Le Trésor Des Kerguelen

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019 Géophysique, utilisation des appareils de bord…

     Il est indispensable pour le pilote d'avoir de bonnes connaissances en matière de géophysique et d'électronique (les deux sont liées - fréquences, portée, type de modulation, propagation et/ou perturbation des ondes radio...). En fonction des zones survolées, des conditions météos du moment et/ou des types d'appareils utilisés, les résultats escomptés ou les interprétations ne seront pas forcément les bonnes. Il en va de même pour l'environnement visuel de l'espace aérien, là, devant, autour de nous en vol, notre domaine d'évolution.

Voici donc un survol global de ces données géophysiques pour la pratique de l'aviation et l'utilisation des différents appareils de bord.

Courbure de la géoïde moyenne de la Terre.

     Premier élément visuel en vol : la rotondité de la Terre.

La planète étant ronde, la surface visible de l'horizon se retrouve donc être plus près de nous que l'apparente réalité. Cela amène donc un effet de perspective trompeuse sur l'observation autour de soi. La terre « perd » 1 m de hauteur apparente tous les 4 km parcourus, environs. Cette surface de la géoïde moyenne se retrouve dans toutes les références de positionnement par l'appellation WGS 84. Elle est calculée et réactualisée environ tous les 10 à 12 ans par les organismes internationaux de géophysique du globe (IGG).

Paramètres globaux de la Terre.

     Il est important également d'avoir une bonne idée des ordres de grandeur de notre environnement aérien. Pour comprendre certains phénomènes, il est même indispensable de prendre du recul et se rappeler que, en matière de physique du globe, il existe de nombreux paradoxes.

Ainsi la planète est surtout constituée de surfaces océaniques pour plus de 73%, autrement dit les 3/4, ce qui est énorme ! Reste donc seulement un quart de notre surface, faites de Terres continentales. Et, détail encore étonnant mais significatif, les 3/4 de ces terres émergées sont situées dans l'hémisphère Nord.

Le périmètre de la Terre fait environs 40000 kms et sa surface totale S fait environ 1000 fois la surface de la France métropolitaine. Ensuite, dans l'espace, la planète Terre se retrouve positionnée à 150 Millions de km du soleil qui lui, est 109 fois plus gros que nous. Ses rayons nous touchent donc en « poils de pinceau » et non pas « diffusés en rayons de bicyclette » comme il est bien trop souvent représenté à tord. Ainsi, l'ombre d'un nuage porté sur le sol sera donc plus petite que la « grandeur réelle de ce nuage en l'air ». Tous ces paradoxes de géophysique sont à connaître, ils permettent de mieux comprendre les phénomènes optiques ou météo (MTO) qui occupent l'espace autour de nous, en vol.

A propos des nuages... En vol on a une vue « devant soi » ce qui donne une perspective de la couche nuageuse souvent trompeuse (que l'on soit juste en dessous ou proche au dessus, c'est idem). En effet en regardant cette couche sous un angle jusqu'à 45° environs on a facilement l'impression que celle-ci est soudée car bien sûr, on ne voit plus les trouées existantes entre ceux-ci. Pour apprécier l'opacité réelle de la couche, une bonne méthode consiste à regarder les ombres des nuages, portées au sol. Et là, on voit très nettement si ceux-ci sont soudés entre eux ou pas. Le METAR ou le TAF de la zone survolée permet aussi d'avoir une idée globale mais cela peut vite changer...

Toujours, côté météo...

L'ensemble des continents émergés représente seulement le ¼ de la surface totale du globe terrestre.

Comme précisés plus haut déjà, les ¾ des continents émergés étant dans l'Hémisphère Nord, il y a une grande différence d'un point de vue météo et /ou de climatologie globale entre l' HN et celui du Sud. Différence qui est à l'origine par exemple de la mousson (absorption et restitution d'énergie par "balancement saisonnier de latitude" entre océans et continents).

La masse d'air qui est posée sur le « sol » est beaucoup plus épaisse à l'équateur par effet centrifuge de la rotation de la terre (15 à 18 km) qu'aux pôles (6 à 10 km). En zone tempérée on se retrouve donc pratiquement au milieu avec10 à 15 km d'épaisseur. Et un m3 d'air pèse en moyenne 1 Kg (au niveau du sol), ce qui est beaucoup. De plus, ce même m3 d'air contient en climat tempéré, en moyenne, de 15 à 20 g d'eau sous forme de vapeurs, invisibles à l'oeil !

C'est encore un paradoxe de la physique. On s'imagine toujours que la vapeur d'eau est visible à cause de nos casseroles qui fument sur le feu... Hélas, c'est faux ! Ce que l'on voit c'est du nuage, de minuscules gouttelettes d'eau en suspension dans l'air chaud car il y a saturation en vapeur, donc « création de nuages » ! D'un point de vue de la physique pure : la tempé ambiante et la tempé du point de rosée sont à ce moment-là confondus. S'ils sont différents, c'est qu'il n'y a pas saturation, donc pas de « nuage » ! Mais la VAPEUR elle, est toujours là...et restera toujours INVISIBLE !

