Maintenance et certification

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Nouvelle réglementation en matière de construction
par Brian Whitehead, chef, élaboration de politiques, Normes, Aviation civile, Transports Canada

La nouvelle sous-partie 561 du Règlement de l'aviation canadien (RAC) est entrée en vigueur le 1er décembre 2007. Il s'agit là d'un jalon important de la mise en oeuvre du RAC, et de l'une des dernières étapes en vue du remplacement de l'ancien Manuel de navigabilité par le nouveau RAC. Les nouvelles exigences sont très semblables à celles qui figuraient dans le Manuel de navigabilité mais, comme elles font maintenant partie d'un règlement, leur structure se veut plus formelle et elles confèrent le droit d'avoir recours à des mesures d'application de la loi, ce qui n'était pas le cas avec le Manuel de navigabilité. Bon nombre d'articles sont des textes désignés qui prévoient des amendes maximales applicables aux personnes physiques et aux personnes morales.

En plus de la nouvelle sous-partie 561 du RAC, une norme connexe (norme 561) et des modifications à la partie I du RAC ont été publiées afin que les systèmes de gestion de la sécurité s'appliquent aux constructeurs. Les modifications apportées aux définitions de « maintenance » et de  « construction » devraient éliminer tout conflit dans l'application des sous-parties 561 et 571 du RAC. Essentiellement, la sous-partie 561 du RAC s'appliquera à toute tâche effectuée sur un aéronef avant la délivrance initiale d'un certificat de navigabilité standard ou d'un certificat de navigabilité pour exportation. Une fois que l'un ou l'autre de ces certificats aura été délivré, la sous-partie 571 du RAC s'appliquera. Ainsi, aucune disposition de la sous-partie 561 du RAC ne pourra s'appliquer à la fabrication d'une pièce pour la réparation, effectuée envertu du paragraphe 571.06(4) du RAC.

L'avantage conféré par le certificat de constructeur n'est pas de construire des produits aéronautiques — n'importe qui peut le faire — mais bien d'autoriser la délivrance d'une déclaration de conformité attestant que les produits sont conformes aux données approuvées et qu'ils peuvent être utilisés en toute sécurité. La sous-partie 571 du RAC, pour sa part, interdit l'installation de pièces (autres que les pièces commerciales, les pièces standard et les pièces fabriquées pendant une réparation) à moins qu'elles n'aient été certifiées par une telle déclaration. Habituellement, la déclaration en question prend la forme d'un Bon de sortie autorisée (formulaire 24-0078, qui sera bientôt renommé « Form One »). Ce formulaire ne peut pas être utilisé à l'égard des pièces de réparation mentionnées ci-dessus. Ces dernières doivent plutôt faire l'objet d'une certification après maintenance tenant compte de la réparation dans le cadre de laquelle elles ont été créées.

La nouvelle réglementation est rédigée selon le même format général que les exigences relatives aux organismes de maintenance agréés figurant à la sous-partie 573 du RAC. Elle prévoit en outre des systèmes de contrôle de la production et de contrôle de la qualité distincts et comprend des exigences en matière de formation et de tenue des dossiers. La délivrance d'un certificat de constructeur est directement liée au certificat de type du produit aéronautique visé. Les demandeurs doivent être eux-mêmes titulaires du certificat de type ou doivent avoir conclu un contrat de licence avec le titulaire. Un certificat d'agrément restreint peut être accordé si le certificat de type n'a pas encore été délivré ou si le contrat de licence est en cours de négociation. Cependant, dans de tels cas, le produit fini ne peut être distribué avant que l'ensemble des dispositions du certificat de type n'aient été respectées.

La réglementation précise une des responsabilités du constructeur en ce qui a trait au contrôle des fournisseurs et fait une nette distinction entre la surveillance des fournisseurs qui détiennent leur propre certificat et ceux qui sont sous la supervision directe d'un constructeur principal. Cette distinction devrait faciliter le contrôle des « livraisons directes » qui peuvent uniquement être autorisées conjointement avec un bon de sortie.

Sous réserve de l'approbation de l'autorité étrangère, les installations du constructeur peuvent être situées dans un état étranger, mais le demandeur doit donner accès à ces installations aux inspecteurs de Transports Canada et assumer les frais inhérents.

Les moyens dont le constructeur dispose pour se conformeraux différentes exigences doivent être précisés dans un manuel, et ce dernier doit être signé par le gestionnaire supérieur responsable et approuvé par le ministre.

