Première partie : l aéronautique et le givrage. Source NASA-Lewis Research Center. TET1 aircraft icing- 09/2006- VF 1 +WMO

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1 Première partie : l aéronautique et le givrage Source NASA-Lewis Research Center TET1 aircraft icing- 09/2006- VF 1

2 La contamination par de la glace : le givrage des aéronefs L'AERONAUTIQUE ET LE GIVRAGE : EFFETS SUR LES AERONEFS Différents types d'accrétion Intensité d'accrétion Conséquences des accrétions Exemples de facteurs de vulnérabilité Vulnérabilités spécifiques Détection en vol Elimination de l'accrétion : le dégivrage Prévention du givrage : l'antigivrage La certification aux conditions givrantes Les situations marginales En conclusion de cette première partie : une liste d objectifs météorologiques sur le thème du givrage TET1 aircraft icing- 09/2006- VF 2

3 Différents types d accrétion (1) la gelée blanche source Transport Canada Aspect : cristallin en formes d aiguilles, d écailles ou de plumes. Conditions habituelles de formation : passage direct de la vapeur d eau en glace. Ce dépôt peut se produire sans nuages. Effets : Même si il ne représente pas une grande quantité de glace, ce dépôt est très significatif dans certaines conditions. TET1 aircraft icing- 09/2006- VF 3

4 Différents types d accrétion (2) le givre blanc Source Météo France Aspect : opaque et blanc, mais plutôt fragile et friable. Sa masse spécifique est faible. Conditions habituelles de formation : Sur une surface froide, dans un milieu nuageux homogène froid (t<<0 C). Les gouttelettes nuageuses en surfusion congèlent très rapidement et emprisonnent beaucoup d air. Effets : Se développe en pointe dans le sens du vent relatif. Il est toujours significatif et doit être éliminé. TET1 aircraft icing- 09/2006- VF 4

5 Différents types d accrétion (3) le givre transparent Source NASA-Lewis Research Center Aspect : transparent, homogène et lisse, très compact. Sa masse spécifique est proche de celle de la glace pure. Conditions habituelles de formation : Sur une surface froide, dans un milieu nuageux homogène proche de 0 C. Les gouttelettes nuageuses en surfusion représentant beaucoup d eau congèlent lentement et coulent. Effets : Se développe en cornes dans le sens du vent relatif. Il est particulièrement significatif et le mieux est de l empêcher de se former. TET1 aircraft icing- 09/2006- VF 5

6 Différents types d accrétion (4) Source NASA-Lewis Research Center le givre mixte Aspect : souvent hétérogène avec des accrétions de glace claire et compacte mêlées à des accrétions plus blanches et friables. Conditions habituelles de formation : Sur une surface froide, dans un milieu nuageux hétérogène où varient les conditions de température et la taille des gouttelettes (*). Effets : Similaires à ceux du givre transparent. TET1 aircraft icing- 09/2006- VF 6

7 Intensité d accrétion (1) faible : > 1g/cm²/heure modéré : > 6g/cm²/heure fort : > 12g/cm²/heure TET1 aircraft icing- 09/2006- VF 7

8 Intensité d accrétion (2) Givrage faible (light) : n implique pas de contraintes particulières sur la conduite de l avion Givrage modéré (moderate) : conditions de givrage pouvant amener l équipage à juger utile de changer de cap ou d altitude Givrage fort (severe) : conditions de givrage amenant l équipage à changer immédiatement de cap ou d altitude TET1 aircraft icing- 09/2006- VF 8

9 Conséquences des accrétions (1) L accumulation de glace représente une augmentation de la masse et des modifications de l équilibre longitudinal de l aéronef (centrage). L effet est relativement mineur sur des avions lourds. Le givrage des sondes et antennes diverses perturbe leur fonctionnement, amène parfois à leur rupture. Le givrage du pare-brise réduit ou annule la visibilité extérieure. Les moyens de propulsion (moteurs, hélices, fans, rotors) sont également vulnérables aux accrétions. Elles perturbent souvent gravement leur efficacité ou leur fonctionnement. TET1 aircraft icing- 09/2006- VF 9

10 Conséquences des accrétions (2) Les conséquences aérodynamiques : un impact majeur Sur un profil d aile moderne, la dégradation de la portance (*) suite à une contamination peut être considérable (-20 à -30 %). Source NASA De plus, une forme d accrétion apparemment légère à des effets similaires à ceux de formes beaucoup plus sévères! TET1 aircraft icing- 09/2006- VF 10

11 Un facteur de vulnérabilité : la forme aérodynamique (1) Le flux aérodynamique (écoulement de l air le long des surfaces de l aéronef) est modifié par la forme des éléments. Ainsi, l aptitude d un profil d aile à capter des gouttelettes nuageuses de dimensions fixées dépend aussi de sa forme et de son épaisseur. flux aérodynamique PROFIL trajectoire des gouttelettes zone de captation Dans des conditions givrantes identiques l accrétion résultante et les effets aérodynamiques induits varient beaucoup d un type d aéronef à un autre. TET1 aircraft icing- 09/2006- VF 11

12 Un autre facteur de vulnérabilité : la vitesse aérodynamique (2) Δ t en C vitesse aérodynamique en kt Écart entre la température de l air et la température du point d impact Δt dans les basses couches de l atmosphère. Les avions rapides sont moins vulnérables aux accrétions. TET1 aircraft icing- 09/2006- VF 12

