Alptherm & Co

 
 

J’ai fini par céder. Dire qu’on m’a tanné pour que je jette un coup d’œil sur Velitherm, la dernière distillation de velivole.fr serait mentir. Ce calcul de la Vz est le Graal de tout véli-vollibro-prévisionniste. J’avais le vague souvenir d’Alptherm, la pierre philosophale des années 90. Lorsque j’ai demandé : De quoi s’agit-il – Rassurez moi, ce n’est pas d’Alptherm ? Silence gêné… Pas moyen d’en savoir plus, il fallait tout de même que je m’assure que M.Montchev avait pour sa dernière révolution, ressorti encore 1 fois cette cuisine des grimoires. TopMeteo, Skysight & Co. livrent à prix fort leur plats préparés, les vieux cons de mon espèce trouvent la cuisine maison bien plus digeste. 

Pff….qu’en dire… ces bidouilles d’un autre âge aujourd’hui me désolent, il m’est pas facile d’en rédiger une critique constructive.

Les portails météo spécialisés se gardent de donner la moindre info sur leurs algorithmes, secret défense. N’ayant rien à monnayer, M.Montchev  soucieux de communiquer sur sa passion pour le parapente et l’aérologie a ouvert un thread sur Le Chant du Vario  et nous a livré 3 mots d’explication sur sa page Facebook.

Je le cite : “VELITHERM  Un modèle dédié au vol libre et le vol à voile

VELITHERM est la fonctionnalité la plus importante depuis la création du site. Ceci est un modèle convectif, à part entière, conçu spécialement pour le vol de soaring.

Il s’agit de ma propre implémentation basée sur la méthode d’ALPTHERM.

La conception d’ALPTHERM par Olivier Liechti et Bruno Neininger date de 1993. Le principe est également exploité par DWD, Top Meteo et Skysight sous la marque commerciale TOPTHERM.”

J’m’en doutais bien un peu, avoir la confirmation qu’en 2022 on pouvait encore nous refourguer des clones d’Alptherm est affligeant.

 

Voici le document source: ALPTHERM A PC-BASED MODEL FOR ATMOSPHERIC CONVECTION OVER COMPLEX TOPOGRAPHY par O.Liechti, et B. Neininger. Il ne s’agit aucunement d’une publication tirée d’une revue de météorologie à comité de lecture mais du compte rendu d’une présentation lors congrès d’une association de vélivole.

 

A la lecture du pdf, vous apprendrez qu’il s’agit du développement pour PC d’un programme que Whiteman faisait tourner en 1982 sur une calculatrice. Alptherm est un algorithme de calcul en dimension 2, strictement hydrostatique. POINT (Gras majuscule: pour insister) non seulement c’est clairement affirmé dans l’article, mais les équations confirment que les seules forces prises en compte sont la gravité et la poussée d’Archimède.

 

L’atmosphère est un gaz, l’étude de ses mouvements relève de la mécanique des fluides. Faites-moi confiance sur ce point, ou admettez le simplement pour avancer, mes propos ici ne sont pas d’en débattre. Du battement d’aile d’un papillon au Brésil, à la tornade au Texas, le calcul du moindre de leurs déplacements (aile du papillon: aérodynamique, tornade : météorologie) fait appel aux équations de Navier-Stockes. Qu’on apprécie ou non les dérivées partielles, les gradients, les lagrangiens, on n’y échappe pas, flux de masse et LES ne sont que des méthodes numériques pour simplifier le calculs des petits tourbillons. Alplterm et tous les modèles hydrostatiques réduisent drastiquement ce cadre.

 

L’hypothèse hydrostatique implique un fluide au repos où la composante verticale de la pression : la poussée d’Archimède équilibre parfaitement la gravité. Si on considère une particule en mouvement, en tout point du volume atmosphérique, à l’extérieur comme à l’intérieur de cette particule d’air, la pression est proportionnelle au poids de la colonne d’air au-dessus de ce point. Après simplification des équations, il ne reste appliqué à la particule qu’une composante verticale proportionnelle à la différence de différence de masse volumique entre le gaz compris dans la particule et celui environnant. Une évidence. Je ne me prive pas d’en remettre une louche : tout ce qui n’est pas pris en compte dans les calculs de la vitesse de nos particules d’air étant ignoré, l’hypothèse hydrostatique se moque de la 1ère loi de Newton, le principe d’inertie fondement de la mécanique, sans tenir compte de leur masse la vitesse des particules est alors instantanée, elles passent d’une couche de calcul à l’autre sans accélérer ni ralentir. Autre petit souci s’il en est, la viscosité de l’air, communément sa résistance. Certes nous restons pour nos bulles exploitables sur des vitesses de l’ordre de 1 à 5 m/s (faut ajouter 1 m/s aux mesures du vario), à compter au carré, mais comme leur maître couple est au minimum dans les 3à4000 m², le produit n’est pas négligeable au vu de l’intensité de la force motrice. Autres points ; le déplacement est adiabatique, tout échange thermique serait rétroactif sur la vitesse de la particule, par modification de sa masse volumique. La particule est invariante dans sa forme et son volume, Boyle et Mariotte se retournent dans leur tombe, c’est maintenant la loi des gaz parfait qui est remise en question, j’ajoute en outre que toute déformation et turbulence interne consommeraient une énergie qu’il faudrait aussi comptabiliser. Je doute que les prosélytes du modèle hydrostatique soient satisfaits de leur score au chapitre physique de l’atmosphère du QCM du brevet de pilote. J’ai toujours plaisir à ajouter de l’huile sur le feu : Sous cette hypothèse, quid de la Vz des dégueulantes ?