Contrairement à ce qui s'est produit lors de l'entrée en vigueur d'autres sous-parties du RAC, comme celles concernant les exploitants aériens et les organismes de maintenance agréés, aucun délai de grâce ne sera accordé par l'entremise d'une exemption. Lorsque, précédemment, d'autres chapitres ont été incorporés au RAC, les nouvelles exigences étaient publiées dès qu'elles étaient disponibles, et une exemption générale était délivrée aux titulaires de certificats afin de permettre une transition graduelle vers une conformité complète, conformément à un programme de mise en oeuvre établi à l'avance. Dans le cas présent, le processus a été inversé, c'est-à-dire que les titulaires d'une approbation ont été avisés des nouvelles exigences environ deux ans avant la date d'entrée en vigueur, et qu'ils sont tenus de s'y conformer entièrement à cette date.

Avec l'entrée en vigueur de la sous-partie 561 du RAC, la mise en oeuvre des exigences du RAC en matière de navigabilité aérienne est presque terminée. La dernière grande étape consistera en l'intégration de la sous-partie 563 qui vise les distributeurs de produits aéronautiques. Cette sous-partie devrait être incorporée au RAC un peu plus tard au cours de l'année 2008.

Givrage des rampes de distribution du système d'injection de carburant
Avis de sécurité aérienne du Bureau de la sécurité des transports du Canada (BST)

Le 30 novembre 2007, un Aero Commander 500B à bord duquel se trouvent deux membres d'équipage et un passager quitte Dryden (Ont.) pour se rendre à Geraldton (Ont.). Environ 40 min après le départ, l'équipage constate une indication anormale de débit carburant du moteur droit. Peu après, le régime et le débit carburant de ce moteur se mettent à diminuer. L'équipage se déroute vers Armstrong (Ont.). Peu de temps après, le régime et le débit carburant du moteur gauche se mettent à diminuer et l'avion ne peut plus maintenir le vol en palier. L'équipage effectue un atterrissage forcé dans une zone boisée marécageuse à 20 NM au sud-ouest d'Armstrong. Le commandant de bord est grièvement blessé, tandis que le copilote et le passager le sont légèrement. Quant à l'avion, il est lourdement endommagé. L'enquête entourant cet accident (dossier A07C0225 du BST) est toujours en cours.

Un examen des moteurs Lycoming I0-540-B1A5 a permis d'établir que le circuit d'alimentation en carburant des deux moteurs était obstrué. Il y avait obstruction partielle au niveau du moteur gauche, aucun carburant ne parvenant aux injecteurs des cylindres avant, et obstruction totale au niveau du moteur droit, aucun carburant ne parvenant au moindre injecteur des cylindres. Il a été déterminé que cette obstruction se situait dans un distributeur de carburant, ou dans les deux, puisqu'il y avait une certaine pression de carburant en amont de ces distributeurs. Le distributeur de carburant du moteur droit a été déposé et examiné. On y a trouvé de la glace qui adhérait à la surface interne du doseur principal. De la glace qui s'était formée à partir de gouttelettes d'eau surfondue adhérait également à la crépine du dispositif de retour de carburant, recouvrant et obstruant complètement l'orifice de retour du trop-plein au réservoir.

L'avion avait été parqué dans un hangar chauffé et il avait reçu un plein complet de carburant provenant d'un fournisseur commercial environ deux mois avant l'accident. Les réservoirs et les filtres carburant avaient été purgés au cours de l'inspection prévol, et aucune trace d'eau visible n'avait été constatée. L'avion était utilisé sans additif de carburant inhibiteur de givrage.

Figure 1 - Distributeur de carburant installé dans la partie inférieure avant du moteur
Figure 1 — Distributeur de carburant installé dans la partie inférieure avant du moteur

Figure 2 - lace sur le doseur principal de carburant
Figure 2 — lace sur le doseur principal de carburant

Figure 3 - Glace formée à partir de gouttelettes d'eau surfondue sur la crépine du dispositif de retour de carburant
Figure 3 — Glace formée à partir de gouttelettes d'eau surfondue sur la crépine du dispositif de retour de carburant

Figure 4 - Orifice de retour du trop-plein au réservoir (montré gelé et dégelé pour comparaison)
Figure 4 — Orifice de retour du trop-plein au réservoir (montré gelé et dégelé pour comparaison)

Au début des années 70, un important avionneur a effectué des essais à haute altitude de moteurs à piston montés sur des avions pressurisés1. De nombreuses pertes partielles ainsi que quelques pertes totales de puissance de moteur se sont produites au cours de ces essais, lesquels ont permis de conclure que, à mesure qu'un avion monte à des altitudes où la température est plus froide, l'eau dissoute dans le carburant se sépare de la solution, à cause de l'agitation que subit le carburant quand il passe dans la pompe carburant et/ou dans le séparateur de vapeur.

