Transcript Le givrage et autres types de contamination Généralités Définitions Formation Différents types de givrage Classification du givrage effectif Le potentiel givrant de l'atmosphère Situations potentiellement givrantes Aspects aéronautiques Conséquences du.

Le givrage et autres types de
contamination
Généralités
Définitions
Formation
Différents types de givrage
Classification du givrage effectif
Le potentiel givrant de l'atmosphère
Situations potentiellement givrantes
Aspects aéronautiques
Conséquences du givrage
Les moyens de lutte
Autres types de contaminations
QUITTER
Généralités
• Imputable dans 30% des accidents en aviation
commerciale
• Aux Etats Unis, a provoqué au moins 803 accidents de
1975 à 1988 causant la mort de 40 personnes par an
• Phénomène le plus perturbant en vol IFR
• L'augmentation du trafic aérien et donc du nombre de vols
IFR impose de nombreux vols en conditions givrantes
• RMK : certains phénomènes significatifs sont "visibles"
(visibilités réduites, CB (tonnerre-éclair) … et attirent
l'attention du pilote. Le givrage et un des phénomènes les
moins visibles et a tendance à se faire oublier pour se
rappeler brusquement au souvenir du pilote
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Définitions
• Contamination
– dépôt de lithométéores ou d’hydrométéores sur une surface
– Les sources principales de contamination sont :
•
•
•
•
l’eau
la glace
le sable
la poussière
• Givrage
– forme particulière de contamination
consistant en un dépôt ou revêtement
de glace sur un aéronef ou une partie
de celui-ci.
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Formation
• transformation à température négative
– vapeur  solide = condensation solide (gelée blanche)
– (1) liquide  solide = congélation d'eau liquide résiduelle (givre)
– (2) liquide  solide = cessation de l'état de surfusion (givre)
• RMK : la congélation libère de la chaleur (latente) qui peut
amener la température à des valeurs positives
• particularités :
– t<-20°C et G<10  congélation rapide et "immédiate"
– t  0°C et G conséquent  congélation plus lente, plus homogène
liquide  étalement  congélation
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Les différents types de givrage (1/3)
• la gelée blanche
– formation : en dehors des nuages, passage direct de la vapeur
d’eau en cristaux de glace (condensation solide).
– aspect : aspect cristallin en forme d’aiguilles, d’écailles ou de plume
qui la rend plutôt friable.
• le givre blanc (ou mou)
– formation : dans une atmosphère nuageuse, congélation rapide de
gouttelettes en surfusion par contact avec une surface à
température "fortement" négative
– aspect : apparence opaque et blanche par inclusions d’air, plutôt
fragile et friable. Glace plus ou moins poreuse, de densité plutôt
faible et facilement fragmentée par une action mécanique
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Les différents types de givrage (2/3)
• Le givre transparent (ou dur)
– formation : dans une atmosphère nuageuse, congélation lente de
gouttelettes en surfusion sur des surfaces à température négative
proche de 0°C, la gouttelette s’étale avant de congeler.
– aspect : givre homogène, lisse, transparent, compact et très solide
par absence d’inclusion d’air.
• Le givre mixte
– mélange de givre blanc et de givre
transparent, mise en place simultanée
ou en alternance rapide
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Les différents types de givrage (3/3)
• Le verglas
– Formation : congélation lente de
gouttes de bruine ou de pluie en
surfusion après un choc sur une
surface à température négative ou
voisine de 0°C.
– Le verglas se produit le plus souvent
à l’avant des fronts chauds le long
d’une bande relativement large ou à
l’arrière des fronts froids sur une
bande étroite
– Aspect : Identique au givre
transparent
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Classification du givrage effectif
• L’OACI ( RAC 4444 APP 1) détermine trois classes
d’accrétion en fonction des contraintes appliquées à la
conduite de l’avion :
– givrage faible - pas de contrainte particulière sur la conduite de
l’avion.
– givrage modéré - conditions de givrage pouvant amener l’équipage
à juger utile de changer de cap et/ou d’altitude.
– givrage fort - conditions de givrage amenant l’équipage à changer
immédiatement de cap et/ou d’altitude
• RMK : dans une même atmosphère, deux aéronefs de caractéristiques
différentes (vitesse, forme, température de surface, capacité de
captation…) n'auront pas les mêmes contraintes à appliquer à la
conduite de l'avion. L'un pouvant considérer un givrage effectif faible, et
l'autre dans les mêmes conditions, modéré ou fort
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Le potentiel givrant de l’atmosphère (1/6)
Le givrage effectif ou accrétion sur l’aéronef ne doit pas être confondu avec le
potentiel givrant. La vulnérabilité de l'aéronef au phénomène dépend de multiples
facteurs comme la vitesse, le profil de l’aile, le type de moteur, les systèmes
d’antigivrage ou de dégivrage...