L’hypothèse hydrostatique se comprenait comme un moyen de contourner les dérivées partielles au temps où les calculs devaient se faire à la règle. Aujourd’hui avouez que compte tenu de la somme des datas que nous livrent les offices météorologiques, de la puissance de calcul d’un simple smartphone, c’est inepte d’y céder par facilité et /ou par ignorance. J’enfonce le clou : en négligeant délibérément la viscosité de l’air, cette bagatelle qui a bloquée toute évolution de la mécanique des fluides pendant plus d’1 siècle ; les plus pointus des physiciens de la fin du 18éme s’y sont cassé les dents, jusqu’à ce que Navier et Stokes à partir des travaux de Reynolds l’intègre aux équations d’Euler, aujourd’hui les experts es CAPE nous calculent des Vz dans une atmosphère où ni buse ni parapente, n’enroulent aucun thermique, c’est con … Si elle est nulle, la viscosité, pas la Vz, le Nombre de Prandtl = 0 dans ce cas le Nombre de Rayleigh = 0, tout transfert de chaleur se fait par conduction. Viscosité nulle = convection impossible (Je pousse un peu loin, dans ce cas le Nombre de Grashof explose, on a un 0² au dénominateur). Pour les buses et les parapentes, la viscosité c’est la source de la RFA de nos chapitres aérodynamiques, sans résistance de l’air rien ne peut voler.

Remettre en question par révisionnisme les équations de Navier Stockes pour proposer un système atmosphérique hydrostatique peut être un parti délibéré, tant que cette position est explicite et assumée, tout peut être discuté. Ce paradigme, implique de rejeter toutes données tirées des modèles numériques de prévision, soit se restreindre aux radiosondages journaliers et aux relevés, pression, température, vitesse et direction du vent des stations météo. Plongeon direct dans les années 1950 avant Rossby. Il est inepte d’appliquer une surcouche de calcul hydrostatique à des datas tirées de la mécanique des fluides, les deux sont incompatibles. Lorsqu’on se moque du pilori de la rigueur scientifique, l’exercice ne coute certes pas cher, reste : qu’en attendre ???

Pour soulever le capot d’un modèle, je vous prie de d’ouvrir ce petit topo ARPEGE/AROME à en croire l’auteur “pour les nuls”. Nous vendre les Blablatherm comme des modèles atmosphériques est une escroquerie, renchérir avec “révolutionnaire” c’est ouvertement se foutre de notre gueule. Grossier et sans nuance, j’assume, l’html vous épargne les décibels. Je ne désire qu’une chose, c’est de devoir présenter d’humbles excuses pour des propos aussi verts. Prouvez que je déconne, éditez les fonctions principales de vos codes sources pour nous permettre de les commenter. Ces logiciels ne sont pas pondus à partir de rien, s’ils ouvrent sur des avancées majeures, la moindre des choses serait un juste retour de contribution à la communauté. Si le boulot se résume à implémenter Alptherm aux format des données AROME ou ICOND2 et de le traduire en JavaScript pour le faire tourner sur un serveur, rester modeste  garde de la foudre.

 

Que cela soit bien clair, aucuns soucis avec Alptherm, Liechti et Neininger fixent clairement le champ d’application de leurs équations, dans ce cadre chacun de nous estime l’intérêt de leurs calculs. Ce sont les vendeurs de lessives aux enzymes gloutons qui lavent plus blanc que blanc qui m’indisposent. Je relève toutefois que Velivole.fr partage sa version pro bono.

 

Je prends un malin plaisir à dézinguer les copains, en rester là n’offre aucun intérêt. S’il y a sur votre site de prévi un bouton à cliquer : Vz moyenne, c’est que l’admin du site répond à un besoin. 

Voici la doc AROME , dispo @ MétéoFrance, y est listé l’ensemble des données calculées et disponibles, on a beau chercher pas de vz moyenne, il y a bien une vitesse verticale en Pa/s mais ce n’est pas celle de nos thermiques. Ce n’est pas exprès que pour nous faire chier, c’est juste que dans l’ensemble des processus de calcul, à aucun moment il est nécessaire de la calculer. Ce sont nos thermiques pourtant ! L’amour propre du parapentiste en prend un coup mais dans les flux échangés, chaleur, humidité, quantité de mouvement etc. les ascendances ne comptent pas plus que les subsidences. Les données calculées concernent l’ensemble du brassage dans le sens du gradient et à contre gradient.

