Northwest Airlines vol 8 : l’incident qui pourrait expliquer l’AF447 ?

Le 23 juin 2009, alors que le monde observait les recherches des débris de l’Air France 447 dans l’Atlantique, un Airbus A330 de Northwest Airlines a été victime d’un incident très troublant.

L’appareil immatriculé N805NW effectuait un vol entre Hong Kong et Tokyo avec 217 personnes à bord. Il était peu avant midi et l’avion volait au niveau 390 en conditions de vol à vue. C’est-à-dire totalement hors des nuages. Le radar météo montrait des formations convectives à environ 45 kilomètres au nord de la route suivie. En face, les pilotes ne voyaient que des cirrus.

Les cirrus sont des nuages de haute altitude. Ils sont composés de cristaux de glace en suspension. Ces nuages comportent une faible densité d’eau et n’ont pas d’activité particulière. Ils n’ont jamais été considérés comme un danger, ni même un risque pour la navigation aérienne. Parfois, ils sont le premier signe de turbulences.

Nuages de types cirrus composés de cristaux de glace.

Quelques minutes plus tard, l’appareil rentre dans les cirrus et se retrouve soumis à de légères turbulences. Les pilotes parlent également de précipitations. Très certainement des cristaux de glace à ce niveau là.

Tout à coup, le pilote automatique ainsi que l’auto-manettes se déconnectent et les commandes de l’Airbus passent en mode loi alternative. Les pilotes prennent manuellement le contrôle de l’appareil et au bout d’une minute, tout revient à la normale. Le répit est de courte durée. Les mêmes événements se répètent encore et cette fois ils durent 2 minutes. Les pilotes observent de grandes fluctuations dans l’indication de la vitesse allant jusqu’à provoquer une alarme de survitesse. En même temps les indications d’altitude connaissent des fluctuations mais de plus faible amplitude.

Les pilotent changent leur route de 60 degrés afin de sortir de ces éléments. Quelques minutes plus tard, les choses se calment. Le pilote automatique et l’auto-manettes reprennent du service, les indications de vitesse et d’altitude se stabilisent mais les commandes restent toujours en mode loi alternative.

Ces événements sont confirmés en tout point par le récit des pilotes mais aussi les enregistreurs de vol de l’appareil qui ont été récupérés après l’atterrissage.

Situation :
Si dans un simulateur de vol on met différents équipages et on les soumet aux mêmes problèmes qu’a connu le Northwest 8, on peut obtenir des résultats en fonction des autres facteurs aggravants. Par exemple, si l’appareil vole de nuit, dans une couverture nuageuse plus dense et plus turbulente, le phénomène peut se prolonger plus longtemps et la perte de contrôle de l’appareil devient une issue très concrète.

Pourtant, comme le montre l’incident de Northwest, la situation météorologique n’était pas impressionnante, ni ne posait le moindre problème aux réacteurs, voilure ou autre. Elle ne présentait pas un affichage particulièrement inquiétant au radar. Seules les sondes se retrouvaient perturbées par de la glace en suspension et les instruments basés dessus affichaient des valeurs aberrantes.

Flux non-homogène :
L’air circule autour des objets en mouvement selon des lignes de flux dont le comportement est relativement bien connu aujourd’hui. Par contre, ce n’est pas tout le temps que l’avion vole dans un air aussi pur.

Quand l’air est mélangé à des particules solides plus lourdes comme de la glace, du sable ou autre, son comportement change. Dans ce cas, tout obstacle qui change la direction du flux d’air, ou y provoque la moindre perturbation, change aussi la concentration des particules dans ce flux d’air. C’est plus évident avec un schéma :

Séparation d’un flux non homogène

Dans le schéma ci-dessus, on a de l’air mélangé à des particules solides (glace, sable, eau…) qui arrive dans la branche A. Une fois qu’il se sépare dans les deux branches, on va trouver dans la branche B un air faiblement concentré en particules solides. Celles-ci, plus lourdes, ont une forte inertie et suivent les chemins exigeant le moins de changements de direction.

