À quelle altitude se forment les traînées de condensation ?

Une traînée de condensation est un nuage de cirrus artificiel. Les gaz d'échappement d'un réacteur sont chauds et contiennent de la vapeur d'eau et des particules de suie ; lorsqu'ils se mélangent à l'air environnant, le mélange se refroidit, et si l'air ambiant est suffisamment froid, la vapeur se condense sur la suie et gèle en une fraction de seconde. La physique a été établie dans les années 1940 et 1950 par Ernst Schmidt et Herbert Appleman, et le critère de Schmidt-Appleman fixe le seuil : la température ambiante doit être inférieure à environ −40 °C, la valeur exacte dépendant de la pression, de l'humidité et de l'efficacité du moteur.

Ces températures se trouvent dans la troposphère supérieure. Dans l'atmosphère standard, l'air passe sous les −40 °C vers 8 km (26 000 pieds) et atteint −56 °C à la tropopause, vers 11 km (36 000 pieds) aux latitudes tempérées. Les avions de ligne volent en croisière entre 9 et 12 km (30 000-40 000 pieds), précisément parce que cet air fin et froid est celui où ils brûlent le moins de carburant, si bien que la plupart des traînées visibles depuis le sol proviennent de cette tranche d'altitude. Dans les tropiques, où l'air est plus chaud à une altitude donnée, le seuil se déplace vers le haut ; en hiver polaire, les traînées peuvent se former à des niveaux bien plus bas, parfois même au sol.

Qu'une traînée soit un trait bref ou une nappe qui s'étend dépend de l'humidité de l'air environnant, pas de l'avion. Si l'air ambiant est sec, les cristaux de glace se sublimentent en quelques secondes et la traînée ne mesure que quelques centaines de mètres. Si l'air est sursaturé par rapport à la glace, une condition fréquente dans la troposphère supérieure et invisible à l'œil nu, les cristaux grossissent, la traînée persiste pendant des heures et le cisaillement du vent l'étire jusqu'à former un cirrus de traînée diffus pouvant couvrir des milliers de kilomètres carrés.

Les traînées persistantes sont la partie qui compte pour le climat. Elles réfléchissent un peu de lumière solaire le jour, mais piègent du rayonnement infrarouge sortant en permanence, et les évaluations du secteur aéronautique estiment que le cirrus de traînée apporte un effet de réchauffement comparable à celui du dioxyde de carbone de l'aviation. Comme les régions sursaturées en glace sont des couches fines, souvent de seulement quelques centaines de mètres d'épaisseur, les compagnies aériennes et les chercheurs testent de petits changements d'altitude pour les éviter.

Depuis le sol, il est difficile d'estimer l'altitude d'une traînée, mais il existe des indices. Une traînée avec un espace visible entre le moteur et le nuage, qui se forme quelques longueurs d'avion plus loin, est typique de l'altitude de croisière. Les traînées à des altitudes d'attente ou de montée inférieures à environ 8 km sont rares en été tempéré. Les applications de suivi qui indiquent l'altitude d'un vol qui passe affichent presque toujours entre 10 et 12 km pour une traînée persistante, une vérification utile pour qui souhaite savoir ce qui se passe au-dessus.