13 Vulnérabilité spécifique turboréacteur : l ingestion de glace au sol ou en vol Un turboréacteur en fonctionnement peut s éteindre ou être détruit par une ingestion massive de glace. Source Pratt et Whitney Source Pratt et Whitney Deux scénarios s y prêtent particulièrement : Accumulation sur la voilure ou les trains d atterrissage au roulage sur une aire de mouvement contaminée de neige collante. Elle va être projetée à l accélération initiale dans les moteurs. Utilisation tardive en vol d un système d antigivrage sur les nacelles lors de conditions de givrage sévère. La glace détachée rentre dans le corps du moteur. TET1 aircraft icing- 09/2006- VF 13

14 Vulnérabilité spécifique avion léger : la formation de glace dans un carburateur Les carburateurs montés sur les moteurs d avions légers sont propices à la formation de glace condensée dans la partie où l air humide est détendu (la température baisse) et où le carburant est vaporisé (la température baisse encore). Si le phénomène est important, le moteur cesse de fonctionner. Voici un exemple source Royal Australian Air Force d abaque qui permet de préciser le risque en fonction de la température et de la température du point de rosée (*). Ce risque est maximum dans de l air saturé ou proche de la saturation pour des températures comprises entre +5 et +15 C. TET1 aircraft icing- 09/2006- VF 14

15 Vulnérabilité spécifique avion léger : vol dans les nuages en règles de vol sans visibilité (IFR). Les avions légers qui pratiquent le vol sans visibilité (conditions IFR) et qui ne sont pas équipés de systèmes de dégivrage efficaces sont particulièrement vulnérables aux conditions givrantes. Il leur est utile de connaître en montant le premier niveau de vol (altitude pression) où la température est négative (*). Si cette couche de stratocumulus est givrante, pas question de se stabiliser à un niveau correspondant dans une phase de croisière ou d attente! Frank Jansen photography TET1 aircraft icing- 09/2006- VF 15

16 La détection en vol Un indicateur visuel d accrétion (*) Source ATR Un détecteur électronique d accrétion (**) Source ATR TET1 aircraft icing- 09/2006- VF 16

17 Élimination de l accrétion : le dégivrage Le dégivrage est un système embarqué dont le principe consiste à éliminer le givre, une fois l accrétion réalisée. Si le type de givre n est pas trop solide et l intensité du phénomène modérée, on peut l éliminer par fractionnement mécanique. L avantage de ces systèmes provient du fait qu ils sont peu gourmands en énergie. C est pourquoi il sont montés sur les avions légers et les turbopropulseurs. ces surfaces noires sont déformables par action pneumatique Source ATR L inconvénient provient du fait que ces systèmes peuvent être saturés ou inefficaces en cas de conditions givrantes exceptionnelles. TET1 aircraft icing- 09/2006- VF 17

18 Prévention du givrage : l antigivrage L antigivrage est un système embarqué dont le principe consiste à empêcher la formation du givre. La technique la plus couramment utilisée consiste à chauffer les éléments ou surfaces sensibles. Avantage : en anticipant sa mise en œuvre, l aéronef est alors bien protégé dans pratiquement toutes les conditions atmosphériques. Source I.A.E L inconvénient est que ces systèmes sont très gourmands en énergie. Leur utilisation implique des pénalisations opérationnelles coûteuses. TET1 aircraft icing- 09/2006- VF 18

19 La certification aux conditions givrantes Les autorités aéronautiques imposent des règles d exploitation en conditions givrantes. En particulier des normes sont définies lors de la certification d un modèle d aéronef pour par exemple dimensionner un système de dégivrage. Ces normes sont définies à partir de conditions atmosphériques observées lors de campagnes de mesure spécifiques (ici CASP II au Canada en 1992). Elles écrêtent raisonnablement (dans le sens de la sécurité) quelques situations extrêmes très rarement rencontrées. Les conditions qui engendrent des observations extrêmes sont à préciser. TET1 aircraft icing- 09/2006- VF 19

20 Les situations marginales L expérience aéronautique prouve que les situations atmosphériques à la marge des conditions givrantes sont des situations à risque aéronautique mal évaluées. En effet, les situations qui correspondent à un phénomène intense, faciles à observer ou détecter motivent une réaction rapide et généralement efficace de l acteur aéronautique. Lorsque les paramètres atmosphériques oscillent autour des conditions givrantes, ou lorsque les conditions sortent de la normale régionale et saisonnière, des chausse-trappes (véritables pièges atmosphériques) se mettent en place. Leur détection peut-être utilement amorcée par un météorologiste aéronautique. TET1 aircraft icing- 09/2006- VF 20

21 En conclusion de cette première partie : une liste d objectifs météorologiques sur le thème du givrage 1) Fournir des prévisions aux échéances aéronautiques ( 24 heures) bien ciblées (localisées et bornées dans le temps), adaptées aux contextes local et saisonnier. Fixer le premier niveau à température négative et obtenir de bons scores sur l absence ou la présence de conditions potentiellement givrantes à un niveau donné. Ces points sont importants sur le plan opérationnel. 2) Parvenir à une bonne discrimination des situations extrêmes correspondant à des observations de givrage sévère. Ce point est important pour la sécurité de certaines catégories d aéronefs de transport public (commuters). 3) Souligner les situations marginales (chausse-trappe), aux limites de la prévisibilité, pour placer l opérateur aéronautique dans une situation de vigilance accrue. Ce point est important pour la sécurité en général. 4) A l issue de campagnes expérimentales, abonder les connaissances théoriques sur les mécanismes en jeu dans les situations extrêmes, afin d affiner les normes en vigueur. 5) Développer la formation des acteurs aéronautiques sur le thème : pour leur permettre d interpréter correctement l information, pour qu il connaissent les méthodes et les scénarios classiques que nous utilisons, pour les sensibiliser au retour d information. TET1 aircraft icing- 09/2006- VF 21

22 Lien vers : notes (*) pour le formateur Lien vers à suivre : les variables pronostiques dans l'atmosphère TET1 aircraft icing- 09/2006- VF 22