observee sous l'aile gauche
du Concorde F-BTSC
accidente a Gonesse le 25 juillet 2000
Rapport nal
Mai 2001
Denis Veynante
Lab oratoireE.M2.C.
CNRSetEcole CentraleParis
Grande Voie desVignes
92295Ch^atenay-MalabryCedex
France
Luc Vervisch
UMR CNRS 6614/CORIA
Institut Nationaldes Sciences Appliquees
de Rouen
Campusdu Madrillet
Avenue de l'Universite - BP8
76801SaintEtienne duRouvray Cedex
France
Cette note analyse lesmecanismesd'allumage et de stabilisationdela ammeturbulente
observeesous l'ailegaucheduConcorde F-BTSCaccidente aGonesse le25 juillet2000. Cette
etudes'appuienotammentsurlesfaitsrelatesdanslesrapp ortsduBureau-Enqu^etes-Accidents
(Accidentsurvenule25juillet2000aulieu-ditLaPatted'OiedeGonesse(95)auConcordeim-
matriculeF-BTSCexploiteparAir-France,rapp ortpreliminaired'ao ^ut2000etrapp ortd'etap e
dejanvier2001),surdesinformationscommuniqueesparleBEA,surl'interrogationdequelques
temoinsprivilegiesdel'accidentetsurlesproprietes connuesdesammesturbulentes.
Troisp ointssontessentiellementdiscutes ici:
Lesmecanismes destabilisationdelaammeturbulente accro chee sous l'ailedel'avion
etnettementvisiblesur lesphotographies del'avionlorsdel'accident.
L'estimation,auvudescaracteristiquesdelaamme,dudebitdecombustibles'echappant
parlafuitedureservoirNo5.
Lesmecanismesd'inammationdukerosene,etplusparticulierementceluiquinoussem-
bleleplusplausible: l'inammationaucontactdesgazbr ^ulesissusdelap ost-combustion
desmoteurspuisremonteedelaammesous l'ailelelongdelanacelle.
Certaines des donnees numeriques utilisees sont extraites des rapp orts du BEA, tandis que
d'autres ontd ^u^etre approximeesandecompleterl'analyse. Dansce cas,lesvaleurs choisies
sonttoujourspreciseesp our p ermettreleuranalysecritique. Lesresultatsnumeriquesdoivent
donc^etre consideres avec b eaucoup de precautions et donnent essentiellement des ordres de
grandeur. Ils p ermettent toutefoisde concluresur lap ossibilited'observer,en casde fuitede
kerosenesous l'ailedeltaduConcorde,lesfaitssuivants:
1. L'ingestiondekerosene parlesprises d'air secondairesdelanacelle moteurs,principale-
mentcellequialimentel'echangeurduclimatiseurd'airdelacabine.
2. L'inammationdecekeroseneal'interieurdelanacelle,auvoisinagedelatuyereprimaire
dumoteur, soitau contactdes paroischaudes, soit parmelangeavecles gazissusde la
rechaue. Cetteinammationsupprimeleuxfroidentourantenfonctionnementnormal
lejetchaudissu delarechaue.
3. Inammationauniveau despaupieres dukerosene s'ecoulantal'exterieur delanacelle.
4. La remontee de la amme dans les couches limites sous l'aile et le long de la nacelle,
essentiellementdanslesturbulences generees parlesillagedutraind'atterrissage.
5. Lastabilisationd'uneammeauniveaudupuits et desf ^utsdetrain quijouent alorsle
r^oled'unaccro che-amme.
Quelques variantes de ce scenario sont egalement brievement discutees, en particulier la
causeet le r^ole p ossible dup ompagedumoteur 2. Enn, une comparaisonest eectuee avec
l'accidentsurvenuaWashingtonle14juin1979auConcordeF-BVFC.Danscederniercas,o u
l'avionapurevenir malgre lesdommagessubis, ledebit defuitede kerosene est connu mais
s'averede10a20foisinferieur alasituationdel'accidentdeGonesse,ce quiexpliquequ'une
grandeammenese soitpasdeveloppee.
1 Stabilisatio n et accro chage de la amme 5
1.1 Stabilisation d'uneamme dansunecoulement . . . 5
1.2 L'accident de Gonesse . . . 6
2 Estimation du debit de fuite du kerosene 9 2.1 Mo dele deMagnussen . . . 9
2.2 Mo dele deFlamme Coherente . . . 10
2.3 Estimation de lafuite a partirde lacapacite dureservoirn o 5 . . . 11
2.4 Commentaire: comparaison avec l'accident de Washington . . . 11
2.5 Conclusion . . . 12
3 Causes p ossibles d'initiation et developp ement de la amme 14 3.1 Lesscenariid'inammation p ossibles . . . 14
3.2 Allumage paretincelle . . . 15
3.3 Allumage sur p ompagemoteur . . . 15
3.4 Inammationpar conduction thermique . . . 16
3.5 Inammationpar lesmoteurs(rechaue). . . 16
4 Inammation par le jet de gaz br ^ules issus de la rechaue 18 4.1 Intro duction. . . 18
4.2 Ingestion dekerosene parl'ensemblenacelle-moteur etinammation . . . 18
4.3 Remonteede laammeversl'avant de l'avion . . . 23
4.3.1 Intro duction . . . 23
4.3.2 Remontee deamme lelong dela faceexterne dela nacelle . . . 23
4.3.3 Remontee dela ammeentrenacelle etmoteur . . . 25
4.3.4 Remontee dela ammesurp ompage moteur . . . 25
5 Scenario probable de l'inammation de l'avion 26 5.1 Scenariodel'inammation . . . 26
5.2 Enchainement etlo calisation desevenements . . . 27
6 Remarquescomplementaires 29 6.1 Tracesdesuies surlapiste . . . 29
6.2 Degatsstructurauxdusa la amme . . . 29
6.3 Ingestion degaz br ^ulesparlemoteur . . . 30
6.4 Etsi... . . 30
6.4.1 Rentreedu traind'atterrissage . . . 30
6.4.2 Arr^etde l'avionavantdecollage . . . 31
A Caracteristiques chimiques du kerosene 33 A.1 Reactionchimique . . . 33
A.2 Energie degagee parlareaction . . . 33
A.3 Limites d'inammabilite . . . 33
A.4 Vitesse de amme . . . 34
A.5 Auto-inammation . . . 35
B.1 Generalites . . . 38
B.2 Commentairesrelatifsa l'accident de Gonesse . . . 40
B.3 Conclusions . . . 44
C Experience dite de la \amme-pilote" (ONERA) 46 D Couches limites - sillages 47 D.1 Generalitessurles couches limites . . . 47
D.2 Generalitessurles sillages . . . 51
D.3 Concorde : une geometriecomplexe . . . 52
D.4 Perturbations de l'ecoulement lorsdel'accident de Gonesse . . . 53
D.4.1 Perturbation de l'ecoulement parlekeroseneliquide . . . 56
D.4.2 Perturbation de l'ecoulement parlaamme . . . 57
E Propagation d'une amme dans un milieu partiellement premelange turbulent 60 F Temoignages 63 F.1 Intro duction. . . 63
F.2 Lo calisation destemoins . . . 64
F.3 Temoignages . . . 64
F.3.1 Pompier No1 . . . 64
F.3.2 Pompier No2 . . . 65
F.3.3 Pompier No3 . . . 66
F.3.4 Temoin supplementaire . . . 66
F.4 Analyses - conclusions . . . 67
G L'accident de Washington (14 juin 1979) 69 H Exemples d'inammation de kerosene par un moteur 73 H.1 Inammationd'une fuite de carburant surun Fouga-Magister . . . 73
H.2 Une gure devoltige: \zipp o trick" . . . 73
References bibliographiques 76
Lorsdel'accident duConcordeF-BTSCle25juilletdernier,uneenormeammeturbulentestable
etaitaccro cheesousl'ailedel'avion. Lesmecanismesquip ermettentl'accro chageetlastabilisation
d'unetelleammesontdiscutesiciens'appuyantsurlesphotographiesdisp oniblesdel'evenement.
Cette discussion ne concerne que la situation de l'avion a ce moment la, c'est a dire depuis p eu
apresledecollageetjusqu'aucrash,sans prejugerdesscenariip ossibles p ourexpliquer l'initiation
etledevelopp ement de lacombustionqui seront discutesulterieurement.
1.1 Stabilisation d'une amme dans un ecoulement
La stabilisation d'une ammedansunecoulement n'estp ossible queselon certains mecanismes:
Propagation de la amme vers l'amont d'un ecoulement libre. Dans le cas du Concorde,
la vitesse relative de l'ecoulement d'air est d'environ 100 m/s. La vitesse de propagation
S
T
d'une amme turbulente parfaitement premelangee (hyp othese p ermettant la meilleure
propagation)p eut,en premiere approximation,^etreestimee par:
S
T
S
L 1+
u 0
S
L
(1)
o u S
L
est la vitesse de amme laminaire, au maximum d'environ S
L
0:5m=s p our du
kerosene parfaitement melange a de l'air en prop ortions stchiometriques. u 0
mesure les
uctuations turbulentes de vitesse, dont l'ordre de grandeurest le dixieme de la vitesse de
l'ecoulement (u 0
10m=s). Dans le cas le plus favorable, la vitesse de amme turbulente
S
T
ne p eutgueredepasser10m/s etne p ermet pasa laamme de soutenir unecoulement
de 100m/s.
Autoinammation des reactifs.
