Définition Processus de formation Types de dépôt Classification Givrage et aéronautique Prévision du givrage Exercices
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1.
Définition
Formation d’un dépôt de glace opaque ou transparent sur certains éléments des aéronefs. -
Il se produit généralement dans un milieu nuageux ou sous les précipitations.
-
On peut aussi le trouver en air clair avec forte humidité.
Faible :
Modéré :
Fort
: 3
2.
Processus de formation (1/6)
- Cessation de l’état de surfusion de l’eau : congélation des gouttelettes d’eau surfondue. - Condensation solide : transformation de la vapeur d’eau en glace (gelée blanche). - Congélation de l’eau liquide : au sol, gouttes se congelant
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2.
Processus de formation (2/6)
Surfusion - Existence d’eau liquide à des T < 0 - État généralisé à T entre 0 et - 10°C - Prédominant jusqu’à T = - 20°C - Peut exister jusqu’à T = - 40°C
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2.
Processus de formation (4/6)
Bilan thermodynamique : apport de chaleur Échauffement cinétique Chaleur latente de congélation des gouttelettes surfondues Chaleur latente de congélation de l’eau de ruissellement
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2.
Processus de formation (5/6)
Bilan thermodynamique : perte de chaleur Chaleur latente d’évaporation/fusion. Flux de chaleur sensible entre la gouttelette d’eau ou l’eau de ruissellement et la surface du dépôt.
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2.
Processus de formation (6/6)
Aspect des dépôts La différence d’aspect est liée à la présence ou non de fines bulles d’air à l’intérieur du dépôt. Résultat de la vitesse de changement d’état.
Deux facteurs modulent cette vitesse : la taille des gouttelettes la température de la gouttelette surfondue
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3.
Différents types de dépôt
a. Le givre opaque b. Le givre transparent c. La gelée blanche d. Le verglas
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a. Le givre opaque (1/4)
Définition: formé de granules de glace avec des
inclusions d’air et orné de ramifications cristallines. Généralement blanc. Congélation rapide de petites gouttes en surfusion dans un milieu nuageux stable.
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a. Le givre opaque (2/4)
Apparence: Amalgame de grains de glace plus ou moins bien soudés et de fines bulles d’air à l’intérieur du dépôt. 11
a. Le givre opaque (3/4)
Croissance sèche : Toute la chaleur latente dégagée par la congélation des gouttelettes à l’impact est rapidement absorbée par le milieu environnant, et le givre mis en place est un givre blanc à croissance sèche. Le dépôt croît face aux flux et parallèlement aux lignes de flux.
Les conditions requises sont généralement: Gouttelettes de faible taille et températures plutôt basses -5° à -10°.
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a.
Le givre opaque (4/4)
contexte météorologique favorable Dans les nuages stables d’ascendance synoptique : Altostratus
: As
Nimbostratus : Ns Brouillards et St à forte densité (Hiver) Intensité :
Faible : Modéré : 13
b. Le givre transparent (1/3)
Définition: Givre compact et lisse, généralement transparent, présentant une surface irrégulière (cornes) et morphologiquement semblable au verglas.
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b. Le givre transparent (2/3)
Croissance humide : quand les transferts de chaleur ne sont pas suffisants pour utiliser toute la chaleur latente dégagé par la congélation d’une partie de la gouttelette, alors la température de surface avoisine les 0°C et le dépôt oscille entre la phase liquide et la phase glace. Le givre mis en place est un givre transparent à croissance humide. Les conditions généralement requises sont :
Congélation lente des gouttes (plus ou moins grosses) d’eau surfondue à température faiblement négative. - Le givre transparent se produit généralement pour des températures d’eau surfondue comprises entre 0° et -3° à -5°. 15
b. Le givre transparent (3/3)
condition météorologique favorable En milieu nuageux instable à forte teneur en eau et à grosses gouttelettes ou gouttes en surfusion. Nuages : TCU, CB, AC. Intensité : Modéré :
Fort
: 16
c. Gelée blanche (1/2)
- Condensation solide. - Dépôt sous forme d’aiguilles ou de plumes à la surface des objets suffisamment refroidis.
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c. Gelée blanche (2/2)
conditions météorologiques favorables - Apparition par ciel clair. - Dépôt le plus souvent au sol ou sur les surfaces froides. - Températures gélives - Humidité importante - Pas ou peu de vent 18
c. Verglas (1/4)
Définition : Dépôt de glace compact et lisse, généralement transparent, provenant de la congélation de gouttes de pluie ou de bruine surfondues sur des objets dont la surface est à une température proche ou inférieure à 0°C 19
c. Verglas (2/4)
Il est issu de la congélation lente de l’eau des précipitations surfondues Intensité : Dépôt affectant toutes les surfaces des aéronefs exposées aux précipitations surfondues. Très dangereux!! 20
c. Verglas (3/4)
Condition météorologique favorable au verglas Au voisinage des surfaces frontales entre l’isotherme 0°C de l’air chaud et celui de l’air froid. Iso 0°C
0° 0°
Zone de givrage plus étendue devant le front chaud en raison de la pente plus faible que celle du front 21 froid.
