ARCHIVÉ - Est-ce un oiseau? Est-ce un avion? Non, c'est un oiseau heurtant un avion

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Le 07 janvier 2007— Ottawa (Ontario)

Déjà vu ces sketchs farfelus avec un canon à poulets de l'émission Royal Canadian Air Farce, sur la chaîne anglaise de Radio-Canada? Peu de gens savent qu'on utilise un dispositif semblable pour des essais très sérieux. À la longue, de tels tests et la recherche qui s'y rattache rendent les voyages en avion plus sûrs pour les Canadiens, tandis que les lignes aériennes et les constructeurs d'aéronefs réalisent des économies.

Peu d'endroits dans le monde possèdent, comme le CNRC, des installations spéciales permettant de simuler un tel impact en vol. Bien que quelques entreprises aient leurs propres simulateurs, plusieurs fabricants préfèrent recourir à l'expertise du CNRC en la matière. En effet, le Conseil dispose des installations spéciales d'étalonnage de la précision voulue pour attester qu'un aéronef respecte les normes très sévères d'homologation internationales en aviation.

Fenêtres du poste de pilotage après une collision avec un oiseau
Fenêtres du poste de pilotage après une collision avec un oiseau

« On serait surpris des dommages que peut causer un petit oiseau quand il heurte un avion », affirme Ron Gould, agent technique à l'Institut de recherche aérospatiale du CNRC (IRA-CNRC). Les fenêtres de la cabine, les ailes, le bord d'attaque des sections de queue comme l'empennage, les hélices et les turbines des moteurs sont les parties de l'avion les plus susceptibles de subir les dommages d'une collision avec un oiseau.

Mais comment un oiseau peut-il entraîner pareille destruction? Revenons au cours de physique élémentaire : l'énergie est égale à la moitié de la masse multipliée par la vitesse au carré (E = ½ MV2). Oies et cygnes mis à part, un oiseau sauvage pèse rarement plus de 3,6 kg (8 lb). Toutefois, la collision survient habituellement à haute vitesse, soit à plus de 350 noeuds (648,2 km/h).

Les constructeurs doivent faire certifier leurs appareils en fonction des spécifications de Transports Canada, des Autorités conjointes de l'aviation (la JAA européenne) ou de la Federal Aviation Administration (FAA) des États-Unis avant de pouvoir les remettre à leurs clients. Lorsqu'une composante échoue les tests, c'est le retour à la case départ : il faut en améliorer la conception jusqu'à que la pièce survive à l'impact avec un volatile.

Cette bernache du Canada a heurté un avion beaucoup plus petit qui volait à une vitesse nettement plus faible que celui employé par le CNRC dans le cadre de ses essais
Cette bernache du Canada a heurté un avion beaucoup plus petit qui volait à une vitesse nettement plus faible que celui employé par le CNRC dans le cadre de ses essais

Avions et hélicoptères ne sont pas tenus d'être entièrement à l'épreuve des oiseaux. Leurs moteurs, leurs pare-brise, leurs ailes, leurs queues (empennage) et d'autres composantes importantes doivent néanmoins résister à une telle collision et permettre au pilote d'atterrir en toute sécurité malgré les dommages causés à l'appareil.

Le CNRC teste des avions commerciaux et militaires – hélicoptères, avions à hélice et avions à réaction. Les essais peuvent porter sur de petits appareils servant de navette tel le Dash-8 de Bombardier comme sur les gros porteurs de type Boeing ou Airbus. En général, les oiseaux frappent l'appareil au décollage ou à l'atterrissage et non à haute altitude, quand l'avion se déplace à une vitesse beaucoup plus élevée. Les collisions se produisent souvent à une altitude de moins de 1,5 km (5 000 pi), près des aérogares où les appareils ne peuvent voler à plus de 350 noeuds (648,2 km/h). Toutefois, même à ces vitesses relativement basses, des dégâts considérables peuvent survenir.

Le CNRC possède trois simulateurs d'impact ou canons à poulets, sortes de canons à air comprimé de 5,5 à 21,3 mètres de longueur. Les essais d'impact avec les oiseaux s'effectuent à des vitesses aussi « basses » que 87,8 km/h mais qui peuvent aller jusqu'à Mach 1,4 (1 674 km/h). Ces simulateurs lancent les projectiles par air comprimé. Si la pression peut atteindre 150 livres par pouce carré, la majorité des essais ont lieu à une pression de moins de 50 lb/po2.