Cette eau se séparant sous la forme de gouttelettes d'eausurfondue est sortie de la pompe et est passée dans le doseur du dispositif d'injection de carburant pour aller atteindre le distributeur de carburant. Il s'en est suivi une forte diminution de la vitesse de l'écoulement au fond de la chambre d'aspiration du distributeur. Ce phénomène, combiné à une réduction de la température à la surface du distributeur (causée par l'air de refroidissement qui venait frapper contre la face avant du distributeur), a favorisé la formation de cristaux de glace. Ces derniers ont continué à retenir les gouttelettes d'eau surfondue jusqu'à ce que l'accumulation de glace bloque les conduites des injecteurs de carburant avant, provoquant une réduction de la puissance moteur. Dans les cas extrêmes, tous les orifices des injecteurs risquent d'être obstrués, ce qui va alors provoquer une perte totale de puissance moteur. De petites formations de glace ont également été observées sur les surfaces inférieure et latérales de la chambre d'aspiration (doseur principal) du distributeur de carburant. Une fois fondue, cette accumulation de glace correspondait à moins de deux gouttes d'eau. Ce phénomène d'obstruction par de la glace avait été jugé capable de toucher la plupart des circuits d'injection de carburant en service à l'époque, et on y a remédié en partie grâce à l'utilisation d'additifs de carburant inhibiteurs de givrage.

Le BST s'inquiète de la possibilité que des moteurs d'aéronef subissent des pertes de puissance dans des basses températures ambiantes. Certaines questions, comme la compatibilité des inhibiteurs de givrage de carburant disponibles avec divers types d'aéronefs, n'ont toujours pas été entièrement résolues. La présente enquête est toujours en cours, et le Bureau n'en est pas encore arrivé à établir les faits quant aux causes et aux facteurs contributifs. Quoi qu'il en soit, l'enquête a jusqu'à présent permis de constater que le gel de l'eau qui se sépare de la solution qu'elle forme avec le carburant dans les rampes d'injection de carburant et dans d'autres endroits connexes risquait de constituer un danger pour la vie ou les biens. Par conséquent, la communauté aéronautique devrait être consciente des effets de la glace dans les circuits carburant des moteurs d'aéronefs pendant la saison hivernale.

Transports Canada aimerait rappeler aux exploitants qu'une perte de puissance moteur causée par un givrage du circuit carburant est toujours possible, et combien il est important de suivre les procédures et de prendre les précautions indiquées dans les manuels d'utilisation des aéronefs et des moteurs afin d'éviter tout risque de givrage du circuit carburant par temps froid.

1 Aviation Gasolines, a Candid Appraisal, document présenté devant le SAE Committee AE-5 Aerospace Fuel, Oil and Oxidizer Systems Meeting No. 51, à Monterey (Californie), le 31 octobre 1979

Les inspections de troisième niveau!
par John Tasseron, inspecteur de la sécurité de l'aviation civile, évaluation des aéronefs, Normes, Aviation civile, Transports Canada

Voici le troisième et dernier article d'une série de trois portant sur les types d'inspection.

Ayant déjà traité dans des articles précédents de l'inspection de premier niveau — inspection visuelle générale (IVG) — et de l'inspection de deuxième niveau —  inspection détaillée (DET) — inscrites au calendrier de maintenance des aéronefs, nous sommes prêts à aborder le dernier et le plus haut niveau d'inspection, à savoir l'inspection spéciale détaillée (ISD). Les ISD sont peu connues, puisque seulement un faible pourcentage du nombre total des tâches d'inspection inscrites à un calendrier de maintenance des aéronefs se classe dans cette catégorie, et que ces tâches sont généralement accomplies longtemps après l'entrée en service de l'aéronef. Heureusement, la définition qu'en donne l'Air Transport Association of America (ATA) peut nous éclairer :

[traduction]
 « Examen détaillé d'un article, d'une installation ou d'un ensemble spécifique visant à déceler un dommage, une défaillance ou une irrégularité. L'examen nécessite souvent le recours à des méthodes ou à de l'équipement d'inspection spécialisés. Un nettoyage à fond, un démontage ou des mesures visant à assurer l'accès pourraient aussi être nécessaires. » 

On remarque, en comparant la définition ci-dessus à celle d'une inspection détaillée, que les premières phrases sont identiques. Le mot « détaillé » se traduit clairement par « recherche de petites irrégularités ». Le reste de la définition est complètement différent. On n'y mentionne aucunement les exigences en matière d'éclairage. On met plutôt l'accent sur « le recours à des méthodes ou à de l'équipement d'inspection spécialisés », le « nettoyage à fond », le « démontage » ainsi qu'à des « mesures visant à assurer l'accès ». Des explications doivent être apportées à propos de certains termes.

