La dérive des bulles

[Suspente]

Après lecture du "chasseur de thermiques" de Will Gad traduit par Luc Armant, un passage m'a posé question:

Si vous avez un GPS, vous pouvez savoir quel est la force du vent et donc quelle est l’inclinaison du thermique. Je visualise mentalement les thermiques avec une pente jusqu’à 20 degrés dans des vents de 15-20km/h ou moins et jusqu’à 30 degrés pour des vents jusqu’à 35km/h.
Note personnelle (De Luc Aramnt): l’inclinaison du thermique dépend aussi de la force du thermique. Plus il est fort, moins il est
incliné.

J'ai considéré une bulle thermique comme une montgolfière et avec un tableur j'ai calculé l'inclinaison des thermiques pour me rendre compte de ce qui était dit dans cet excellent document:

Et bien quand W. Gadd dit qu'il prend une pente de 20° (c'est-à-dire 20° de différence par rapport à 90°) dans des vents de 15 à 20 km/h (soit 70° dans mon tableau) c'est qu'il estime la force des thermiques à plus de 10 m/s
Et 30° (soit 60° dans mon tableau), c'est qu'il prévoit des thermiques de plus de 10 m/s également.

Si je ne me suis pas lamentablement planté dans mes formules, on voit bien que dès qu'il y a un peu d'air si le thermique (bulles) n'est pas un minimum vigoureux il devient vite inexploitable.
Pour ce qui est des colonnes, je ne sais pas si on peut appliquer les mêmes formules vu qu'elles ont comme un point d'attache au sol ?

[flaille]

hello Suspente, très interessant, peux-tu mettre ton doc excel en PJ, j'aimerais bien extrapoler 3 babioles?
Merci d'avance

Oliv

[wowo]

(@) Suspente,

Intéressant ton document, je pense tout de même que tu es dans l'erreur (sinon c'est moi) quand tu dis :
"Si je ne me suis pas lamentablement planté dans mes formules, on voit bien que dès qu'il y a un peu d'air si le thermique (bulles) n'est pas un minimum vigoureux il devient vite inexploitable."

En effet je pense que le même vent se fait incliner le thermique (colonne comme bulle sans-doute d'ailleurs) et ben ce même vent te fait aussi dériver. Bref si la bulle ou colonne que l'on aime à s'imaginer droite et ronde s'incline et de ce fait s'ovalise, tes cercles quant tu enroule s'ovalisent eux du fait de ta dérive.
Il est possible (probable) que le vecteur vertical diminue du fait d'un vecteur horizontal et que le vario bippe moins joyeusement et que les sorties et entrées dans le thermique soient plus nombreuses et vigoureuses mais bon là il est question de pilotage et il est certain que par vent établi tout devient plus du déco jusqu'à l'attero.

Le détail de ta formule de calcul intéresserait dans tous les cas, si tu peux en dire.

Salutations sincères

[yeager]

(@) Suspente,

Intéressant ton document, je pense tout de même que tu es dans l'erreur (sinon c'est moi) quand tu dis :
"Si je ne me suis pas lamentablement planté dans mes formules, on voit bien que dès qu'il y a un peu d'air si le thermique (bulles) n'est pas un minimum vigoureux il devient vite inexploitable."

En effet je pense que le même vent se fait incliner le thermique (colonne comme bulle sans-doute d'ailleurs) et ben ce même vent te fait aussi dériver. Bref si la bulle ou colonne que l'on aime à s'imaginer droite et ronde s'incline et de ce fait s'ovalise, tes cercles quant tu enroule s'ovalisent eux du fait de ta dérive.
Il est possible (probable) que le vecteur vertical diminue du fait d'un vecteur horizontal et que le vario bippe moins joyeusement et que les sorties et entrées dans le thermique soient plus nombreuses et vigoureuses mais bon là il est question de pilotage et il est certain que par vent établi tout devient plus du déco jusqu'à l'attero.

Le détail de ta formule de calcul intéresserait dans tous les cas, si tu peux en dire.

Salutations sincères

je partage ce que dit  wowo, maintenant il serait intéressant de dévellopper ce calcul

[flaille]

bien vu wowo c'était précisément ce que je souhaitais démontrer en traitant les infos intégrées d'une trace Zmètres gagnés en Ttemps sur Ydistance ce qui donne un angle "théorique" à comparer avec l'angle "réel" issu d'un traitement graphique du screenshot d'une trace sur google earth.

