1.4. Vol thermique de plaine : structure de l’ascendance thermique & gradient de portance

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Le ressenti dessine une images mentale de la masse d'air

HR

1.4.1 Thermique sans vent

1.4.1.1 Coupe et gradient vertical

L’ascendance thermique se développe verticalement en augmentant de volume et de puissance au cours de son ascension. Alimentée et renforcée régulièrement par d’autres bulles elle prends ensuite la forme d’une colonne plus ou moins régulière:

  • Son diamètre augment avec la hauteur, il se dilate.
  • Le taux de montée est croissant de la base au sommet (gradient vertical de portance)  et de la périphérie au noyau, expansion. (fig1)
  • Le noyau est proche du centre du thermique, cependant même sans vent la turbulence interne peut le déplacer.
  • La descendance entoure le thermique , elle compense le volume d’air déplacé, son taux de chute et sa largeur sont proportionnels au taux de montée et à son volume : plus l’ascendance est forte, plus sévère sera la descendance; si le vent est faible cette descendance est répartie régulièrement autour du thermique.
  • Le cisaillement est turbulent  dans la zone d’échange de chaleur et de friction entre  l’ascendance et la descendance qui l’entoure. 
fig.1 Thermique sans vent : gradient vertical de portance de 0,5 à 2m/s entre 50 et 200m ; ascendance régulière facile à centrer ; descendance symétrique

1.4.1.2 Coupe et gradient horizontal

La coupe horizontale du thermique est quasi-circulaire, au centre le noyau est plus ou moins mobile suivant la turbulence.
La pente du gradient horizontal de portance est douce et quasi symétrique. (fig 2)

fig.2 La Vz est la vitesse verticale du planeur : Vz+ vitesse ascendante Vz- vitesse descendante

La zone de cisaillement est étroite et quasi-symétrique.
Le mouvement ascendant et rotatoire du thermique provoque des turbulences par friction dans la zone d’échange thermique entre l’ascendance et l’air ambiant moins chaud .
Le planeur frétille en la traversant, signe objectif de proximité de l’ascendance.

1.4.2 Dès que le vent forcit

(> à…10/15 km/h) le thermique s’incline proportionnellement à la vitesse du vent et à la vitesse verticale de l’ascendance. (fig 3)

  • L’ascendance rétrécit, souvent devient turbulente, son noyau ovale et irrégulier se régénère au-vent.
  • La descendance aussi est dissymétrique:
    régulière du coté au-vent, elle s’élargit coté sous-le-vent du thermique et dégueule. Dans la friction turbulente de cette zone d’échange thermique l’effet de cisaillement dévente le planeur ; s’il s’y frotte sans défense sa finesse/sol se dégrade salement.
fig.3
  • Le gradient horizontal de portance est déformé et d’autant plus raide que le thermique est couché et étroit .  (fig 4)

Sous-le-vent du thermique La dé-gueulante est plus forte et turbulente.
Prés du sol, dans les bulles étroites couchées par le vent le gradient devient franchement dissymétrique, on peut constater en vol  que les turbulences sont plus fortes sous-son-vent que au-vent de la bulle.

fig.4
fig.5
  • Coupe horizontale (fig 5) Le thermique est déformé par le vent et se désagrège vers la zone de cisaillement sous-le-vent où la descendance qui entoure le thermique est plus large et dégueule. (mauvaise zone de friction turbulente) Elle est plus étroite et moins virulente devant le thermique.
    Le noyau est plus actif coté au-vent.

Il semble alors raisonnable d’estimer que dans son ascension l’expansion de la bulle se fait essentiellement dans sa partie au-vent et qu’elle se “dégonfle” dans sa partie sous-le-vent.

Il faut se garder de généraliser ! (fig6) La forme du gradient évolue avec l’altitude : dans la bulle le noyau bouge plus et le gradient est raide mais souvent trés déformé par la turbulence , il faut parfois se recentrer tout les 1/2 tour de spirale et serrer ; plus haut, dans la colonne thermique le gradient s’aplatit et le noyau bouge moins le planeur pourra spiraler plus large avec moins de manœuvres de recentrage.

fig.6

1.4.3 Le thermique tourne

Le thermique tourne comme une micro-dépression qui est matérialisé au niveau du sol, à son passage, par un vortex qui accompagne le changement de direction de la brise. La rotation antihoraire du thermique est anecdotique en altitude, mais près du sol dans les fortes Vz elle peut être accélérée par l’étroitesse du thermique, il est alors utile d’en tenir compte lorsque le taux de grimpe est amélioré en inversant la spirale.

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