On a longtemps associé le concept des ISD aux inspections qui exigent l'application de méthodes d'essais non destructifs (END) (ressuage, magnétoscopie, courants de Foucault, ultrasons et radiographie), puisque ces méthodes étaient, et sont toujours, employées conformément aux techniques d'inspection spécialisées. Dans le domaine des END, le terme « techniques »  désigne les procédures à suivre afin d'appliquer la méthode d'inspection. Par ailleurs, on « réservait »  l'acronyme END à toute tâche d'inspection nécessitant le recours à un spécialiste certifié en END. À première vue, cette logique semblait pratique, étant donné que presque toute préparation à une inspection non destructive comprend des exigences en matière de nettoyage en plus de l'utilisation d'un équipement spécialisé. Le  « démontage et les mesures visant à donner accès »  s'appliquent occasionnellement, et pourraient être remplacés par « préparation importante » (mise sur vérins de l'aéronef, reprise de carburant, mesures de sécurité contre les radiations, etc.).

Aujourd'hui, certaines nouvelles technologies d'inspection semblent être appropriées pour se classer parmi les ISD. Elles font souvent partie de domaines autres que celui de l'inspection non destructive classique et elles ne nécessitent pas l'intervention d'un personnel spécialisé et certifié. La plus importante de ces technologies fait appel à l'utilisation de l'endoscopie. L'inspection endoscopique se classe entre l'inspection visuelle à l'oeil nu et l'inspection effectuée à l'aide d'équipement d'essai spécialisé complexe. Dans certains cas, durant l'élaboration du calendrier de maintenance d'un aéronef selon les normes de l'ATA, les groupes responsables de l'analyse de la maintenance ont décidé d'associer toutes les tâches d'inspection endoscopique à la DET. Dans d'autres cas, ces tâches sont associées à une ISD. D'un côté, on justifie l'association de ces tâches à une DET du fait que les inspections au moyen d'endoscopes portent habituellement sur des petites zones. De l'autre, on explique l'association de ces tâches à une ISD du fait qu'elles nécessitent des procédures spéciales ainsi que la formation de spécialistes. Le débat reste ouvert.

Dans la mesure où la description du travail à accomplir est claire, le niveau d'inspection auquel on associe une tâche importe peu. Si une inspection au moyen d'endoscopes est classée comme une ISD ou comme une DET, mais qu'elle est effectuée par une personne qui n'a reçu aucune formation en inspection endoscopique ou aucune directive spéciale, cette inspection ne sera guère plus efficace qu'une IVG. Soit dit en passant, de nouvelles initiatives sont en cours pour appliquer les plus récentes techniques d'endoscopie à des inspections plus générales (de type IVG) de zones inaccessibles, comme la surface interne des commandes de vol. De nouvelles solutions seront peut être suggérées, tels un terme et une définition propre à un niveau d'inspection (par ex. inspection visuelle à distance ou IVD). Voilà qui soulèverait de nouveaux débats, et il deviendrait encore nécessaire de s'assurer que le concept choisi est clairement défini. Entre-temps, nous devons espérer que les termes et les définitions présentement utilisés sont bien compris pour en assurer l'utilisation uniforme.

Problèmes de données FDR et CVR découverts pendant des enquêtes du BST
par Dave White, inspecteur de la sécurité de l'aviation civile, Maintenance et construction des aéronefs, Région des Prairies et du Nord, Aviation civile,Transports Canada

Les exigences portant sur la maintenance annuelle des enregistreurs de la parole dans le poste de pilotage (CVR) et des enregistreurs de données de vol (FDR) ne sont pas respectées avec l'uniformité et l'efficacité voulues. Il arrive parfois que les résultats du dernier essai d'intelligibilité (CVR) et de la dernière vérification de corrélation (FDR) ne figurent pas dans les dossiers de l'aéronef. En général, cette absence d'information passe inaperçue au moment de l'examen annuel des dossiers de l'entreprise ou pendant le processus d'importation de l'aéronef. Dans tous les cas, les données provenant du contenu des enregistreurs mises à la disposition des enquêteurs après un accident ou un incident risquent de ne pas être aussi lisibles ou, en fin de compte, aussi utiles qu'elles devraient l'être. Pour régler ce problème de données, jetons un coup d'oeil aux exigences très différentes — mais néanmoins interreliées—propres à l'inspection annuelle de ces deux types d'enregistreur.

