Qu'est-ce que le rainurage des pistes ?

Ce qu’est le rainurage

Le rainurage des pistes consiste à découper des canaux transversaux étroits dans la surface de la piste. Une rainure transversale traverse la direction d’atterrissage et de décollage. Les rainures offrent à l’eau sous un pneu en roulement un chemin court pour s’évacuer. L’Annexe 14 de l’OACI indique que le rôle premier du rainurage est d’améliorer le drainage de surface, et que les rainures raccourcissent le chemin de drainage. La pente transversale de la piste assure l’essentiel du drainage. Les rainures s’y ajoutent.

L’Annexe 14 et l’EASA emploient aussi le mot « scored ». Une surface « grooved » ou « scored » comporte des canaux découpés ou formés dans sa masse. Cette page emploie le mot « rainuré ».

Pourquoi les pistes sont rainurées

Depuis les premiers turboréacteurs, le freinage sur piste mouillée est une préoccupation de sécurité. La FAA indique que les avions lourds et les vitesses d’atterrissage élevées ont fait du freinage par temps humide un enjeu de sécurité majeur. Deux études ont conduit au rainurage. La NASA, au Langley Research Center, en a réalisé une en 1968. Le centre technique de la FAA en a réalisé une autre en 1983, à Lakehurst. Toutes deux ont constaté que des rainures transversales rapprochées donnent un frottement élevé sur chaussée mouillée, car l’eau de pluie s’évacue de sous les pneus d’un avion à l’atterrissage.

L’aquaplanage est la perte de contact entre un pneu et une surface mouillée. La NASA a décrit cet effet en 1963. La pression de l’eau sous le pneu croît avec le carré de la vitesse au sol. À une vitesse critique, l’eau soulève le pneu de la surface. Pour un pneu gonflé à une pression de p psi, la NASA donne une vitesse d’aquaplanage de 9 fois la racine carrée de p, en nœuds. Un pneu à 100 psi donne 90 nœuds. La formule suppose que l’eau est plus profonde que les sculptures du pneu. L’OACI indique que l’objectif du drainage de surface est de réduire au minimum la hauteur d’eau sur la surface, et que les rainures raccourcissent le chemin de drainage.

La FAA distingue deux propriétés d’une surface de piste mouillée. La microtexture est la rugosité fine des grains de granulat pris un à un. Elle aide le pneu à percer le mince film d’eau qui subsiste. La macrotexture est la rugosité visible de la surface dans son ensemble. Sa fonction première est d’offrir à l’eau des chemins pour s’échapper de sous les pneus, et elle compte davantage à mesure que la vitesse augmente. La FAA indique que ces deux propriétés sont essentielles.

Texture et rainures

L’OACI décrit le drainage d’une surface en fonction de sa texture et de son rainurage. Elle classe la macrotexture de A à E, selon l’échelle ESDU 71026 :

Le rainurage de l’une de ces surfaces améliore le drainage dynamique. L’effet dépend de la taille des rainures et de l’espace qui les sépare. L’OACI indique que le crédit de performance des avions est accordé aux pistes rainurées ou à couche drainante poreuse dont la conception, la construction et l’entretien satisfont aux critères acceptés par l’État. Pour les aérodromes soumis à des pluies fortes ou torrentielles, l’OACI demande d’envisager des chaussées rainurées de classe E.

La rainure standard de la FAA

La rainure standard de la FAA mesure 1/4 pouce (6 mm) de profondeur et 1/4 pouce (6 mm) de largeur. L’espacement est de 1-1/2 pouce (38 mm) d’axe en axe. Les rainures sont continues sur toute la longueur de la piste et perpendiculaires à la direction des mouvements d’aéronefs. Elles s’arrêtent à environ 3 m (10 ft) du bord de la chaussée, pour laisser de la place à la machine.

L’article P-621 fixe l’essai de réception. Au moins 90 % des rainures doivent mesurer 3/16 pouce (5 mm) ou plus en profondeur et en largeur. Au moins 60 % doivent mesurer 1/4 pouce ou plus. Au plus 10 % peuvent dépasser 5/16 pouce (8 mm). Dans le béton, les rainures restent à 3 à 9 pouces (8 à 23 cm) d’un joint transversal. Elles restent à 6 à 18 pouces (150 mm à 0,5 m) d’un luminaire encastré dans la chaussée. Lorsque des câbles d’éclairage sont posés dans la chaussée, la machine ne traverse pas les entailles de sciage longitudinales ou diagonales.