Portée théorique de vue de l'horizon.

Une formule simple permet de calculer la portée visible d'un obstacle ou encore celle d'un émetteur radio.

La portée visuelle (ou optique, en zone "plane", dégagée), se fait en ligne droite et peut se calculer ainsi...

P = 3,57 V h ( si h en m, P sera en Km). (avec V = Racine de...)

P = 1,23 V h ( si h en Ft, P sera en Km).

*Ft = Feet = pied et 1 m = 3,3 Ft ou encore 1Ft = 0,305 m.

Bien sûr, si l'oeil de l'observateur et l'objet observé sont nettement au dessus de la surface terrestre tous les deux, dans ce cas la formule devient... (la modif sera identique quelle que soit la méthode de calcul)...

P = 3,57V ho1 + 3,57V ho2. (il faut alors tenir compte des deux éléments : hauteur de l'observateur ho1 et hauteur de l'objet observé ho2 !).

Exemple pratique...

Sur le bord de mer pour une personne de 1,70 m, l'oeil est à 1,60 m du sol, la portée visuelle sur l'horizon apparent sera de 4 à 5 km environs. Et si vous observez une personne comme vous (1,70 m) au bord de l'eau sur une plage derrière l'horizon, vous verrez sa tête disparaître « dans l'eau » à environs 8-9 km de distance.

En avion, à 3500 Ft d'altitude, la portée visuelle de l'horizon (PVH) sera déjà de 112 km...

Puis à 15000 Ft... PVH à 252 km... etc...

Pour la portée d'un émetteur radio, celle-ci sera légèrement supérieure que celle optique (car diffusion courbe de la propagation des ondes radio)...

P = 4,12 V h ( avec P en km si h en m) ou encore

P = 2,23 V h ( avec P en Nm si h en m)

Rappel 1 Nm (Nm = nautic mile = 1,854 km).

En pratique la portée théorique d'un Radar sera quasi identique à celle d'un émetteur radio (diffusion courbe de la propagation des ondes).

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Utilisation particulière de la HF, couches ionosphériques...

     Quand on utilise un émetteur à onde décamétrique (HF), il faut savoir que ces ondes ont une très grande portée géographique grâce à la réflexion de ces ondes sous les couches ionosphériques de la stratosphère (à très haute altitude : 60 à 400 km). Celles-ci se déplacent de hauteur suivant le cycle circadien du soleil. En pratique, elles descendent énormément durant la nuit. C'est pour cela qu'il est utile d'utiliser des fréquences plus basses (4 à 9 kHz) durant la nuit afin de conserver une meilleure portée. A contrario le jour on peut « monter » en fréquence (9 à 18 kHz et +) suivant la hauteur du soleil afin de toujours conserver une portée maxi.

Cas spécifique de l'ADF... (Automatic Define Founder)

     L'ADF* est un appareil de navigation bien utile car il peut utiliser également les balises de navigation installées au sol pour la navigation maritime. Son utilisation devient indispensable justement pour toutes les zones non habitées comme les océans, les immenses zones montagneuses, désertiques ou forestières très étendues... Sa portée pratique peut aller jusqu'à plus de 1000 Nm suivant la puissance de son émetteur. Sa propagation ne se faisant pas en ligne droite, sa réception peut se faire par delà des reliefs (montagnes, obstacles artificiels...). C'est donc un appareil de navigation très intéressant à connaître et à posséder à bord.

Mais cet appareil, très simple à utiliser au demeurant (il indique la direction à suivre pour rejoindre un émetteur radio au sol en QDM* ou en QDR*) a aussi la fâcheuse tendance à être très sensible aux perturbations électriques de l'atmosphère. Il est donc très sensible aux orages en particulier. Lors de présence de cellules orageuses puissantes, il indiquera volontiers la direction de cet orage plutôt que celle de la station dont vous avez affiché la fréquence. Ceci sera d'autant plus vrai que l'émetteur sera de faible puissance ou encore très éloigné. Faire alors un lever de doute par croisement de gisements sur d'autres stations, si c'était le cas. Puis, si plusieurs stations différentes, indiquent la même direction , méfiance : l'ADF est en train d'être transformé en « pseudo Radar MTO » Se rappeler que nous autres pilotes appelons ironiquement l'ADF, « le radar du pauvre ».

* ADF : encore appelé NDB ou BS suivant le type d'émetteur et/ ou de fréquences utilisées.

* QDM : Cap à suivre pour aller vers la station radio affichée.

* QDR : cap à suivre en utilisant la station radio en « repère arrière » (en s'éloignant de la station).

Astuce de marin...