1
Ce mecanisme, rencontredans le cas o u l'un au moins des
reactifsestchaud(plusieurscentainesdedegresCelsius)estsansobjeticicarlatemperature
d'autoallumage dukeroseneest de l'ordre de240 o
C.
2
Stabilisationpar point chaud ou \amme-pilote". Dansce cas,lesgazfraissont continuelle-
mentallumes parunesourcede chaleur qui maintient ainsi la combustion. Si ce mecanisme
auraitpu^etreevo quedanslecasd'uneammestabilisee accro chee auvoisinage destuyeres
des moteurs 1 et 2, il ne parait pas ^etre en jeu p our la amme stabilisee sous l'aile du
Concorde.
Stabilisation en aval d'un obstacle. Quand un obstacle est place dans un ecoulement, on
observe le developp ement de turbulences avec des zones de recirculation. Dans cette con-
guration,l'ecoulement p eutlo calement avoirune direction opp oseea celle de l'ecoulement
principal. Cettezonederecirculationp ermetl'accro chaged'unezonedecombustionatravers
deuxmecanismes (gure 1):
{ Larecirculationgenereuneregiondefaiblesvitesses. Quandcesvitessessontdel'ordre
de la vitesse de propagation d'une amme turbulente, la amme p eut se propager en
amontde l'ecoulement versl'obstacle etainsi stabiliser lacombustion.
1
L'auto-inammationdoit^etrecompriseici commeunmecanismedestabilisationdeammeo ulesreactifssont
continuellementallumesparunapp ortd'energieprovenantengenerald'undesreactifsintro duitchauddanslazone
dereaction. Elleneprejugeevidemment pasdufaitquela ammeaitpu ^etreinitiee parauto-inammation avant
desestabiliserparunautremecanisme (voirsections 3et4).
2
Cettetemperature d'autoinammation corresp ond ala temperature a laquelle il faut p orterun melange st-
chiometrique kerosene/air p ourprovo quer sp ontanementla combustion(voirAnnexeA).
prémélange réactif Flamme
u = s T
flux de chaleur
Figure1: Stabilisationd'uneammeparunezonederecirculation.
{ La zone de recirculation contient des gazbr ^ules, elle agit donc comme un reservoir de
gazchauds,contribuantal'allumage,legerementenaval,dumelangecombustible/com-
burant.
Cesdeux mecanismesnous paraissent clairement en jeu dansl'accident de Gonesse,comme
nousallons maintenant l'expliciter.
1.2 L'accident de Gonesse
Auvudesphotographiesdel'avion enfeu(photographiesSygma,Fig.2),delageometriedutrain
principal duConcordeetdesap ositionsousl'aile,notammentauvoisinage immediatdelanacelle
moteurs(Fig.3etphotographies37et38,xD.3),ilnousparaitevidentquelaammeestaccro chee
dans lesillage desf ^uts dutrain d'atterrissagegauche, de partetd'autre du puits de logement du
trainetp eut^etrem^emedanssonvoisinage. Eneet,lesf ^utsdetrainsontsusceptibles decreerdes
zones de recirculation, surtout au voisinage du puits de train o u ces f ^uts sont renforces(environ
0.50 mde diametre). Dans ces regions, les zones de vitesse lentes sont egalement favorisees par
la presence de l'aile et du carenage des moteurs, generateursde couches limites (zone de vitesse
lenteauvoisinagedesparois,AnnexeD). Latailledeszonesderecirculationenavald'unobstacle
stabilisant une amme p eut atteindre 5a 10fois le diametre de l'obstacle, c'esta direici jusqu'a
environ3 m.
Remarquonsquedestracesdestabilisationdelaammenesontpasnecessairementapparentes
surlesf ^utsdetrain, d'unepartcarlaammeeststabilisee legerementenaval,d'autrepartcarils
sontcontinuellement refroidisparl'ecoulement amont. Ilest,parcontre,probablequesilarentree
du trainavaitetep ossible, laammeauraitetesouee, p oureventuellement sestabiliser plus en
avaldansl'ecoulementauvoisinagedespaupieresdumoteur. Cep oint,speculatif,estdiscuteplus
en detailau paragraphe 6.4.1.
Unschemaillustrant lastabilisation de laammeest prop osesur lagure 4.
dutraind'atterrissage gauche. Source: Agence Sygma.
Figure 3: Photographie d'un Concorde au decollage illustrant la geometrie des trains d'atterrissage.
Source: http://www.airliners.net.
Fuite FLAMME
Nacelle réacteurs Spray de kérosène
Train
Train Puits de train
Figure 4: Schemaillustrantlesmecanismesprop oses p our expliquerlastabilisationd'uneammeturbu-
lentesous l'aileduConcorde.
L'objectifest icid'estimerl'ordre degrandeurdu debitde combustiblenecessairea l'alimentation
de laamme accro chee a l'avion lors de l'accident. Cette estimation ne p eut ^etre, bien s ^ur, que
tresapproximativedans lamesureo u uncertain nombrede parametresrestent inconnus etqu'au
vu de la tres forte emission de suies constatee (amme tres jaune, fortes traces de suies sur la
piste),la combustiondu kerosenen'est clairement pascomplete. L'estimation est conduite ici en
utilisant plusieurs appro chesqui conduisent nalement a des resultatssimilaires. Les hyp otheses
faitessont achaque foisprecisees.
2.1 Modele de Magnussen
Ce mo dele est le plus simple developpe p our decrire les taux de reaction p our les ammes tur-
bulentes non-premelangees, c'est a dire o u les reactifs sont injectes separement dans la zone de
reaction. Le taux de reaction volumique du combustibleestecrit:
_ m
F
=
1
t min
e
Y
F
; e
Y
O
s
; e
Y
P
1+s
!
(2)
o u est une constante de l'ordre de l'unite, la masse volumique moyenne des gaz, e
Y
F ,
e
Y
O et
e
Y
P
sont resp ectivement les fractions massiques du combustible, de l'oxydant et des pro duits de
combustion. est une constantedestinee a prendre en compte lanecessite de la presence de gaz
br ^ulesp ourapp orterl'energienecessaireaumaintiendelaamme. Le tauxdereactionmoyenest
inversement prop ortionnel autemps caracteristiquede laturbulence
t .
La combustion a lieu essentiellement au voisinage des valeurs stchiometriques des fractions
massiques de combustible et d'oxydant, soit environ e
Y
F z
st
= 0:063(Annexe A). Le taux de
reactionmaximal estdonc :
_ m
max
F
z
st
t
(3)
Letempscaracteristiquedelaturbulence
t
p eut^etreestimeapartirde
t l
t
=u 0
o uu 0
corresp ond
aux uctuations de vitesse dues a la turbulence, considerees de l'ordre de 10% de la vitesse de
l'ecoulementd'environ100m/s(vitessedel'avionde200ktou360km/h). L'echellecaracteristique
l
t
de l'ecoulement est de l'ordre de 0.5 m a 1 m en se basant sur le diametre du f ^ut du train
d'atterrissageou lataille du carenagedesmoteurs. Pour
u 0
=10m=s ; l
t
=0:5m ;
t
=1=20s ; =1 ; =1k g=m 3
(4)
Le tauxdereactionmaximalvautm_ max
F
=1:26k g=s=m 3
(parunite devolume deamme). Il faut
maintenant estimer le volume de la amme. Celle-ci est globalement conique, mais l'experience
montreque le taux de reactiontotal varie assez p eu d'unesection a l'autre. En eet,au fur eta
mesurequelaammesedevelopp eversl'avalets'agrandit,letempscaracteristiquedelaturbulence
diminue. Le volume de amme augmente maiscorresp ond a un taux de reactionvolumique plus
faible. Si on considere une amme de diametre D = 3m, de longueur L = 50m et d'epaisseur
e=0:1m,le taux dereactiontotalde combustible devient :
_ m
tot
F
=D Lem_ max
F
60k g=s (5)
Le princip e de ce mo dele est d'assimiler la amme a une surface et d'ecrire le taux de reaction
totalcommelepro duitdelasurfacedeammeS parletauxdereactionparunitedesurface _
F :
_ m
tot
F
= _
F
S (6)
Le taux de reaction _
F
est estime a partir du taux de reaction p our une amme de diusion
laminaire planeetiree(Poinsotand Veynante2001):
_
F
= Y
0
F
1 z
st s
"
s D
2 exp
"
erf 1
1
+1
2
#
(7)
o u D designe le co eÆcient de diusion moleculaire, qui controlel'app ort desreactifsa lazone de
reactionp our une amme de diusion et le rapp ort stchiometrique du melange kerosene/air,
deni a l'annexe A (Eq. 11 ; 14:8). erf 1
designe la recipro que de la fonction d'erreur
exp onentielle erf.
3
"
s
est le taux d'etirement des elements de amme, c'est a dire le gradient
de vitesse dans le plan de la amme. L'estimation de cet etirement reste un p oint delicat faute
d'informationsprecises. Ilp eut ^etrepris egala l'inverse dutempscaracteristique delaturbulence
t ("
s
1=
t 20s
1
)ouestimeapartirdugradientdevitesseinduitparl'ecoulementsousl'aile:
U 100m=s (ecartde vitesse entre l'air et le kerosene s'ecoulant de la fuite) p our une taille
caracteristique l
t
0:5m("
s
U=l
t
200s 1
),soitune fourchette :
20s 1
"
s
200s 1
(8)
Le facteur 10entre les extremitesde la fourchette deviendra un facteur3 sur le taux de reaction
total(racine carree dansl'expression 7).
