Givrage des moteurs là où l'on s'y attend le moins
Pour le voyageur moyen, le givrage des aéronefs est synonyme de tempêtes de neige, d'hivers rudes et d'aéronefs cloués au sol. Toutefois, ce phénomène peut aussi survenir dans les régions tropicales, à haute altitude, dans des conditions atmosphériques convectives. L'industrie aéronautique a documenté de nombreux problèmes de moteur (comme une perte de puissance ou des moteurs endommagés) subis par des aéronefs commerciaux traversant de tels environnements tropicaux convectifs.
Les dangers et les dommages qui peuvent découler de conditions de givrage avec la formation de cristaux de glace à haute altitude dans les régions tropicales sont peut-être connus, mais les ensembles de données détaillées pouvant servir à caractériser l'environnement de givrage ainsi que les procédés physiques qui créent ces mêmes conditions ne sont pas encore bien compris. Il devient donc difficile pour les fabricants d'aéronefs de concevoir des moteurs qui peuvent fonctionner efficacement en cas d'intempéries. Pour approfondir la compréhension du phénomène du givrage avec formation de cristaux de glace à haute altitude dans les régions tropicales, un vaste projet international pluriannuel, l'étude des concentrations de glace et d'eau dans les nuages de cristaux de glace à haute altitude (HAIC-HIWC) a été créé. Ce projet permet de recueillir et d'analyser des données sur les nuages convectifs épais pour ainsi atteindre les objectifs des milieux scientifique, industriel et réglementaire.
Unir nos efforts pour régler les préoccupations internationales
Les essais en vol de la Phase I du projet HAIC-HIWC ont eu lieu à Darwin (Australie), en 2014, au moyen d'un aéronef français Falcon 20 doté d'instruments spécialisés, dont la sonde isocinétique, spécialement conçue pour ce projet et élaborée conjointement par le Conseil national de recherches du Canada (CNRC), Environnement Canada (EC) et Science Engineering Associates ( SEA ). La Phase II du projet s'est amorcée en mai 2015 quand le CNRC et EC ont joint l'équipe internationale pour réaliser d'autres essais en vol à Cayenne (Guyane française). D'autres essais devaient être menés afin de mieux comprendre les procédés qui forment les cristaux de glace à haute altitude et d'établir leur composition microphysique, soit la forme des particules, la répartition granulométrique, la structure des nuages et la dynamique de ceux-ci.
Puisque la collaboration est essentielle dans bon nombre de projets de recherche, M. Mengistu Wolde, agent principal de recherche du CNRC, et M. Alexei Korolev, scientifique chevronné d'EC, ont travaillé ensemble pour élaborer le plan scientifique et obtenir l'approbation et le financement nécessaires. Ensemble, ils ont dirigé l'équipe canadienne d'intégration des instruments et d'essais en vol. Selon M. Korolev, la collaboration est en fait « la suite de la relation de longue date du CNRC établie avec Environnement Canada il y a plus de 30 ans. Notre partenariat a été très fructueux et a contribué à modifier la réglementation s'appliquant à la certification des moteurs d'aéronef utilisés dans des conditions de givrage surfondu. »
Consciente de la nécessité de travailler également en partenariat à l'échelle internationale, l'équipe canadienne s'est associée à l'équipe de recherche française. « Étant donné la nature de ces enjeux multinationaux, il est primordial que le CNRC établisse et tire profit de collaborations avec des partenaires tant nationaux qu'internationaux afin qu'il soit en mesure de trouver des solutions réfléchies aux problèmes soulevés », fait savoir M. Wolde.
Convair-580 : la plateforme parfaite
Pour la campagne sur les essais en vol menée en Guyane française, le CNRC a fourni son puissant aéronef Convair-580, un laboratoire de recherche en vol de première classe. Cet aéronef très performant peut transporter des systèmes complets de détection sur place et à distance qui sont nécessaires pour mener des recherches atmosphériques, ainsi que des capteurs qui transmettent aux pilotes des avertissements et des directives en temps réel afin qu'ils puissent modifier leur trajectoire de vol et ainsi s'éloigner des nuages à forte teneur en eau et en glace si l'on juge qu'il n'est pas prudent de garder la trajectoire prévue. L'aéronef Convair-580, le plus gros aéronef de recherche du genre au Canada, est doté d'une gamme très perfectionnée d'instruments qui peuvent être configurés pour la recherche tant dans le secteur civil que militaire. Il a pris part à des missions de recherche en Arctique, en Alaska, en Amérique du Sud et partout en Amérique du Nord en plus de traverser des ouragans sur la côte Est du Canada. Grâce au savoir-faire et à l'expérience du CNRC, cette installation de recherche polyvalente peut être équipée pour mesurer les conditions atmosphériques, la composition des nuages, la qualité de l'air ou les émissions industrielles. Sachant que l'on compte moins de cinq aéronefs de recherche comparables dans le monde, il n'est guère étonnant que le Convair-580 soit très demandé pour réaliser des campagnes de recherche menées en collaboration.
Les hauts et les bas de la collecte de données en vol
Les équipes internationales (Europe, É.-U., Canada et Australie), avec l'aide d'autres partenaires travaillant à Cayenne, ont volé à plusieurs reprises dans des conditions météorologiques favorables aux conditions de givrage précisément à l'étude. Elles ont mené des essais en vol à l'intérieur de nuages convectifs épais afin de décrire l'environnement de givrage avec formation de cristaux de glace à haute altitude qui est susceptible de causer des problèmes de moteur. Alors que l'appareil Convair-580 a prélevé des échantillons dans l'atmosphère à plus basse altitude (entre 22 000 et 24 000 pieds) et à des températures se situant entre -5 °C et -15 °C, un aéronef français Falcon 20 a été à même de prendre des lectures à plus haute altitude et à des températures d'environ -30 °C ou moins.
Les données recueillies lors de ces vols apporteront de nouvelles connaissances à la collectivité prenant part au projet HAIC-HIWC, ce qui stimulera la conception de nouveaux moteurs d'aéronef capables de résister à des conditions de givrage avec formation de cristaux de glace. Les données serviront aussi à élaborer et à valider une méthode de détection des régions propices à la formation de cristaux de glace à haute altitude à partir de systèmes de détection à distance basés au sol et dans l'espace.
Créer une industrie aérospatiale sûre et durable
Les équipes du CNRC et du projet HAIC-HIWC apprécient que leurs efforts aideront grandement le milieu de l'aviation qui cherche continuellement à améliorer la sécurité. « Ces recherches sont essentielles puisque les répercussions des conditions atmosphériques entraînant le givrage des moteurs sont nombreuses et sont encore relativement peu connues », explique M. Korolev.
Même si cette campagne a donné un bon aperçu de la formation du givrage à haute altitude, il reste encore beaucoup à découvrir à cet égard. M. Wolde signale que « nous examinons actuellement une autre phase du projet. Nous voulons approfondir nos connaissances sur les conditions de givrage à haute altitude. »
Les étapes suivantes, entreprises immédiatement par l'équipe, consistent à analyser et à contrôler la qualité des données, et en mettant. L'équipe mettra ensuite ces données à la disposition des autres groupes de travail internationaux. Les données serviront à développer et à améliorer les modèles de prévision de la formation de givrage à haute altitude et à appuyer certaines applications, comme les sondes miniatures de détection de particules à haute altitude du CNRC pour les aéronefs commerciaux.
La campagne d'essais en vol en Guyane française a bénéficié du soutien d'Environnement Canada et du programme Réduction des risques de givrage en aéronautique du CNRC.
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