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Détection de proximité avion – nacelle pour les opérations de dégivrage - Par : Romain Leurs, François Morency, Sylvie Nadeau,

Détection de proximité avion – nacelle pour les opérations de dégivrage


Romain Leurs
Romain Leurs est étudiant à l'école d'ingénieurs généralistes EI.CESI par alternance en France.
Programme : Génie mécanique 

François Morency
François Morency Profil de l'auteur(e)
François Morency est professeur au Département de génie mécanique de l’ÉTS. Ses recherches portent sur le transfert de chaleur, l’aéronautique, le calcul parallèle, les systèmes de dégivrages et la mécanique des fluides numériques.
Programme : Génie mécanique 

Sylvie Nadeau
Sylvie Nadeau est professeure au Département de génie mécanique de l’ÉTS. Ses intérêts de recherche comprennent la prévention des lésions musculo-squelettiques, la gestion de la SST et la gestion intégrée des risques (opérationnels et SST).
Programme : Génie mécanique 

Note de l’éditeur

L’opération de dégivrage d’un avion avant le décollage est essentielle pour assurer la sécurité des passagers pendant la saison froide. Il faut toutefois éviter à tout prix qu’une nacelle ne vienne en contact avec le corps de l’avion, ce qui pourrait occasionner des bris et des retards. Cet article présente une technologie sans contact, idéale pour cette application.

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 Opérations de dégivrage

Les accumulations de givre et de neige sur les avions au sol doivent être enlevées de l’avion avant le décollage. La réglementation canadienne l’exige étant donné que même la plus petite quantité de glace peut causer l’écrasement d’un avion. Les aéroports proposent donc des systèmes de protection curatifs et préventifs. C’est le commandant de bord qui a l’ultime responsabilité de déterminer si son avion est exempt de toute contamination et de garantir un vol en toute sécurité. Dans le cas contraire, les avions subissent un dégivrage/antigivrage avant le décollage.

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Dans les grands aéroports, le dégivrage (système curatif) et l’antigivrage (système préventif) s’effectuent avec des camions spécialement conçus pour ces activités. Comme le montre la figure 1, ils sont équipés d’une nacelle qui permet à l’opérateur de pulvériser les produits sur les surfaces à traiter grâce à une buse (ailes, stabilisateurs et fuselage).

 

figure 1645

Figure 1 Opérations de dégivrage et d’antigivrage à l’aéroport de Montréal

 

Technologie de détection actuelle

Afin d’éviter les collisions avec l’avion lors des opérations d’antigivrage/dégivrage, les nacelles sont équipées de détecteurs de proximité mécaniques tels que ceux représentés sur la figure 2. Ils permettent d’arrêter immédiatement la nacelle au contact de l’avion.

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Il existe des failles à cette technologie qui n’empêche parfois pas la collision, créant un impact à la surface de l’avion. Lors d’un contact violent, le détecteur lui-même peut être la source d’une détérioration de l’appareil. Les enjeux sont multiples : des frais de réparation de la structure, la monopolisation de l’avion pendant le temps de maintenance, des retards de vol ou encore des insatisfactions clients. De plus, quand une collision survient, même mineure, il y a enquête et rapport ce qui occasionne également des retards.

Figure 2645

Figure 2 Détecteurs de proximité mécaniques sur une nacelle de dégivrage

 

Du fait qu’aucune partie du camion ne doit toucher l’avion, une solution sans contact est souhaitable. La portée du détecteur de proximité sans contact doit être au minimum d’un mètre puisqu’ il s’agit de la distance idéale séparant la buse de dégivrage de l’avion pour les opérations de dégivrage et d’antigivrage. Leurs caractéristiques de fonctionnement et de résistances environnementales font des détecteurs ultrasoniques une solution adaptée au système étudié.