La surface totale d'une amme laminaire (c'est a dire plane et non-plissee) ayant le m^eme
encombrementquelaammeobserveeestestimeeaveclesm^emesvaleursqueprecedemment(3m
de diametre,50mde long). Lasurfacetotale de ammeturbulente seraalors donnee par:
S=D L=470m 2
(9)
o uestleplissement delaamme,c'estadirelerapp ortdelasurfacereelledeammealasurface
de amme laminaire. Ce plissement estegalement diÆcile a estimer. Les valeurs observees dans
les ammesturbulentes sontgeneralement del'ordre de 5 a10. Le tableau1 resumeles dierents
resultatsp ourletaux de reactiontotalm_ tot
F
selon les parametresretenus.
La variation de m_ tot
F
est grande (4:2m_ tot
F
200k g=s),mais en sebasant sur un plissement
=5 (=1 est nettement sous estimecar il est clair que laamme n'a paslaforme d'un c^one
lisse), valeur minimale raisonnable, le taux de reaction, et le debit de fuite du kerosene, est de
l'ordre de plusieurs dizaines de kilogrammesparseconde.
3
Lafonctiond'erreurexp onentielle estdenie par:
erf( )= 2
p
Z
0 e
x 2
dx
Cettefonctionesttabuleeetgure danslesbibliotheques scientiquesdesordinateurs. Elleverie,enparticulier:
erf(0)=0 ; erf(+1)=1 ; erf( x)= erf(x)
"
s (s )
_
F
(g=s=m ) =1 =5 =10 =15
20 8.9 4.2kg/s 21. kg/s 42. kg/s 63. kg/s
200 28.3 13. kg/s 66. kg/s 130. kg/s 200. kg/s
Tableau 1: Estimationdutauxde reaction totalm_ tot
F
selonles valeurs retenues p ourl'etirement"
s et le
plissement. Leco eÆcientdediusionmoleculaire,identieaceluidel'airestprisegalaD=2:10 5
m 2
=s;
1k g =m 3
;Y 0
F
=1;erf 1
[( 1)=(+1)]1.
2.3 Estimation de la fuite a partir de la capacite du reservoir n o
5
Lors de l'accident de Gonesse, le reservoir n o
5 contenait au depart 7.2 tonnes de kerosene. En
admettant que ce reservoir n'ait servi qu'a l'alimentation de la fuite et que l'indication de la
jauge apresl'accident (2tonnes)est able, la fuite constatee serait de l'ordre de 5 tonnes. Cette
hyp othese est confortee par le fait que le reservoir \symetrique" du reservoir n o
5, le reservoir
n o
8,sembleplein au moment de l'impact a Gonesse(jaugeindiquant 12.8tonnes,corresp ondant
alacapacite maximale dureservoir). En situant ledebutde lafuiteauvoisinage de\V1"(temps
97595),letempstotaldefuiteest doncde97681-97595=86s etcorresp ondaunefuitemoyenne
de l'ordre de60kg/s, compatibleavecles estimations ci-dessus.
Cette estimation est evidemment a prendre avec precaution dans la mesure o u les reservoirs
de l'avion communiquent entre eux et que des degats structurels ont pu aecter aussi d'autres
reservoirsde l'avion (reservoir6notamment).
2.4 Commentaire: comparaison avec l'accident de Washington
Nous retiendrons p our l'accident de Gonesse un debit de fuite de kerosene de l'ordre de m_ tot
F
=
50k g=s. En admettant que ce kerosene se melange avec l'air passant a travers une section
de S = 6m 2
(ordre de grandeur de la section de passage de l'air sous l'aile au voisinage de
la fuite) a la vitesse V = 100m=s (vitesse de l'avion), le debit d'air disp onible est d'environ
_ m
tot
O
= SV 600k g=s. Parfaitement melanges, ces debits corresp ondraient a un melange de
richesse =s
a _ m
tot
F
=m_ tot
O
1:2 o u s
a
=14:8 (car 14.8kg d'air sont necessaires p our br ^uler 1 kg
de combustible dans les conditions stchiometriques, annexe A). Cette condition de melange
combustible/comburant corresp ond a un melange riche, puisqu'il contiendrait environ 20 % de
combustible en sus de la stchiometrie. Un tel melange est parfaitement inammable (voir An-
nexe A). M^eme si le melange n'est pas uniforme, cette valeur de laisse supp oser qu'il existe
suÆsamment dezonescomprises entreleslimites d'inammabilite pauvreetrichep our p ermettre
lapropagationd'une ammeturbulente.
Enrevanche,dansle casdel'accident deWashingtonen 1979,ledebitde fuiteetaitde l'ordre
de m_ tot
F
= 5k g=s. Tous parametresetantegaux par ailleurs, ce qui n'est qu'une hyp othese sim-
plicatrice, la richesse du melange serait dix fois plus faible ( 0:1). Une amme ne p eut se
propager dans un melange aussi pauvre qui contient dix fois moins de combustible qu'a la st-
chiometrie (la richesse minimale d'inammabilite est de l'ordre de = 0:5 a = 0:6 dans les
conditionsnormales). Parcontre,cecombustiblep eutlo calement br ^ulerau voisinaged'unesource
de chaleur intense,sans p our autant p ermettreledevelopp ement d'uneamme. Cette estimation
p ermettraitd'expliquer cequisemble^etreunep etiteammeauvoisinagedesreacteursdanslecas
de l'accident de Washington(voirAnnexe G), sansque celle-ci puisse sedevelopp erni en aval, ni
enamont. Acontrario,sicetteanalyse estfondee,elle valide,indirectement, l'estimationdudebit
de fuite de kerosenep our le casde Gonesse. En resume,lafuite de kerosene etaitprobablement
insuÆsanteaWashingtonp ourconduireaudevelopp ementd'uneammesimilaire acelle observee
2.5 Conclusion
Il est diÆcile d'estimer precisement a p osteriori ledebitde lafuite de kerosene,faute d'elements
precis. Neanmoins,vulalongueurdelaammeaccro cheeal'arrieredel'avionetlefortdegagement
desuiesobservetraduisantunecombustionincompletedukerosene,ilestraisonnabledep enserque
ledebit decombustiblenecessaireest de l'ordredeplusieurs dizaines de kilogrammes
par seconde, typiquement de 50a 100 kg/s. Cette estimationsemble en outre compatible avec
l'estimation faite a partir du temps de vol et des indications retrouvees a Gonesse et le fait que
l'accident de 1979a Washington n'aitpasdonnelieu au developp ement d'uneamme similaire.
Signalons que des mesures eectuees depuis par EADS avec un reservoir de Concorde ont
conrmenosestimationsetsemblentmontrerqueledebitde fuiteest probablementcomprisentre
50et180kg/s.
Lacombustionde50kgdekeroseneparseconde p ermetde libererune puissance de50k g=s
42:5MJ 2GW. Une partie de cette puissance (au minimun 10 %) est degagee au voisinage
immediat del'avion (aileetreservoirs2et6,moteursgauches,...) qu'elle contribue a chauerpar
convection et rayonnement.
Il fautprendre conscience du fait que la fuite de kerosene est considerable dans le cas
de l'accident deGonesse. Undebitde50a100kg/scorresp onda10a20foislaconsommation
nominale, a pleine puissance, d'un des moteursOlympus de l'avion (environ 5 kg/s). Ce debit
est tres au dela des valeurs retenues p our les tests de certication et l'etude du
developp ementeventueld'uneammelorsdel'analysedel'accidentdeWashington(Rapp ort
No408.251/79 etson annexe 9 \Evaluation du risque incendie", SDF/B87/K/32/0040,1979). Il
avaiteteen particulier preciseque
Une fuite de kerosene dureservoir5 nep ourrait exceder0.1 kg/s:
\Unefuitedecarburantdanslereservoir5ou8devantlesentreesd'airestpeuvraisemblable.
On pense que les seules perforations possibles dans cette zone seraient dues a l'impact de
debris de faible dimension suite a la rupture d'une roue et qu'elles ne depasseraient pas en
sectiondefuite celled'un trou de diametre; 10 mmet en debitde fuite 0.1kg/s."
Danscesconditions,l'inammation esteectivementquasimentimp ossible. Aveclesm^emes
parametresqueceuxutilisesp ournosestimations,unefuitede0.1kg/scorresp ondraitaune
richesse moyenne 0:002. Pourdes valeurs aussi faibles, iln'y a aucun esp oir d'observer
une inammation.
4
Peu de donneessont disp onibles sur l'ingestion de kerosenepar le moteur. Le rapp ort deja
cite precise :
\The eect upon the engine would depend uponthe quantity of fuel enteringthe engineand
the power settings at the time. No relevant data is available at any condition, other than
at idle, where it is common practice to use 1 % fuel/water insertion to wash compressors.
Howeverit canbesaid that athigherowsandsettingstheremay besurge,accompagniedby
loss of power and possiblysome internalengine damage."
Des testsde p ompagedu moteur suringestion de keroseneont, semblet-il, eteeectuesau
banc lorsdespro cedures de certication,mais avecdes debits considerablement plusfaibles
4
Remarquonsquel'estimationd'undebitdefuitede0.1kg/sp ourunep erforationde10mmconrmeindirecte-
ment nos estimations: p our une p erforation de 0.30 0.30 m, comme lors del'accident de Gonesse, une simple
regledetroisdonneundebitde115kg/s.
ingeremoinsde 0.1 kg/sdekerosene.
