Opérations en hiver

Décollage dans des conditions de bruine verglaçante et/ou de pluie verglaçante de faible intensité (avions à voilure fixe) – Partie 1

par Paul Carson, inspecteur technique - vol, Certification et Normes opérationnelles, Normes, Aviation civile, Transports Canada.

Cet article est le premier de deux sur ce sujet important. Le deuxième apparaitra dans le numéro 1/2010 de Sécurité aérienne — Nouvelles.

Contexte

Pendant l’hiver de 2005-2006, un inspecteur de Transports Canada, Aviation civile (TCAC) a vu de nombreux avions exploités par divers exploitants aériens décoller dans des conditions de bruine verglaçante (prévues et signalées). L’inspecteur a jugé que ces opérations contrevenaient au Règlement de l’aviation canadien (RAC), plus précisément à l’article 605.30 du RAC :

Système de dégivrage et d’antigivrage

605.30 Il est interdit d’effectuer le décollage d’un aéronef ou de continuer un vol lorsque des conditions de givrage ont été signalées ou sont prévues se présenter sur le trajet du vol, à moins que, selon le cas :

a) le commandant de bord n’établisse que l’aéronef est muni de l’équipement adéquat pour être utilisé dans ces conditions, conformément aux normes de navigabilité selon lesquelles un certificat de type a été délivré à l’égard de l’aéronef;

b) les derniers bulletins météorologiques ou les rapports de pilote n’indiquent que les conditions de givrage prévues n’existent plus.

Une discussion ultérieure a permis d’établir que les exploitants aériens et les équipages de conduite disposent de renseignements insuffisants lorsqu’ils doivent effectuer un décollage dans de telles conditions, et que rien dans la réglementation ni les normes en vigueur n’autorise un décollage dans des conditions de bruine verglaçante ou de pluie verglaçante de faible intensité.

Certification du vol dans des conditions de givrage

Pratique courante en certification
L’accumulation de glace sur les avions nuit à leurs performances et à leur fonctionnement. Pour pouvoir voler en toute sécurité dans des conditions de givrage, des systèmes de protection contre le givre (SPG) doivent être inclus au moment de la conception des avions, et ils doivent être utilisés à bon escient. Le type et l’importance de ces systèmes dépendent des caractéristiques de chaque avion, notamment du type de système de propulsion, de la configuration aérodynamique, de la géométrie du profil aérodynamique et des dimensions de ce dernier.

Pour qu’un vol soit approuvé dans des conditions de givrage, il faut que le fonctionnement du SPG et les qualités de vol soient démontrés de façon satisfaisante. Il faut également procéder à la mesure de la détérioration des performances en fonction du givre prévu sur les surfaces non protégées et de tout givre résiduel sur les surfaces protégées résultant du fonctionnement adéquat du SPG. Dans le cadre du processus de certification, on tient également compte des accumulations de glace derrière les surfaces protégées ainsi que de celles attribuables à des problèmes de fonctionnement du SPG.

Du point de vue de la certification d’un avion, on présume que les surfaces critiques de celui-ci ne comportent aucune accumulation de glace avant le début du décollage. On présume également qu’il n’y a pas d’accumulation de glace jusqu’à l’envol au moment du décollage.

Appendice C de la partie 25 des FAR

Pour les besoins de la certification, l’appendice C de la partie 25 des Federal Aviation Regulations (FAR) des Etats-Unis définit l’atmosphère givrante en vol. Il convient de souligner que, bien que ces domaines regroupent la presque totalité des conditions de givrage possibles, l’avion peut traverser des conditions de givrage qui excèdent le domaine de certification. Plus précisément, l’appendice C de la partie 25 des FAR ne traite pas des conditions de givrage en présence de grosses gouttes d’eau surfondue (SLD), lesquelles comprennent la bruine verglaçante et/ou la pluie verglaçante de faible intensité. De plus, les nuages convectifs que décrit l’appendice C sont en grande partie des stratocumulus et des cumulus. Il serait bon de présumer que les cumulus bourgeonnants, et certainement les orages, risquent de donner des conditions de givrage qui dépassent celles établies à l’appendice C.