Je suis à peu près sûr qu'il existe une différence notable entre les deux.

Quel intérêt à se tailler les cheveux en 4 sur ce sujet?
pour le "pilotage au nuage" en plaine lors d'un changement de rue (éviter un surdéveloppement de la rue actuelle ou au contraire un ciel bleu)

Suspente, si tu peux mettre ton fichier

[wowo]

L’intérêt de se tailler les cheveux en quatre sur un sujet comme la dérive des bulles tient peut-être dans les nombreuses et longues journées grises (en tous cas ici dans l'Est) qui vont s'intercaler entre de trop rares ploufs.

Puis, est-ce que le sujet est moins abstrait que le suivant " ... incidence automatique ..." J'en voudrais pas d'une telle voile même si c'était réalisable (un jour sans (aucun) doute) Quel intérêt si le parapente devient aussi aseptisé que l'automobile voir la moto d'aujourd'hui (ah, ceux qui ont connu une H2, Mach 3 ou autres Gitane-testi)

Bon d'un autre coté, on s'équipe d'instruments de vol de + en + complet et apte à nous faciliter l’exploitation de la masse d'air (moi par exemple j'ai envie d'un C-pilot et je lutte pour ne pas casser ma tirelire) est-ce que ce n'est pas déjà une façon de penser à un vol-libre totalement "idiot-proof"

Bah, bientôt on pourra se payer (avec un loto) des simulateurs de vol sur lesquels la FAI pourra organiser les championnats sans risques auxquels elle aspire.

Salutations sincères

[piwaille]

 

tableau très intéressant ... et ton commentaire aussi

Pour ce qui est des colonnes, je ne sais pas si on peut appliquer les mêmes formules vu qu'elles ont comme un point d'attache au sol ?

je pense que ton "erreur" de calcul provient de là... je suppose que tu as déduit que la bulle (et la colonne) dérivent avec le vent ... hors ce n'est pas le cas : une bulle (et une colonne) ont une prise au vent qui lui permet petit à petit d'acquérir cette vitesse.

prend l'exemple d'un voilier ... tu largue les amarres, il va accélérer progressivement = La bulle, quand elle quitte le sol reste à vitesse de dérive (presque) nulle pendant un petit moment, sa vitesse augmente très progressivement.
la question : un voilier n'atteint jamais la vitesse du vent (bon, y a aussi la traînée dans l'eau) .. est-ce qu'une bulle atteint un jour la vitesse du vent (j'imagine que sans gradient ni cisaillement oui ... mais je ne saurais pas être 100000% affirmatif )

[stephb24]

la question : un voilier n'atteint jamais la vitesse du vent (bon, y a aussi la traînée dans l'eau) ..

désolé de te contredire piwaille,  mais un voilier par son vent relatif peut atteindre 3 fois la vitesse du vent, c'est même grâce a ça que des records de vitesse sont battus, mais il faut dire qu'ils jouent sur le profil de leurs voiles comme nos ailes, que leurs dérive fait un plan antidérive comme une deuxième aile immergée, et qu'ils comptent sur l'accélération perpendiculaire de l'air dans leurs voile pour augmenter leur vitesse, ce qu'une bulle ne peut pas faire. par contre il est vrai que vent arrière un navire ne peut dépasser la vitesse du vent.

[Guillaume V]

Je pense que lorsqu'un thermique se met en place, on ne peut considérer ce phènomène comme isolé dans une masse d'air en mouvement.... Il provoque à lui tout ton seul un petit anticyclone, avec inversion de la direction du vent au sol par endroits. Bien sûr la masse d'air l'incline, mais pas autant semble t'il...
Mais bon si tu visualises l'inclinaison de certains vols de plaine dans Google Earth, on n'est pas loin non plus de la théorie...

[py]

un voilier par son vent relatif peut atteindre 3 fois la vitesse du vent, c'est même grâce a ça que des records de vitesse sont battus ...

heu, tu pourrais citer tes références? le facteur 3 me semble vraiment tres gonflé!
au mieux 2 si j'en crois wikipedia: http://fr.wikipedia.org/wiki/Effort_sur_une_voile#Influence_du_vent_apparent
  "Pour les plus performants tel que l'hydroptère cette valeur atteint deux fois la vitesse du vent réel"
et le record de vitesse à la voile est tj tenu par un kite, non?

