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Foudre et éclairs

Les orages font partie des phénomènes météorologiques jugés comme les plus fascinants et intenses qui se produisent sur terre, surtout aux yeux des navigateurs. Depuis que l’être humain est doué de mémoire, apercevoir un orage à l’horizon a toujours été une menace à prendre en compte. Ce phénomène se caractérise par la rencontre de deux ou plusieurs masses d’air de différentes températures qui conduit à une perturbation de l’atmosphère et provoque l’apparition de vents violents, de pluies, de coups de foudre, de coups de tonnerre, d’éclairs, voire de chutes de neige. Ce n’est bien évidemment pas la situation idéale pour voyager, mais le choix n’est pas toujours possible et le pilote est contraint de traverser ces phénomènes.

Chaque jour, plusieurs avions sont frappés par la foudre en plein vol, mais ce phénomène ne porte aucunement atteinte à la sécurité et perturbe à peine le déroulement normal du trajet.

Parmi tous les effets d’un orage, l’un des plus redoutés reste la foudre. Une puissante décharge naturelle d’électricité statique qui produit une impulsion électromagnétique capable de créer une puissance instantanée d’un gigawatt, soit un milliard de watts.

Bien que les moyens de prévision météorologique soient aujourd’hui très avancés, il est bien entendu impossible de prévoir la façon dont la foudre va frapper et de localiser son point d’impact avec précision. Dans le contexte aéronautique, les avions peuvent attirer la foudre, tout particulièrement lors du décollage et lorsqu’ils traversent des zones d’activité orageuse. En moyenne, un avion est frappé par la foudre une fois par an. L’impact se produit en une fraction de seconde et le passager n’observe probablement rien d’autre qu’un scintillement lumineux à l’extérieur de l’aéronef.

Alors comment est-il possible d’en sortir indemne ?

Le phénomène physique connu sous le nom de cage de Faraday fait ici toute la différence. Grâce à lui, la somme entre le champ électrique et le champ magnétique à l’intérieur de l’avion est nulle lorsque l’engin est frappé par la foudre. Le fonctionnement de la cage de Faraday repose sur les propriétés d’un conducteur en équilibre électrostatique. Lorsque la cage métallique (l’avion) se trouve en présence d’un champ électrique externe (la foudre), les électrons, libres dans un métal, se déplacent dans le sens inverse du champ électrique, ce qui les amène à se positionner sur l’un des côtés de la cage. Une charge négative se crée alors en abondance à cet endroit et, inversement, le côté opposé se retrouve sans électrons, recouvert d’une forte charge positive. Cette manifestation est connue sous le nom de polarisation d’un conducteur électrique (pôle négatif et pôle positif) et a pour effet de créer un champ magnétique de grandeur équivalente à celle du champ électrique qui en est à l’origine, mais dans le sens inverse. C’est ainsi que les forces des deux champs se compensent et s’annulent. Il importe également de souligner que le transport de courant a lieu sur la partie extérieure de la cage à condition que celle-ci soit fermée, comme dans le cas d’un avion ou d’une voiture.

Ce phénomène est également utilisé pour protéger les équipements électroniques sensibles aux perturbations radioélectriques ou interférences radio (RFI), mais aussi pour enfermer des dispositifs qui produisent ces RFI, en évitant que leurs ondes radio n’interfèrent avec d’autres appareils voisins.

En décembre 1963, un événement marque un tournant dans la protection des avions contre la foudre : le crash mortel du vol 214 de la Pan Am. Un Boeing 707 en provenance de San Juan, Porto Rico, et volant à destination de Baltimore, Maryland, est frappé en plein vol par la foudre près d’Elkton, Maryland. Les vapeurs du réservoir de carburant s’enflamment et provoquent une explosion sur l’une des ailes. À 20 h 59, l’avion s’écrase à Elkton, au milieu de champs de maïs. Tous les passagers et membres d’équipage sont tués.

Après l’accident, en 1967, la Federal Aviation Administration (FAA) des États-Unis met à jour les normes de sécurité des réservoirs de carburant pour prévenir toute inflammation provoquée par un impact de foudre. En 1970, de nouvelles mesures de prévention sont imposées pour d’autres composants de l’avion. Cet accident sensibilise le monde de l’aéronautique sur la sécurité des avions face à la foudre. Dès lors, la FAA ainsi que les différents organismes internationaux concernés par la sécurité des avions n’ont cessé de mettre constamment à jour des mesures de prévention dans ce domaine.

Nous savons aujourd’hui qu’un avion se comporte comme un conducteur en raison du fait qu’il est composé de métal. Mais ce constant peut en principe représenter un grand inconvénient pour les aéronefs conçus à partir de matériaux de nouvelle génération. Tel est le cas du Boeing 787 Dreamliner ou de l’Airbus A350 XWB, tous deux fabriqués avec une grande quantité de matériaux composites (fibre de carbone, principalement). Dans le laboratoire de recherche sur la foudre de l’université de Cardiff, Pays de Galles, l’effet d’un impact sur une planche composite en fibre de carbone a fait l’objet d’études. La principale conclusion qui en est ressortie a été que les dégâts provoqués par la foudre sur un matériau comme la fibre de carbone sont loin d’être négligeables, ces derniers étant comparables à d’importants dommages dont la conséquence peut s’avérer fatale en plein vol.

Une solution simple a été mise en œuvre pour remédier à cet inconvénient : couvrir le matériau composite d’une maille formée d’un conducteur léger. La pose de cette maille sous forme d’enveloppe est suffisante pour obtenir l’effet de la cage de Faraday sur l’ensemble des composants en matériaux composites de l’aéronef. Les nouveaux avions fabriqués à partir d’une quantité importante de matériaux composites sont ainsi protégés contre la foudre sans nuire à leurs excellentes performances.

De nombreux exemples de ce type de phénomènes sont répertoriés, même si nous ne fournissons ici que deux vidéos nous montrant la façon dont une décharge due à la foudre sur un aéronef n’a pas d’incidence sur son vol :

Video 1

Il s’agit du vol d’un Boeing 777-300 en partance de l’aéroport de Schiphol (Amsterdam) pour se rendre à Lima. Frappé par la foudre pendant la phase de décollage, l’engin poursuit son vol en toute normalité et sans aucune conséquence. La vidéo toucha rapidement un vaste public avant que l’avion n’arrive à destination. Les passagers n’en furent tenus informés qu’une fois au sol, à Lima, après avoir visionné les images sur leurs propres téléphones.

Un autre exemple visuel de l’impact de la foudre sur un avion peut être observé sur cette autre vidéo :

Video 2

Enregistrée par un étudiant universitaire, cette vidéo nous montre comment un avion est frappé par la foudre en plein vol, aux abords de l’aéroport de Seattle-Tacoma, États-Unis. L’engin poursuit son vol sans aucun problème.

Alors, lorsque le cas se présente, profitez pleinement de votre vol… y compris sous l’orage.

 

 

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30/09/2019

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