Givre : un sujet qui glace les avionneurs

Calcul multiphysique de l’impact de gouttes
sur une aile

L’ONERA joue pleinement son rôle de référent étatique : dès 2016, la DGAC, Direction générale de l’Aviation civile, lui a demandé de réaliser des recherches sur la compréhension et la modélisation des processus physiques fondamentaux qui régissent l’accrétion du givre et ses conséquences sur les différents composants d’un aéronef. Cette convention, nommée PHYSICE, vise à améliorer la capacité des outils de simulation numériques et expérimentaux, et à reproduire et anticiper l’ensemble des phénomènes et donc à terme à améliorer la sécurité aérienne.

L'ONERA est également mandaté par la DGAC pour travailler sur les problématiques tourbillons de sillage, crash et foudre.

Certification

Récemment, les règles de certification liées au givrage ont été modifiées par les autorités internationales de sécurité aérienne, obligeant les constructeurs d'avions et de moteurs à prendre en compte des risques supplémentaires dus à la présence dans l'atmosphère de cristaux de glace et de grosses gouttelettes surfondues.

L’ONERA fournit aux industriels du secteur aéronautique des logiciels de simulation numérique (IGLOO 2D et IGLOO 3D), qui permettent d’anticiper le risque givrage, et de dimensionner leur système, afin d’aider à la certification.
Par ailleurs, la nécessité de réduire fortement la consommation d'énergie des systèmes de protection a conduit les ingénieurs et chercheurs à étudier l'intérêt de nouvelles technologies basées sur une combinaison de systèmes électriques (ETIPS, EMIPS) et de nouveaux revêtements glaciophobes.
Givrage au sol
La problématique est également importante : en conditions météo givrantes au sol, les avions doivent être dégivrés avant le décollage pour des raisons évidentes de sécurité. Aujourd'hui, cette opération est réalisée en projetant des liquides qui intègrent des produits chimiques comme le glycol. Le temps nécessaire pour effectuer cette tâche est très importante et entraîne des retards coûteux pour les compagnies aériennes. Des solutions pour limiter l'accumulation de givre et améliorer les opérations de dégivrage sont actuellement étudiées.

Quand et comment le givre se produit-il ?

Il se produit généralement lorsqu'un aéronef traverse un nuage de gouttelettes surfondues pendant le décollage, la montée ou l'approche.

La formation du givre se produit de la façon suivante : des gouttelettes gèlent sur les surfaces exposées et entraînent l'accumulation de glace sur les ailes, les nacelles, l'empennage, les antennes, etc.
Le givre peut altérer les performances aérodynamiques de l'aéronef, bloquer les entrées du moteur, endommager des composants structurels en cas de départ de morceaux de glace.

Pour éviter ou limiter ces effets indésirables, les aéronefs civils sont équipés de systèmes d'antigivrage ou de dégivrage qui empêchent le givre de s'accumuler sur les parties les plus importantes (bord d'attaque de l'aile, lèvre de la nacelle, etc.).