À l’intersection de deux pistes, toute la longueur de la piste principale est rainurée. La piste secondaire est sciée en motif en escalier. Les voies de sortie rapides et obliques reçoivent aussi un motif en escalier. Il part du bord saillant de la chaussée et ne dépasse pas 40 pouces (102 cm) de largeur.

Direction des rainures

Sur une piste, les rainures traversent le sens de circulation. L’Annexe 14 et la CS ADR-DSN.B.090 recommandent que les rainures soient perpendiculaires à l’axe de la piste, ou parallèles aux joints transversaux non perpendiculaires lorsqu’ils existent. La FAA demande des rainures continues sur toute la longueur de la piste et perpendiculaires à la direction d’atterrissage et de décollage.

Ces règles de piste ne visent que les rainures transversales. Les rainures longitudinales apparaissent dans la pratique routière (voir « Rainurage des routes »).

Cas où il est requis

L’OACI et l’EASA ne donnent pas de dimensions de rainures. L’Annexe 14 et la CS ADR-DSN.B.090 recommandent qu’une surface neuve ait une profondeur moyenne de texture d’au moins 1,0 mm. Elles recommandent que les rainures soient perpendiculaires à l’axe de la piste.

La FAA est plus directe. L’AC 150/5300-13B demande de prévoir un rainurage ou un autre traitement de frottement sur les pistes principales et secondaires des aérodromes à service commercial, ainsi que sur les pistes desservant des turboréacteurs. L’AC 150/5320-12C qualifie le rainurage des pistes à turboréacteurs de travaux de sécurité prioritaires. Les points en gras de son paragraphe 2-21 sont obligatoires sur les projets financés par l’État fédéral.

Pour les autres pistes, l’AC énumère les facteurs à peser :

• les antécédents d’accidents et d’incidents liés à l’aquaplanage
• la fréquence des périodes de piste mouillée, d’après les taux et l’intensité des précipitations annuelles
• les pentes, les zones planes, les dépressions et autres éléments qui empêchent l’eau de s’écouler
• la qualité de la texture de surface, y compris le granulat poli et l’accumulation de contaminants
• la résistance et l’état de la chaussée de piste

Réalisation des rainures

Dans l’asphalte, les rainures sont sciées avec des lames diamantées. La FAA indique que les rainures dans l’enrobé à chaud doivent être sciées, dans une chaussée neuve comme existante. Dans le béton, les rainures peuvent être sciées ou formées. Dans le béton neuf, une plaque vibrante à nervures ou un rouleau à nervures forme les rainures pendant que le béton est plastique. Le rouleau n’atteint pas toujours la pleine profondeur de 1/4 pouce.

La chaussée doit être apte au rainurage. Les bosses, les zones déprimées, les joints désaffleurés et les zones fortement fissurées ou éclatées sont réparés d’abord. Si la surface ou la résistance ne convient pas, un recouvrement vient d’abord. Pour l’asphalte, la FAA énumère d’autres facteurs qui déterminent la durée d’efficacité des rainures. Ce sont la température maximale de surface, la pression des pneus, la fréquence des freinages d’aéronefs dans une zone, l’enrobé et le granulat.

La chaussée neuve durcit 30 jours avant le rainurage, sauf si les rainures sont démontrées stables. La machine est automotrice et dotée d’un aspirateur à boue. L’entrepreneur rainure d’abord une bande témoin. Les déchets ne doivent pas se déverser dans le réseau d’eaux pluviales. La FAA demande un nettoyage tout au long des travaux, car les déchets laissés sur la piste peuvent être dangereux pour les aéronefs.

Rainurage, peignage au fil et couche drainante poreuse

Le rainurage n’est pas le seul moyen de donner à une piste une texture de drainage. La FAA le distingue de deux autres procédés.