Problèmes liés au CVR : Des enquêtes du Bureau de la sécurité des transports (BST) consécutives à des accidents et à des incidents ont révélé l'existence de certaines défectuosités dans les enregistrements de CVR disponibles. Les problèmes étaient souvent liés à la qualité des canaux d'enregistrement — problèmes que les exigences de l'inspection annuelle auraient normalement déjà pu permettre de déceler et de corriger.

Voici comment se lit le paragraphe 15(d), de l'appendice C de la Norme 625 du Règlement de l'aviation canadien (RAC) :

d) Une procédure d'essai doit être élaborée dont l'exécution en conditions opérationnelles permet de vérifier l'intelligibilité des paroles et des sons enregistrés, pour les diverses sources sonores prévues par la réglementation; la vérification se fera :

  1. lors de l'installation originale de l'enregistreur;
  2. à chaque 3 000 heures ou 12 mois, la première échéance prévalant.

Contexte
L'essai d'intelligibilité du CVR vise à assurer  « l'intelligibilité des paroles et des sons enregistrés, pour les diverses sources sonores »«. Ainsi, ce sont les sources de l'aéronef et leur interconnexion, tout comme l'enregistreur même, qui ont une incidence sur l'intelligibilité. Souvent, les défectuosités se situent dans les périphériques et dans leur interconnexion plutôt que dans l'enregistreur comme tel. À titre d'exemples, on peut mentionner des microphones d'ambiance mal positionnés qui sont régulièrement masqués en vol, des fils de microphone croisés qui ne vont pas véritablement nuire au rendement des microphones mais qui vont annuler l'effet de l'amplificateur de sommation des signaux du CVR et, enfin, des canaux dont le rendement n'est pasacceptable mais pour lesquels rien n'est fait, même après la découverte du problème.

Comme l'inspection ne porte pas simplement sur le CVR comme tel mais plutôt sur la qualité des enregistrements, il importe d'avoir une procédure d'essai qui couvre tous les domaines de l'inspection, à savoir :

  • une fiche de vérification descriptive facile à suivre;
  • un moyen de planifier l'essai pour s'assurer de disposer de suffisamment de temps pour permettre une vérification de l'enregistrement avant la prochaine vérification d'intelligibilité prévue aux 12 mois;
  • un moyen d'assurer la communication en temps opportun avec le centre de dépouillement afin d'être en mesure de cerner rapidement les problèmes liés à l'enregistreur;
  • un processus à deux volets pour s'assurer que les problèmes découverts pendant le dépouillement de l'enregistrement, ainsi que les problèmes concernant le CVR comme tel, seront réglés par l'intermédiaire du système de correction des défectuosités de l'entreprise;
  • un moyen pour s'assurer que les problèmes devant être corrigés seront traités et qu'un essai d'intelligibilité sera effectué à la fin du processus afin de vérifier que tous les paramètres exigés sont bien enregistrés.

Problèmes liés au FDR : Des enquêtes du BST consécutives à des accidents et à des incidents ont révélé des défectuosités au niveau des données FDR disponibles. Ces problèmes sont souvent liés à des paramètres du FDR qui manquent ou qui sont impossibles à lire, problèmes que les exigences de la vérification de corrélation annuelle auraient normalement déjà pu permettre de déceler et de corriger. Parfois, les résultats de la dernière vérification de corrélation n'étaient pas disponibles ou n'avaient pas été obtenus dans le cadre du processus d'importation.

Voici comment se lit en partie le paragraphe 17 de l'appendice C de la Norme 625 du RAC

Calendrier de maintenance d'un FDR :

Vérification de corrélation pour s'assurer que tous les paramètres nécessaires sont enregistrés et utilisables. Après 3 000 heures de vol ou aux 12 mois, la première échéance prévalant

Contexte
La vérification de corrélation du FDR vise à assurer que « tous les paramètres nécessaires sont enregistrés et utilisables ». Ainsi, ce sont les sources de données de l'aéronef, leur interconnexion et l'enregistreur même qui ont une incidence sur l'utilisation que l'on pourra faire des données. Souvent, les défectuosités se situent dans les périphériques et dans leur interconnexion plutôt que dans l'enregistreur comme tel. De plus, il faut s'assurer que les valeurs lues sur un enregistrement FDR font l'objet d'une corrélation permanente entre les données et les positions connues d'une commande de vol ou de toute autre source de données. À titre d'exemple, les transmetteurs de position risquent d'être déplacés de leur position neutre pendant la maintenance des commandes de vol. Après ce genre de maintenance, les commandes de vol vont continuer de fonctionner normalement, mais les lectures de leur position ne seront plus exactes par rapport aux données enregistrées précédemment. On trouve quelques incidents faisant état d'une absence totale de paramètres enregistrés à cause de diverses défectuosités. Dans des cas extrêmes, la corrélation annuelle, qui est nécessaire pour déterminer la fonctionnalité des paramètres, n'avait même pas été effectuée. Cette corrélation est nécessaire pour établir la relation observée entre les lectures faites chaque année et celles faites au moment de l'installation des divers capteurs.