     Si vous n'avez pas d'ADF à bord mais possédez un simple poste de radio public, eh bien vous pouvez utiliser celui-ci en ADF de secours. En effet, tous les petits postes de radio (à piles, traditionnels du commerce), possèdent une antenne graphitée logée dans le haut, à l'intérieur, dans le sens de la longueur de l'appareil. Il suffit alors de faire tourner l'appareil lentement sur 360° et, connaissant le nom de la station que vous écoutez, il suffira de regarder sur la carte pour savoir où se situe cette ville par rapport à vous. Pour cela, il faudra rechercher le nul (cad la réception minimale) de cette station en tournant l'appareil doucement (il reste cependant un doute sur le sens car le nul indiquera 2 directions opposées...). Quand vous ne recevez plus du tout la station, eh bien vous avez le cap vers cette station (cette ville) à 90° de votre antenne. Pour lever le doute vers une seule direction, il suffit de faire cette manip une nouvelle fois sur une station différente et, par recoupement, vous n'aurez plus qu'un seul choix. Avec un petit poste radio, vous pourriez donc utiliser ce moyen de secours très efficace en navigation (que ce soit en avion comme en bateau !).

Malheureusement pour nous, dans les pays modernes, les grandes ondes qui portaient très loin disparaissent au profit du numérique (FM, Internet). Avec elles, cette merveilleuse possibilité de faire du homing sur ces stations de diffusion publique (BS) diminue chaque année. Exemple : France Inter Gdes Ondes 162 Khz, est arrêtée au 01 01 2017 en France. Mais cette possibilité reste valable quand même pour les autres bandes de fréquences publiques, fort heureusement dans bon nombre de pays. Astuce à se rappeler donc pour dépannage éventuel en navigation.

Tableau de fréquences des appareils de bord.

ACARS - 3 systèmes de transmissions automatisées possibles : par VHF, HF ou Satellite.

ADF - 200 à 1750 Khz (NDB / BS)*

DME - 962 à 1213 MHz (DME/Doppler)

GPS Beidou (Indien, en cours).

GPS Compas (Chinois, en cours).

GPS Galileo – 1164 à 1591 MHz) (CEE)

GPS Globalstar – 1227 à 1575 MHz (USA – système utilisé en navigation aéro, maritime ou terrestre)

GPS Glonass – 1602 à 1610 MHz (Russe – système utilisé en téléphonie mobile)

HF - 5 à 15 MHz (HF marine de 3 à 30 MHz)

ILS /Glide - 328 à 338 MHz

ILS /Locator - 108 à 112 MHz

INS - Centrale inertielle (fonction gyroscopique – peuvent dériver jusqu'à ½ Nm par heure de vol).

MKR - 75 MHz (Inner Marker à 100m/ middle M à 1,5-2 Nm/ outer M à 4-5 Nm) f de distance du seuil de piste.

RADAR - 6 GHz à 15 GHz

Radio Alti – 400 à 4000 MHz

RBDA - 121,5 & 243 MHz (EPIRB)

SARSAT / COPASS / SAR – 406 MHz (ELT)

TCAS - 1030 à 1090 MHz

TRXpond - 1030 à 1090 MHz (SSR / IFF / XPD...) et codes particuliers d'urgences : 75,76,77XX.

VHF - 118 à 135 MHz (VHF Marine : 156 à 162 MHz)

VOR - 108 à 118 MHz

* Entre parenthèse : les variantes de ces appareils suivant leur génération, origines et/ou options...

Les appareils radio utilisés en aviation ou en marine fonctionnent souvent dans des modes de modulation, différents. Cela n'affecte pas spécialement leurs performances de portée, sinon d'améliorer leur clarté en réception (modulation d'amplitude, de fréquence ou de phase), mais cela veut dire aussi qu'ils ne peuvent pas communiquer entre eux, même s'ils avaient les mêmes plages de fréquences allouées.

Fréquences de détresse...

     Les balises aériennes de détresse (RBDA, EPIRB...) se déclenchent automatiquement si un choc intervient sur l'aéronef avec une force supérieure à 4G. Elles vont alors émettre durant 1 mois environ sur les fréquences 121,5 MHz et 243 MHz (FRQ militaire). Il est toujours possible pour un pilote d'écouter cette fréquence de détresse de 121,5 sur la radio VHF du bord. Cependant l'émission sur cette FRQ ne doit se faire qu'en cas de détresse réelle (emergency). Les balises RBDA possèdent également un interrupteur accessible au pilote pour les déclencher manuellement si nécessaire.

Enfin, il existe une fréquence de détresse internationale en HF, c'est 2182 Khz. Il est donc interdit d'émettre sur cette FRQ autrement qu'en détresse réelle. Se souvenir que tous les navires écoutent cette fréquence HF qui est de très grande portée (fait le tour du globe!).

NB : Pour info, les VHF marine, VHF aviation et VHF terrestres grand Public ne sont pas compatibles. Leurs plages de fréquences sont différentes et bien souvent leur mode de modulation aussi. Donc impossible de communiquer entres elles !

Qu’on se le dise …et bon vol !

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