La stabilisation de la amme dans le sillage du train d'atterrissage principal gauche, au moins
apresle decollage de l'avion, est une certitude au vue desphotographies de l'evenement. L'ordre
de grandeur du debit de fuite de kerosene, plusieurs dizaines de kilogrammes par seconde, est
quasiment certain compte tenu de la taille de la amme observee et est corrob ore par plusieurs
recoup ements (jauge dureservoir5, pasde ammes developpee lorsde l'accident de Washington,
mesureseectuees parEADS...). Ils'agitmaintenant de comprendrecomment une telle amme
a pus'initier etsedevelopp er.
L'analyseesticiplusspeculativedanslamesureo unousnedisp osonsquedep eud'informations
(disp ositions des elements retrouves sur la piste essentiellement) et de quelques temoignages,
heureusement precis (voirannexe F). En eet, la plupartdes temoignages,comme les photogra-
phies etle lm video,elementstresprecieux, concerne essentiellement l'avion apresson decollage
alorsque laammeaccro chee sous l'aileest dejaetablie.
3.1 Les scenarii d'inammation possibles
Audebutdel'enqu^ete,le\group efeu"misenplaceparleBEAetcharged'expliquerl'inammation
del'avionaelab ore17scenariip ossibles. Septscenarii,considerecommelesplusplausibles,avaient
eteclasses, a priori,parordre de probabilitedecroissante(voirtable 2).
Cesprop ositionsinvo quent plusieurs mecanismesp ossibles :
Inammation par arc electrique (scenarii 1, 2, et 5, le cas 4 p ouvant eventuellement
en faire partie). Dans cette situation, l'inammation serait due a une etincelle electrique
consecutive a la rupture mecanique d'un faisceau electrique par des debris. Dans cette
hyp othese,le cas1 (inammationdansle puitsde train) estnettement leplus favorable.
Inammation par le moteur(scenario6). Lesmoteursdu Concorde,etparticulierement
lap ost-combustion (ourechaue)degagentune puissance unitaire d'environ240 MW (voir
annexe A). Les parties chaudes du moteur et/ou les gaz br ^ules chauds (environ 1400 K)
sont susceptibles de provo quer l'inammation du kerosene s'echappant par la fuite. Deux
exemples de cettesituation, l'un accidentel,l'autre voulu,sontdonneesa l'Annexe H.
Inammation suite a p ompage moteur (scenario3). Lors d'unp ompage moteur (des-
amorcage du compresseur), l'ecoulement dans le moteur p eut s'inverser et provo quer une
remonteede amme. Untel p ompagep eut^etred ^ua l'ingestion de debris et/oude kerosene
parle moteur.
Inammation par conduction thermique sur le train (scenario 7). Ce mecanisme
supp oseune temperaturesuÆsantedeselementsdutraind'atterrissageou desroues (disque
de frein,parexemple), p our provo querl'inammation du kerosene.
L'objectif premier de ce rapp ortest d'analyser lap ossibilite duscenario 6 o u lekerosene issu
de la fuite du reservoir aurait ete enamme par le moteur. Ce scenario necessite deux etap es :
inammation du kerosenepar lemoteur,probablement parles gaz chauds issus du moteuret/ou
les parties chaudes du moteur au voisinage des tuyeres de sortie, puis remontee de la amme
vers l'amont de l'avion p ours'accro cherdansle sillage du traind'atterrissage commesemblent le
montrerles photographies ulterieures de l'evenement (voir x 1). La p ossibilite d'un tel scenario
n'est pas en soit evidente compte tenu, notamment, de la vitesse des ecoulements en jeu. La
vitesse de l'avion est d'environ 100 m/s, soit tres au dela des vitesses que p eut soutenir une
ammeturbulente dont l'expression(1) donne un ordre de grandeur.
taires surles scenariip ossibles.
3.2 Allumage par etincelle
L'inammation paretincelle electrique estevo queeplus oumoins directement dans lesscenarii 1,
2, 4 et 5 de la table 2. Cette etincelle serait due a la rupture d'un faisceau electrique par des
debris de pneumatique. Des cables 115 V - 400 Hz destines a l'alimentation des ventilateurs de
frein traversentlepuits de trainetdescendent lelongde lajamb edetrain. Leurrupture, anotre
connaissancenonprouveelorsdel'accident,estevidemmentsusceptibledeprovo querdesetincelles
agissant comme une b ougie automobile p our enammer le melange air/kerosene.
5
Plausible, ce
scenarioest anotre sens tresp euprobablecomme lemontreladiscussion de l'annexe B:
L'allumage paretincelle d'un melangecombustible/comburant est tresdelicat. Il n'est p os-
sible que p our un melange aux prop ortions bien denies, avec des gouttelettes de kerosene
suÆsammentnes. L'etincelledoitaussiavoirunetailleadequate(l'ecartentreleselectro des
est unparametre imp ortant)etdelivrer uneenergiesuÆsante(voirx B.1).
Le kerosene est, par nature, un combustible relativement diÆcile a enammer. Il est, par
exemple, p ossible d'eteindreune allumette ou une cigarette en laplongeant dansun bac de
kerosene. De m^eme, un collegue du CNRS, etudiant les feux de napp e de kerosene, a ete
obligederecouriradesdisp ositifsd'allumagepyrotechniques. CesdiÆcultesd'inammation
ontd'ailleursconduitautiliserdesinjecteursspeciauxdanslesphasesd'allumagedesmoteurs
duConcorde (xB.2 etgure 21).
La geometriede l'avion etde sontrain d'atterrissage principal, les circuits electriques etle
pneu incrimine dans l'accident (roue No 2) rendent tres p eu probable la generation d'une
etincelle dans une zone adequateen termesde melange air / gouttelettes de kerosene (voir
x B.2).
3.3 Allumage sur pompage moteur
Un p ompagemoteur,provo queparl'ingestion de debris et/ou dekerosene ,outre un \bang"car-
acteristique,p eutprovo queruneremonteedeammevers l'amontdumoteuretledevelopp ement
d'uneammeimp ortanteal'aval. Cesammesauraientdoncpuenammerlekerosenes'echappant
du reservoir5.
Nousnesommespasspecialistesdesphenomenesdep ompagemaiscescenarionousparaitp eu
credible en raisonde lachronologie desevenements:
Lepremierp ompage,\p ompageleger"dumoteur1,estsitueauxenvironsdutemps97602.8,
soit1930mapresledebutdela piste,dalle 178.
Le second p ompage, \p ompagelourd" du moteur2 est plus tardif: temps97603.2,1970 m
apresledebutde la piste,dalle 183.
Lestracesdesuies surlapiste,residusdecombustion,commencentaladalle 168soit1850m
apresledebutde la piste.
M^emecomptetenudesincertitudes surlalo calisationprecise de l'avion,lestracesdesuies (et
donclacombustion)commencentsensiblement avantlesp ompages. Enoutre,lestemoignagesfont
5
Destestderupturedecablessontprevusau CEATdanslecadredel'enqu^ete.
expansionsoudaine(voirannexeF). Lapremiereamme,relativementlo calisee,n'aprobablement
paslaisse de traces desuies sur lapiste etetait doncallumee avant ladalle 168.
Le p ompage du moteur 1 est probablement du a l'ingestion de debris 6
: relativement loin de
lafuite, ilest p eu vraisemblable qu'il ait puingerer du combustible liquide et/ou despro duits de
combustion. Inversement,m^emesicep ompageapuengendrerune remonteedeamme,ilyap eu
de chances que celle-ci ait pu enammer un melange combustible kerosene/air, pro duit trop loin
du moteur.
Le moteur 2 aurait pu ingerer du kerosene liquide provenant de la fuite, au moins par les
prises d'air secondaires.
7
Neanmoins, son p ompage est trop tardif p our expliquer l'inammation
dukerosenes'echappantparlafuitedu reservoir. Enrevanche,ce p ompageauraiteventuellement
pucontribueralaremonteede laammeversl'amontetasonaccro chagedanslesillage du train
principal gauche(x 5).
3.4 Inammation par conduction thermique
L'inammation surletrainoules roues parconductionthermique estl'hyp otheseretenue p ourle
dernierscenarioclasse(scenario7delatable2). Cescenarioaeteetudiepuisrejettelorsdel'etude
des p ossibilites d'incendie conduite apres l'accident de 1979 a Washington (rapp ort 408.251/79,
Aerospatiale/BAE). Il nousparait egalement p eu credible car les parties les plus chaudes (roues,
disquesdefrein)nesontpasdansunezoneo uilyadeschancesdetrouverunmelangekerosene/air
dans des prop ortions combustibles (Annexe A) et sont constamment refroidies par l'ecoulement
d'air.
3.5 Inammation par les moteurs (rechaue).
LesmoteursOlympusduConcordedegagentunepuissanceunitaired'environ240MW(AnnexeA)
etconstituent donc une sourced'energiesuÆsantep ourenammerlekerosenes'echappant parla
fuite. Latemperaturedesgazbr ^ulesissusdelap ost-combustion(ourechaue),enfonctionnement
au decollage, est d'environ 1400 K (1100 Æ
C), largement suÆsante p our enammer du kerosene.
L'allumagesurlesparoisexternesde lanacelleest,apriori,imp ossible carlestemperaturesdeces
parois sont insuÆsantes (typiquement entre 50et150 Æ
C,d'apreslanote SDF/B87/K/32/0040).
Ce scenariosouleve quelques questions analysees plusloin (section 4):
Mise en contactdu melange kerosene/airavec desgazchaudsissus dumoteur.