• Peignage au fil et striage au fil. Des fils d’acier forment une texture profonde dans le béton plastique. La FAA qualifie ces procédés de méthodes de texturation. Ils ne peuvent pas remplacer les rainures sciées ou plastiques, car ils n’empêchent pas l’aquaplanage des aéronefs.
• Couche drainante poreuse (PFC). Il s’agit d’une couche d’enrobé à chaud à granulométrie ouverte, de 3/4 pouce à 1-1/2 pouce (25 à 40 mm) d’épaisseur. L’eau de pluie s’écoule à travers elle vers le côté de la piste. Des recherches menées au Royaume-Uni et aux États-Unis ont montré qu’elle offre aussi un bon frottement. Le caoutchouc peut obstruer ses vides. La FAA déconseille la couche drainante poreuse sur les pistes qui comptent plus de 91 arrivées de turboréacteurs par jour et par extrémité de piste.

La liste d’inspection de l’EASA couvre les deux surfaces. Elle demande à l’inspecteur de vérifier que les rainures sont ouvertes et dans les limites de leur conception, et qu’une couche drainante poreuse draine comme prévu.

Usure et caoutchouc

Les dépôts de caoutchouc dans les rainures réduisent leur effet et rendent l’aquaplanage plus probable (AC 150/5380-6C). Le caoutchouc des avions à l’atterrissage est le contaminant le plus persistant. Il s’accumule dans la zone de toucher des roues. L’OACI ajoute que le caoutchouc peut combler la texture et réduire la capacité de drainage.

La circulation use aussi les rainures. L’AC 150/5320-12C indique que l’exploitant devrait mesurer périodiquement la profondeur et la largeur des rainures. Lorsque 40 % des rainures font 1/8 pouce (3 mm) ou moins sur 1 500 pieds (457 m), l’exploitant devrait les rétablir immédiatement.

La FAA donne quatre méthodes pour nettoyer le caoutchouc et les autres contaminants d’une piste : eau à haute pression, produits chimiques, impact à haute vitesse et meulage mécanique. Elle indique que personne ne peut juger le résultat de l’enlèvement du caoutchouc à l’œil. Après les travaux, l’exploitant devrait mesurer le frottement. Les valeurs Mu devraient revenir à moins de 10 pour cent de celles mesurées sur la partie centrale propre de la piste. L’AC propose une fréquence d’enlèvement selon le nombre d’atterrissages de turboréacteurs par jour et par extrémité de piste :

Si plus de 20 pour cent des atterrissages sont effectués par des gros-porteurs, l’exploitant retient la ligne suivante, plus élevée.

Inspection des rainures

L’Annexe 14 demande d’inspecter les rainures régulièrement. L’EASA demande qu’une inspection vérifie que les rainures sont ouvertes et dans les limites de leur conception.

Une inspection visuelle peut relever la dégradation des rainures et les stagnations d’eau. L’AC 150/5320-12C indique que les évaluations visuelles du frottement ne sont pas fiables, et qu’elle ne permet pas d’évaluer la profondeur de texture. Cette profondeur exige une mesure directe. TarmacView ne mesure pas la profondeur, la largeur ou le frottement des rainures.

Rainurage des routes

Les services routiers découpent aussi des rainures, pour accroître l’adhérence et réduire les accidents par temps de pluie. La revue de littérature de la FHWA (FHWA-HRT-14-065) définit le rainurage des chaussées comme des découpes longitudinales ou transversales dans une surface. Son objectif premier est d’améliorer le drainage et de réduire l’aquaplanage.

Les deux sens ont des usages différents sur les routes :

• Les rainures longitudinales suivent le sens de circulation. La revue indique qu’elles sont les plus efficaces pour le contrôle directionnel du véhicule.
• Les rainures transversales traversent le sens de circulation. Elles sont moins fréquentes, en partie parce que les machines de rainurage découpent plus facilement des rainures parallèles. Elles sont les plus efficaces là où les véhicules s’arrêtent souvent, par exemple aux intersections et aux postes de péage.

La revue signale des baisses rapportées des accidents par temps de pluie, de 55 à 72 pour cent. Elle met en garde : les études n’ont pas corrigé l’effet de régression vers la moyenne, les chiffres doivent donc être pris avec prudence. Elle cite aussi des coûts possibles : plus de bruit, usure plus rapide de la chaussée et effet sur la direction. Sur l’asphalte, les rainures peuvent se refermer par fluage, par temps chaud et sur les chaussées jeunes.