[Francis.]

C'est vrai qu'on dit que le thermique résiste au vent. La preuve: on peut être 'sous le vent' du thermique. Si le thermique se laissait emporter par le vent, il n'y aurait pas de zone sous le vent.
L'air a une masse, environ 1kg par m³. Le vent entre en collision avec l'air du thermique. Donc le vent ralentit au contact du thermique et celui-ci est moins poussé. Comme l'air peut passer de part et d'autre du thermique, la poussée n'est pas si importante que ça.
Le thermique finit par s'incliner, mais selon une courbe liée à l'accélération de la masse d'air, poussée par le vent.
Ce qui est vrai pour un thermique continu est certainement différent des bulles thermiques, bien détachées les unes des autres. La bulle progresse dans un air qui n'a pas encore été ralenti et la poussée est plus forte. La bulle prendra donc plus rapidement la même vitesse horizontale que le vent.

[piwaille]

la question : un voilier n'atteint jamais la vitesse du vent (bon, y a aussi la traînée dans l'eau) ..

désolé de te contredire piwaille,  mais un voilier par son vent relatif peut atteindre 3 fois la vitesse du vent, [...]ils comptent sur l'accélération perpendiculaire de l'air dans leurs voile pour augmenter leur vitesse, ce qu'une bulle ne peut pas faire. par contre il est vrai que vent arrière un navire ne peut dépasser la vitesse du vent.

effectivement j'ai oublié de préciser "par vent arrière" : une bulle part toujours vent arrière

[Le bandit démasqué]

En plus, ça doit dépendre de la masse d'air à déplacer, donc de son volume (ou de son diamètre), de son déplacement (qui s'opose plus ou moins à celui du vent), de l'encombrement (physique ou aérologique) autour du thermique (le vent le contournera plus ou moins facilement, présence d'autres thermiques ...), et peut-être même de sa rotation propre (si elle existe). Enfin, il est possible que les thermiques se matérialisent dans des zones où le vent est le moins influent (comme dans les troubillons qui restent sur place dans le lit d'une rivière).
Les thermiques ont une certaines inertie et résistent donc plus ou moins bien à leur mise en mouvement.

[piwaille]

dans les "ça dépend", tu rajoutes :
* la température (plus l'air est froid et plus il est visqueux)
* de la forme (et oui, une bulle est tout sauf spérique, une colonne n'est pas forcément cylindrique ... et la forme dépend de tas d'évènements dans la vie de la bulle)
etc etc etc ..

Enfin, il est possible que les thermiques se matérialisent dans des zones où le vent est le moins influent (comme dans les troubillons qui restent sur place dans le lit d'une rivière).

c'est pas pour rien que quand tu es vraiment à l'attaque, tu peux aller "chasser" le thermique sous le vent d'un relief... c'est là qu'ils sont le plus vigoureux ... mais il faut reconnaître qu'il faut parfois avoir un peu de "tripes" pour aller les chasser là bas et que parfois ça se termine tel un gland bien mur ... au pied d'un arbre

[Guillaume V]

Analyse de trace de Honorin, un petit gars qui coince bien la bulle, en plaine le 13 juillet:

Le bon thermique de 16h12 à 2.1m/s  le monte de 1000m. On peut penser à une belle colone verticale, et bien non. Le thermique est couché à 16° par rapport à l'horizontale, puisqu'il dérive dans le même temps de 3400m.


Le vent de 30km/h selon le récit, ou de 20km/h selon CompeGPS sur ce subtrack, donne selon le tableau théorique de "suspente" une inclinaison entre 13 et 20°. Bravo "suspente" ta théorie est vérifiée....

Sa trace et récit :  http://parapente.ffvl.fr/node/1619/story/1445

[Suspente]

Merci Guillaume V

Ouaouh, que de questions qui se posent... j'adore.

Pour ce tableau, petite précision à faire grâce au commentaires:
* je considère la bulle comme une montgolfière qui a déjà acquis sa vitesse verticale et horizontale de croisière. A exclure dons tous les régimes transitoires d'accélération au déclenchement etc... D'ailleurs l'accélération au moment du décollement ne doit pas prendre trop de temps vues les grandeurs en jeu.
* Intérêt du truc: en partant en transition, tu identifie une source potentielle de thermique au sol et bien c'est pour pouvoir anticiper où attraper la bulle au bout de la transition.