Inammationdu melange kerosene/air.
Propagation de la amme vers l'amont de l'avion p our s'accro cher dans le sillage du train
d'atterrissage.
6
L'ingestiondecorps dursparlemoteur1aeteprouveeparlesexp ertises(voirrapp ortd'etap e,janvier 2001).
7
Lesexp ertises ontmontreque lemoteur2avaitingere des \corpsmous", cequi inclut lesmorceauxde pneu-
matique.
ClassementHypothesesPointsfavorablesPointsdefavorables 1Inammational'interieur-Accrocheamme dupuitsdetrain-Stabilite -Tempsdesejour -Melangeair/carburant -Sourced'inammation -Nebulisation -Fuiteprobabledureservoir5 danslepuitsdetrain 2Inammationpararcsurles-Vulnerabilite circuitselectriquesauniveaudutrain-Proximitedureservoir5 -Energieelectriquepresente 3Inammationconsecutiveala-DommageauxmoteursPasd'evidencedeammes ammeamontprovoqueeparunpompage-Deux\bang"entendus -EnergiesuÆsante 4Inammationprochedelafuite-StabilitePasd'evidencedeammes decarburantdesreservoirs5et/ou6-Proximite -Tempsdesejour 5Inammationpararcsurlescircuits-VulnerabiliteEndehorsduc^onedeprobabilite electriquesauniveaudeskarman-Presenced'energieelectriqued'impactdemorceauderoue importante 6Inammationparconductionthermiquesurles-Hautetemperature-Propagationdesammes moteursouparlarechaue-Nombredecasreportes -Temoignages 7Inammationsurletrainoulesrouespar-Fragmentdepneucalcine conductionthermique Tableau2:Scenariipossiblesd'evolutiondufeutelsqu'ilsonteteidentiesetclassesaprioriselonuneprobabilitedecroissanteaudebutdel'enqu^ete .Ceclassementetlespointsfavorablesetdefavorablessontceuxattribuesacemomentlaparle\groupefeu"etnecorrespondentpasnecessairemen anosanalysesactuelles.
L'objectif dece paragrapheestd'analyser en detaillesmecanismesqui ontprobablement conduit
a l'inammation du kerosenefuyantdu reservoir 5,puisa l'expansion de laamme.
4.1 Introduction
Lors de la rupture du reservoir,une tres forte quantite de kerosene a probablement ete projetee
sous l'aile de l'avion en direction du sol. Cette supp osition est confortee par les mecanismes de
rupture du reservoir (cisaillement de l'interieur vers l'exterieur du reservoir),le fort debitmoyen
de la fuite (voirx 2)et lanapp e de keroseneliquide retrouveesur la piste aux dalles 163,164 et
165 (napp e d'environ 15 m 10 m). Le cisaillement du jet de kerosene liquide s'echappant du
reservoirparunecoulementd'airexternea100m/s(vitessedel'avion)aensuiteassurelavidange
du reservoir. Dans ces conditions, des paquets de liquide se desagregent rapidement en gouttes
puis en gouttelettes p our former un brouillard (spray) de kerosene, tres vite bien melange avec
l'air ambiant. Cette situation estd'ailleurs clairement visible surles photographies priseslors de
l'accidentdeWashingtonen1979(AnnexeG). L'espacecomprisentrel'aile,lanacelledesmoteurs
et le sol etait ainsi sature d'un melange kerosene-air, avec une quantite imp ortante de kerosene
liquide ruisselant surles parois.
Le kerosene liquide ruisselant sous l'aile et le long de la paroi de la nacelle cote cellule et le
melange kerosene/airrencontrentles gazbr ^ulesissusdes moteursen avaldestuyeres. Cettemise
en contact est similaire a la conguration dite de la \amme-pilote" etudiee par P. Moreau a
l'ONERA (voirAnnexe C)etp eutprovo querl'inammation dukerosenes'echappantdureservoir
auvoisinagedestuyeres. Sicemecanismeestplausible,iln'estprobablementpasleplusfavorable.
En eet, les gaz chauds sortant de larechaue sont \isoles" par de l'air froid arrivant le long du
moteur et destine a favoriser la tenue des materiaux. La mise en contact gaz br ^ules chauds -
melange froid kerosene/air n'est donc certainement pas optimale, surtout vu les vitesses elevees
desecoulements (gazbrulesa environ600m/s;melange kerosene/aira100m/s). Il esttoutefois
vrai que l'angle des paupieres (tuyeres secondaires orientables) au decollage (voir gure 5) p eut
favoriserlamiseencontactdukeroseneetdesgazbr ^ulesprovenantdumoteur. L'absencedeparoi
en aval des paupieres, p our creer des zones de faibles vitesses, rend la propagationde la amme
vers l'amonttresdiÆcile voireimp ossible pardesmecanismes dedeagration, ce quin'exclut pas
completement les p ossibilites de remontee par detonation, m^eme si ce scenario nous semble p eu
vraisemblable.
8
4.2 Ingestion de kerosene par l'ensemble nacelle-moteuret inammation
L'hyp othese la plus vraisemblable est, p our nous, l'ingestion de kerosene par l'ensemble nacelle-
moteurpuis soninammationau contactdesgazsortantdelarechaue auvoisinage delatuyere
primaire. Cetteingestion p eutse fairepar plusieurs orices :
8
La propagation d'une amme dans les conditions normales corresp ond a un regime dit de deagration: la
vitesse caracteristique dela ammereste faible, typiquement quelques metres par seconde p our les combustibles
usuels. Dans certainesconditions, une transition versla detonationp eut sepro duire. La ammesepropage alors
a vitesse sup ersonique et accompagne une onde decho c corresp ondant a un saut depression qui p eut atteindre
plusieurs dizaines debars ets'avererextremement destructif(ladestruction d'unimmeublepar uneexplosion due
au gaz est en fait une detonation). Peu probable, la transition vers la detonation est relativement mal connue
p our lesbrouillard s degouttesdekerosene etdep end fortement des caracteristiques decesbrouilla rds. Enoutre,
une propagation detonante aurait certainement o ccasionne des dommages structuraux supplementair es a l'avion
conduisant aretrouverplusd'elementsmateriels surlapiste.
Entrée Air secondaire
Entrée Air dilution Entrée air
principal
Tuyère primaire
Paupière Air
Air
Figure 5: Implantationdumoteur Olympusdanslanacelledu Concorde. Lesalimentationsd'airet des
paupieres sonticidanslacongurationaumomentdudecollage.
par les prises d'air secondaire du moteur, situees sous la nacelle moteur. Ces prises d'air,
schematiseessurlagure5 sontouvertesau decollageetclairement visibles surlaphotogra-
phiede lagure 3.
parla prise d'air de laclimatisation. Cetteprise d'air estsituee sur lanacelle moteur,c^ote
cellule de l'avion,au voisinage du raccordavec l'aile. Elle estvisible surla photographie40
de l'Annexe D.3.
Au decollage les entrees d'air secondaires des reacteurs, situees sous la nacelle, sont grandes
ouvertes (Fig.5). La premiere entree app orte un complement d'air au systeme propulsif et sert
notamment a prevenir un p ompage du moteur lorsque l'avion se cabre. La seconde trapp e, plus
en aval, assure un ecoulement d'air longeant les parties chaudes de larechaue (refroidissement)
qui deb ouchep eu avant lespaupieres, lelongde latuyereprimaire. Cetecoulement a unevitesse
faible, de l'ordre de 20 m/s, et une temperature mo deree comparee a celle des gaz de rechaue,
qui eux ont une temperature de l'ordre de 1400 K. L'ecoulement provenant de cette deuxieme
trapp eapp orteunsurplusd'airalarechaue,p our^etreensuitemelangeal'ecoulementprovenant
de l'entrainement d'airentre l'arrierecorps du moteuretles paupieres dont l'angle est de 25 o
au
decollage (voirFig. 5).
Latrapp esituee surleanc interieurdelanacelleestaussiouverte lorsdudecollage. Elle sert
aaspirerl'airderefroidissement del'echangeurdelaclimatisation delacabine. Apreslatraversee
desechangeurs,cetairestreinjectesurlapartiesuperieuredusystemedepropulsion, al'interieur
de lanacelle (Fig.6).
Apresrupture du reservoir, toutes ces prises d'air ont tres certainement absorbe de grandes
quantitesde kerosene. La prise d'airduclimatiseur estclairement laplusexp osee: elle estsituee
sur la face interieure de la nacelle (i.e. c^ote cellule), au voisinage de sajonction avec l'aile, a un
endroit o u b eaucoup de kerosene estsusceptible d'avoir ruissele. Les autresprises d'air sont plus
grandesmais, situeessurla faceinferieure de lanacelle, sontmoins exp osees.
L'ecoulement de combustible penetrant dans la nacelle, qu'il soit issu de la deuxieme trapp e
situeesouslacarenemoteurou dusystemede climatisation,a pus'enammersoitaucontact des
paroischaudesdumoteur,soitlorsqu'ilarriveaucontactdesgazissusdelarechaueauniveaude
latuyereprimairedumoteur. Danscetteregion,denombreuxobstacles,essentiellementconstitues
par le systemehydraulique de manuvre de la tuyere,p ermettent ledevelopp ement de zones de
recirculation et assurent l'accro chage de la amme(Fig. 7). Cette analyse est conrmee par une
Kérosène + Air
Kérosène + Air
Allumage
Figure 6: Schemades prises d'airde laclimatisationauniveau moteur. Un melangekerosene-air ingere
auniveau delatrapp e cote interne delanacelle sera,apres traversee desechangeurs, injecte surlapartie
superieure dusystemepropulsif.
