Les îles Canaries dans une soufflerie géante : un phénomène météorologique étonnant vu par le satellite ENVISAT

Magique ! Quand les images d'observation de la terre illustrent un phénomène de l'aérodynamique des avions et des fusées...

Cette image magnifique et étonnante provient du capteur MERIS du satellite européen ENVISAT. Elle a été acquise le 6 juin 2010 à 10h50 (UTC). Elle a été retenue comme "image de la semaine" par l'Agence Spatiale Européenne. Elle montre une situation météorologique spectaculaire et exceptionnelle au sud des îles Canaries au large de la côte ouest de l'Afrique.

Il s'agit d'un phénomène de tourbillons de Bénard-Von Karman, créé par un vent du nord perturbé par le relief de l'archipel des Canaries : les tourbillons de l'autre côté des îles, qui s'enroulent dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse, se forment lorsque l’air glisse autour d’un objet, entraînant une séparation des flux et la création de tourbillons dans son sillage.

Extrait de l'image MERIS des îles Canaries et de la côte ouest de l'Afrique acquise par
le satellite européen ENVISAT le 6 juin 2010 (Crédit Image : Agence Spatiale Européenne). Un traitement léger d'amélioration du contraste dans les nuages a été appliqué par Spot Infoterra

Cette répétition géométrique de tourbillons est causée par un écoulement instable autour de corps peu profilés et ne peut se produire que dans des conditions très particulières. Sur des objets mobiles (lignes électriques, stores vénitiens, antennes, ponts suspendus), les vibrations peuvent entraîner une mise en résonance, source de bruit ou, parfois, de phénomènes plus destructeurs.

Ces tourbillons tirent leur nom de deux scientifiques : Théodore von Karman et Henri Bénard.  Théodore von Karman, né en 1881 et mort en 1963, était un ingénieur et physicien hongrois et américain spécialisé en aéronautique, à l'époque des travaux dans les années fondateurs dans ce domaine. Il a été le premier directeur du Jet Propulsion Laboratory (voir le site très intéressant sur l'histoire du JPL) de 1938 à 1944 et est à l'origine de plusieurs découvertes importantes en aérodynamique, notamment dans les domaines supersonique et hypersonique. Henri Bénard (1874-1939) est un physicien français connu pour ses recherches sur la convection dans les liquides.

Une vue plus complète de l'image MERIS des îles Canaries et de la côte ouest de l'Afrique acquise par
le satellite européen ENVISAT le 6 juin 2010 (Crédit Image : Agence Spatiale Européenne). L'image a été sous-échantillonnée : la résolution est réduite d'un rapport 2 par rapport à la scène initiale qui offre une résolution de 300 mètres au sol.

Guy Lachaud, de Météo France, nous a aimablement fourni quelques informations complémentaires sur cette situation météorologique : sur l’image complète ci-dessus, on distingue également de très beaux nuages d'ondes générées au large (moitié supérieure de l'image) avec du vent de Nord-Est vers 3000 à 4000 mètres d'altitude et qui épousent bien la forme générale des côtes : ces nuages sont classés "étage moyen" dans la famille des altocumulus et in fine "cumulonimbus altocumulo mutatus " (en français: évolution d'un altocumulus castelanus en cumulonimbus); On aperçoit également sur le continent en partie supérieure des grands traits blancs dans tous les sens : ce sont des "cotra", trainées de condensation générées par les avions à réaction volant entre 7000 et 12000 mètres d’altitude (couche de l’atmosphère appelée tropopause).

Sources utilisées :

• Site Internet de l'ESA et site MIRAVI pour l'accès aux images MERIS.
  
• Entretien avec Guy Lachaux de Météo France.

En savoir plus :

• Les pages sur le capteur MERIS du satellite européen ENVISAT sur le site de l'Agence Spatiale Européenne (en anglais).
  
• Un autre article sur ce blog sur les îles Canaries : les incendies de l'été 2007 sur les île Tenerife et Grande Canarie.
• Une page sur ce blog décrivant le satellite ENVISAT avec une liste de liens vers des documents de référence.
  
• Les activités espace de Planète Sciences, avec des idées d'expériences sur l'aérodynamique des fusées, en vol ou dans des souffleries.
• Quelques liens sur les tourbillons de Von Karman :
  

Suggestions d'utilisations pédagogiques en classe :

•   Travail sur les types de nuages et les conditions d'apparition. Voir en particulier le dossier nuages sur le site de Météo France.
• Plus ambitieux, sur un projet de plusieurs mois, expérimentations en soufflerie (on peut la contruire) sur des objets de différentes formes. Mesure de la force de résistance de l'air et du coefficient de trainée. Expériences sur la portance et sur les profils d'ailes d'avion. Expériences en vol sur la stabilité des fusées (voir le site de Planète Sciences).