Trente-cinq livres par pouce carré suffisent à peine pour lancer un petit projectile de 1,8 kg (4 lb) à la vitesse de 350 noeuds. Pour atténuer les réparations coûteuses que suscitent de tels chocs, les fenêtres du poste de pilotage ont parfois jusqu'à dix épaisseurs de verre et de plastique adhésif, en alternance. Certaines couches sont en verre trempé, ce qui en accroît la robustesse; d'autres possèdent des résistances invisibles pour le chauffage et le désembuage et les surfaces extérieures peuvent être remplacées sans qu'on ait à changer la fenêtre au complet. Vers la fin des années 1970, les six fenêtres du poste de pilotage d'un gros appareil de transport coûtaient déjà 5 000 $US chacune. Cela explique pourquoi les entreprises préféreraient les réparer au lieu de les remplacer.

Quoi de neuf aujourd'hui?

De nos jours, on recourt aux simulateurs d'impact pour d'autres tests que les collisions avec les oiseaux. Les nouveaux enregistreurs numériques de données de vol et de conversation du poste de pilotage doivent survivre à l'immersion dans l'eau et au feu, et les enquêteurs doivent pouvoir accéder à leurs enregistrements même après un impact de 3 500 G (la force de gravité multipliée par 3 500). On s'assure que ces « boîtes noires » résisteront à un tel impact en les tirant avec le plus gros canon du CNRC.

De gauche à droite : Brian Galeote et Ron Gould, du CNRC, devant deux canons à air comprimé juste avant le tir de projectiles sur un moteur d'avion
De gauche à droite : Brian Galeote et Ron Gould, du CNRC, devant deux canons à air comprimé juste avant le tir de projectiles sur un moteur d'avion

Depuis que le CNRC a entrepris l'étude des impacts en vol dans les années 1960, ses chercheurs ont essayé de nombreuses sortes de projectiles, y compris de la pâte à modeler, du gélifiant cellulosique, même de la viande hachée. Malheureusement, ces substituts ne reproduisent pas correctement le choc d'un oiseau. Pour cela il faut de véritables volatiles. Les simulacres ne servent donc qu'à régler la vitesse. Pour les tests de certification, on utilise toujours des carcasses.

On pourrait dire que ces oiseaux garantissent la sécurité des passagers aériens. À présent, grâce aux données recueillies par les experts du CNRC opérant les canons à air comprimé, les constructeurs connaissent mieux l'incidence de la collision d'un oiseau sur leurs appareils, et sur la sécurité de l'équipage ainsi que des passagers. Ces connaissances les ont aidés à concevoir des avions et des pièces plus légers, capables de résister à de très grands chocs.

Fire!
Fire!
 
 
Quelques chiffres et données intéressants
 
 

On utilise toujours des pièces de l'AVRO CF-105 Arrow (les servocommandes d'aileron), un avion historique, pour sceller le plus gros canon à air comprimé du CNRC.

 
 

Le CNRC poss\xC3\xA8de un canon à air comprimé de 70 pi dont le canon a 40 pi de longueur pour un diamètre d'alésage de 10 po (l'orifice par où sortent les projectiles). Cet instrument a tiré près de 3 000 fois.

 
 

Deux copies du plus gros canon à air comprimé du CNRC sont actuellement en usage aux États-Unis.

 
 

Le CNRC exploite aussi deux plus petits simulateurs d'impact d'un diamètre d'alésage de 3,5 et de 5 pouces. Le second a été bâti en 1998, spécifiquement pour les essais d'ingestion par les moteurs.

 
 

Le plus petit canon à air comprimé du CNRC est l'un des premiers du genre au monde. Il a plus de 50 ans et fonctionne depuis plus longtemps que n'importe quel autre canon à air comprimé.

 
 

Les études sur les impacts en vol de demain

Les chercheurs de l'IRA-CNRC savent que si les essais à l'échelle procurent les preuves physiques du comportement d'un avion quand un volatile le heurte, de tels tests ne peuvent être effectués que lorsque la structure de l'avion est terminée ou, au moins, qu'on en possède un prototype. Des difficultés peuvent donc nécessiter d'importantes modifications. Tout retard dans le développement et la production d'un avion s'avère parfois très onéreux pour le constructeur, cependant la sécurité passe avant tout.

C'est pourquoi les scientifiques aimeraient trouver une manière efficace d'aider les constructeurs plus tôt en cours de conception. Le Groupe de l'aéroacoustique et de la dynamique structurale de l'IRA-CNRC tente de mettre au point un système informatique qui modélisera de tels impacts, contournant les essais physiques et les changements de conception coûteux et évitant les essais au canon à air comprimé. David Zimcik et Manouchehr Nejad Ensan coopèrent avec l'industrie et d'autres instituts de recherche pour créer de telles installations avec des méthodes de simulation numériques sophistiquées, en mesure de reproduire la façon dont la structure de l'appareil réagit consécutivement à la collision avec un oiseau.

