1. Principe

L'altimétrie est la mesure des altitudes.

L'altimètre ne mesure pas directement une altitude, mais une pression (une pression est égale à une force sur une surface) : c'est un  baromètre c'est-à dire d'un instrument servant à mesurer la pression de l'atmosphère. Celle-ci décroissant avec l'altitude (avec l'altitude, la pression, mais aussi la température et l'humidité de l'air diminuent ), il suffit donc de comparer la pression régnant à l'extérieur de l'avion avec une pression donnée, la pression correspondant au niveau de la mer étant de 1 013,25 hectopascals (hPa).

Équipé d'un cadran, l'altimètre convertit cette différence de pression en une altitude exprimé en pieds à l'aide d'une correspondance pression-altitude par rapport à une référence choisie par le pilote : niveau de la mer, du sol ou calage 1013,25.

Principe du baromètre

Un altimètre est donc un baromètre gradué en pieds (parfois en mètres pour les planeurs) : il enregistre la pression à l'extérieure de l'avion (pression atmosphérique) et la restitue sur un cadran gradué (généralement en pieds), en fonction de la décroissance de la pression avec l'altitude.

2.  Fonctionnement

La pression atmosphérique diminue lorsque l'altitude augmente. L'altimètre va donc mesurer la pression atmosphérique pour déterminer l'altitude à laquelle on vole. 


La mesure se fait à l'aide d'une "capsule anéroïde" ou "capsule de Vidie", du nom du mécanicien français qui l'inventa en 1844.  C'est une capsule métallique, hermétique et déformable qui enregistre la variation de pression, par déformation. 

Un ressort placé à l'intérieur de la capsule l'empêche de s'écraser. La déformation est transmise à une aiguille qui se déplace devant un cadran gradué.

La capsule se déforme en fonction des variations de pression atmosphérique
et un mécanisme transmet cette déformation à une aiguille

Chaque mesure de pression obtenue par l'altimètre est transformé en altitude, en utilisant une table de correspondance pression-altitude : la table de l'atmosphère type (1 hPa = 28 ft), utilisée par tous les constructeurs d'altimètres.

Les altimètres d’avions sont munis d'une fenêtre où apparaît une échelle de pression graduée en Hecto pascals (hPa) permettant au pilote de choisir une pression de référence appelée "calage altimétrique".

3.  Présentation

Le cadran de l'anémomètre est généralement gradué en pieds (ft).  Trois aiguilles se déplacent : la plus grande indique les centaines de pieds, la petite et plus large indique les milliers de pieds et un triangle indique les dizaines de milliers de pieds. 1 ft = 0,30m.

L'altimètre

Les altimètres sont munis d'une fenêtre ou apparaît une échelle de pression graduée en hPa, en pouces de mercure ou plus rarement en millimètres de mercure. Elle sert à afficher la pression de calage. En effet, pour une même altitude, l'indication d'attitude de l'altimètre variera selon la pression de calage choisie.

5. Les calages altimétriques

Les variations de la pression, l'altitude variable des aérodromes ainsi que les phases de vol très différentes rendent nécessaires l'utilisation de différents calages pour faciliter l'interprétation des indications de l'altimètre.

Le "calage altimétrique" consiste à afficher dans la fenêtre de l'instrument une pression définie qui servira de référence aux mesures.

Le cadran de l'altimètre présente 3 aiguilles,
ainsi qu'une fenêtre et un bouton de réglage

A partir de cette référence, l'altimètre reprend la correspondance pression-altitude de l'atmosphère type pour donner une indication d'altitude. Cette norme fait correspondre à chaque hectopascal lu dans la fenêtre des pressions (ou fenêtre de calage), une variation de 27,31 pieds couramment arrondie à 28 pieds, aux alentours de la pression de référence 1013,25 hPa.  Les calages altimétriques sont transmis en hectopascals et arrondis par défaut au nombre entier immédiatement inférieur (ce qui va dans le sens de la sécurité).

Les différentes indications lues en fonction du calage

5.1  Le calage altimétrique QFE ou hauteur

Le calage QFE indique la hauteur de l'aéronef au-dessus d'un aérodrome. Cette distance est calculée par la variation de pression entre celle où se trouve l'avion et celle au niveau de l'aérodrome.  Le QFE d'un aérodrome est calculé au niveau du point le plus élevé de l'aire d'atterrissage. Le QFE  est un paramètre météorologique obligatoirement transmis par les organismes de la circulation aérienne sur l'aérodrome.

Le calage altimétrique QFE

Un QFE "seuil" est également transmis dès lors qu'une piste est desservie par une procédure d'approche aux instruments de précision (approche avec matérialisation du plan de descente) si le seuil n'est pas le point le plus élevé de l'aérodrome ou par une procédure classique (approche sans information sur le plan de descente) si le seuil est à plus de 16 pieds sous l'altitude de l'aérodrome. Exemple : "QFE seuil de piste 03  1019".

Lorsqu'un "QFE aérodrome" est affiché sur un altimètre, ce dernier affichera "zéro" au sol si on se trouve sur le point le plus élevé de l'aérodrome. Dans ce cas, l'avion conservera en permanence une référence de hauteur par rapport au terrain de départ, mais uniquement par rapport à celui-ci.
 

5.2  Le calage altimétrique QNH ou altitude

Issu du code Q mis au point pour faciliter la radiocommunication entre les avions et le sol, « QNH » désigne la pression atmosphérique ramenée au niveau moyen de la mer aux abords de l'aérodrome sur lequel le QNH a été déterminé : c'est sur le QNH qu'un pilote règle son altimètre pour connaître l'altitude de son appareil par rapport au niveau de la mer. Cette distance est obtenue en calculant la variation de pression entre celle de l'endroit où se trouve l'avion et la pression au niveau de la mer en ce même point (QNH).

