Altimétrie

En vol, on doit éviter les collisions avec le sol ou les obstacles, et avec les autres avions.
En vol aux instruments, on conçoit bien qu’un altimètre est un moyen efficace d’éviter les autres avions (réglementairement il faut 1000 ft (l’abréviation usuelle de pied) de séparation verticale), et avec les obstacles et le sol, pour autant qu’on sache à quelle altitude sont les obstacles environnants.

Tant qu’on est en vol à vue on peut se demander pourquoi il faudrait un altimètre à bord.

Jusqu’à récemment ce n’était d’ailleurs pas obligatoire hors espace contrôlé d’avoir un altimètre à bord, c’est le règlement européen relatif à l’exploitation des aéronefs (Air Operations) qui l’a imposé, depuis le 25 août 2016 pour les petits avions utilisés par des exploitants non commerciaux.

Cependant, même hors espace contrôlé, c’est utile d’avoir un altimètre pour ne pas survoler les obstacles ou les villes trop bas (la règlementation française est plus stricte de ce point de vue de celle d’autres pays environnant et des règles de l’air européennes), et c’est en pratique indispensable pour le circuit de piste, qui se fait en France à 1000 ft de hauteur sauf indication contraire.

L’altitude d’un aérodrome, d’un aéronef, d’un obstacle, ou du sommet d’une colline est sa hauteur par rapport au niveau moyen des mers.
La hauteur d’un aéronef est la différence entre son altitude et l’altitude d’un point de référence. On parle de hauteur AAL (above airport level), et de hauteur AGL (above ground level, c’est à dire la distance entre l’aéronef et le sol juste en dessous).
Chaque aérodrome a un point de référence, en France situé généralement sur une piste mais pas toujours, dont l’altitude est publiée sur les cartes. L’altitude des sommets des obstacles et des montagnes est aussi publiée. La hauteur AAL est votre hauteur par rapport au point de référence d’un aérodrome.
L’altitude en question n’est pas la même que l’altitude de votre GPS, l’explication dépasse le cadre de cette article. Gardez en mémoire qu’en aviation on ne doit pas utiliser l’altitude GPS.

Comment mesure-t-on l’altitude?
On sait depuis longtemps, et notamment grâce au beau-frère de Blaise Pascal (mari de sa sœur Gilberte, qui, dit-on, était monté sur le puy de Dôme avec un baromètre sur la demande de Blaise) que la pression de l’atmosphère diminue avec l’altitude, d’environ un hectopascal (nouveau nom du millibar, abrégé hPa) tous les 30 ft aux altitudes usuelles de nos petits avions. Le baromètre ci-dessous indique 1024 hPa. Si vous montez sur une échelle de 10m, il indiquera environ 1023 hPa.

Si vous emportez un baromètre avec vous, vous ne pourrez pour autant pas calculer votre altitude, car vous savez que la pression atmosphérique change d’un jour à l’autre et même au cours de la journée.
Cependant, si vous communiquez avec un ami au sol, et que celui-ci vous annonce lire sur son baromètre une pression plus haute par exemple de 20 hPa que celle que vous lisez sur le votre, vous pourrez en déduire que vous êtes à environ 600 ft de hauteur par rapport votre ami, puisque 30 ft/hPa x 20hPa = 600 ft.
C’est ce principe des deux baromètres qui est utilisé pour mesurer l’altitude des avions.
Comme il n’est pas pratique de convertir les pressions en altitude, l’OACI a défini une atmosphère standard, qui correspond en quelque sorte à l’atmosphère moyenne de la planète. La température au niveau de la mer de cette atmosphère standard est de 15°C et diminue de 6.5°C par kilomètre jusqu’à 11 kilomètres d’altitude, soit environ 2°C par 1000 ft. La pression à chaque altitude a été calculée et est publiée dans un tableau. Le tableau complet est sur le document 7488 de l’OACI, un tableau simplifié est dans tous les manuels.
À chaque pression correspond une altitude et une seule dans le tableau de l’atmosphère OACI, appelée Altitude Pression. A chaque altitude correspond une pression et une seule dans le même tableau. Par exemple,
1013.25 hPa correspond à l’altitude pression nulle;
977 hPa correspond 1000 ft d’altitude pression;
942 hPa correspond 2000 ft d’altitude pression.
Le baromètre représenté sur la photo indique 1024 hPa, c’est une altitude pression négative de 300ft environ. Ça ne veut pas dire qu’il est au fond d’une mine, mais simplement que la photo a été prise en situation anticyclonique.

L’altimètre est un appareil qui affiche une valeur en pieds à partir de deux entrées. Une entrée est la pression ambiante, qui varie donc quand vous montez et descendez, mais qui varie aussi d’un jour à l’autre sans que vous bougiez. L’autre entrée est un paramètre, mesuré en hectopascals ou pouces de mercure, que vous entrez manuellement en tournant une molette, paramètre qui s’affiche dans une petite fenêtre qui s’appelle fenêtre de Kollsman. La valeur que vous entrez dans cette fenêtre s’appelle en français le calage, en anglais altimeter setting. À 1013.25 hPa correspond 29.94 pouces de mercure, valeur indiquée sur cet altimètre:

Source http://www.flyingmag.com

Définition à retenir:
La grandeur affichée par l’altimètre est la différence entre l’altitude pression de l’endroit ou vous êtes et l’altitude pression correspondant à la valeur que vous avez entrée manuellement.
Voyons ça de plus près.
1 Calage standard.
Vous affichez 1013.25 hPa dans la fenêtre. L’altimètre vous donnera la différence entre votre altitude pression et l’altitude correspondant à 1013.25hPa dans le tableau de l’atmosphère OACI, c’est à dire zéro. Vous lirez alors votre altitude pression diminuée de 0, c’est à dire l’altitude pression tout simplement.