Aux données expérimentales des essais sur les impacts en vol effectués par le CNRC à Ottawa et à quelques outils de conception assistée par ordinateur, ces chercheurs combinent les résultats de leur propre R-D en modélisation et simulation. La modélisation matérielle de l'oiseau est délicate. Le modèle doit reproduire les matières à la fois solides et liquides du corps mais aussi les conséquences d'un choc éventuel à grande vitesse. L'interface entre l'oiseau et la structure de l'avion revêt aussi une grande importance, en raison des fortes déformations qui s'ensuivent. Les premiers résultats du projet de simulation analytique s'avèrent très prometteurs. Si les simulations sur ordinateur sont efficaces, il se pourrait qu'on range pour de bon les canons à poulet, après près d'un demi-siècle de service.

Les dernières 50 années de recherche d'impacts d'oiseaux sur les avions en vol ont non seulement améliorées de beaucoup la sécurité des voyages aériens pour les Canadiens, mais ont aussi réduit les coûts afférents à ces incidents pour l'industrie aérospatiale.

Bird gun illustration

Schéma d'un canon à air comprimé
Les simulateurs d'impact en vol ou canons à poulets du CNRC comportent trois parties : un réservoir de stockage (à l'arrière) porté à la pression qui servira aux essais; une chambre intermédiaire (à la moitié de la pression du réservoir); et le canon avec son sabot d'arrêt. Le sabot, où est logé le projectile, doit résister au choc du lancement, protéger le projectile et écraser la pièce d'arrêt pour que seul le projectile parte et atteigne la cible. En modifiant l'épaisseur du revêtement du sabot, on peut placer des projectiles de tailles diverses dans le canon. Le mécanisme de mise à feu recourt à un double diaphragme, chacun étant constitué d'une très fine pellicule de plastique (Mylar).

Les débuts de la recherche sur les impacts en vol

Les déplacements en avion sont devenus plus courants après la Deuxième Guerre mondiale, ce qui a multiplié les collisions avec les oiseaux, avec parfois des conséquences tragiques. Au début des années 1960, à Boston, par exemple, une soixantaine de personnes ont péri quand un avion a percuté un vol d'étourneaux et perdu trois turbines avant de s'écraser au sol.

Pour résoudre ce problème, en 1963, le CNRC créait un Comité associé contre le péril aviaire, qui rassemblait des spécialistes de diverses disciplines du gouvernement, des universités et de l'industrie. Les membres de ce comité se sont penchés sur le nombre croissant de collisions entre avions et volatiles et ont formulé des recommandations afin de minimiser ces dangereuses et onéreuses rencontres.

Comprenant vite que rendre les aéronefs totalement à l'épreuve des oiseaux coûterait trop cher, le Comité a avisé les autorités aéroportuaires de rendre le terrain près des aérogares moins intéressant pour les oiseaux sauvages. Parmi leurs suggestions, mentionnons celles de drainer les étangs voisins, de ne plus cultiver les champs des aéroports, de déplacer les dépotoirs et de recourir à des bruiteurs ou à des faucons pour éloigner les oiseaux.

Vers le milieu des années 1960, des chercheurs de la Division du génie mécanique du CNRC mirent au point le premier canon à poulets du Conseil. Aussi surprenant que cela puisse paraître, on s'en sert encore aujourd'hui, bien qu'on ait changé son canon. En 1967, les ingénieurs du CNRC conçurent un canon à air comprimé nettement plus gros pour une installation unique au Canada, entièrement consacrée à cette activité : le simulateur d'impact en vol du CNRC, situé près de l'aéroport d'Ottawa. Cet instrument comprend un canon de diamètre de 10 po calqué sur un appareil britannique similaire, mais plus petit, construit en 1961 par le Royal Aeronautical Establishment.

Paul MacLean, employé de longue date du CNRC et père de l'astronaute canadien Steve MacLean, avait commandé ce simulateur d'impact de 10 pouces appelé à devenir le canon à poulets le plus utilisé au Canada. Jusqu'à 13 tests ont été effectués la même journée avec lui et un projet de recherche a nécessité 110 tirs consécutifs sur autant de pare-brise de 747 dans le cadre d'un programme visant à créer un pare-brise plus léger.


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