Depuis les années 90, de nombreux incidents en service ont été rapportés aux différents avionneurs lors de la traversées de systèmes fortement convectifs (tempêtes tropicales, fronts orageux etc). Ces incidents sont, pour la plupart, liés à la traversée de zones dans les nuages ayant un contenu en glace particulièrement élevé, phénomène associé à de la convection profonde. 

En 1997, l’ARAC (Aviation Rulemaking Advisory Commitee) a formé un groupe d’harmonisation  (Ice Protection Harmonization Working Group) afin de déterminer si il était nécessaire de définir de nouvelles règlementations pour couvrir les conditions givrantes particulières, qu’elle soit liées à la présence d’eau surfondue (eau liquide à des températures négatives), de conditions de phase mixte (liquide/solide) ou de cristaux de glace. Jugées nécessaires, ces nouvelles règlementations ont pour but de définir les conditions environnementales que doivent être capables de traverser les aéronefs sans expérimenter d’évènements indésirables pour la conduite du vol (perte de poussée moteur par exemple).

Les conditions de fort contenu en glace liées à des phénomènes de  givrage doivent donc être au mieux documentées afin de pouvoir établir les définitions de l’atmosphère qui seront fournies par les nouvelles réglementations (appendice D de la CS E et appendice P de la CS25). Des études analytiques ont été réalisées pour calculer des concentrations théoriques, basées sur une élévation de masse d’air avec 90% d’humidité relative, mais ces calculs doivent être confirmés/validés par des mesures expérimentales.

C’est dans ce cadre que s’inscrit la campagne internationale HAIC (High Altitude Ice Crystal)/HIWC (High Ice Water Content) qui vise à collecter des données dans les zones suspectées de présenter de très forts contenus en glace, dans et  à proximité des nuages fortement convectifs L’objectif est de collecter suffisamment de données pour pouvoir évaluer les textes règlementaires en cours d’élaboration, que ce soit en termes de concentration de glace/eau dans les nuages, ou en termes de taille des particules rencontrées. 

Cette campagne se déroule à Darwin au nord de l’Australie (profitant du régime de mousson) et a commencé le 15 Janvier 2014 et durera deux mois (200h de vols incluant les vols de transit). Deux types de convection sont échantillonnés, la convection océanique (principal objectif) et la convection continentale (objectif secondaire).

Schéma vertical d’un passage du Falcon 20 au-dessus d’une cellule convective océanique. © HIWC	Arrivée du Falcon 20 à Darwin le 08 janvier 2014. © SAFIRE, Dominique Duchanoy

Cette campagne internationale regroupe de nombreuses collaborations (Europe, Amérique du Nord, Australie, Japon).

Le Falcon 20 de SAFIRE (Service des avions français instrumentés pour la recherche en environnement) embarque de nombreuses sondes microphysiques (information in-situ à l’altitude de l’avion) et le radar nuage RASTA du LATMOS (information sur la dynamique et la microphysique des nuages au-dessus et en dessous de l’avion).  Les mesures in-situ permettent des mesures locales de la distribution en taille des particules et du contenu en eau associé. La combinaison des 6 antennes (nadir, arrière basse, transverse basse, zénith, arrière haute et haute transverse) de RASTA permet de restituer le champ de vent 3D nuage mais également le contenu en glace du nuage.  Ce dernier est obtenu en créant des abaques entre réflectivité et contenu en glace dérivés des mesures in-situ.

Les RASTAmen du LATMOS dépêchés sur place sont ; Julien Delanoë (responsable scientifique de RASTA), Anthony Guignard (Post-Doc HAIC), Jean-Paul Vinson (responsable technique de RASTA), Christophe Caudoux (responsable de la partie traitement temps réel du radar) et Alain Protat (ancien du LATMOS maintenant au Bureau of Meteorology)

Mesures de la réflectivité radar et de la vitesse Doppler par les antennes nadir et zénith de RASTA. La figure du bas représente la trace de l’avion en fonction de l’heure (UTC).

Partenaires

Pour la campagne de Darwin, un partenariat s’est créé entre le projet européen HAIC (High Altitude Ice Crystals - mené par Airbus et dont le CNRS est partenaire) et son projet homologue HIWC (High ice water content – mené par la NASA).?

Partenaires français : AI-F (Airbus France), AI (Airbus SAS), ARTTIC, ATM (Atmosphère systèmes et services SARL), ESTERLINE, CNRS, DASSAV (Dassault aviation SA), DGA, IRSN (Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire), ZA-INT (Zodiac aerospace group), Météo-France, ONERA, Rockwell Collins France (RCF), SNECMA, Thales Avionics SA (THAV)?

Principaux partenaires étrangers : NASA, EASA, FAA, Environment Canada, Boeing, AI-D, BOM (Bureau of meteorology, Australie).), CIRA, CU, DLR, EADS IWG, EASN TIS, TSAGI, GKN, HONEYWELL, INTA, INCAS, NRC, PAI, KNMI, SEA, NLR, TUBS, TUD, UTWENTE, VKI

Laboratoires français impliqués

LaMP/OPGC (Clermont-Ferrand), LERMA/Observatoire de Paris (Île-de-France), LATMOS/IPSL (Île-de-France), LOA (Villeneuve D’Ascq), CORIA (St Étienne Rouvray) et SAFIRE.