Pas d'accord avec wowo pour l'ovalisation. Une fois que la bulle a une vitesse constante dans la masse d'air, par rapport à la masse d'air elle a une vitesse horizontale nulle et une vitesse verticale propre (en simplifiant hein, pas de rafale, zone sans relief....). En gros, la bulle a une vitesse air= 0 km/h. l'ovalisation peut se remarquer par rapport au sol, tu n'ovalises pas par rapport à la masse d'air.

Mon fichier en pj
Inclinaison des thermiques

[wowo]

On peut néanmoins aussi retenir qu'un thermique pas si violent que ça et malgré un vent bien établi de 20 km/h (à fortiori si on retient 30 km/h permet de faire un gain conséquent ... en acceptant de dériver avec et à condition bien sur de savoir le centrer.

Salutations sincères

[wowo]

Pas d'accord avec wowo pour l'ovalisation. Une fois que la bulle a une vitesse constante dans la masse d'air, par rapport à la masse d'air elle a une vitesse horizontale nulle et une vitesse verticale propre (en simplifiant hein, pas de rafale, zone sans relief....). En gros, la bulle a une vitesse air= 0 km/h. l'ovalisation peut se remarquer par rapport au sol, tu n'ovalises pas par rapport à la masse d'air.

Mon fichier en pj
Inclinaison des thermiques

Je suis d'accord avec toi que l'ovalisation de la trajectoire de vol se veut par rapport à sa projection au sol et non dans la masse d'air maintenant une colonne cylindrique attaché ou non au sol mais incliné donne forcement une projection ovale au sol car sa coupe horizontale se veut déjà ovale.

On pourrait même supposer que puisque la coupe horizontale d'un cylindre verticale incliné est ovale et que puisque on fait des cercles "ronds" dans la masse d'air il serait facile d'éviter de sortir sous le vent ou au vent. La réalité nous a déjà à tous prouvé qu'il n'en était rien.

le parapente est (et j'en suis content) plus une question de feeling que de mathématique. Même si évidemment il répond pour ce qui est de la méca-volà de règles physiques.

Merci pour le fichier en MP, je m'en vais m'occuper les méninges avec durant les soirées d'hiver qui nous attendent.

Salutations sincères.

[Suspente]

Je me pose la question suivante à partir de ce que dit wowo dans son dernier message:

L'observation de l'ovalisation ressentie du thermique (colonne) ne provient-elle pas du fait qu'on "tombe" dans la colonne, même si nous montons ?

En allant trop loin dans le sens du vent, il n'y a plus de colonne sous nous du fait de son inclinaison. Au vent, même si on va trop loin, à notre verticale se trouve une partie ascendante. De cette réflexion on peut en déduire qu'il faut allonger la branche contre le vent et éviter d'aller trop loin sous le vent. En plus du fait qu'on ait plus de partie ascendante sous notre position en allant vent arrière, on sait bien que cet endroit est plus turbulent ... C'est l'effet bagnard.

[wowo]

Je me pose la question suivante à partir de ce que dit wowo dans son dernier message:

L'observation de l'ovalisation ressentie du thermique (colonne) ne provient-elle pas du fait qu'on "tombe" dans la colonne, même si nous montons ?

En allant trop loin dans le sens du vent, il n'y a plus de colonne sous nous du fait de son inclinaison. Au vent, même si on va trop loin, à notre verticale se trouve une partie ascendante. De cette réflexion on peut en déduire qu'il faut allonger la branche contre le vent et éviter d'aller trop loin sous le vent. En plus du fait qu'on ait plus de partie ascendante sous notre position en allant vent arrière, on sait bien que cet endroit est plus turbulent ... C'est l'effet bagnard.

Effectivement c'est la bonne façon d'expliquer ce que je souhaitais dire et surtout c'est la B.A.BA de l'exploitation des thermiques. "toujours des branches plus longues (en temps) contre le vent et plus courte (en temps) avec le vent dans le dos" par tous les auteurs de manuel de vol-libre ou même vol à voile.

Salutations sincères

[Parapente Samoens]

Le débat est très intéressant et part sur des bases théoriques qui méritent d'être explorées.

