Contrainte sur un hublot d’avion de ligne

Le De Haviland Comet (DH-106) est connu pour avoir été le premier avion de ligne à réaction. Il s’est aussi tristement illustré dans le domaine du crash aérien, et pas seulement à causes des singularités liées au décollage des avions à turboréacteurs. Deux DH-106 se sont notamment perdus en méditerranée suite à des avaries touchant l’intégrité du fuselage.

C’est quoi le problème ?

Le fuselage d’un avion de ligne peut s’apparenter à un cylindre étanche suffisamment grand pour accueillir les passagers, suffisamment solide pour pouvoir être mis sous pression, subir les contraintes induites par le vol et le roulage au sol. Ajoutons à cela que ce cylindre est percé à de nombreux endroits pour accueillir des hublots, vitrages de cockpit et portes d’entrée et sortie.

Les documents suivants nous permettront de nous représenter quelle contrainte s’exerce sur un hublot d’avion de ligne volant à 10 000 m d’altitude. A vos calculettes !

Doc 1 La réglementation

Lors d’une prise d’altitude, la pression atmosphérique diminuant, les occupant d’un aéronef peuvent éprouver des difficultés à respirer et ressentir les symptômes du mal des montagnes. Si l’altitude devient importante, sans dispositif de compensation, il peut y avoir perte de connaissance. Des limites arbitraires sont fixées pour les avions avec une certaine marge de sécurité. Au delà de ces limites deux systèmes peuvent être utilisés. Il s’agit soit d’une pressurisation de la cabine, soit d’un système d’inhalation.

Aéronefs à cabine non pressurisée (source SIA)

  • Pour tout vol à un niveau de vol supérieur à 125 (altitude-pression 3800 mètres), chaque membre de l’équipage de conduite doit disposer d’un système d’inhalation et d’une réserve d’oxygène suffisante pour l’alimenter pendant la durée du vol à ce niveau.
  • Pour tout vol à un niveau de vol supérieur à 145 (altitude-pression 4400 mètres), chaque personne à bord doit disposer d’un système d’inhalation et d’une réserve d’oxygène suffisante pour l’alimenter pendant la durée du vol à ce niveau.

Aéronefs à cabine pressurisée

Les aéronefs civils volant à des altitudes de croisière élevées disposent d’une à cabine pressurisée. La réglementation actuelle impose le maintien d’une pression-cabine au moins égale à la pression atmosphérique à une altitude de 2400 m. La plupart du temps, ces avions doivent également disposer d’un système de secours par inhalation permettant, de redescendre à une altitude respirable, en cas de perte d’étanchéité de la cabine ou de panne du système de pressurisation.

Doc 2 Pression et force pressante

La répartition dune contrainte sur une surface

La notion de pression est utile pour comprendre la contrainte exercée à la surface d’un objet par une force répartie. Par exemple, lorsqu’on marche sur la neige fraîche, on exerce une contrainte trop importante par rapport à la solidité du support et on s’enfonce. Si l’on dispose de raquettes, on répartit notre poids sur une surface plus importante la contrainte exercée sur la neige diminue. On ne s’enfonce plus. La relation traduisant ce phénomène est la suivante :

\dpi{200} \fn_cm P=\frac{F}{S} \\ P\, : \,pression\, en\, Pa \\F\,:\, Force\, en\, N \\S\, :\,surface\, en\, m^{2}

L’exemple du hublot d’un avion au sol

\dpi{200} \fn_cm \\La\, surface\,d'un\,hublot\,est\, S=0,05m^{2} \\Au \,sol \,la\, pression\, atmosph\acute{e}rique\,est \,P=1000 hPa=1\cdot 10^{5}Pa \\La\,force\,pressante\,appliqu\acute{e}e\,au\,hublot\,est \,donc\, \\F=P\cdot S=1\cdot 10^{5}\times 0,05=5000N.

Pour mieux comprendre : ça équivaut à quoi ?

Equilibre de pressions au sol

Pour donner du sens à cette valeur, généralement on a recours à un équivalent en kg. On considère que 10 N équivalent à 1 kg en référence à la valeur de la pesanteur sur Terre. Ici, sur notre hublot, cela fait une force pressante équivalente à 500 kg.

Au sol, la pression à l’intérieur de la cabine est égale à la pression à l’extérieur. donc ces deux contraintes s’annulent. mais ce n’est pas le cas en haute altitude.

Doc 3 Pression atmosphérique et altitude

La pression atmosphérique diminue avec l’altitude. Le graphe ci-dessous, présente la diminution de la pression avec l’altitude. On observe que la variation de pression est plus importante à basse altitude. Ainsi, on passe

  • de 1000 hPa à 750 hPa entre 0 m et 2400 m (1hPa tous les 11 m)
  • pour tomber à 600 hPa pour 4 000 m (1hPa tous les 9 m)
  • on atteint 250 hPa à 10 000 m.

Pour mieux comprendre ce phénomène

Voir l’excellent article

Résolution de problème : La pression sur un hublot

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