Éviter la formation dangereuse de glace sur les avions
Glace et avions ne font pas bon ménage. L’accumulation de glace sur les avions pose un grave problème: même une couche de glace à peine visible peut sérieusement limiter le fonctionnement d’éléments essentiels comme les ailes, les hélices, les pare-brise, les antennes et les bouches d’aération. De la glace se forme lorsque de grosses gouttelettes froides se posent et gèlent au contact de la surface glacée de l’avion. Les données aéronautiques suggèrent que le givrage a été responsable de 35 % des accidents d’avion liés aux conditions météorologiques (il s’agit de la cause la plus importante) et d’environ un cinquième des accidents mortels liés aux conditions météorologiques au cours du siècle dernier (en deuxième position après les turbulences). «Le givrage augmente également la consommation de carburant des avions, en augmentant le poids et la traînée tout en réduisant la poussée et la portance», explique la professeure Jolanta Sapieha, de Polytechnique Montréal, cheffe d’équipe responsable du développement des revêtements. Cela signifie que toute solution au problème sera profitable à l’environnement et éliminera les coûts des fréquentes procédures de dégivrage au sol. En 2016, un consortium international d’experts européens et canadiens a créé le projet PHOBIC2ICE, qui s’est lancé un défi ambitieux: développer et tester des technologies visant à prévenir et réduire la formation de glace sur les avions. Créer de l’antigel L’équipe a mis au point plusieurs types de revêtements polymères, métalliques et hybrides conçus pour repousser la formation de glace. Ces revêtements glaciophobes sont axés autour de cinq matériaux: les alliages aéronautiques d’aluminium et de titane, l’acier inoxydable, le composite carbone-époxy et le polyamide. Les recherches ont été divisées en trois catégories: la recherche fondamentale, comprenant notamment des tests relatifs à la topographie et l’adhérence de surface du matériau, des essais avancés dans des conditions de formation de glace et des tests pratiques sur la durabilité des nouveaux revêtements en ce qui concerne les effets naturels comme la corrosion et l’exposition au rayonnement UV. «Les revêtements les plus efficaces ont fonctionné en repoussant autant de gouttelettes d’eau que possible avant leur congélation (superhydrophobie) ou en réduisant l’adhésivité de la glace formée en surface», déclare le Dr Elmar Bonaccurso, d’Airbus, en Allemagne, responsable de l’équipe PHOBIC2ICE pour le développement des exigences industrielles (cas d’utilisation) et des protocoles de test. «Des traitements et des revêtements spécifiques peuvent empêcher les gouttes d’eau de geler, en réduisant l’adhérence de l’eau et en ralentissant la nucléation de la glace, de sorte que les gouttes d’eau puissent être éliminées par la simple force du flux d’air», déclare M. Antonio Miraglia, directeur R&D chez DEMA Aeronautics à Montréal, responsable de la modélisation de l’impact des gouttelettes dans le projet PHOBIC2ICE. Mise à l’épreuve Des essais à grande échelle ont été menés en soufflerie et en vol, respectivement au Canada et en Espagne, afin d’examiner et de développer les solutions proposées. Ces essais ont été couplés à des simulations informatiques avancées en matière de modélisation, réalisées à trois échelles différentes: au niveau des interactions atomiques, à l’échelle micrométrique et à l’échelle macroscopique. Les modèles ont été utilisés pour simuler le comportement des flux de gouttelettes de pluie sur les profils d’ailes à trois échelles: au niveau des interactions entre les atomes individuels, à l’échelle micrométrique et à l’échelle macroscopique (sur de plus grandes portions de surface). Les nouvelles conceptions de surface ont présenté d’autres avantages, outre leur capacité à inhiber la formation de glace: plusieurs revêtements ou techniques de modification de surface ont fait mieux que les métaux nus en termes de résistance à la pluie, à l’érosion par le sable, à la corrosion et aux produits chimiques employés pour l’entretien des aéronefs. Ces revêtements ont été mis au point en tenant compte des avions existants ainsi que des futurs modèles susceptibles de voir le jour. «Toutes les techniques de modification de surface ont été conçues pour être compatibles avec les composants existants, afin de pouvoir être appliquées aux avions actuels ou intégrées directement dans la conception de nouveaux appareils», explique le professeur Sapieha. Un effort d’équipe couronné de succès L’équipe de recherche intercontinentale était composée de neuf partenaires, et tous les membres ont fait remarquer à quel point il était profitable et plaisant de travailler en équipe, en tirant parti de leurs expertises respectives. «Nous avons prouvé que patience et respect permettaient de développer une coopération et des relations dans un climat de confiance», indique M. Leo Turno, de Varsovie, en Pologne, coordinateur du projet PHOBIC2ICE. «Il convient également de mentionner que la présence de personnes extrêmement dévouées issues du secteur aéronautique rend l’ensemble du projet beaucoup plus facile à gérer, car tous les scientifiques se sentent beaucoup plus motivés pour pousser leurs capacités au-delà de leurs limites habituelles.» Le professeur Ali Dolatabadi, de l’Université Concordia à Montréal, responsable du groupe de travail chargé de la modélisation et du développement des revêtements et coordinateur de projets pour les partenaires canadiens, ajoute: «C’est le projet le plus agréable sur lequel j’ai eu le plaisir de travailler ces 15 dernières années.»
Mots‑clés
PHOBIC2ICE, glace, avions, accrétion, formation, innovation, prévention, conception, consommation de carburant, aviation, revêtements
