b Contraintes environnementales

L’environnement aéronautique est caractérisé par la variation des paramètres atmosphériques liée d’une part au changement d’altitude et d’autre part à la localisation de l’équipement (température élevée à proximité des réacteurs). Ces paramètres se définissent comme suit :

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b.1 - Température

Au niveau macroscopique, c’est une mesure de l’énergie cinétique (Ec = 3/2 kT), liée à la

vitesse moyenne d’une molécule, qui est fonction croissante du degré d’agitation thermique des particules. Dans l’environnement d’un avion, la température de l’air varie en fonction de la couche atmosphérique liée à l’altitude. Ainsi, la norme aéronautique DO160 prévoit « des susceptibilités » liées à la variation de la température en altitude (1ft ≈ 0.3m). Plusieurs procédures d’essais sont définies selon cette variation (figure I.9) pour caractériser les performances de l’équipement selon son utilisation et le profil de vol.

Figure I.9 : Variation de la température en environnement avion

b.2 - Pression

La pression atmosphérique est le poids d’une colonne d’air, qui s’étend sur une altitude donnée jusqu’au sommet de l’atmosphère, en un point quelconque de l’atmosphère. Ce poids s’applique sur tous les objets à la surface de la terre. La pression atmosphérique évolue avec l’altitude [Annexe2], plus précisément elle diminue, exponentiellement, d’un facteur 10 chaque fois que l’on s’élève de 16 km. Intuitivement, cette diminution s’explique par la raréfaction des particules d’air. Notons au passage que ce paramètre est utilisé pour mesurer l'altitude puisque le fonctionnement d’un altimètre repose sur ce principe.

b.3 Humidité

L’humidité de l’air atmosphérique est la quantité d’eau sous forme de vapeur, exprimée en

Altitude (ft)

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___________________________________________________________________________ 31 d’humidité, on fait allusion au ‘taux d’humidité’ exprimé en % qui représente en fait l’humidité relative. La détermination de cette mesure est étroitement liée à d’autres grandeurs physiques, telles que la température et la pression. Le taux d’humidité dans un volume (V) d’air est généralement exprimé à partir d’un des trois paramètres suivants :

b.3.1 – L’humidité relative

On appelle pression de vapeur saturante Ps(T) , la valeur maximale que peut atteindre la

pression partielle Pv de la vapeur d’eau à la température T, une partie de cette vapeur se

condense (apparition d’eau liquide).

L’humidité relative s’exprime (en pourcentage) par la relation :

100 * ) ( (%) T P P HR s v = (1.1)

L’humidité relative ne donne pas directement la quantité de vapeur d’eau dans l’air, mais seulement un rapport entre l’état de l’air considéré et celui de l’air saturé à la même température et à la même pression. Le diagramme de Mollier[Annexe2] permet de faire correspondre à température et à taux d’humidité relative donnés, l’équivalent en humidité absolue.

b.3.2 – Le rapport du mélange

Noté r et exprimé en g/Kg , il exprime le rapport des masses Meau de vapeur d’eau et Mairsec

d’air sec à température constante. Cette grandeur est la référence en humidité. Elle exprime l’humidité absolue sec air eau M M r = (1.2) b.3.3 – La température de rosée

C’est la température à laquelle il faut refroidir, à pression constante, une masse M d’air humide pour atteindre la saturation. La connaissance de cette température permet de déterminer le taux d’humidité de l’air, ceci, grâce à l’utilisation de tables et de diagrammes.

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b.4 – Densité de l’air

L’humidité absolue et relative sont liées par la température et la pression partielle de la vapeur d’eau. Le diagramme ci-dessous (figure I.10) donne les relations liant les paramètres : humidité relative Hr, humidité absolue Ha, les pressions partielles de l’eau Pe et de l’air Pa, la masse de l’eau me, la pression P et le volume V de l’air humide.