J'avais en stock une trace de thermique très penché et j'en ai tiré ces quelques données :

-  Montée de 300 mètres en quasi 5 minutes (ça tombe bien ça fait 300 secondes !), donc une moyenne de 1 mètre par seconde.

-  Le vent devait être entre 25 et 30 klm/h au vu de la différence de vitesse vent de face et vent de dos.

-  Dérive de 2240 mètres pour 300 mètres de gain soit une pente inférieure à 8° (à confirmer, mes leçons de trigo sont lointaines  )

On tombe dans les valeurs extrêmes du tableau de suspente, mais on reste dans les valeurs annoncées.



Illustration vu de dessus, je prend le thermique à droite de l'image (sous le vent du site d'Agy) et le dérive en revenant vers Samoens à gauche de l'image. On voit bien la dérive due au vent.










Une fois ce texte fini, je m’aperçois que j'ai un soucis de référentiel. Dans le tableau, on parle de la vitesse verticale de la masse d'air ascendante et non du taux de montée de l'aile.

Mes données sont donc largement faussées puisque c'est la vitesse verticale de l'aile qui descend en virage (même si c'était une excellente oméga 8 que j'essayais  ). Pour avoir la vitesse verticale de la masse d'air il faudrait donc ajouter le taux de chute. Dans ce cas, mon thermique à environ 2,5 m/s est trop incliné par rapport au tableau. 

[Suspente]

Intéressant ton graphique Patrick.
En moyennant les extrêmes vent arrière/vent de face à l'enroulage on a: (55+15)/2:=35 Tu enroules en gros à une vitesse de 35 km/h.
55-35 ou 35-15 = 20. On peut donc dire que le vent moyen sur ton thermique était de 20 km/h.

Je trouve aussi un angle de 8° également.

En considérant le taux de chute de ton excellente Oméga à 1m/s (ça m'arrange pour le calcul), on peut dire que tu as perdu 300m dans la bulle en 5 mn.
Pour le calcul de la pente de la bulle on a alors: atan(600/2240)=15°
Soit une inclinaison de 15° pour la bulle thermique de vitesse 2m/s: regarde ça colle avec le tableau à quelques degrés près et en ayant des approximations taillées à la hâche

[Parapente Samoens]

Tu es très optimiste sur le taux de chute en virage ! 

Je tablerai de manière plus réaliste avec un bon 2 m/s en moyenne, ce qui nous donne un thermique à + 3 avec 20 km/h. La pente théorique donnée par le graphique est de 28° on est loin des 8° suivi par ce thermique.

A mon avis, il faut de l'air libre pour que la théorie puisse s'appliquer. En montagne de nombreux facteurs influent sur l'inclinaison et la trajectoire des bulles. D'ailleurs, j'ai choisi ce thermique pour son coté atypique, le même jour, j'ai enroulé d'autres bulles largement moins dérivées.

[Suspente]

Non, non, non. Patrick: la pente suivie est celle de l'aéronef, pas de la bulle. N'oublie pas que tu tombes dans la bulle, et c'est bien pour ça qu'on finit des fois par sortir en-dessous.
La pente de la bulle est différente de la pente suivie par l'aéronef.

Je reprends: ta pente de vol: 8°, OK.
La pente de la bulle que j'avais recalculée. Avec un taux de chute de voile de 1m/s et un taux de montée de 1m/s, pendant que tu montes de 300m, la bulle, elle monte de 600m. Donc ta pente à toi est bien de 8° mais celle de la bulle est de 15°.

En refaisant le calcul avec un taux de chute de 2m/s et un taux de montée de 1m/s, on a: 3*300=900m (gain de la bulle)
La pente est donc: atan(900/2240)=22°

22° à comparer à 28° théorique: pas si éloigné je trouve surtout que le taux de chute de la voile est "estimé".
Donc, en partant du postulat que mon tableau est correct, on peut dire que ton taux de chute était supérieur à 2m/s dans cette masse d'air.

[Parapente Samoens]

Je ne suis pas du tout le même raisonnement.

A mon avis, la pente du thermique est bien de 8°, cela indépendamment de la vitesse d’ascendance. La bulle monte plus vite que la voile, mais la voile suit la même trajectoire sinon elle sort du thermique.

Dans mon exemple, après 5 minutes la bulle serait bien montée de 900 mètres et aurait dérivée sur la même pente, elle est donc à 6750 mètres (à condition de vent constant).