On arrive en fin de page, de grâce un ultime effort pour mon dernier point. Il n’est pas facile à expliquer clairement et le comprendre est je pense fondamental. Lorsque les interactions sont faibles, typiquement dans un gaz au repos, le système de particules se comporte de manière désordonnée, chacune est propulsée de manière homogène et de manière identique dans toutes les directions de l’espace. Quand les interactions s’accentuent, quand on y injecte de l’énergie, les particules alignent leur déplacement dans une direction commune, mais qui n’est pas prescrite a priori. La direction du mouvement est une propriété émergente.

Quand j’observe l’ensemble des mouvements tourbillonnaires de l’atmosphère, dans la couche où je joue : la couche limite atmosphérique, à mon échelle : le rayon de virage de ma voile, il se dégagera d’une direction et d’une vitesse de déplacement globalement commune, un mouvement qui peut être ascendant et exploitable, que nous appellerions alors “Thermique”. Le thermique ne crée pas le déplacement vertical des particules, il est le fruit de ce déplacement. Nos “Thermiques” ne sont pas des “corps aérologiques” mais le fruit de notre représentation.

S’il faut une chute pour le matin @ 7 h, le choix est simple:

Soit comme Lancelot je laisse tomber ma quête du Graal : la Vz, pour une Guenièvre affable. AROME ICON D2 et autres ne sont pas programmés pour la calculer (la Vz pas Guenièvre), ils sont perf, je m’en satisfais et évalue le potentiel de la journée de vol, sur leurs seules données.

Soit je m’en remets aux algorithmes de la mort qui tue, qui, en totale contradiction avec les règles de calcul et les concepts des modèles dont ils exploitent les datas, vont me les concasser pour qu’enfin la prévi soit digeste.

 

Notes :

1 – Le paradoxe de d’Alembert – quand la mécanique des fluides se grippe.

2 – Voici le lien de la page: Poussée d’Archimède sur Wikipédia. Puisque tout parapentiste maîtrise le théorème, j’épargne à ceux qui ricanent une lecture fastidieuse en leur livrant la capture d’écran d’un exemple d’application. L’hypothèse hydrostatique ne peut en aucun cas remettre en question la loi de Newton.

 

jean jacques  – 05 juillet 2022

 

Edit – 13 juillet 2022 –

Sous l’hypothèse hydrostatique, la Vz des dégueulantes ? Ma question n’était pas rhétorique, mon intention était de provoquer des interrogations, non pas de l’incompréhension. Puisqu’elle a fait un bide, je l’explique.

En vous proposant l’exemple d’application sur la page Wikipédia, j’ai pensé faciliter le transit. Dans cette expérience personne ne me contredira si j’affirme qu’une fois la position d’équilibre atteinte, l’opérateur doit ajouter des plombs dans le cube pour le faire redescendre. Pour le ludion ce sont les variations de pression dans le tube exercées par le joueur qui provoquent les déplacements verticaux. Passons à nos bulles thermiques, dans le schéma hydrostatique, l’ascendance stoppe à la hauteur où la masse volumique de la particule et égale à celle de l’air environnant. Que se passe-t-il une fois ce point atteint ? Va-t-elle naturellement replonger pour la dégueulante ? Pour entamer un mouvement vertical vers le bas, la masse volumique de notre particule doit augmenter, celle-ci doit donc être comprimée, perdre de l’humidité et/ou refroidir… J’suis pas un spécialiste de l’hydrostatique, mais pour rester sous cette hypothèse je ne vois qu’un avenir logique à notre particule, le mélange avec la masse d’air environnante. Si ce n’est pas le cas, là-haut, il ne me reste comme explication qu’une livraison de glaçon de Norvège par le Père Noël pour la refroidir. Dans notre couche de l’atmosphère plus on monte plus la température potentielle augmente, il n’y a aucun puits de froid pour résoudre le problème. La réponse tempo qui m’est souvent retournée est : par rayonnement . Elle n’est pas audible, notre particule, à la même température émet le même rayonnement que la masse d’air environnante. Mon Père Noël est aussi lyrique que les thermiques fainéants qui réunissent leurs forces pour monter plus vite ( Cf la page Facebook en lien au début de cet article). Les Ayatollahs la Bulle Thermique Archimerdique et les Apôtres de l’Hydrostatisme , nous content le ciel des longs transits sur la plaine, sereins, sans fendre la moindre dégueulante.

La filoche avait pour but d’aiguillonner votre attention sur ce point, non simplement de se souligner une incohérence. Pour le calcul de la Vz, le calcul de la température de la masse d’air environnante est indispensable, on est tous d’accord, ce réchauffement est principalement convectif. AROME, pour n’en citer qu’un, tient compte pour le faire des transferts d’énergie sur l’ensemble du système ascendance et subsidence, la surcouche hydrostatique que sur la partie ascendante. Ce servir des datas AROME, et ne concentrer l’ensemble des transferts que sur la moitié du système revient à doubler le “dynamisme” de l’ascendance, bonsoir le “retro” calcul de la Vz a posteriori.

jjacques