Allumage sur les parois chaudes
Accrochage possible d’une flamme sur les systèmes hydrauliques
Produits de combustion
Produits de combustion Gaz Réchauffe
~ 1400 K
Figure 7: Schema delapartie arriere dumoteur(les paupieres sonticien p ositionvol). Apres allumage
surlesparoischaudes,unezonedecombustiontrouveradenombreuxp ointsd'accro chagessurlessystemes
hydrauliques.
conduite apres l'accident de Washington en 1979 (Note Aerospatiale-BAE No408.251/79 et son
annexe 9,\Evaluation du risqueincendie" SDF/B87/K/32/0040):
\Below 0.26M/220 knots there would be a real risk of fuel being sucked into a 4 inch by 6
inch inlet on the side of the nacelle which admits cooling air to the air conditioning system heat
exchanger located in the engine bay. After passing through the heat exchanger it would exhaust
onto the jet pipe. There is, therefore, a possibility of ignition and a re within the ducting and
betweenthe jetpipeandheatshield. Therewould notpropagate forward sincethe heatexchanger
matrix would bea ame trap and would bea contained situation."
Cetteetude montredonc clairement les risquesd'inammationde keroseneingerepar laprise
d'airderefroidissement del'echangeurdelaclimatisation. Lesrisquessontevidemmentlesm^emes
p our du kerosene ingere par la seconde prise d'air secondaire sous la nacelle (Fig. 8). En re-
vanche, l'etude souligne qu'une amme allumee dansces conditions est incapable de se propager
vers l'amont. En eet, m^eme si la amme est susceptible de trouver des vitesses d'ecoulement
suÆsamment faiblesp our progresser,elle ne p euten aucun cas traverserl'echangeur : ses mailles
sont tropnes p ourp ermettrelepassaged'une amme(notionde \distance decoincement", voir
parexemple De So ete1976).
Kerosène + Air
Kerosène + Air V ~ 20 m /s
Allumage Kerosène + Air
Figure 8: Schemadel'Olympusavecsesentrees d'airsecondaires. Unmelangekerosene-air ingere parla
seconde trapp e estconvecte verslespartieschaudesdumoteurp oureventuellements'auto-inammer.
L'inammationdukeroseneest donc parfaitement p ossible a l'interieurdelanacelle, auvoisi-
nage de la tuyere primaire du moteur 2. Cette inammation conduit alors a l'existence d'une
amme accro chee derriere le moteur mais dierente de la amme de rechaue observee en fonc-
tionnement normal. Cette amme estalimentee parlecombustible ingerepar l'ensemble nacelle-
moteur etp eut br ^uler une partie du melange kerosene/airqui s'ecoule sous l'aile et lelong de la
nacelle. L'ecoulement des gaz en amont des paupieres est alors sensiblement mo die. En eet,
comme l'illustre la gure 9, le jetfroid entourant le jetde rechaue au niveau de l'arriere corps
a disparu et n'assure plus son r^ole de b ouclier thermique. En particulier, le kerosene s'ecoulant
a l'exterieurde la nacelleet deb ouchantentre l'arrierecorps etlapaupiere rencontremaintenant
directement despro duits de combustion. L'inammation du keroseneen ecoulement lelong de la
nacelle etdansles coucheslimites turbulentes est alorsinevitable (Fig.10).
Cette analyse corresp ond clairement a la premiere etap e de l'inammation decrite par deux
p ompiers temoins des evenements (Annexes F.3.1 et F.3.3) et a ce que decrit le commandant
Kérosène + Air Air
Air
Air
Produits de combustion
moteur Produits de combustion
moteur
Produits de combustion
Produits de combustion (a)
(b)
Kérosène + Air Air
Figure 9: Schema de l'arriere corps. (a) Fonctionnement normal au decollage : l'air moteur est utilise
p our canaliserlejetde larechaue. (b)Dansle casd'unfeu al'interieurde lanacelle, l'ecoulementd'air
entourantlejetderechaue estremplace parunecoulementdegazbr ^ules quivaentrerencontactavecle
kerosene ruisselantlelongdelanacelle.
Produits de combustion
Kérosène + Air Allumage du spray externe
BBBBB BBBBB BBBBB BBBBB BBBBB BBBBB BBBBBBB BBBBBBB BBBBBBB BBBBBBB BBBBBBB BBBBBBB BBBBBBB BBBBBBB
Paupière Gaz de réchauffe
Ecoulement externe
@@@@@@@@@@@@@@@@@
@@@@@@@@@@@@@@@@@
@@@@@@@@@@@@@@@@@
Figure 10: L'ecoulementd'airautour desgazderechaue est remplace parunecoulementdegazbr ^ules
aucontactduquellesprayruisselantsurlanacellevas'enammer.
de b ord d'un appareil en attentede decollage (Annexe F.3.4).
9
Il s'agit maintenant d'expliquer
commentlaammea puremonter versl'avantde l'avionp our venirs'accro cherdanslesillage du
traind'atterrissagecomme lemontre les photographiesulterieures del'evenement(x1).
4.3 Remontee de la amme vers l'avant de l'avion
4.3.1 Intro duction
Une fois acquise la p ossible inammation, au voisinage de la tuyere primaire du moteur 2, du
kerosenes'echappant parlafuite du reservoir5, ilfaut analyserles p ossibilites de remontee de la
ammeversl'amont. Plusieurs mecanismesderemonteede ammesonta priorip ossibles :
A l'exterieurde la nacelle, le longde lanacelleet sousl'aile de l'avion.
A l'interieurde la nacelle,entreles paroisdelanacelleetlemoteur. Cetteremonteeest
imp ossible par le circuit de climatisation car l'echangeur emp^eche le passage de la amme
(voirx 4.2). Elle est, enrevanche,p ossible en direction de laseconde prise d'airsecondaire,
comme lemontre lagure11.
Pompage moteur. Un p ompage moteur p eut o ccasionner une inversion de l'ecoulement
a l'interieur du moteur et provo quer une remontee de la amme a travers le compresseur
(phenomene ditde \amme-amont").
Cesexplications sont toutes trois plausibles et aucune ne p eut ^etre completement exclue. La
propagation a l'exterieur de la nacelle, dans les couches limites, nous semble toutefois la plus
probable. Examinonsmaintenantsuccessivement chacunede ces hyp otheses.
4.3.2 Remontee de amme le long de la face externe de la nacelle
Apremierevue,unetelleremonteeestimp ossible : lavitessedepropagationd'uneammeturbu-
lente p eut diÆcilement exceder quelques metrespar seconde alors que l'ecoulement sous l'aile de
l'avion esta environ100m/s.
9
Contrairement auxp ompiers, nous n'avonspasinterroge p ersonnellement ce commandant deb ord etnous ne
luiavonsdoncpasfaitpreciserlalo calisationexactedelapremiereinammationdontiltemoigne.
Kérosène + Air
Propagation de la combustion
Allumage
Figure 11: Allumagedu spray ruisselant sur lanacelle parremontee deamme dans l'ecoulementd'air
internemoteur.
Cetteanalyse estb eaucoup trop simpliste car lapropagationd'uneammeest unphenomene
lo caletinstantane: ilsuÆtquelo calementlaammerencontreauninstant donneunecoulement
a vitesse suÆsamment faible. Des experiences recentes (voir Annexe E)montrent qu'une amme
est capable de se propager de pro che en pro che dans deszones qui ont, a cet instant, desfaibles
vitesses. Uneammeestalorscapabledesoutenirdesvitessesmoyenneslargementsuperieuresasa
vitessedepropagation. Enfait,lavitessemoyenne,etplusgeneralementlesgrandeursstatistiques,
d'un ecoulement ne sont pas representative de sa structure lo cale instantanee, seule signicative
en termede propagationde amme.
10
Dans lecas du Concorde,la geometrieest compliquee (Annexe D) : coucheslimites (et donc
zonesa faiblesvitesseso ul'ecoulementesttresp erturbe)sous l'aileetlelongdelanacelle, \coin"
nacelle/aile, presence delajamb ede trainetdescontreches, generatricesde sillages imp ortants,
combustible ruisselant sur les parois, aile et nacelle,... Dans cette situation, une amme p eut
trouverlo calement et instantanement des zones a vitesses suÆsamment faibles p our se propager
versl'amontjusquedanslesillage dutraind'atterrissage,sanscompterqu'elle p erturb eelle m^eme
l'ecoulement. En revanche, la amme ne p ourra pas depasser le train. En amont de celui-ci,
l'ecoulement est nettement moins p erturbe (absence de sillage, couches limites reduites), sans
oublier que la fuite de combustible ne se situe que 25 cm en amont du puits de train et que les
contrechesde celui-ci contribuent certainement al'homogeneisationdu melangekerosene/air.
Pournous, comme lediscute l'Annexe D,la remonteed'une ammelelong de lanacelle dans
les couches limites et dans le sillage du train est clairement p ossible. Cette analyse corresp ond
aussi au temoignage d'un des p ompiers interroges (Annexe F.3.3) qui decrit la amme comme
aspiree vers l'avant de l'avion. Elle est aussi compatible avec le developp ement en deux temps
decrits parles autrestemoins(Annexe F).