Comme l'inspection ne porte pas simplement sur le FDR comme tel mais plutôt sur la qualité des sources de données, il importe d'avoir une procédure d'essai qui traite des points suivants :

  • une procédure de maintenance descriptive facile à suivre incluant une fiche de vérification de la procédure;
  • l'accès aux outils nécessaires pour effectuer les tâches se rapportant aux sources de données;
  • l'accès aux valeurs lues à la dernière corrélation; le rapport de la corrélation effectuée au moment de l'installation originale peut être utilisé ici, mais il faut faire preuve de prudence, car il y a peut-être eu des modifications depuis cette installation;
  • l'accès aux valeurs lues au moment de l'installation originale ainsi que les tolérances permises;
  • un processus pour s'assurer que les problèmes découverts pendant la lecture des données dépouillées, ainsi que les problèmes concernant le FDR comme tel, seront réglés par l'intermédiaire du système de correction des défectuosités de l'entreprise;
  • un moyen pour s'assurer que les problèmes liés aux sources de données nécessitant une rectification seront réglés et qu'une vérification de corrélation complète sera effectuée afin de s'assurer que tous les paramètres sont enregistrés avant la date d'échéance fixée à 12 mois.

Il existe des dispositions réglementaires régissant l'obligation d'assurer la maintenance des CVR et des FDR. Nous espérons que ce bref aperçu traitant du pourquoi et du comment faire un « essai d'intelligibilité »  et une « vérification de corrélation » va vous inciter, comme exploitant ou personne chargée de la maintenance, à réexaminer les derniers résultats de vos CVR et FDR. Si ces résultats ne sont pas disponibles ou renferment des anomalies, comme des canaux de CVR peu clairs ou des paramètres de FDR non fonctionnels, prenez le temps de vous assurer que vos enregistreurs respectent les exigences du RAC en repérant ces résultats ou en procédant sans tarder à un nouvel essai. De plus, n'oubliez pas que, si vous importez un aéronef, vous devez vous assurer que les données appropriées ont été enregistrées et sont disponibles, et que les enregistreurs respectent les exigences actuelles.

Attention! Conception et exploitation des aéronefs pour les vols dans des conditions de givrage
par Michael Hamer, ingénieur principal, Groupe moteurs et émissions, Ingénierie, Certification nationale des aéronefs, Aviation civile, Transports Canada

Givrage du moteur causé par des conditions de phase mixte avec présence de cristaux de glace
Lorsque l’on procède à la certification d’un aéronef pour le vol dans des conditions de givrage, il est impératif de tenir compte des nombreuses caractéristiques liées à la conception, aux performances et au comportement en vol de l’aéronef, ce qui inclut les caractéristiques du groupe motopropulseur. Les normes de conception du chapitre 525 du Manuel de navigabilité (MN) comprennent, l'appendice C1, une définition des conditions atmosphériques de givrage en fonction des variables de la teneur en eau liquide du nuage, du diamètre effectif moyen des gouttelettes du nuage et de la température de l'air ambiant (comprise entre 0 °C et - 40 °C). Les diagrammes de givrage de l'appendice C limitent le diamètre effectif moyen des gouttelettes d'eau liquide à 50 micromètres, et l'altitude à 22 000 pi maximum. Le chapitre 533 du MN contient d'autres normes de conception à respecter pour certifier des moteurs pour les vols dans des conditions de pluie ou de grêl.