Autre exemple :
On peut voir les petits cristaux comme formant eux-mêmes un gaz mélangé à l’air. Ce gaz très dense et pas vraiment parfait, agit pour son propre compte. Les lois de thermodynamique montrent que lorsque nous avons un mélange de plusieurs gaz, chaque gaz se comporte comme si les autres n’existaient pas. Quand un élément perturbateur est rencontré, l’air va suivre un chemin préférentiel et les cristaux de glace un autre chemin plus adapté à leur densité. Ainsi, tout élément perturbateur va agir comme un séparateur. Il va créer une zone ou les cristaux sont moins denses que dans l’air ambiant et une autre zone ou les cristaux seront plus denses que dans l’air ambiant.

Dansl’image suivante, la zone A comporte de l’air mélangé avec un contaminant plus lourd. De l’eau par exemple. La zone B est turbulente et comporte de l’air avec le minimum de contaminant. Celui-ci est éjecté de la zone turbulente parce que le courant d’air qui y règne tend à forcer des mouvements et des courbes très abruptes. En même temps, la zone C est plus concentrée en eau. Elle est même plus concentrée que la zone A. En fait, la zone C comporte de l’eau de deux origines : celui de l’air qui est passé en laminaire de la zone A à C et celui de l’air qui est passé en A à B en abandonnant son eau qui a suivi un chemin plus droit.

L’obstacle va créer des zones différentes de densité air / eau.

En pratique ca donne des effets comme ceci :

Approche sous la pluie : le volet sépare l’eau et l’air. L’eau ramassée sous le volet est éjectée à son extrémité.

En résumé :
Tout cela, pour dire une seule chose : ce n’est pas la quantité de cristaux de glace dans l’air qui est importante, mais la quantité qui est réellement soufflée sur les sondes. L’avion, sa carlingue, ses aspérités, peuvent créer des zones ou la circulation de glace est bien supérieure à ce que pourrait laisser penser leur concentration dans l’air.

Cas de l’Airbus A330
Voici la position des sondes sur un Airbus A330. Elles sont libellées (4). En amont, on trouve une aspérité (1), un enfoncement (2) et une fente (3).

Position des sondes Pitot – Airbus A330

Un filet d’air qui circule d’avant en arrière voit tout d’abord une aspérité qu’il croise en biais, puis un enfoncement qu’il croie en biais également et une fente. Dans le meilleur des cas, les filets peuvent ne voir que la fente séparant le radome du reste de l’appareil :

Position des sondes Pitot – Airbus A330

Les filets d’air chargés de glace arrivent d’avant en arrière et croisent ces éléments de structure de l’avion. Ces derniers vont créer des perturbations ou des déviations dans le flux comme le fait tout objet fixe dans un flux.

Ces éléments sont certes très fins, mais nous sommes en présence d’un flux a plus de 900 km/h comportant des particules solides. Son comportement dans ces conditions est tout sauf intuitif.

Atmosphère standard :
Les sondes Pitots, depuis l’alliage qui les compose jusqu’a leur position sur l’avion sont conçues pour fonctionner dans une atmosphère standard ou bien proche d’une atmosphère standard. Des écarts de température de l’air ne sont pas un problème et le givrage est écarté par un chauffage permanent des sondes quand l’appareil est en vol. Lors de la certification, il n’est pas possible de simuler de manière réaliste et exhaustive toutes les situations qu’elles peuvent rencontrer en parcourant des millions de kilomètres a l’avant d’un avion.

Divers scenarios seraient possibles. Seuls des tests grandeur nature permettraient de lever le doute sur cela. On peut, par exemple, imaginer une onde de choc qui se formerait au niveau de la fente du radome dans certaines conditions de vitesse, altitude et température. Cette onde de choc passerait sous les têtes des sondes sans conséquences la plus part du temps. Par contre, si l’atmosphère contient des cristaux de glace, ceux ne vont pas traverser l’onde de choc mais littéralement surfer dessus. Ceci va créer une forte concentration de cristaux au niveau de la tête de la sonde. Celle-ci sera même supérieure à la concentration des cristaux dans l’air ambiant. La sonde se trouve littéralement gavée.

Exemple : Ici, une onde de choc se crée et va agir comme une interface qui sépare
les cristaux de glace et donc augmenter leur concentration sur la partie supérieure de l’onde.
La sonde se trouve gavée par un flux contenant plus de glace que l’air ambiant.

En effet, quand on se trouve devant un flux composé de deux phases, il existe, en fonction des débits de chaque phase, plusieurs possibilités d’établissement de flux. Certains régimes peuvent aller jusqu’à la séparation quasi-totale des deux phases.