L’appendice C définit les conditions de givrage maximal continu et de givrage maximal intermittent à l’intérieur des nuages stratiformes et cumuliformes. Il définit les caractéristiques des nuages de givrage en termes de diamètre effectif moyen des gouttelettes, de teneur en eau, de dimensions des gouttelettes d’eau, de température, d’ampleur horizontale et verticale ainsi que d’altitude. Les précipitations sous forme de bruine verglaçante et/ou de pluie verglaçante de faible intensité ne sont pas incluses, car on trouve généralement dans ces conditions des gouttes dont le diamètre effectif moyen est supérieur à celui des gouttes contenues dans les nuages définis à l’appendice C. Par conséquent, on ne tient pas compte des conditions de givrage comportant de la bruine verglaçante et/ou de la pluie verglaçante de faible intensité lors de la certification du SPG d’un avion, mais l’exposition à de telles conditions pourrait entraîner des accumulations de givre dangereuses, car des gouttes de diamètre supérieur vont généralement aller plus loin vers l’arrière sur les surfaces du profil aérodynamique. De plus, on ne tient actuellement pas compte des conditions de givrage de phase mixte avec présence de cristaux de glace lors de la certification du moteur; une exposition à ces conditions pourrait se traduire par des accumulations de givre dangereuses à l’intérieur du moteur, ce qui pourrait endommager ce dernier et provoquer une perte de puissance.

Les motifs historiques pour lesquels les conditions de givrage avec SLD ne sont pas incluses à l’appendice C de la partie 25 des FAR ne sont pas clairs. Il se peut cependant que cette « absence de clarté » historique soit le résultat des limites de l’équipement de mesure des conditions de givrage, des techniques d’analyse des statistiques utilisées à l’époque et des avions utilisés dans le cadre des vols pour effectuer des recherches atmosphériques. Il importe de remarquer que ces vols ont été effectués dans les années 1940 afin d’élaborer les données entourant les conditions de givrage qui sont finalement devenues ce que l’on appelle aujourd’hui l’appendice C. Il faut également mentionner que la norme de conception entourant les conditions de givrage de l’appendice C a été utilisée pendant de nombreuses décennies sans susciter de grandes interrogations. Cependant, l’évolution technique dans le domaine de la conception des avions s’est traduite par des conceptions aérodynamiques plus critiques — ailes à hautes performances, supercritiques, etc. — qui, au fil des ans, se sont révélées être plus sensibles à la contamination des surfaces critiques que celles d’avions plus anciens.

Quant à la certification relative à l’installation motrice, des conditions de givrage additionnelles portant sur le fonctionnement au sol sont mentionnées, notamment en ce qui concerne les chutes de neige et la poudrerie ainsi que le brouillard givrant.

Limites figurant dans le manuel de vol (AFM)

En général, la section de l’AFM sur les limites de vol renferme un passage qui ressemble au suivant : « Cet avion est approuvé pour le vol dans des conditions de givrage atmosphérique. »

Ce qui n’est pas spécifiquement mentionné dans l’AFM, c’est que cette approbation est basée sur la norme de conception de certification dans des conditions givrantes mentionnées à l’appendice C de la partie 25 des FAR. De plus, les normes de conception de certification n’exigent pas que l’AFM renferme un libellé stipulant les exigences en matière de vol dans des conditions de givrage.

Il n’existe actuellement aucune norme de conception concernant les conditions de givrage en dehors de l’appendice C de la partie 25 des FAR; ainsi, aucun avion n’a été certifié par rapport  à des conditions de givrage excédant celles figurant à l’appendice C de la partie 25 des FAR, comme le décollage dans de la bruine verglaçante et/ou de la pluie verglaçante de faible intensité. Aucun constructeur n’a procédé aux analyses ou aux tests requis pour démontrer que les SPG existants sont efficaces ou que les performances et les qualités de vol des avions sont acceptables en cas d’exploitation dans des conditions de givrage avec SLD.

Les constructeurs ainsi que les autorités de certification et d’exploitation d’avions savent que les « conditions de givrage atmosphérique » mentionnées dans la déclaration d’approbation de l’AFM n’incluent pas les conditions de givrage avec SLD. L’AFM de certains types d’avion renferme une limite quant aux conditions de givrage fort en vol, et il peut de ce fait inclure la bruine verglaçante et/ou la pluie verglaçante de faible intensité (sauf dans le cas du Cessna 208, pour lequel le décollage ainsi que le vol et l’atterrissage dans de la bruine verglaçante et/ou de la pluie verglaçante sont interdits). Les autres AFM n’incluent que la détection du givrage en vol et des stratégies pour s’en sortir.

