défie les radars
Par ciel parfaitement dégagé, sans nuage ni orage à l’horizon, un avion de ligne peut soudainement plonger de plusieurs dizaines de mètres en quelques secondes. Les passagers non attachés sont projetés au plafond, le personnel de bord lutte pour garder l’équilibre, et dans les cas les plus graves, les blessures s’accumulent. Ce phénomène porte un nom : la turbulence en ciel clair (clear-air turbulence, ou CAT en anglais). Contrairement aux turbulences associées aux tempêtes ou aux reliefs montagneux, elle est totalement invisible pour les radars météorologiques embarqués et difficile à prévoir par les modèles de prévision. Et selon une série d’études récentes menées par l’Université de Reading au Royaume-Uni, elle devient de plus en plus fréquente et intense sous l’effet du changement climatique.
Le 21 mai 2024, le vol Singapore Airlines SQ321 reliait Londres à Singapour lorsqu’il a rencontré une turbulence soudaine au-dessus du bassin de l’Irrawaddy, au Myanmar. En l’espace de 4,6 secondes, l’appareil a chuté de 54 mètres. Un passager de 73 ans est décédé d’une crise cardiaque présumée, et des dizaines d’autres ont été blessés, certains projetés si violemment qu’ils ont fracturé les compartiments à bagages de leurs épaules. Cet incident, largement médiatisé, a rappelé au grand public une réalité que les scientifiques étudient depuis vingt ans : l’atmosphère que nous traversons en avion n’est plus la même qu’il y a quarante ans.
De l’air qui devient plus rugueux
Une étude publiée en juin 2023 dans la revue Geophysical Research Letters par une équipe de l’Université de Reading a analysé quarante années de données atmosphériques, de 1979 à 2020. Les chercheurs, menés par Mark Prosser et le professeur Paul Williams, ont utilisé vingt et une méthodes de calcul différentes pour estimer l’évolution des turbulences en ciel clair à l’échelle mondiale. Les résultats sont sans appel : à un point typique de l’Atlantique Nord, l’une des routes aériennes les plus fréquentées au monde, la durée annuelle totale des turbulences sévères est passée de 17,7 heures en 1979 à 27,4 heures en 2020, soit une augmentation de 55 %. Les turbulences modérées ont grimpé de 37 % (de 70,0 à 96,1 heures) et les turbulences légères de 17 % (de 466,5 à 546,8 heures).
Toutes les régions du globe ne sont pas égales face à cette hausse. L’Atlantique Nord et les États-Unis enregistrent les progressions les plus marquées, mais l’Europe, le Moyen-Orient et l’Atlantique Sud montrent également des augmentations significatives. Les chercheurs ont observé que les accélérations du cisaillement du vent dans les courants-jets, ces puissants couloirs d’air qui circulent entre cinq et sept miles d’altitude, sont directement corrélées au réchauffement de l’atmosphère. L’air plus chaud retient davantage d’énergie et modifie les gradients de température entre l’équateur et les pôles, ce qui renforce les turbulences.
Un mécanisme météorologique bien identifié
Pour comprendre la turbulence en ciel clair, il faut d’abord saisir ce qu’est le cisaillement du vent. Il s’agit de la variation de la vitesse ou de la direction du vent avec l’altitude. Imaginez deux couches d’air qui se déplacent à des vitesses différentes, l’une au-dessus de l’autre. Le frottement à l’interface crée des tourbillons, un peu comme les remous à la surface d’une rivière lorsque deux courants se rencontrent. Ces tourbillons peuvent être suffisamment puissants pour secouer un avion de plusieurs centaines de tonnes.
Le courant-jet polaire, qui traverse l’Atlantique Nord à l’altitude de croisière des avions de ligne (entre 9000 et 12 000 mètres), est particulièrement concerné. Sous l’effet du réchauffement climatique, la différence de température entre les tropiques et l’Arctique se modifie, ce qui altère la force et la position du courant-jet. Les satellites mesurent une augmentation de 15 % du cisaillement du vent à ces altitudes depuis 1979, et les modèles climatiques prévoient une hausse supplémentaire de 17 à 29 % d’ici 2100.
Ce qui rend la turbulence en ciel clair particulièrement dangereuse, c’est son caractère insidieux. Les turbulences orageuses sont détectables par radar : le pilote voit les cellules nuageuses et peut les contourner. Les turbulences de relief sont prévisibles lorsque le vent franchit une chaîne de montagnes. Mais la CAT naît de poches d’air instables, souvent inférieures au kilomètre, que les modèles météorologiques classiques peinent à résoudre. Elle frappe sans signe avant-coureur visible, d’où son nom.