4.
Classification des intensités de givrage OACI
Givrage faible : pas de contrainte sur la conduite de l’avion; Givrage modéré : changer de cap ou d’altitude; Givrage fort : changer immédiatement le cap ou d’altitude. Météorologie • Quantité totale d’eau surfondue disponible; • Concentration des gouttes dans le milieu atmosphérique; • Taille des gouttes; • Température; • Degré de stabilité de l’atmosphère; • Intensité de précipitation. CLASIFICATION
Givrage faible
Givrage modéré
Givrage fort
Q < 0,6
0.6 < Q < 1.2
Q > 1.2
Symbole Quantité moyenne d’eau surfondue en g/m3 Diamètre moyen des gouttes
< 50 µm
Nature des nuages et précipitations
Stable ----- -- ------ Instable
Type de givrage
FG, St, Sc, As
Gelée blanche Givre blanc
> 50 µm Ac, Cu, Sc
Givre blanc Givre transparent
Très instable (Ac, TCU, Cb). Pluie et bruine surfondues. Givre transparent. Verglas.
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5.
Givrage et aéronautique
a. Effets du givrage sur les avions b. Givrage en fonction de la vitesse
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a. Effets du givrage sur les avions Conséquences très variable: simple perturbation des conditions de vol à des conséquences beaucoup plus grave Augmentation de la masse de l’avion. (- de 1cm/h jusqu’à pls cm en qlq mn) Modifications des profils aérodynamiques Modification du centrage (modification de la répartition longitudinale de la masse). Blocage mécanique des gouvernes (l’eau se recongelant sur les parties mobiles). Opacification du pare-brise (perte des références extérieures) Givrage des sondes. (perturbation des indications de pression, vitesse ….). Givrage des antennes (perturbation des moyens radio de navigation ou de communication) 24
Givrage des moyens de propulsion (givrage des carburateurs et arrêt des moteurs).
b. Givrage en fonction de la vitesse Le volume d’air balayé / unité de temps, est important qd la vitesse est grande La vitesse provoque une élévation de T (échauffement cinétique) Ciel clair: ∆T = 1.3 × (V/100)2 Nuage:
∆T ≈ 60 % de la valeur en ciel clair
Timpact – Tair ambiant
vitesse
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6.
Prévisions
a. Prévision de l’intensité du givrage b. Exemples de contexte de prévision
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a. Prévision de l’intensité du givrage Plusieurs variables: • Contenu en eau du nuage est en relation avec T • Un nuage saturé provoque des précipitation surfondues • Mouvement verticaux transportent et maintiennent une quantité importante
d’eau En moyenne pour un même volume et une même T il y a 5 à 10 fois plus d’eau condensé dans un nuage instable que dans un nuage stable.
Un nuage stable présente une homogénéité en terme de quantité d’eau sur un plan horizontal donc un potentiel givrant uniforme. Un nuage instable montre une très grande hétérogénéité; donc potentiel givrant extrêmement variable. verticalement le potentiel givrant est fortement lié à la répartition verticale des températures ainsi qu’à la nature des mouvements verticaux. Potentiel diminuant avec l’altitude présentant un maximum au voisinage de l’isotherme 0 degré. 27
b. Exemples de contextes de prévision En air clair
Dépôt de gelée blanche
0°
Situation anticyclonique hivernal; ciel dégagé; vent nul; favorisant un fort refroidissement en surface durant la nuit conduisant à un dépôt de gelée blanche 28
b. Exemples de contextes de prévision Forçage vertical Suivant la structure thermique verticale et le degré d’instabilité du nuage, on peut observer les 2 types de givrage donnant toute la gamme des intensités possibles.
stabilité
instabilité -3 0 ° -2 0 °
-15° -1 0 ° ou 0°
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b. Exemples de contextes de prévision Cumul d’air froid dans les vallées
T air > 0 °C T air < 0 °C
Aucun dépôt
Givre transparent ou verglas
L’air froid persistant en surface par blocage due au relief. Les gouttes de pluie traversant cette couche viennent se congeler sur tout objet à T < 0 30
b. Exemples de contextes de prévision blocage vertical
5000 ft
Couche turbulente
0°C 0°C Forte inversion de T ou fort cisaillement vertical bloquant tous mouvement vertical ascendant (accumulation d’eau au sommet augmentant le potentiel givrant). 31
b. Exemples de contextes de prévision
Récapitulatifs : Le givrage sera systématiquement prévu : - dans les TCU et les CB au-dessus de l’isotherme 0 °C - le long des surfaces frontales actives entre les isothermes 0°C de l’air chaud et celle de l’air froid - entre 0°C et –10°C dans les nuages stables - entre –0°C et – 15°C dans les nuages instables - dans les tranches saturées à températures négatives
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7. Exercices
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7. Exercices Retrouver les zones et le type de givrage
B
D
Front froid
Front chaud
0°
E
A G
0°
0°
F
A:
E:
B:
F:
D:
G:
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7. Exercices Corrigé Front froid Front chaud
0° 0°
0°
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7. Exercices Compléter par les symboles de givrage Front chaud