10
Cephenomenerendd'ailleursimp ossibleunesimulationnumeriqueabledelaremonteedelaammedanslecas
del'accidentduConcordequinep eut^etredecriteentermedegrandeursstatistiques. Enfait,unetellepropagation
estchaotique : il suÆtqu'aunseulinstant la vitesseaitetesuÆsamment faible p ourp ermettre la remontee dela
amme. Deplus, les mo deles utilises p ourdecrirela combustion turbulentesont actuellement tropgrossiers p our
prediredemaniereableles phenomenesdestabilisation deammesdansunegeometrieaussicomplexe.
La remontee de la amme a l'interieurde la nacelle entre les parois de celle-ci et lemoteur (Fig.
11) est probablement plus facile qu'a l'exterieur : vitesses plus faibles des ecoulements (environ
20m/s),obstaclesdivers,... Danscettesituation,laammearriveraitauniveaudelaseconde prise
d'air secondaire sous lanacelle, au voisinage de la zonede recirculation qui se developp e derriere
lajamb ede train.
Enrevanche,iln'estpasclairquecetteammepuisse sortirde lanacelleau niveau de laprise
d'air(vitesse del'air de l'ordrede 20m/s,coucheslimites quasi-inexistantesa cetendroit,...), ni
que le ruissellement de kerosene a ce niveau ait pu ^etre suÆsant. Remarquons toutefoisqu'une
amme sortant par la prise d'air secondaire corresp ondrait au temoignage d'un des p ompiers
(Annexe F.3.2). Il est neanmoins le seul temoin a decrire cette situation eta plusprobablement
vulaamme alorsqu'elle etait entrainde remonter versl'amont de l'avion (voir Annexe F.4).
4.3.4 Remontee de la amme sur p ompage moteur
La premiereamme,accro cheeauxtuyeres,n'aprobablement paslaissee detraces desuies sur la
piste etcelles-ci corresp ondent plusvraisemblablement audevelopp ement de laammestabilisee.
La remonteeaurait alorscommence avant les p ompagesmaisp ourrait nes'^etreachevee qu'apres.
Remarquons qu'a l'inverse, le p ompage du moteur 2 aurait pu ^etre provo que parl'aspiration de
gazbr ^ulesprovenant de laammesedeveloppant danslesillage du train.
L'objectifesticideresumernosconclusionsen prop osantlescenarioquinoussembleleplusprob-
able p our expliquer l'inammation du kerosene et la stabilisation de la amme lorsde l'accident
de Gonesse. Ce scenarioest construita partir desanalyses eectueesprecedemment et utilise les
discussions conduites en annexe.
5.1 Scenario de l'inammation
Les temoignages decrivent precisement une inammation en deux temps de l'avion : premiere
amme au voisinage des tuyeres des moteurs gauches puis expansion (Annexe F). Par ailleurs,
l'inammation paretincelle suitealaruptured'uncableelectrique,siellen'estpascompletement
imp ossible, nousparaittresimprobable(AnnexeB). L'allumagedirectdukeroseneliquide ruisse-
lantlelongdelanacelleetsousl'aileaucontactdesgazchaudsissusdumoteuresttheoriquement
p ossible mais cette situation semble p eu favorable (vitesses d'ejection des gaz, gaine d'air frais
protegeantlasortie dumoteur,absence de paroisetdezones avitesselente enavaldespaupieres
p our p ermettre la remontee ulterieure de la amme,...). Le scenario le plus vraisemblable nous
para^talors^etre:
1. Ingestion de kerosene par les entrees d'air secondaires ou, plus probablement, par la prise
d'airdu climatiseur (x4.2).
2. Allumagesurlespartieschaudesdumoteuret/oulesgazissusdelarechaueauvoisinagede
latuyereprimairedumoteur. Laconsequencedirectede lapresenced'uneammeetde gaz
br ^ulesdanscettepartiedumoteurestlasuppressionduconnementdujetderechaueetde
la protection thermique des parois normalement assuree par l'ecoulement d'air qui entoure
lemoteur (x4.2).
3. Inammation au niveau despaupieres du kerosene s'ecoulant a l'exterieurde lanacelle, au
contact de laamme-piloteaccro chee au voisinage de latuyereprimaire du moteur.
4. Remonteede la amme vers letrainprincipal gauche,jouantle r^oled'accro che-amme par
lescouches limitesetlesillage dutrain, lelongde laparoiexternede lanacelleetsousl'aile
(x4.3).
Cescenarionoussembleaujourd'huile pluscredible, tant auvudes temoignages(Annexe F),
que des elements materiels reunis et de nos connaissances en combustion. Il n'exclut neanmoins
pascompletement quelques variantes etlaisse quelques interrogations resumeesici.
Deux autresscenariosp euvent ^etreevo quesp our expliquer laremonteede laamme,comme
nous l'avons deja signale. La amme p eut se propagerentre moteur et nacelle puis sortir par la
seconde prise d'airsous lanacelle(gure 11). Possible,cemecanismesemblep eufavorable(sortie
au niveau de la prise d'air dansune ambiance o u laquantitede kerosene n'estprobablement pas
maximale, voirx 4.3). La amme aurait aussipu remonter suite a undes p ompagesmoteur. Au
contraire,lep ompage dumoteur2p ourrait^etred ^ua laremonteede laammeeta l'ingestion de
gazbr ^ulespar lemoteurpar lesentreesd'air secondaires.
Un autre p oint concerne l'explosion de la dalle 181. Cette dalle presente apparemment les
traces d'une explosion : traces de suies qui semblent montrerun violent ecoulement en direction
du sol, arrachage d'un element de beton a la piste (photographie 12). Cette explosion p ourrait
s'expliquer parlaremontee de lazonede combustion.
avecarrachementd'unmorceaudebeton(10cmdelarge,25a30cmde long,1cmd'epaisseur).
Ladetonation(combustionenregimesup ersonique avecformationd'ondesdecho c)estconnue
p our ^etre tres diÆcile avec les melanges kerosene / air. Neanmoins, l'inammation brutale d'un
premelangequasi-stchiometrique dansunmilieu (relativement)connep eutconduire aune sur-
pression non negligeable, eventuellement destructrice, et ce, m^eme en regime dit de deagration
(propagation subsonique d'uneamme). Cettesituation auraitpu sepro duire soitdansles zones
de recirculation en aval du train, soitplus probablement dansle puits de logement du train, lors
de la remontee de la amme. La zone de recirculation turbulente apparaissant dans ce typ e de
cavitea pu conduire au remplissagedu puits de traind'unmelange kerosene /air.
Lacombustiond'un premelangeair / kerosenedans unpuits de train d'environ 210:5m
avecunevitessedeammeturbulentedel'ordredeS
T
=5a10m=sp eut^etrerealiseeenuntemps
de l'ordre d'undixieme de seconde (corresp ondant au temps de parcours d'une dalle par l'avion)
et induire une surpression lo cale. Suivant la p osition des elements mecaniques, hydrauliques et
electriques autourdu puits de train, cettesurpression a pu engendrer quelques degats: degatsa
l'interieur du puits de logement du train, deterioration de la piste... En admettant que le puits
aitentierementeterempli d'unmelangestchiometrique kerosene/airapression atmospherique,
cas le plus defavorable, elle aurait contenue 1000=22:4 45moles d'air (le volume de kerosene,
supp osesousformeliquide, estnegligeable),soit0.5molesou 84gdekerosenedontlacombustion
auraitliberee une energie de3.5 MJ (ou,en 0.1s, une puissance cr^etede35MW).
Cette \explosion" p ourrait aussi ^etre la consequence d'un p ompage moteur (remontee de
ammeversl'amont,reinammationbrutaledanslereacteur,...),le\bang"sonorecaracteristique
du p ompageetmentionne parles temoinscorresp ondant a une surpression.
Leselements concernant l'explosion observee a la dalle 181 restent toutefois assez ous. Ces
commentairesdoivent donc ^etrepris avec b eaucoup de reserve.
5.2 Enchainement et localisation des evenements
Apres avoir analyse le scenario probable de l'inammation du kerosene s'echappant du reservoir
numero5,ils'agitmaintenant detenterdedater lasuccession desevenementsauvudeselements
trouvessurlapiste etdesenregistrementsdisp onibles.
Lapremiereamme,accro cheeal'arrieredesmoteursetsignalee parles temoins(voirAnnexe
F),s'estprobablementallumeetresrapidementapresledebutdelafuite(environquelquesdixiemes
de seconde apres, tempsnecessaireau transp ortdu kerosene vers la tuyereprimaire du moteur).
97601.5),l'apparition de cettep etite ammese situe probablement lorsque les paupieres sont au
niveau de lanapp e de keroseneimbr ^ule observee surla piste (dalles 163a 165).
11
La quantitede
keroseneliquideretrouvelaissesupp oserquel'espaceentresoletaileduConcordeetaitremplid'un
brouillard dekerosene. Cetteammen'estprobablementpasencore assezetenduep ourlaisserdes
traces desuies sur lapiste etenammerle kerosene repandu.
Il est plus diÆcile de dater la remontee et l'accro chage de la amme dans le sillage du train
d'atterrissage gauche. En eet, rien ne p ermet d'aÆrmer que cette remonteeetaitachevee avant
lalevee de laroueavant ou m^emeledecollage. Lesphotographies disp onibles (voir,parexemple,
lesphotographies 2ou 14)qui montrentclairement lastabilisation delaammedanslesillage du
trainonteteprises alorsquel'avion etaitdejaen vol.