Probabilité que surviennent des conditions de givrage excédant celles figurant à l’appendice C de la partie 25 des FAR

En raison des différences géographiques et des variations saisonnières importantes, il est difficile de définir avec précision la probabilité que surviennent des conditions de givrage avec SLD. Cependant, une première approximation a permis d’estimer que la probabilité que surviennent de telles conditions dans une région particulière de l’Amérique du Nord était de 1 à 5 % l’hiver pour une grande partie du continent. Certains aéroports situés sur la côte est du Canada ont signalé jusqu’à 39 « jours de pluie verglaçante par année ».

Dangers associés à l’exploitation au sol dans des conditions de givrage avec SLD

Contamination du sol des aires de trafic, des voies de circulation et des pistes
La bruine verglaçante et/ou la pluie verglaçante de faible intensité qui tombent sur les aires de trafic, les voies de circulation et les pistes vont probablement se solidifier pour former une couche de givre, ce qui réduira les conditions d’adhérence des avions pendant leurs manœuvres au roulage (frottement en virage) ainsi que le frottement disponible pour les immobiliser (frottement de freinage).

En cas d’opérations dans des conditions de bruine verglaçante et/ou de pluie verglaçante de faible intensité, on peut utiliser des produits chimiques de dégivrage et/ou d’antigivrage au sol pour améliorer le coefficient de frottement disponible. Dans des conditions de bruine verglaçante et/ou de pluie verglaçante de faible intensité continues, on peut s’attendre à ce que le coefficient de freinage se détériore davantage. Il y a donc tout lieu de croire que, même sur une piste traitée, les performances d’arrêt ne seront pas aussi bonnes qu’elles ne l’auraient été même sur une piste mouillée.

Pendant des opérations sur des pistes mouillées ou contaminées, certains exploitants aériens ajustent la vitesse de référence au décollage V1 et réduisent la masse au décollage, au besoin.

Contamination au sol des avions
La bruine verglaçante et/ou la pluie verglaçante de faible intensité vont se solidifier sur un avion stationné ou circulant au sol, à moins qu’une couche récente de liquide de dégivrage et/ou d’antigivrage n’ait été appliquée sur l’avion. En vertu du paragraphe 602.11(4) du RAC, un avion doit être inspecté immédiatement avant le décollage pour déterminer si la glace adhère aux surfaces critiques. Pour les exploitants aériens, il se peut que cette inspection ne soit pas requise si la régulation ainsi que le décollage de l’aéronef sont effectués conformément à un programme approuvé d’inspection des avions. Ce dernier inclut la spécification des procédures de dégivrage et/ou d’antigivrage ainsi que l’utilisation de tableaux des durées d’efficacité, lesquels renferment les durées approximatives d’efficacité du liquide de dégivrage et/ou d’antigivrage pour empêcher la glace d’adhérer aux surfaces. Ces tableaux sont fournis pour différentes températures ambiantes, concentrations de liquide et conditions météorologiques, et ce, pour les divers liquides mentionnés. On doit insister sur le fait que les tableaux des durées d’efficacité sont basés sur les performances des liquides et non sur celles des avions. Ces tableaux ne sont pas propres à un type d’avion; ils sont généraux et propres à un type de liquide.

Les tableaux des durées d’efficacité renferment des données en fonction des conditions météorologiques de bruine verglaçante et/ou de pluie verglaçante de faible intensité. Aucune donnée n’est fournie concernant la pluie verglaçante d’intensité moyenne, forte et très forte.

Il est permis de penser que le fait de disposer de tableaux des durées d’efficacité renfermant des données en fonction de la bruine verglaçante et/ou la pluie verglaçante de faible intensité implique que les opérations dans de telles conditions sont autorisées. Ce n’est pourtant pas le cas! Au bas de chaque tableau figure le passage suivant :

« Les liquides de dégivrage et antigivrage au sol n’offrent aucune protection contre le givrage en vol. »

La contamination des avions attribuable à la bruine verglaçante et/ou à de la pluie verglaçante de faible intensité peut être plus difficile à déceler que celle causée par d’autres types de contaminants verglaçants (p. ex., le givre, la neige). De plus, une inspection visuelle par les hublots de la cabine risque d’être impossible à cause du liquide de dégivrage présent sur ces derniers.