Ce calage s’appelle calage standard, car à ce calage votre altimètre vous indique l’altitude standard correspondant à la pression ambiante.

Si vous lisez 1000ft d’altitude pression sur un altimètre au calage standard, alors la pression ambiante de là où vous êtes est de 977hPa. C’est la seule information que vous donne votre altimètre. Votre altitude réelle peut être très différente de 1000ft, selon la situation météorologique du jour. Si vous êtes à 3000ft d’altitude pression et qu’une colline de 2500ft de haut est dans les environs, vous n’avez aucune idée de la marge par rapport à cet obstacle sans information supplémentaire.

Le centième de l’altitude pression s’appelle le niveau de vol. Si vous êtes à 5000 pieds d’altitude pression, votre niveau de vol est de 50.

Si vous êtes au niveau de vol 50 et qu’un autre avion est au niveau 60, vous avez qu’il y a environ 1000 ft d’écart entre vous.

En résumé, au calage standard, vous avez une idée de la différence d’altitude entre vous et un autre avion qui vous communiquerait ce qu’il lit sur son altimètre au calage standard, mais vous n’avez pas assez d’information pour connaître votre altitude.

2 Calage QFE
Vous demandez par radio à votre ami au sol de vous dire ce que lui indique son baromètre. Par exemple 1024 hPa, la valeur indiquée sur la phot0. Vous êtes en vol et affichez 1024hPa dans votre fenêtre de Kollsman. Vous êtes alors au calage QFE.
Votre altimètre affiche alors la différence entre l’altitude pression de la où vous êtes et l’altitude pression correspondant à 1024hPa. Il vous affiche donc une valeur voisine de votre hauteur. Notamment, une fois au sol là où est votre ami, il vous affichera zéro. Si la pression là où vous êtes est de 1013.25hPa, et que le QFE est 1024hPa votre altimètre affichera 300ft, c’est une bonne estimation de votre hauteur au dessus de votre ami qui vous a annoncé un QFE de 1024hPa. Pourquoi 300ft? Si ce n’est pas évident pour vous, relisez cet article attentivement, si vous ne comprenez toujours pas, laissez un commentaire.

Au calage QFE, vous connaissez votre hauteur par rapport à la station au sol qui vous a donné la pression qu’elle mesurait, mais ça ne vous donne pas votre altitude. Vous pourriez la déduire si votre station au sol vous donne aussi son altitude, en ajoutant à la hauteur lue l’altitude de la station au sol.
Ce n’est pas la méthode qu’on utilise pour connaître son altitude.

3 Calage QNH.
Vous demandez par radio à votre ami au sol de jeter son baromètre et de se procurer le même altimètre que le votre. Vous lui demandez d’afficher dans sa fenêtre de Kollsman la valeur qu’il faut pour que son altimètre affiche l’altitude de l’endroit où il est. Cette valeur lue dans la fenêtre s’appelle QNH.
Vous êtes en vol et affichez ce QNH dans votre fenêtre de Kollsman.
Votre altimètre affiche alors la différence entre l’altitude pression de l’endroit où vous êtes et l’altitude de la station au sol. Cette valeur est voisine de votre altitude.
Notamment, une fois au sol, votre altimètre affichera l’altitude de la station au sol.

Plus vous vous éloignez de la station qui vous a donné le calage, moins la précision de l’indication de hauteur, si vous êtes calé au QFE, de d’altitude, si vous êtes calé au QNH, est bonne, même si vos altimètres sont très précis, car la méthode elle-même est imprécise.
Mais la précision est largement suffisante en vol à vue pour les tours de piste, elle est évidemment suffisante pour séparer deux avions entre eux. Pour passer le sommet d’une montagne, la précision risque d’être insuffisante, pour des raisons qui dépassent le cadre de cet article, et on prend une large marge de sécurité.

Donc pour connaître l’altitude, vous calez votre altimètre au QNH, la hauteur, vous calez votre altimètre au QFE, et le niveau de vol, vous calez votre altimètre sur 1013.25, appelé calage standard. J’interdis le calage QFE à mes élèves et je leur explique pourquoi.

Je n’entre pas dans le détail dans cet article sur les imprécisions de l’altimètre car les manuels en parlent abondamment. Cependant, il y a une source d’erreur que je n’ai jamais vu mentionnée nulle part: l’augmentation d’altitude lorsque la pression ambiante diminue d’un hectopascal est légèrement inférieure à 30ft (27.61 ft/hPa pour être inutilement précis) à l’altitude pression standard, puis augmente. L’altitude pression diminue par exemple de 40ft par hPa au niveau 120. Cependant, chaque fois que vous tournez la molette de votre altimètre d’un hPa, l’altitude indiquée varie de 30ft. Ce défaut est corrigé sur l’altimètre numérique des avions que je connais, mais pas, à ma connaissance, sur les altimètres anciens. Pourtant, il suffirait d’avoir des écarts de graduations non constants dans le fenêtre de Kollsman pour y remédier.