Détecteurs de proximité ultrasoniques

Les détecteurs de proximité ultrasoniques sont des capteurs sans contact capables de détecter n’importe quel type d’objet indépendamment de sa couleur, de sa transparence ou de sa matière. Ils comprennent toujours un oscillateur. Il s’agit d’un circuit électronique permettant de produire un signal périodique allant de quelques dizaines à quelques centaines de kilohertz pendant plusieurs millisecondes. Un transducteur piézoélectrique reçoit ce signal et va transformer cette énergie électronique en énergie mécanique pour produire ces ultrasons à la fréquence du signal émis par l’oscillateur.

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Lorsqu’un objet est à proximité, l’écho de l’onde sonore est détecté et transformé en signal logique de sortie, ou en sortie analogique par variation de courant ou de tension. Ces détecteurs permettent ainsi de détecter tous types de pièce dans n’importe quel environnement avec une portée de plusieurs mètres (figure 3).

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Figure 3 Principe de fonctionnement des détecteurs de proximité ultrasoniques

 

Certains détecteurs ultrasoniques ont déjà été conçus pour être installés sur des nacelles, tels que les détecteurs VariKont L2 présentés à la figure 4.

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Figure 4 Détecteurs VariKont L2 de Pepperl+Fuchs installés sur une nacelle

 

Grâce à l’angle maximum de propagation des ondes ultrasoniques connu par les constructeurs, il est possible de calculer la surface couverte par le détecteur et ainsi de déterminer le nombre de capteurs à utiliser sur une nacelle de dégivrage. Selon le modèle de camion, entre 5 et 11 détecteurs installés sur les arêtes inférieures de la nacelle sont nécessaires afin d’assurer la prévention de  collision.

Risques d’interférences

Les fréquences ultrasoniques des détecteurs utilisables sont 85 kHz et 175 kHz. Lors des opérations de dégivrage, la communication se fait également à distance par des ondes. Cependant il s’agit d’ondes électromagnétiques, ou plus précisément radioélectriques, appelées UHF pour « Ultra Hautes Fréquences » allant de 300 MHz à 3 GHz. Aucune interférence n’est donc possible entre les détecteurs et les communications au sol et avec la tour de contrôle puisqu’il s’agit de deux types d’ondes différents.

Conclusion

Le système de détection de proximité actuel est d’ordre mécanique. Il détecte la surface de l’avion par contact, grâce à la pression exercée sur la partie sensible du capteur. Cette technologie peut cependant être améliorée.

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La solution sans contact des détecteurs de proximité ultrasoniques permet d’anticiper la collision. De plus, la multiplication des capteurs installés sur la nacelle assure une détection fiable. Enfin, cette technologie offre plus de possibilités à l’utilisateur. En effet, les niveaux de commutation sont programmables. Il est donc possible de modifier les seuils de détection en termes de distance entre nacelle et avion. Les atouts de ces capteurs rendent donc leur utilisation faisable lors d’opérations de dégivrage et d’antigivrage.

 

Romain Leurs

Profil de l'auteur(e)

Romain Leurs est étudiant à l'école d'ingénieurs généralistes EI.CESI par alternance en France.

Programme : Génie mécanique 

Laboratoires de recherche : ÉREST – Équipe de recherche en sécurité du travail 

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François Morency

Profil de l'auteur(e)

François Morency est professeur au Département de génie mécanique de l’ÉTS. Ses recherches portent sur le transfert de chaleur, l’aéronautique, le calcul parallèle, les systèmes de dégivrages et la mécanique des fluides numériques.

Programme : Génie mécanique 

Profil de l'auteur(e)

Sylvie Nadeau

Profil de l'auteur(e)

Sylvie Nadeau est professeure au Département de génie mécanique de l’ÉTS. Ses intérêts de recherche comprennent la prévention des lésions musculo-squelettiques, la gestion de la SST et la gestion intégrée des risques (opérationnels et SST).

Programme : Génie mécanique 

Laboratoires de recherche : Laboratoire de génie des facteurs humains appliqué 

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