Fig. I.10 : Diagramme de relation liant les paramètres atmosphériques [Zeb]

où Ra est la constante des gaz parfaits, et θ la température du gaz exprimée en °C. L’indice s

indique que le paramètre correspond à la saturation. Le diagramme démontre que les deux manières de représenter le taux d’humidité peuvent être converties de l’une à l’autre. Le paramètre le plus important dans leur liaison est la température. La densité de l’air δ est ainsi définie par la pression P et la température θ :

      + =

θ

δ

273 293 760 P (1.3) δ = 1 pour θ = 20°C et P = 760 mmHg définies comme conditions normales de température et de pression (CNTP) [Atk, Pee].

Dans l’étude de la capacité d’isolation de l’air, l’humidité est un paramètre caractéristique de la tenue en tension notamment en ce qui concerne l’initiation des décharges couronnes au

Densité de l’air       + = θ δ 273 293 760 P Pression de l’air e L P P P = + Température θ (°C) Humidité absolue V m R T P H e a e r = = 1 Pression partielle de l’eau Pe Pression partielle de l’air PL Pression de la vapeur Pes Humidité relative as a es e r H H P P H = =

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b.5 - Conditions d’humidité en fonction de l’altitude

En fonction de l’altitude (z ; en mètre), la quantité d’eau rapportée à la quantité d’air sec qui la contient et exprimée en g/kg est définie par l’équation :

( )

z b z c

a

r = × ln 2 + ×ln + (1.4)

a, b et c étant des paramètres dépendant du type de mission : polaire, tropicale,… Le tableau

I.4 issu des données Airbus donne les valeurs de ces paramètres.

Type de Mission a b c

Polar Mission (PM) -3,115.10-3 -1,556.10-2 0,4245

Tropical Mission ™ -4,320.10-1 1,855 20,20

Allowable Maximum Hot Day (AMHD) -3,969.10-2 6,189.10-2 2,9107 Structural Maximum Hot Day (SMHD) -4,612.10-2 1,770.10-1 2,3954

Standard Day (SD) -4,732.10-2 1,2570.10-1 5,2870

Tableau I.4 - Valeurs des paramètres de profil de mission

La variation de l’humidité en fonction de l’altitude extrapolée dans la figure I.11 dépendra donc du type de mission.

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b.6 - Variation des paramètres atmosphérique en environnement avion

Le fonctionnement des systèmes électriques à bord des aéronefs est soumis à d’incessantes variations des paramètres atmosphériques liées, d’une part à l’altitude et, d’autre part, à la localisation du système dans l’avion. Ainsi, comme le montre le tableau I.4, les normes définissent des « zonning » pour identifier les contraintes environnementales en fonction de la situation des équipements [ABD].

Tableau I.5 : Valeurs récapitulatives des variations des paramètres atmosphériques en

fonction de leur zonning

Le tableau I.5 donne les valeurs de températures ambiantes dans les différentes zones de l’avion. La localisation de ces zones sur avion est présentée sur la figure I.12. Ainsi, l’APU placé dans la queue de l'avion (le "tail cone"), "voit" une température de 120°C. D’autres composants (harnais,…) de puissance à proximité du réacteur sont soumis à des températures avoisinant 180°C.

Les zones, dites « pressurisées » (pression constante), concernent le fuselage qui comporte la cabine des passagers, le cockpit et les soutes. Les autres zones dites « non pressurisées» varient en fonction des conditions extérieures et donc de l’altitude.

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Figure I.12: Schématisation des différentes zones dans un aéronef.

Les développements récents permettent d'envisager une évolution à court terme vers l’Avion

Tout Electrique. Toutefois, la particularité de l’environnement avionique peut constituer une

limite pour l’utilisation de la puissance électrique notamment en ce qui concerne le niveau de tension. Nous avons donc identifié les contraintes spécifiques à cet environnement et qui sont susceptibles d’influencer la tension d’initiation des décharges. Dans la suite, tout en rappelant les théories physiques de la décharge, nous tenterons dans un premier temps de caractériser expérimentalement l’impact de la variation des paramètres atmosphériques sur la phénoménologie des décharges électriques. Ensuite, nous déterminerons les conditions dans lesquelles ces décharges sont susceptibles de se produire dans les équipements embarqués via la détection de leurs tensions seuils dans des conditions environnementales différentes.

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Dans le document Contribution à l'étude de l'existence des décharges dans les systèmes de l'avionique (Page 37-45)