Travaux Pratiques Encadrés
Avancées scientifiques et réalisations techniques
En quoi le nuage d'orage est-il dangereux pour un avion ?
L'équipement de l'avion
Lutter contre la foudre
Le seul moyen de lutter contre la foudre est de dévier la foudre en utilisant le principe de la cage de faraday. Il ne faut pas essayer de la stopper. Le fuselage d'un avion est en aluminium, ce qui permet à la charge de se déplacer en surface, elle ne se déplacera ainsi jamais à l'intérieur de l'avion. Si le matériau n'est pas conducteur, il claquera, brûlera par la modification de sa structure chimique afin que les électrons puissent passer. Il ne faut donc surtout pas essayer de contrer la foudre. La nature chimique du métal est un océan d’électrons ce qui permet de faire passer les charges. Ainsi, avoir un fuselage en métal est un avantage. Cependant, si l’on utilise un matériau full composite, il faut alors installer un grillage enrobé de composite afin d’évacuer les électrons. Il y a donc une obligation de mettre du métal.
Lutter contre le givrage
Dans les protections contre le givrage, il existe deux types : le traitement préventif (l’antigivrage) et le traitement curatif (le dégivrage). On ne traitera ici que du dégivrage, car c'est le système employé dans un orage. Les différents moyens de lutte sont :
- la génération pneumatique thermique
- la génération pneumatique mécanique
- la génération électrique
- Systèmes pneumatiques thermiques
Le principe consiste à acheminer de l’air chaud provenant du réacteur vers certaines parties de l’avion :
- les bords d’attaque pour les avions allant à une vitesse supérieure ou égale à la vitesse du son
- les entrées d’air moteur
- le premier étage du compresseur Basse Pression (BP)
- le réchauffeur carburant (si installé)
L’antigivrage de la nacelle et du moteur est possible sans restriction, au sol et dans tous les domaines de vol. Chaque réacteur a son propre circuit de dégivrage, autonome des autres systèmes pneumatiques. Différents voyants contrôlent la pression et la température.
L’antigivrage de la voilure n’est pas utile chez les avions allant au-delà de la vitesse du son du fait de l’élévation de ma température liée au Mach. Il y a également plusieurs voyants assurant le contrôle de la pression. La distribution s’effectue à l’aide d’une gaine située dans le bord d’attaque de la voilure, de tubes télescopiques et d’une rampe percée interne au bec.
La protection contre le givrage doit pouvoir s’effectuer au bon moment, c’est pourquoi il existe des avertisseurs de givrage. Même si la surveillance visuelle effectuée par les pilotes reste une très bonne méthode, il existe plusieurs systèmes de détection. Il y a la détection visuelle avec une lame tronquée de 8cm installé à la partie supérieur du radôme servant de témoin, on peut également utiliser un support d’essuie-glaces. Il y a aussi la détection manométrique : la formation de givre obstruant les trous avant du détecteurs, deux temporisateurs s’activent (l’un avertit l’équipage, l’autre commande le réchauffage de la sonde durant 30s). On peut utiliser la détection par ultrasons : on applique le principe de la mesure d’épaisseur en déterminant le temps de parcours d’une onde acoustique. Toutes les 60s, les capteurs sont réchauffés et effectuent de nouvelles mesures. Ces détecteurs sont reliés à un système de dégivrage. Ce système fonctionne dès la mise en route de l’avion.
En outre, le réchauffage du carburant est indispensable : si le carburant est trop froid (la température allant jusqu'à -70°C), l’eau contenu dans celui-ci se fige, colmatant le filtre principal. De l’air chaud venant du réacteur est alors pompée vers le réchauffeur via une vanne, pour s’évacuer vers l’extérieur. Si le filtre est trop bouché, un clapet by-pass s’ouvre pour assurer la protection du circuit.
- Systèmes pneumatiques mécaniques
Ce procédé consiste à déformer les profils des bords d’attaque et d’empennage pour casser la couche de glace grâce à des mouvements alternatifs de gonflage/dégonflage de cellules en forme de tubes qui sont dans le sens du vol. L’air est prélevé dans le turboréacteur et utilisé en pression/dépression sur les bords d’attaque de la voilure et les entrées d’air de certain réacteur (Groupe TurboPropulseur). Pour que cela soit efficace, il est nécessaire que la couche de givre soit suffisamment épaisse (8 à 12mm). L’usage de ce système pendant le décollage ou atterrissage est interdit car cela provoque une déformation aérodynamique des profils ce qui peut aboutir à un décrochage.
- Systèmes non pneumatiques
Il existe les systèmes électriques : il s’agit d’un réseau de résistances chauffantes à travers l’avion.
Les systèmes par liquides sont également utilisés, il s’agit d’un liquide, que l’on diffuse par suintement ou par écoulement, qui a la propriété d’abaisser le point de congélation de l’eau à laquelle il est mélangé.
On peut également employer des systèmes anti-pluie, c’est-à-dire des essuie-glaces, du lave-glace et du liquide anti-mouillant (interposition d’un film protecteur de liquide entre le pare-brise et les gouttes d'eau).
Bien évidemment, on peut lutter contre le givrage au sol, par exemple, en piste on propage sur l’avion un mélange d’eau chaude et de liquide de dégivrage.
Lutter contre les précipitations
Certains avions de ligne sont équipés d'essuie-glace mais ceux-ci ne peuvent pas être utilisés pour une vitesse supérieure à 400 km/h. Ils sont efficaces contre la pluie mais leur usage est limité aux phases de roulage, décollage, approche et atterrissage.
La grêle est omniprésente, que ce soit sur terre ou en l’air. C’est pour cela que l’aéronef est conçu pour y résister. De plus, la structure de l’avion subit une maintenance très particulière et très suivie avec des contrôles réguliers (chaque pièce a une durée de vie très précise définie par l’avionneur). Il existe un « carnet de santé » pour les différentes pièces de l’avion. Les pièces sont suivies très attentivement. Si une pièce est défaillante, elle sera remplacée par une pièce (précédemment testé en usine). De tels contrôles sont obligatoires pour chaque appareil.
Lutter contre les turbulences
Un avion n’est pas fait pour passer dans une tempête, il est donc nécessaire de dévier sa trajectoire afin de contourner les cisaillements de vent trop violents.
Quand les turbulences sont trop fortes, il faut faire attention à un arrachement éventuel de l’aile, ce qui peut être fatal.
De même, il n’y a pas que la structure de l’avion pour se défendre face à des turbulences fortes, on peut également compter sur le facteur humain (pilote, formations du pilote, prévention…).
Le radar météo (ou radar de bord) :
Pour éviter les phénomènes orageux, les avions de ligne possèdent des radars météos embarqués. Ceux-ci rendent compte de la présence d'eau dans l'atmosphère, et donc des précipitations. Ils peuvent alors délimiter les cellules convectives car elles correspondent aux endroits où les précipitations sont les plus fortes.
Devant des orages isolés, les avions auront tendance à contourner l'obstacle. Cependant, il existe des configurations où l'avion doit passer au travers d'une ceinture d'orage qui représente un véritable mur.
On rencontre ce cas typiquement quand un avion veut traverser la Zone de Convergence InterTropicale ou ZCIT. Cette zone fait le tour de la Terre et correspond plus ou moins à l'équateur selon la région et la saison.
Fig. 5
Fig. 4
Les avions de ligne arrivent à la traverser grâce à leur radar météo embarqué. Ils passent alors là où la situation est la moins critique d'après leurs écrans.