La premiere amme stabilisee au voisinage des tuyeres joue le r^ole de amme pilote (voir
x 1.1). La amme prend alors de l'expansion et s'etend vers l'amont et vers l'aval en br ^ulant le
kerosenes'ecoulantsousl'ailedel'avion. L'expansionversl'avalp eut^etretresrapideetcorresp ond
probablementauxpremierestracesdesuiessurlapiste.
12
Aucontraire,lacombustionversl'amont
estpluslenteetlaisseautroisiemep ompierletempsdevoiruneammecommeaspireeversl'avant
de l'avion (AnnexeF.3.3).
Troisevenementsparticuliersp euventcorresp ondrental'accro chagedelaammedanslesillage
du traind'atterrisage : l'explosion de la dalle 181, le p ompage lourd du moteur 2 et la levee de
la roueavant. Explosion etp ompage sontrelativement voisins en temps,soitenviron 1.5 s apres
l'inammation supp osee. Ce temps corresp ondrait a une remontee plut^ot rapide de la amme
mais p ossible. La levee de la roue avant et le cabrage de l'avion sont sensiblement plus tardifs
(environ3secondes apresl'allumage supp ose),ce quilaisse letempsa laammede remontervers
le train, surtout que l'ecoulement sous l'avion est mo die a ce moment la (x 6.1). Signalons que
l'undestemoins(troisiemep ompier,AnnexeF.3.3)decritlaremonteedelaammecommes'etant
pro duite apreslaleveede laroue avant.
11
Ilfautnoterquelesquatrestemoinsquiontvul'avionquasimentparsontraversaumomentdel'inammation,
troisp ompiersenserviceaup ostedesecoursSISS2etuncommandantdeb ordenattentededecollagesurlabretelle
E5,situent cetteinammation b eaucoupplust^ot(voirAnnexeF). Pourlesp ompiers, elle s'estpro duite p euapres
letraversdelabretelleS5 tandisquelecommandant lalo calise aplusoumoins100mdela bretelleW7.
12
Remarquons que cestraces ont pu^etrelaissees par l'extremite de la amme qui p eut dejasesituer quelques
dizainesdemetres derrierel'avion.
Les remarques presentees ici visent a completer le scenario precedent (x 5), notamment sur les
consequences de lapresence delaamme accro chee sousl'avion.
6.1 Traces de suies sur la piste
Les tracesde suies retrouveessur lapiste 26Rpresentent une discontinuite : traces continues de
la dalle 169a la dalle 226,traces discontinues ensuite, traces intenses au voisinage de labretelle
S4 etenn herb e br ^ulee avec fortestraces desuies aub ord de lapiste apresladalle 307. Comme
nous l'avons deja dit, l'apparition des suies (dalle 169) corresp ond probablement au moment o u
laammeprendde l'ampleur. Eneet, lap etite amme\chalumeau" initialement decriteparles
temoinsn'apropablement paslaissee de tracessur lapiste, fauted'uneampleur suÆsante.
La disparition des suies a la dalle 226 est probablement liee au fort cabrage de l'avion avant
le decollage. Dansces conditions, l'ecoulement sous l'aile estfortement mo die : plus d'air passe
sousl'avion etestaccelereparleconvergentquerepesentel'avionparrapp ortalapiste (Fig. 13).
Onp eut alorsp enser que lacombustions'eectuedans desmeilleures conditions, conduisant a la
formationde b eaucoup moinsde suies.
Ecoulement
Ecoulement
(a)
(b)
Figure 13: Schematisationde lamo dicationdel'ecoulementsous l'avionlors ducabrage. (a) avion au
roulage; (b)avioncabre. Cette mo dicationp eut expliquer ladisparitiondessuiesobservees surlapiste
versladalle226.
Une fois quel'avion a decolle,apresla dalle 306,l'ecoulement est encore une fois mo die. De
nouveau,moinsd'airalimente laammeetlacombustionp eutredevenir incompletedonnant lieu
a laformationde b eaucoup de suies (Photographie14).
Ces explications sont parfaitement plausibles. Neanmoins, il ne faut pas p erdre de vue que
d'autressont p ossibles. En eet, la combustion est dans ces conditions fortementinstationnaire.
Le debitdefuitede keroseneaaussipu varierau coursdutemps,notammentavecl'assietteetles
accelerationsdel'avion.
6.2 Degats structuraux dus a la amme
Comme mentionne a la section 2, la amme accro chee sous l'avion degageait une puissance de
l'ordrede2GW,dont10a20%l'etaitauvoisinageimmediatdel'aile,delacelluleetdelanacelle
alaformationde b eaucoupde suies(particules de carb oneimbr ^ulees)d'o usa couleur jaune. Le panache
desuiesnoiresest particulierementvisiblederrierelaamme. Photographiepriseparuntouristejap onais
depuisunavionenattente detraversee delapiste26R.
gauche. Un tel degagement a pu o ccasionner des degatsstructuraux non negligeable (fusion des
panneaux de l'aile et/ou de la nacelle) et chauer les reservoirs2 et 6. D'apres les cadrans des
jauges retrouvesa Gonesse, lereservoir 2p ourrait^etrevide au momentde l'impact alorsque son
symetrique, cote droitde l'appareil, etait pratiquement plein. L'app ort eventuel du combustible
du reservoir2 aurait puse traduire parune mo dication de laamme,variable selon laduree de
cetapp ort,instantaneeou non.
6.3 Ingestion de gaz br^ules par le moteur
L'ingestion de gaz br ^ules provenant de la amme accro chee sous l'aile par les prises d'air des
moteurs gauches a deja ete evo quee. Outre la discussion deja conduite (x 5), l'ingestion de gaz
br ^ulesp ourrait^etre lacausedu p ompagelourd dumoteur 1entreles instants97612.1et97613.1.
A ce moment, l'avion quitte le sol, ce qui entraine une mo dication de l'ecoulement autour de
celui-ci et a pu favoriser une telle ingestion. Les traces de suies retrouvees sur la piste semblent
d'ailleurs montrerunemo dication de lacombustion (voir ci-dessus).
6.4 Et si...
L'objectif estici d'envisager, d'unp oint de vuepurement combustion, deuxevenementsp ossibles
quiauraientpusepro duirelorsdel'accidentdeGonesse: larentreedutraind'atterrissageprincipal
gauche et un arr^et de l'avion sur la piste au lieu de decoller. Ces analyses sont evidemment
purement speculatives mais montrent que ces alternatives n'auraient probablement pas change
grandchose.
6.4.1 Rentree du train d'atterrissage
Commenous l'avonsdit ala section1.2 de ce rapp ort, laammeturbulente accro chee sous l'aile
du Concorde lors de l'accident de Gonesse etait stabilisee par le sillage du train d'atterrissage
l'appareiln'a,deplus,etep ossible qu'enraisondesp erturbationsaero dynamiquesengendreespar
le train (x 4.3). Si le train avait pu^etre rentre, laamme aurait probablement ete souee p our
venir sestabiliser auvoisinagede lasortie desreacteurs.
13
Des que la amme est souee, les mecanismes ayant conduit a son allumage (ingestion de
keroseneparlatrapp educlimatiseuret/oulesprisesd'airsecondairesdumoteur,miseencontact
de ce keroseneavec les parties chaudes du moteur,...) reapparaissent. Dans ce cas, une amme
entretenue aurait probablement subsiste a l'interieur de lanacelle, au voisinage de la tuyere pri-
maire du moteur. Cette amme ne p ourrait alors plus remonter le long de la nacelle (absence
du sillage du train) mais contribuerait a l'accro chage d'une amme principale au voisinage des
paupieres,se developpant vers l'arrierede l'avion.
6.4.2 Arr^etde l'avion avant decollage
Lors de l'accident de Gonesse, l'avion a decolle avec les consequences que l'on connait. Une
alternative etait que le pilote decide d'interrompre le decollage et de tenter d'arreter l'appareil
sur la piste. Il ne nous appartient pas de juger de la faisabilite et de l'opp ortunite d'une telle
tentative,enadmettant quelepiloteaitpu avoirleselementsd'informationsp ouvant lep oussera
une telle decision. Neanmoins,toujours d'un p oint de vue \combustion" nous p ouvonsexaminer
les consequences previsibles de l'arr^et de l'appareil, en supp osant qu'il f ^ut p ossible sans degats
annexes (sortiedepiste, etc...).
En admettantque l'avion ait pu s'arr^eteret comptetenu du debit de la fuite de kerosene,de
l'ordre de 50 a 100 kg/s (voir x 2), il auraitete immediatement entoure d'une mare de kerosene
en feu (il restaitencore environ 2 tonnes de kerosenedans lereservoirN o
5 a Gonesse, probable-
ment plus en cas d'arr^et sur la piste). Le feu serait en outre remonte vers le reservoir et aurait
eventuellement pudeclencheruneexplosion. Il nefautpasnonplusoublierquelefeu auraitaussi
provo que des dommages aux autres reservoirs dont la plupart sont encore pleins a ce moment
la. M^eme en l'absence d'explosion etmalgreleur indeniable rapidite d'intervention,les p ompiers
se seraient retrouves en face d'un gigantesque brasier probablement tres diÆcile et tres long a
ma^triser, laissant tresp eude chances auxpassagerseta l'equipagede l'avion.
13
Cetteremarqueneconsidereevidemmentqu'unp ointdevue\combustion." Vulasituationdel'avion,larentree
dutrainendommagen'etaitpassouhaitable (risquedenep ouvoirleressortiroudecreerunecombustionresiduelle
depneus danslepuitsdetrain,...).