Des conséquences économiques et humaines lourdes
Au-delà de l’inconfort pour les passagers, les turbulences représentent un coût considérable pour l’industrie aéronautique. Selon les estimations du National Center for Atmospheric Research (NCAR) américain, les turbulences coûtent entre 150 et 500 millions de dollars par an aux seules compagnies aériennes américaines. Ce chiffre inclut les frais médicaux, les indemnités, les réparations des cabines et des appareils, les retards de vol, et le surcroît de carburant nécessaire pour contourner les zones turbulentes.
Environ 65 000 rapports de turbulence modérée ou plus sont déposés chaque année par les pilotes aux États-Unis, dont environ 5 500 cas sévères. Selon le National Transportation Safety Board (NTSB), les turbulences représentent environ 75 % de tous les incidents et accidents liés aux conditions météorologiques dans l’aviation commerciale. Les blessures les plus fréquentes concernent les membres d’équipage, qui sont debout et mobiles en cabine. Une étude de la Federal Aviation Administration (FAA) indique que plus de 150 passagers et membres d’équipage sont grièvement blessés chaque année par des turbulences aux États-Unis.
Le professeur Paul Williams, qui étudie ces phénomènes depuis plus de quinze ans, alerte régulièrement sur l’urgence d’investir dans des systèmes de détection et de prévision. « Les turbulences rendent les vols cahoteux et peuvent parfois être dangereuses », expliquait-il lors de la publication de l’étude de 2023. « Les compagnies aériennes doivent commencer à réfléchir à la manière dont elles vont gérer l’augmentation des turbulences. Chaque minute supplémentaire passée dans des turbulences accroît l’usure de l’avion et le risque de blessures. »
Prévoir l’invisible : les nouvelles technologies
Face à ce défi croissant, les chercheurs développent des outils de plus en plus sophistiqués pour anticiper la turbulence en ciel clair. Le NCAR a mis au point le système Graphical Turbulence Guidance (GTG), un outil de prévision des turbulences qui couvre l’ensemble des États-Unis et, depuis peu, le monde entier. Ce système, utilisé quotidiennement par les répartiteurs de vol, les contrôleurs aériens et les pilotes, combine les sorties de modèles météorologiques avec des observations en temps réel provenant des avions eux-mêmes. Il fournit des prévisions de turbulences jusqu’à dix-huit heures à l’avance, mises à jour toutes les heures.
L’équipe de l’Université de Reading a également contribué de manière décisive à ces avancées. Le professeur Paul Williams a co-développé un algorithme de prévision des turbulences qui est aujourd’hui utilisé par le National Weather Service américain. Des évaluations indépendantes commandées par la FAA montrent que les prévisions intégrant cet algorithme sont systématiquement plus précises que les précédentes. Selon l’université, plus d’un milliard de voyages passagers ont déjà bénéficié de ces améliorations, qui réduisent à la fois l’inconfort et la consommation de carburant.
Par ailleurs, la technologie LIDAR (Light Detection and Ranging) embarquée commence à faire ses preuves. Installé à l’avant de l’avion, un laser infrarouge mesure les variations de densité de l’air sur plusieurs kilomètres devant l’appareil, permettant de détecter des zones de turbulence potentielles avant de les traverser. Bien que cette technologie soit encore coûteuse et principalement utilisée sur des vols de recherche, plusieurs constructeurs aéronautiques, dont Airbus, travaillent à son intégration sur les appareils commerciaux.
Les chercheurs explorent également l’intelligence artificielle comme outil de prévision. Des modèles d’apprentissage automatique entraînés sur des décennies de données météorologiques et de rapports de pilotes commencent à montrer des capacités prometteuses pour identifier des schémas de turbulence que les modèles physiques classiques ne captent pas.
Des prévisions qui s’assombrissent
Les projections pour les décennies à venir sont préoccupantes. Selon les modèles climatiques, la fréquence des turbulences sévères en ciel clair pourrait doubler, voire tripler d’ici le milieu du siècle si les émissions de gaz à effet de serre continuent sur leur trajectoire actuelle. Certaines régions, comme l’Amérique du Nord, l’Atlantique Nord et l’Europe, pourraient connaître une augmentation de plusieurs centaines de pour cent des événements turbulents.
Le professeur Williams travaille actuellement avec Airbus pour intégrer ces projections dans la conception des futurs appareils. L’objectif est de dimensionner les cellules et les ailes pour supporter des contraintes accrues, et de repenser les systèmes de retenue des passagers et du matériel en cabine. « Chaque degré supplémentaire de réchauffement climatique augmentera encore davantage la turbulence », prévient-il. Ses travaux ont été cités par le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) et par les Nations Unies.