De nombreux accidents ont été attribués au fait d’avoir décollé alors qu’il y avait contamination des ailes en raison de procédures de dégivrage et/ou d’antigivrage au sol omises ou incomplètes. Les avions munis de bords d’attaque « fixes » semblent plus vulnérables aux effets néfastes de l’accumulation de glace sur les ailes que les avions munis de becs de bords d’attaque.

Les exploitants aériens commerciaux qui utilisent des avions plus petits (régis par la partie 23 des FAR) desservent souvent des aéroports moins achalandés. Il se peut que ces plus petits aéroports ne disposent pas de l’importante infrastructure de dégivrage/d’antigivrage au sol disponible aux aéroports plus importants. En raison de ces circonstances (en plus des  raisons techniques), il se peut que les avions plus petits risquent davantage de subir une contamination par le givrage au sol.

Protection contre le givrage des pare-brise
Même si le dégivrage du pare-brise contaminé d’un avion devrait constituer une procédure normale, l’application d’un liquide d’antigivrage n’est pas dans les habitudes, car cela risquerait d’obscurcir et/ou de déformer la vision de l’équipage pendant le roulage et les opérations à basse vitesse. Bien que l’on pense que le SPG du pare-brise, conçu en fonction des conditions de givrage mentionnées à l’appendice C de la partie 25 des FAR, devrait être efficace en matière de protection de la vision en cas de bruine verglaçante et/ou de pluie verglaçante de faible intensité, cela n’a pas été démontré.

Visibilité
La bruine verglaçante et/ou la pluie verglaçante de faible intensité vont également être associées à des conditions de visibilité réduite. Le RAC et les normes connexes renferment des limites spécifiques concernant la visibilité minimale requise au décollage.

Protection contre le givrage du groupe motopropulseur
Parmi les composants du groupe motopropulseur qui requièrent une protection, on compte le fuseau moteur, les composants rotatifs et fixes du moteur ainsi que les capteurs. Il se peut que le SPG de l’avion ne soit pas aussi efficace dans la bruine verglaçante et/ou la pluie verglaçante de faible intensité. On dispose toutefois de preuves de dommages au moteur et d’anomalies d’exploitation causés par des opérations au sol dans de la bruine verglaçante et/ou de la pluie verglaçante de faible intensité. Lorsque la poussée est faible (p. ex., au ralenti sol), il peut y avoir accumulation de givre dans les entrées d’air et sur des composants sans que cela n’ait d’effet nocif perceptible. Toutefois, lorsque la poussée est forte (p. ex, au décollage), ce givre peut alors se détacher et causer des anomalies d’exploitation et/ou des dommages au moteur.

Protection contre le givrage des autres systèmes
Parmi les autres systèmes qui requièrent une protection, on compte le circuit anémobarométrique ainsi que les circuits de détection de la température et de l’angle d’attaque. Même si elle est probablement suffisante, la capacité de protection du SPG de ces systèmes dans de la bruine verglaçante et/ou de la pluie verglaçante de faible intensité n’en est pas moins inconnue.

Conclusion
Le décollage dans des conditions connues de bruine verglaçante et/ou de pluie verglaçante de faible intensité sort du domaine de vol pour lequel tout avion actuellement exploité est certifié. Non seulement il est imprudent de voler dans de telles conditions, mais il est également dangereux de le faire et, d’après les meilleurs renseignements dont on dispose actuellement, également illégal de le faire.

La partie II traitera des dangers liés aux opérations en vol dans des conditions de givrage avec SLD ainsi que des critères de mesure en météorologie à des fins de prévision et de signalement de bruine verglaçante et/ou de pluie verglaçante de faible intensité par rapport à l'appendice C de la partie 25 des FAR.

Références :

  1. MARTIN, J. C. T. « Transport Canada Aircraft Certification Flight Test, Discussion Paper No. 41, The Adverse Effects of Ice on Aeroplane Operation » nº 2 (4 juillet 2006).
  2. MARTIN, J. C. T. « Transport Canada Aircraft Certification Flight Test, Discussion Paper No. 50, Takeoff in Conditions of Freezing Drizzle or Freezing Rain (Fixed-Wing Aircraft) » nº 2 (29 septembre 2006). 
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