À la suite de l'écrasement d'un Aérospatiale ATR-72 survenu en 1994 près de Roselawn, en Indiana (é.-U.), le National Transportation Safety Board (NTSB) des états- Unis a émis des recommandations de sécurité importantes en ce qui a trait au givrage. Ces recommandations soulignaient la nécessité d'améliorer les pratiques liées à la conception des aéronefs et à leur exploitation pour les vols dans des conditions de givrage. Le NTSB a conclu que l'accident impliquant l'ATR-72 s'était produit dans des conditions de givrage qui dépassaient le domaine de certification pour le vol dans des conditions de givrage. Ces conditions consistent en des grosses gouttelettes d'eau surfondues, et peuvent également comprendre de la bruine verglaçante (de 100 à 500 micromètres de diamètre effectif moyen) ou de la pluie verglaçante (diamètre effectif moyen supérieur à 500 micromètres). En réponse aux recommandations du NTSB, la Federal Aviation Administration (FAA) des é.-U. a demandé à son Aviation Rulemaking Advisory Committee (ARAC) de constituer un groupe de travail mixte réunissant des représentants du gouvernement et du secteur aéronautique, le Ice Protection Harmonization Working Group (IPHWG), en vue d'étudier la conception et l'exploitation des aéronefs et des moteurs pour les vols dans des conditions de givrage qui incluent des grosses gouttelettes d'eau surfondues et des nuages en phase mixte avec présence de cristaux de glace.

On parle de phase mixte lorsqu'il y a coexistence degouttelettes d'eau liquide surfondues et de particules de glace dans un nuage, le plus souvent en périphérie d'une formation de nuages convectifs profonds. Le givrage avec formation de cristaux de glace survient lorsque toutes les gouttes d'eau liquide du nuage ont gelé et qu'elles se sont transformées en particules de glace, phénomène qui survient habituellement aux altitudes de vol plus élevées. Les diagrammes de givrage actuels de l'appendice C ne prennent pas en compte, non plus, les conditions de phase mixte avec cristaux de glace.

Danger du givrage dans des conditions de phase mixte/ cristaux de glace pour les moteurs — événements survenus en exploitation
Pour appuyer le mandat du IPHWG, le sous-groupe du gouvernement et du secteur aéronautique consacré aux moteurs, le Engine Harmonization Working Group (EHWG), a étudié plus de 60 cas de pertes de puissance moteur causées par le givrage des moteurs dans des conditions de phase mixte et de cristaux de glace impliquant des gros aéronefs de transport et qui sont survenus entre 1988 et 2005. Les moteurs concernés ont présenté divers symptômes notamment, des vibrations, des extinctions, des diminutions de régime, des sautes de régime et une détérioration des aubes du flux primaire. Plus des deux tiers des événements se sont produits entre 22 000 et 39 000 pi d'altitude. À ces altitudes, l'eau est davantage présente sous forme de particules ou de cristaux de glace gelés que sous forme de gouttelettes d'eau liquide surfondues. Dans l'ensemble, les anomalies moteur ontété observées à proximité des nuages convectifs, à une température ambiante plus chaude que l'atmosphère type international (ISA), et en dehors des limites énoncées dans l'appendice C du chapitre 525 du MN. Elles ont touchédivers types d'aéronefs et de moteurs, et ont eu lieu durant des phases de vol variées (montée, croisière et descente).

La menace de formation de givrage durant une phase mixte ou de cristaux de glace dans les moteurs constitue un danger réel puisque ces derniers sont indispensables à la poursuite du vol dans ces conditions.
La menace de formation de givrage durant une phase mixte ou de cristaux de glace dans les moteurs constitue un danger réel puisque ces derniers sont indispensables à la poursuite du vol dans ces conditions.

Dans le passé, un avion de catégorie navette avait également subi des diminutions de régime entre 28 000 et 31 000 pi. Une enquête approfondie, accompagnée d'essais en vol, avait permis de constater que des particules de glace pouvaient s'accumuler sur des surfaces chaudes, dans le coeur du moteur. En 2003, le sous-groupe EHWG a comparé l'événement impliquant l'avion de catégorie navette avec les incidents qui ont touché les gros appareils de transport. Ce travail a permis au secteur aéronautique de déterminer que les anomalies moteur présentées à haute altitude par les gros appareils de transport sont très probablement causées par un givrage accompagné de particules ou de cristaux de glace.

Une analyse faite par les motoristes a révélé que des particules de glace peuvent s'accumuler plus loin dans le moteur, ce qui se traduit par des phénomènes qui passent inaperçus pendant les essais de certification effectués au moyen d'eau liquide surfondue, de pluie ou de grêle. De plus, il semble que les anomalies moteur mentionnées plus haut n'aient été accompagnées d'aucun givrage de la cellule notable, ni d'aucune indication déclenchée par les détecteurs de givrage (lorsqu'ils étaient installés). En revanche, dans de nombreux cas, la sonde de température de l'air dynamique (TAT) n'a pas fonctionné correctement; on sait à présent que c'est le signe avéré qu'il y a une accumulation de particules ou de cristaux de glace dans les moteurs. De façon générale, les événements se sont déroulés dans des conditions d'humidité visible, dans des nuages, en présence de turbulences allant de légères à modérées. Les pilotes ont fait mention de précipitations sur le pare-brise, souvent décrites comme étant de la pluie, mais n'ont signalé aucun écho du radar météorologique à l'emplacement et à l'altitude où est survenu l'anomalie moteur de l'appareil.