L’étude de 2023, dirigée par Mark Prosser, alors doctorant à Reading, constitue l’analyse la plus complète jamais réalisée de l’évolution passée des turbulences. En utilisant vingt et une méthodes de diagnostic différentes sur les données de réanalyse les plus modernes, les chercheurs ont pu confirmer que la hausse observée n’est pas un artefact statistique mais une tendance robuste, cohérente avec les effets attendus du changement climatique. Comme le résume le professeur Williams : « Après une décennie de recherche montrant que le changement climatique augmentera les turbulences en ciel clair à l’avenir, nous avons maintenant la preuve que l’augmentation a déjà commencé. »
Ce que les voyageurs doivent savoir
Pour le passager moyen, la première et la plus efficace des protections reste la ceinture de sécurité. La quasi-totalité des blessures graves liées aux turbulences surviennent chez des personnes qui n’étaient pas attachées au moment de l’incident. Les consignes des compagnies aériennes sont claires : garder sa ceinture attachée en position assise, même lorsque le voyant de consigne est éteint. Lors du vol SQ321 de Singapore Airlines, les passagers qui avaient bouclé leur ceinture s’en sont sortis avec peu ou pas de blessures, tandis que ceux qui ne l’avaient pas fait ont été projetés.
Par ailleurs, la recherche en prévision des turbulences progresse rapidement. Les pilotes disposent aujourd’hui de cartes de prévision des turbulences bien plus détaillées qu’il y a dix ans, et les systèmes de partage de données en temps réel entre appareils permettent d’alerter les vols suivants sur les zones à éviter. Le système américain GTG, désormais décliné en version globale, est utilisé par les centres de prévision météorologique du monde entier dans le cadre du système mondial de prévision des zones (WAFS).
Les voyageurs les plus sensibles peuvent également consulter des applications spécialisées qui synthétisent les prévisions de turbulence pour chaque vol. Turbulence Forecast, par exemple, agrège les données des modèles météorologiques et des retours de pilotes pour attribuer un niveau de risque à chaque portion de trajet. Si ces outils ne peuvent pas prédire l’imprévisible avec une certitude absolue, ils offrent une indication précieuse pour choisir ses horaires et ses itinéraires.
Un signal d’alarme pour l’aviation
L’augmentation des turbulences en ciel clair est bien plus qu’une simple curiosité météorologique. Elle constitue un signal d’alarme pour l’ensemble du secteur aéronautique, qui doit s’adapter à une atmosphère en mutation. Les coûts directs pour les compagnies se chiffrent déjà en centaines de millions de dollars, et ils ne feront qu’augmenter si rien n’est fait pour améliorer la prévision et la détection.
Mais cette histoire comporte aussi une face encourageante : celle de la science qui progresse. Les mêmes chercheurs qui ont documenté l’aggravation du phénomène travaillent activement à des solutions. Les algorithmes de prévision, les LIDAR embarqués, l’intelligence artificielle et la coopération internationale entre météorologues et constructeurs aéronautiques dessinent un avenir où les vols pourraient rester sûrs malgré un ciel plus agité. Comme le rappelle le professeur Williams, investir dans la recherche sur les turbulences, c’est investir dans la sécurité de plusieurs milliards de passagers qui prennent l’avion chaque année.
La turbulence en ciel clair nous rappelle une vérité plus large : le changement climatique n’est pas un phénomène lointain qui se joue seulement dans la banquise ou les forêts tropicales. Il se vit aussi à dix mille mètres d’altitude, dans le quotidien de millions de voyageurs, et il nous invite à repenser notre rapport à un ciel qui n’est plus tout à fait le même.
Sources
- Prosser, M.C., Williams, P.D., Marlton, G.J. et Harrison, R.G. (2023). Evidence for Large Increases in Clear-Air Turbulence over the Past Four Decades. Geophysical Research Letters, 50, e2023GL103814.
- Williams, P.D. et Joshi, M.M. (2013). Intensification of winter transatlantic aviation turbulence in response to climate change. Nature Climate Change, 3, 644-648.
- Reuters (2024). Singapore Airlines flight hits severe turbulence, one passenger dead. 21 mai 2024.
- National Center for Atmospheric Research (NCAR). Graphical Turbulence Guidance (GTG) system. Research Applications Laboratory.
- University of Reading (2023). Aviation turbulence strengthened as the world warmed. Research news, 8 juin 2023.
- Federal Aviation Administration (FAA). Turbulence and Wind Shear. Aviation Weather Handbook.