S'il désire la connaître par rapport à l'aérodrome sur lequel il souhaite atterrir, il règle alors son altimètre sur le QFE qui indique la pression régnant sur ce lieu précis. La pression diminuant avec l'altitude, c'est en effet la différence entre la pression à l'extérieur de l'appareil et celle régnant au sol qui permet à l'altimètre de calculer l'altitude de l'avion. Le QNH est calculé à partir de la mesure du QFE et ramené au niveau moyen de la mer en atmosphère standard (1 hPa pour 28 pieds environ au niveau de la mer).

Le calage altimétrique QNH

Au départ, le pilote doit vérifier l'altimètre en affichant le QNH s'il a été transmis, en tenant compte de la différence éventuelle d'altitude entre sa position sur l'aérodrome et l'altitude officielle de l'aérodrome. Si le QNH n'est pas disponible, il doit le déterminer en tournant le bouton de calage jusqu'à l'obtention de l'altitude de sa position sur l'aérodrome.

Le calage QNH

L'altitude de l'aérodrome est publiée sur la carte VAC ou sur les cartes de navigation.  La carte VAC donne également la correspondance barométrique en hPa de l'altitude de l'aérodrome (la valeur indiquée est également une valeur arrondie au nombre entier immédiatement inférieur).

Pour avoir une information d'altitude en vol, il faut afficher le QNH de l'aérodrome s'il a été transmis ou l'estimer à partir des informations disponibles (QNH de l'aérodrome de départ si le pilote retrourne à son point de départ ou celui d'un aérodrome proche).  Lors d'une navigation, il faut actualiser le calage en contactant les aérodromes (APP, TWR, ATIS) le long du parcours.

5.3  Le calage altimétrique 1013,25 hPa ou QNE (altitude pression ou niveau de vol)

Le calage 1013,25 (ou calage standard ou calage en route) est une pression de référence utilisée pour assurer une séparation verticale entre les aéronefs. Il permet de lire sur l'altimètre une indication de niveaux de vol qui n'est ni une altitude mer, ni une hauteur, mais une altitude pression de vol par rapport à la référence isobarique 1013 hPa. Exemple : FL signifie niveau 30 soit 3 000 ft (ou 900m), l'altimètre étant calé à 1013 hPA.

6.  Calcul approché de l'altitude pression d'un aérodrome

Quand le QNH est supérieur à 1013,25 hPa, l'altitude de l'aérodrome est supérieure à l'altitude-pression de l'aérodrome.  De même, lorsque le QNH est inférieur à 1013,25 hPa, l'altitude de l'aérodrome est inférieure à l'altitude-pression de l'aérodrome.

Exemple : quelle est l'altitude pression (= altitude par rapport à la référence altimétrique 1013,25 hPa) d'un aérodrome situé à 800 à ft lorsque le QNH vaut
1/ 990 hPa
2/ 1030 hPa

(800 ft est l'altitude par rapport à la référence altimétrique QNH).

Réponse :

1/ 1013 hPa - 990 hPa = 23 hPa
23 hPa * 28 ft/hPa = 644 ft
Altitude pression de l'aérodrome : 800 ft + 644 ft = 1444 ft

ou Altitude pression de l'aérodrome : 800  +  (1013 - 999) * 28 = 1444 ft

2/ 1030 hPa - 1013 hPa = 17 hPa
17 hPa * 28 ft/hPa = 476 ft
Altitude pression de l'aérodrome : 800 ft - 476 ft = 324 ft

ou Altitude pression de l'aérodrome : 800  - (1030 - 1013) * 28 = 324 ft

7.  Variation des pressions

En fonction des conditions du jour, la pression atmosphérique varie et les surfaces isobares (lieux où la pression atmosphérique est égale) se décalent parallèlement suivant la verticale.

Si une dépression s'établit, les pressions diminuent et les surfaces s'abaissent. Si un anticyclone s'établit, les pressions augmentent et les surfaces isobares remontent. Ainsi, sur un avion resté dans un hangar, l'altimètre calé auparavant sur le QNH peut afficher une valeur différente quelques heures après.

D'autres variations à grande échelle déforment les surfaces isobares.  En effet, celles-ci ne sont ni planes, ni parallèles.  Lorsque l'avion vole à une indication lue constante, sa trajectoire suit les courbures de la surface isobare (l'altimètre est un baromètre). 

Les surfaces isobares ne sont pas planes

Si l'altimètre est calé sur la pression de la surface 1, l'avion est en sécurité en A mais risque de percuter le relief en B car sa hauteur vraie a diminué alors que l'indication lue sur l'altimètre est restée constante.

Si inversement un avion pouvait voler à altitude vraie constante correspondant à celle du point A le long de sa trajectoire, les aiguilles de son altimètre indiqueraient des valeurs sans cesse différentes.

Le facteur influant le plus sur l'écartement vertical des surfaces isobares est la température. 

L'influence de la température sur les surfaces isobares

Si l'atmosphère est plus froide, les surfaces se resserrent, si elle est plus chaude, elles s'écartent.  L'hiver, en montagne, l'altimètre indique une hauteur supérieure à ce qu'elle est en réalité.
 

8. Le radioaltimètre

Il est utilisé à la place de l'altimètre classique en particulier lors des manœuvres d'approche finale et de l'atterrissage. Dans ces phases particulières, le pilote a en effet besoin de connaître très précisément la hauteur de l'appareil par rapport à la piste de l'aéroport. Situé sous le fuselage, le radioaltimètre est un radar émettant vers le bas et indiquant la distance qui sépare l'avion du sol avec une précision d'une dizaine de centimètres. Il marque le zéro au moment précis où les roues de l'avion touchent la piste.