• Éléments caractéristiques atmosphériques
– le contenu en eau liquide surfondue (SLWC)
– le diamètre des gouttelettes (diamètre volumique médian DVM) et
leur répartition (spectre, nombre)
– la température (T)
– RMK
• mise à part la température, il n'y a pas de mesures opérationnelles du contenu
en eau liquide et du diamètre des gouttelettes, sauf aux niveaux de campagnes
de mesures (météo) ou d'essais de certification avion (constructeurs)
• les modèles numériques actuels ne sont pas adaptés à l'échelle du phénomène
même si on peut en déduire certaines quantités d'eau liquide et déterminer des
indices de givrage
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Le potentiel givrant de l’atmosphère (2/6)
• Contenu en eau liquide (ordre de
grandeur)
– brume et brouillard : de 0,1 à 2 g/m3
– nuages stables (St, As, Ns) : de 0,2 à 0,5
g/m3
– nuages instables (Cu, Ac, Cb) : de 0,5 à 5
g/m3 (jusqu'à 16 g/m3 dans certains nuages
instables tropicaux)
– quantités supérieures pour les
précipitations
– influence des mouvements verticaux
il y a généralement 10 fois plus
d’eau liquide surfondue dans 1 m3
de cumulus que dans 1 m3 de
stratus
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
Mesure de la teneur en eau liquide et de la vitesse verticale de l’air le long
de la trajectoire d’un avion. Résultats obtenus lors de la traversée d’un
cumulonimbus tropical au niveau –4°C/18000 ft MSL
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Le potentiel givrant de l’atmosphère (3/6)
• Diamètre et nombre de gouttelettes (ordre de grandeur)
–
–
–
–
nuages stratiformes   de 2 à 30
nuage cumuliformes   de 20 à 200 (300/500 )
précipitations   de 200 à >500
majorité des cas nb < 100 /cm3 (quelques cas 300/500 )
• Température (ordre de grandeur)
– en règle générale, le potentiel givrant
• présente un maximum au voisinage de l’isotherme 0°C
• diminue avec l’altitude
– typiquement :
• nuages stratiformes entre 0°C et -10°C
• nuages cumuliformes entre 0°C et -15°C (-30°C CB)
Première
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Le potentiel givrant de l’atmosphère (4/6)
• Répartition horizontale des gouttelettes et du contenu en
eau liquide
Vol dans un "champ" de nuages cumuliformes
Vol dans une couche de nuages stratiformes
Première
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Le potentiel givrant de l’atmosphère (5/6)
• Répartition verticale
–
–
–
–
–
surfusion généralisée entre 0 et -10°C
noyaux glaçogénes actifs à partir de -15°C
vers -12°C  1 cristal/m3
vers -30°C  1 cristal/cm3
à partir de -40°C phase glace (sauf cas particuliers)
• Corrélation diamètre-contenu en eau liquide
-40°
-30°
-12°
0°
LWC
1g
DVM
15 20
Première
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Le potentiel givrant de l’atmosphère (6/6)
• Classification corrélative et symboles
faible
Potentiel givrant
< 0,6g/m3
LWC
DVM
0,6  1,2g/m3
<50
nuages
STF
 1,2g/m3
>50
CUF
précipitations
CB
(FZRA/FZDZ)
température
0°  -10°
type de givrage
blanc
Première
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fort
modéré
0°  -15°
mixte
0°  -30°
transparent
(verglas)
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Situations potentiellement givrantes (1/7)
• Ciel clair : au sol
• Ciel clair : en vol
Cette forme légère de contamination peut malgré
tout être très significative pour un avion moderne
avec une aile à profil laminaire. Ces éléments
peuvent également constituer un catalyseur pour
une autre forme d’accrétion beaucoup plus sévère
se produisant dans un milieu à fort potentiel
givrant.