Importance de ces événements
La menace de formation de givrage durant une phase mixte ou de cristaux de glace dans les moteurs constitue un danger réel puisque ces derniers sont indispensables à la poursuite du vol dans ces conditions, quelles qu'elles soient, même si l'appareil n'est pas certifié pour évoluer dans de telles conditions.

Nuages convectifs profonds
Les nuages convectifs profonds peuvent soulever de fortes concentrations d'eau jusqu'à des milliers de pieds dans l'atmosphère. Cet air chaud et humide s'élève rapidement vers des altitudes élevées où les températures ambiantes très basses entraînent la formation de particules ou de cristaux de glace. En théorie, la teneur en eau givrante peut être quatre fois supérieure à la valeur des normes de certification régissant la teneur en eau liquide surfondue. Les mesures concernant les propriétés microphysiques des nuages convectifs profonds sont limitées. Les mesures actuelles sont remises en cause par la précision relative des mesures de teneur en eau givrante. Il est possible que les dimensions des particules ou des cristaux de glace concentrés soient bien inférieures à ce que l'on pensait jusque-là.

Hypothèse concernant le processus d'accumulation de glace
Les cristaux de glace gelés rebondissent sur les surfaces froides, ce qui explique pourquoi les pilotes ne constatent aucun givrage de la cellule lorsque l'appareil traverse des cristaux de glace à haute altitude. Les spécialistes du secteur aéronautique ont toujours du mal à bien cerner le phénomène physique qui conduit à l'accumulation de particules ou de cristaux de glace dans le moteur, mais ils s'accordent pour dire que le processus est le suivant :

  • les cristaux de glace pénètrent dans la veine de flux primaire du réacteur; les surfaces en amont étant sèches et plus froides (en dessous du point de congélation), alors il n'y a pas d'accumulation;
  • à un certain point dans les turbomachines, la température de l'air augmente au-dessus du point de congélation, et les surfaces plus chaudes s'humidifient en raison de l'impact des cristaux et de leur fusion en eau liquide;
  • la succession d'impacts de cristaux dans la couche de la surface humide et l'évaporation font redescendre la température de la surface jusqu'au point de congélation;
  • le givre se forme à mesure que les cristaux continuent de heurter la surface;
  • le givre peut continuer de s'accumuler, ou se détacher, ce qui peut avoir une incidence sur le fonctionnement normal du moteur.

Ce phénomène démontre que l'accumulation de glace peut se produire bien loin derrière la soufflante, dans le coeur du moteur.

Défi du secteur aéronautique : Optimiser le fonctionnement du moteur
En vol, il est difficile pour les pilotes de repérer les zones de fortes concentrations de particules ou de cristaux de glace, et les prévisions météorologiques ne sont d'aucun secours. La meilleure solution consiste à optimiser le fonctionnement du moteur dans de telles conditions. Pour ce faire, il faut d'abord étudier ces conditions dans des centres de recherche en vol afin de caractériser les particules et les cristaux de glace. Il n'existe, à l'heure actuelle, aucune installation permettant de mettre à l'essai des moteurs dans de telles conditions; il faut donc les créer. Les motoristes doivent également étudier plus en profondeur le processus physique qui conduit à l'accumulation de particules ou de cristaux de glace, ainsi que les mécanismes de déglaçage dans le moteur, car ces aspects ne sont pas encore bien compris.

Activités du comité des représentants du gouvernement et du milieu aéronautique (EHWG)
Pour appuyer le travail accompli par le comité IPHWG du ARAC de la FAA, le comité EHWG a élaboré un projet d'appendice D pour la FAR Part 33, Airworthiness Standards: Aircraft Engines, afin d'élargir le domaine de certification pour le vol dans des conditions de givrage avec cristaux de glace, et a rédigé des règlements et des directives préliminaires à respecter pour assurer le fonctionnement optimal des réacteurs en présence de cristaux de glace. Le comité EHWG a également rédigé un plan technologique intitulé Research and Regulatory Road Map afin d'étudier les défis du secteur aéronautique. Le comité ARAC a présenté les travaux de ces deux comités à la FAA, à des fins d'étude et pour appuyer une réglementation future éventuelle.

1 Appendice C : http://www.tc.gc.ca/fra/aviationcivile/servreg/rac/partie5-normes-525-a525sc-277.htm

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