Givrage des aéronefs, mesures en vol dans un contexte de certification

Un nuage au sein de l'atmosphère terrestre peut être considéré comme la partie condensée d'une fraction de la vapeur d'eau présente. Les processus de condensation conduisent à la formation d'hydrométéores de dimensions suffisamment petites (de quelques microns à 500 microns) pour que l'agitation moléculaire ambiante les maintienne en suspension.

Dans la première couche de l'atmosphère (troposphère) qui s'étend du sol jusqu'à une dizaine de kilomètres d'altitude, le profil de température de l'air est décroissant de + 15 à – 60 ^oC (cas d'une atmosphère standard).

Les hydrométéores formés peuvent donc se situer dans une ambiance à température négative. Lorsque l'on a des hydrométéores liquides, c'est-à-dire des gouttes, la congélation n'est pas systématique même si la température interne des gouttes est inférieure au point de solidification. Cet état, connu sous le nom de surfusion, est un état métastable qui cesse très brutalement à la moindre perturbation.

Les conditions de pureté de l'air et les processus de formation des gouttelettes de nuage permettent au phénomène d'exister relativement couramment dans l'atmosphère, alors que sur le sol le phénomène est exceptionnel.

On comprend alors que le passage d'un aéronef dans ce type de nuage crée la perturbation nécessaire à la congélation des gouttelettes sur les bords d'attaque provoquant par accrétion, dans un premier temps, une modification de la géométrie de ceux-ci et par voie de conséquence, des qualités aérodynamiques de l'ensemble et, dans un second temps, une surcharge due à la masse congelée. Sans système de dégivrage adapté, les deux phénomènes peuvent conduire à la perte de l'appareil.

L'Agence européenne de la sécurité aérienne (AESA) est à l'origine de l'actuelle réglementation en matière de sécurité de l'aviation civile en Europe. Cette réglementation stipule que tous les constructeurs d'aéronefs doivent faire la démonstration de l'aptitude de vol d'un appareil en conditions givrantes naturelles afin d'atteindre le niveau de sécurité requis.

Une partie de la démonstration peut passer par une phase d'essai en vol en recherchant des conditions givrantes dont la sévérité sera évaluée à partir des caractéristiques nuageuses rencontrées. Les valeurs de ces caractéristiques nuageuses sont reportées sur des abaques annexés à la réglementation. Le constructeur doit démontrer que les essais en vol ont permis d'explorer ce domaine règlementaire.

Pour cela, les essais en vol doivent être organisés afin de permettre la mesure des caractéristiques nuageuses nécessaire à l'évaluation de la sévérité du givrage. L'appareil d'essais se voit donc équipé d'un ensemble d'instruments de mesures spécifiques.

L'objet de cet article est de décrire ces instruments et d'en préciser l'utilisation.

Dans un premier temps, la notion de conditions givrantes sera définie des points de vue physique et aéronautique. L'instrumentation spécifique à leur exploration sera présentée en insistant aussi bien sur l'aspect théorique que sur la technique. Cette instrumentation est constituée de granulomètres laser aéroportés et de capteurs à fil chaud. Enfin une dernière section permettra d'entrevoir les outils d'analyse et leurs usages à travers quelques exemples choisis d'essais en vol.