Première
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Situations potentiellement givrantes (2/7)
• Au sein d’une atmosphère nuageuse
A l’intérieur d’un nuage stable,
les niveaux de potentiel
maximum givrant se situent
entre 0°C et -10°C
Première
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A l’intérieur d’un nuage
instable, les niveaux de
potentiel maximum givrant
se situent entre 0°C et -15°C
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Situations potentiellement givrantes (3/7)
• Précipitations surfondues
Première
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Situations potentiellement givrantes (4/7)
• Précipitations surfondues
Première
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Situations potentiellement givrantes (5/7)
• Présence de brouillard
Première
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Situations potentiellement givrantes (6/7)
• Au relief
Le potentiel givrant s’accroît avec les
composantes verticales plus importantes
qui sont à même d’augmenter l’apport
d’eau par le bas et le contenu en eau
liquide surfondue des nuages
Première
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Situations potentiellement givrantes (7/7)
• ST et SC (blocage vertical)
Première
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Aspects aéronautiques du givrage (givrage effectif)
(1/8)
• Les paramètres avion
– Vitesse et forme (profil) conditionnent
• la température de surface de l’avion (à l’impact et le long du profil)
• la captation des gouttelettes (par le flux aérodynamique)
T
27
8
1
vitesse
100
250
Première
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450
Pour un gros porteur passant au FL100 en
montée à M0,6 avec une température de
l’air de -5°C, la température au point
d’impact est de +12,8°C et la température
moyenne le long du profil est de +11°C
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Aspects aéronautiques du givrage (givrage effectif)
(2/8)
• captation des gouttelettes
– Les gouttelettes sont d’autant plus déviées par rapport au flux
aérodynamique et donc captées par un corps
• que la vitesse est grande
• que le profil du corps est épais
• que leur masse est importante (inertie)
Première
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Aspects aéronautiques du givrage (givrage effectif)
(3/8)
• congélation des gouttelettes
Première
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Aspects aéronautiques du givrage (givrage effectif)
(4/8)
• formes d’accrétion
– Croissance sèche
• gouttelettes de petites tailles
• température plutôt basse
– Croissance humide
• grosses gouttelettes
• température entre 0 et -10°C
Première
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Aspects aéronautiques du givrage (givrage effectif)
(5/8)
• formes d’accrétion
– influence de la température et de la vitesse
Première
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Aspects aéronautiques du givrage (givrage effectif)
(6/8)
• formes d’accrétion
– influence de la température et de la vitesse
Première
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Aspects aéronautiques du givrage (givrage effectif)
(7/8)
• formes d’accrétion
– influence sur la traînée
Première
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Aspects aéronautiques du givrage (givrage effectif)
(8/8)
• formes d’accrétion
– influence sur la portance
Sur un profil d ’aile moderne la
dégradation de la portance suite à une
contamination peut être considérable (-20
à -50 %)
De plus, une forme d ’accrétion
apparemment légère à des effets
similaires à ceux de formes beaucoup plus
sévères !
Première
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Les conséquences du givrage (1/5)
• Surfaces critiques
• Détérioration de l'aérodynamisme
– plus de traînée, moins de portance, diminution des performances
– augmentation de la vitesse de décrochage
Première
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Les conséquences du givrage (2/5) V
extrados
• Ailes et empennages
– effondrement de la portance par
décollement des filets d'air à l'entrée de
l'extrados
Vo
intrados
Vfaible
0
1
dépôt
• Cellule
– augmentation de la masse (s’exprime
en g/cm2/h ou g/cm2/mn)
D
– centrage modifié
– détérioration de l'aérodynamique ( traînée , portance , vitesse
de décrochage ..)
– blocage mécanique des gouvernes ( suite à recongélation)
– opacification des vitres du cockpit
Première
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Les conséquences du givrage (3/5)
• Moyens de propulsion :
– bord d'attaque nacelle
– cône d'entrée réacteur
– stator premier étage compresseur (ingestion de glace, destruction
d’organes mécaniques, explosion)
– hélices ou pales de rotor : déséquilibre, déformation, rupture
– moteur à piston : givrage du carburateur, perte de puissance, arrêt
du moteur.
arrivée d'air
atmosphérique
0<t<15°c
détente=refroidissement
dépôt de givre
vaporisation du carburant=refroidissement
arrivée carburant
Première
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Les conséquences du givrage (4/5)
• Antennes et les sondes
– obstruction des prises de pression et de température totale, des
sondes de dérapage et d'incidence, de l'avertisseur de décrochage
– perturbations sur les indications de vitesse , de pression, des
moyens radios (parasites, mise à la masse) …
– indication erronée de l'antenne radar par surcharge du radôme de
protection
• Évacuations
– obturation des évacuations des eaux usées, de l'eau de
condensation des séparateurs d'eau, des panneaux de service
– blocage des portes : soute, cabine,...
Première
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Les conséquences du givrage (5/5)
• Pénalisations opérationnelles
– pas de décollage à moins que les surfaces externes ne soient
dégagées de tout dépôt susceptible d ’avoir une influence négative
sur les performances et la manœuvrabilité
– pas de vol dans des conditions de givrage connues ou prévues à
moins que l’avion ne soit certifié et équipé pour faire face à de telles
conditions
– le carburant critique ETOPS doit prendre en compte les conditions
givrantes
Première
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Les moyens de lutte (1/5)
• Prévention et détection
– difficultés à observer et mesurer en temps réel
– difficulté de mise en corrélation d’une prévision givrage (potentiel) et
de ses effets sur un avion donné (effectif)
– caractère extrêmement variable dans l’espace et le temps des
conditions givrantes
– AIREP SPECIAL, PIREPS : source précieuse de localisation par
observation en vol
– utilisation des cartes de prévision de temps significatifs TEMSI
– signalisation permanente par des messages de type SIGMET ou
AIRMET
– anticipation par l’expertise de l’équipage
– à bord, moyens de détection limités à des témoins visuels de
captation
Première
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Les moyens de lutte (2/5)
• Antigivrage et dégivrage : au sol
– traitement préventif à long terme : application d’un lubrifiant à
base de silicone
•
•
•
•
bords d'attaque des volets hypersustentateurs
trains d'atterrissages, trappes et logements
joints d'étanchéité des portes et verrières
panneaux de service toilettes
– traitement préventif à plus court terme : pulvérisation d’un
produit antigivre (liquide épais type II) , temps de protection très
variables.
