Un avion de ligne est foudroyé en moyenne toutes les 1500 heures de vol, soit plusieurs fois par an. Et ce ne sont pas les orages actuels, de plus en plus fréquents avec le réchauffement climatique, qui vont inverser la tendance. L’ONERA mène des recherches pour comprendre et modéliser l'agression foudre : il est le référent des avionneurs, équipementiers et certificateurs sur la question des effets du foudroiement.
Comprendre avant d’agir
En 2015, la DGAC – Direction générale de l’Aviation civile – mandatait l’ONERA pour qu’il engage des actions de recherche fondamentale sur le foudroiement au bénéfice de la communauté aéronautique. C’est en effet sa mission régalienne : maîtriser la complexité des phénomènes physiques, mieux les comprendre, et les analyser.
Si les recherches sont commandées par une instance étatique, les avancées scientifiques seront, comme toujours, utiles à l’industrie aéronautique, désireuse d’accroître encore la sécurité.
Dans le cadre de la convention PHYLIGHT signée avec la DGAC, l’ONERA poursuit les axes de recherche suivants :
- Caractériser les paramètres physiques d’assemblages de fixations représentatives
- Modéliser et simuler finement les conditions d’apparition de l’étincelage ; proposer des modèles simplifiés utilisables sur de grands nombres de configurations
- Identifier les effets des paramètres technologiques influant l’endommagement des structures composites – peinture, protection, drapage... – ainsi que les paramètres expérimentaux dimension des éprouvettes, forme d’onde, amorçage
- Modéliser finement la phénoménologie et comparer à l’observation expérimentale
La force de l’ONERA : la complémentarité entre ses tests expérimentaux, c’est-à-dire « grandeur nature », qu’il mène grâce à ses installations dédiées, et ses codes de simulations 3D, 3D surfacique, temporels et non linéaires.
Foudroiement numérique d'une aile
Code_Saturne : Logiciel généraliste de mécanique des fluides développé par EDF R&D, avec qui l’Onera mène une collaboration active sur le sujet de la foudre. La modélisation consiste en un couplage entre une zone « plasma » dans lequel évolue l’arc de foudre, et plusieurs zones « solides » correspondant aux électrodes.
En 2012, l’ONERA s’équipait d’un laboratoire foudre, le générateur de foudre Grifon. Il s’agit d’un générateur de courant permettant de produire des courants de foudre allant jusqu’à 100 000 ampères.
Générateur foudre Grifon (centre ONERA de Palaiseau)
L’objectif : reproduire les dégâts liés à un foudroiement sur des matériaux aéronautiques. Cela permet de vérifier que de nouveaux matériaux, tels que les composites, résistent à un impact de foudre afin de garantir le niveau de sécurité des avions sur lequel aucune concession n’est possible. En aéronautique, on conçoit des avions pour résister aux décharges les plus fortes afin de garantir la sécurité.
L’ONERA dispose également de générateurs de courant foudre bas niveau (100 A – 10 kA), de caméras rapides, caméra infrarouge, spectromètre, outils de corrélation d’images…
Aider à certifier
L’ONERA travaille également sur la problématique de la certification d’un matériau : cela consiste à réaliser des essais qui reproduisent les effets directs d’un foudroiement. Une collaboration avec le CEAT* qui réalise ce type d’essais a été entreprise dans le but d’améliorer l’interprétation et la maîtrise de ces essais. Cette collaboration, axée sur la recherche, a permis d’obtenir des résultats scientifiques conséquents sur les propriétés des arcs de foudre en interaction avec un matériau.
Ainsi, les travaux de l’ONERA permettent de faire progresser les connaissances théoriques sur les effets directs du foudroiement et d’améliorer les méthodes de diagnostics et de mesures pour les essais d’engineering et de certification. La base de connaissance sur les performances des matériaux et des assemblages vis-à-vis de la foudre qu’il réalise permettront de proposer des modèles utilisables par toute la communauté aéronautique concernée
Visualisation des 20 premières millisecondes
d’un arc de foudre se produisant durant un essai de certification,
pour un courant de 200A et une durée de 1 seconde.
La couleur rouge correspond aux zones les plus chaudes
pouvant atteint plus de 15000°C. On remarque que ces zones
sont le siège de puissants jets de gaz chaud.
* CEAT : Centre d’Essais Aéronautique de Toulouse de la DGA [Délégation Générale pour l'Armement]