• Entre -7 et 0°C : 8 heures de protection en cas de gelée blanche,
20 minutes en cas de verglas.
Première
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Les moyens de lutte (3/5)
• Antigivrage et dégivrage : au sol
– traitement curatif par pulvérisation
sous pression et à grand débit d’un
liquide de dégivrage de type I.
• Entre -7 et 0°C : 45 minutes de
protection en cas de gelée blanche,
3 minutes en cas de verglas.
– traitement curatif par traitement à
l’eau chaude pure
– traitement curatif par réchauffage
électrique (glaces, évacuations des
eaux usées)
Coordination étroite entre le contrôle et
l’équipage
Première
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Les moyens de lutte (4/5)
• Antigivrage et dégivrage : en vol
– circulation d'air chaud
• piquage réacteur (turboréacteur)
• gaz d'échappement (moteurs à pistons, turbopropulseur)
– résistance électriques chauffantes collées sur les bords d’attaque
• de la voilure
• des pales d'hélice
• des gouvernes de profondeur et de direction
• des vitres du poste de pilotage
– liquides à base d’alcool
• par centrifugation sur les bords d'attaque des pales d'hélice
• par exsudation pour la voilure
Première
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Les moyens de lutte (5/5)
• Antigivrage et dégivrage : en vol
– déformation de membranes de caoutchouc enveloppant les bords
d’attaque
• interdit au décollage et à l'atterrissage,
• uniquement pour le dégivrage
dP
variable
• Ces systèmes sont très gourmands en énergie et modifient
les qualités aérodynamiques
• Domaine d'utilisation : risque de givrage si (paramètres variables
selon le type d'aéronef, les consignes compagnies,...):
– au sol SAT<8°C et humidité voisine de 100%
– en vol -10°C<TAT<+8°C et humidité
Exemples de système de dégivrage et d'antigivrage
Première
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Autres types de contaminations (1/3)
• Contamination en vol
– par fortes pluies
• divers effets sur la conduite d’un vol : perception visuelle extérieure
perturbée, modification de l’état de la surface de la voilure.
– par la grêle
• chocs avec l’avion : dégâts importants sur la voilure, le radôme ou le
pare-brise,
• ingestion de grêlons par un turboréacteur : destruction complète
– par les lithométéores
• détérioration rapide des éléments moteurs par obturation des filtres et
des entrées d’air, vitrification, introduction dans les réservoirs à
carburant mais également, par des effets abrasifs en opacifiant le parebrise.
Première
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Autres types de contaminations (2/3)
• Contamination des pistes
RMK
• la surface de la piste peut se recouvrir d’eau, de glace, de neige, d’un
mélange d’eau et de neige (slush).
• en de telles circonstances, le pilote peut éprouver des difficultés à
contrôler la trajectoire de l’avion (hydroplanage), particulièrement avec
des conditions de vent de travers.
– par l’eau
• phénomène d’aquaplaning augmentant les distances de roulage et
rendant l’avion beaucoup plus vulnérable au vent traversier.
• à l’exemple de l’A320, une épaisseur d’eau sur la piste supérieure ou
égale à 3 millimètres implique une composante maximale de vent de
travers à l’atterrissage ou au décollage de 5 kt pour respectivement 33
kt et 29 kt sur piste sèche.
Première
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Autres types de contaminations (3/3)
• Contamination des pistes
– par la neige et le slush
• même conséquence avec la présence sur la piste de neige ou de slush
(mélange de neige et d’eau). De plus, à l’atterrissage, l’utilisation des
reverses provoque des projections importantes de neige pouvant nuire
à la visibilité.
• pour un gros porteur, 16 cm de neige froide ou 2,5 cm de slush
imposent 50% de distance de roulage au décollage en plus.
– par le verglas
• la présence de verglas sur une piste interdit son utilisation
– par les lithométéores
• affecte la qualité du freinage de l’avion augmentant d’autant les
distances d’arrêt et donc les longueurs de piste utilisables.
Première
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45
Le givrage et autres types de
contamination
Première
diapositive
FIN