Qu'est-ce que le souffle des réacteurs (jet blast) ?

Le souffle des réacteurs (jet blast) est le flux d’échappement à haute vitesse et haute température d’un moteur à réaction, capable d’endommager la chaussée, les équipements et les aéronefs, et de blesser des personnes.

Souffle des réacteurs, jet d’échappement et souffle d’hélice

Le souffle des réacteurs est l’échappement d’un moteur à réaction. L’EASA emploie aussi le terme « jet efflux » dans ses indications sur les essais moteurs. Une hélice produit du souffle d’hélice (propeller wash), appelé aussi flux de sillage d’hélice (propeller slipstream). La FAA indique que le souffle d’hélice ne présente pas le même degré de danger que le souffle des réacteurs. Il peut tout de même soulever des débris au sol et créer des tourbillons. Le vent des gros turbopropulseurs peut soulever et renverser des avions plus légers, des véhicules et des équipements d’assistance au sol.

Pourquoi le souffle des réacteurs est dangereux

La FAA décrit l’échappement d’un moteur à réaction comme un flux d’air à grande vitesse et à température élevée. Il peut endommager les infrastructures aéroportuaires, les équipements au sol et d’autres aéronefs, et il peut blesser gravement des personnes. L’air est aussi turbulent. Il produit des vibrations et des efforts qui peuvent endommager les façades des bâtiments. Ensemble, la haute température et la haute vitesse peuvent aussi endommager la chaussée proche du point d’échappement.

Sur les aires de trafic, les efforts du vent du souffle des réacteurs peuvent projeter des objets, déplacer des équipements, faire perdre le contrôle d’un véhicule et endommager les infrastructures. Ils mettent en danger le personnel au sol, les passagers, les aéronefs et les structures.

La FAA donne des seuils de vitesse de l’air pour la planification. Au-delà de 12 mph, l’air peut déplacer des débris non fixés. Au-delà de 30 mph (48 km/h), des objets libres comme le sable et les cailloux peuvent être soulevés. Les seuils du tableau C-1 viennent de l’échelle de Beaufort. Ce sont des seuils de sensibilité à partir desquels le risque augmente. Ce ne sont ni des restrictions ni des charges de calcul de structure.

Pour une estimation grossière de l’effort, la FAA donne la pression d’un flux d’air uniforme sur une surface qui lui fait face. La formule est P = 0.00256 V², avec P en lb/ft² et V en mph. À 50 mph, cela fait environ 6,4 lb/ft² (environ 300 Pa). Multipliez la pression par la surface de l’objet pour obtenir l’effort. La formule ignore la turbulence, qui fait varier l’effort réel. La FAA indique qu’une analyse en soufflerie ou une modélisation informatique peut être nécessaire dans les zones complexes côté piste.

Intensité du souffle

L’intensité du souffle des réacteurs dépend de l’avion, du niveau de poussée et de l’atmosphère. La FAA nomme trois niveaux de poussée :

• La poussée au ralenti, courante aux postes de stationnement et aux postes d’attente sur les voies de circulation.
• La poussée de mise en mouvement, qui vainc l’inertie et le frottement des pneus pour mettre l’avion en mouvement. Elle se produit sur les aires de trafic, sur les voies de circulation et aux extrémités de piste. La masse de l’avion, la pente de la chaussée, le nombre de moteurs qui fournissent la puissance et le vent de face la modifient.
• La poussée de décollage, qui se produit surtout à l’extrémité de piste et le long de celle-ci jusqu’à la rotation, ainsi que dans les aires d’essais moteurs. La plupart des départs utilisent un niveau de poussée réduit pour limiter l’usure des moteurs.

La vitesse et la température s’étendent loin derrière l’avion avant de retomber à des niveaux sûrs. La température retombe à un niveau sûr à une distance plus courte que la vitesse. Un vent de travers peut déplacer l’enveloppe d’échappement vers la gauche ou la droite.

Jusqu’où il porte

Il n’existe pas de distance de sécurité unique derrière un moteur en marche. La distance dépend de l’avion, du niveau de poussée et de l’atmosphère. La FAA ne donne aucune valeur unique. Elle demande aux planificateurs de relever les courbes d’échappement de chaque type d’avion.

• La plupart des constructeurs d’avions commerciaux publient des courbes de vitesse et de température d’échappement pour les trois niveaux de poussée dans leurs manuels de planification d’aéroport.
• Pour les petits avions, la source est le manuel de vol de l’avion.
• Les courbes sont en général des vues en plan et en élévation, avec des notes sur les hypothèses, par exemple l’atmosphère standard et le niveau de poussée.
• Les logiciels de modélisation des trajectoires d’avions intègrent aussi les données de vitesse et de température d’échappement.

Une étude de la NASA de 1993 donne un ordre de grandeur. Elle indique que presque chaque manuel d’exploitation d’un avion commercial à réaction comporte une page de données sur le souffle des réacteurs. Cette page montre un profil de dommages, mesuré depuis l’arrière à faible puissance moteur, généralement de 35 à 40 % de N1. Le profil atteint plus de 200 ft (61 m) derrière certains gros avions. Les forces d’échappement y approchent 100 nœuds.

Pour transformer les courbes en plan d’implantation, les planificateurs les comparent aux seuils du tableau. Pour le stationnement queue contre queue d’un terminal, la FAA recommande une vitesse de vent maximale de 35 mph (56 km/h). Pour les terminaux face à face, elle recommande 50 mph (80 km/h) pour le souffle initial d’un avion qui entre ou sort d’une porte. Pour le stationnement face à face aux portes et les voies de service, elle recommande 35 mph. Les pratiques recommandées demandent aussi une aire de repoussage, un stationnement séparé pour l’aviation générale et les avions régionaux, et des points d’ancrage pour les petits avions.

Où il cause des dommages

Le système de signalement des incidents de l’aviation de la NASA (ASRS) a étudié 51 rapports de souffle des réacteurs au sol. L’étude indique qu’ils ne représentaient qu’une infime fraction de tous les rapports. Les auteurs ont relevé ces faits :

• 27 des 51 rapports (53 %) provenaient d’une aire de trafic. 10 provenaient d’une voie de circulation, 10 d’un point d’attente sur piste, de l’atterrissage ou du décollage, et 4 d’une aire d’essais moteurs.
• Sur les aires de trafic, des virages serrés ont provoqué les incidents. Les virages se sont produits pendant un repoussage moteurs en marche, une marche arrière motorisée, un roulage de sortie ou un roulage vers une porte. Un tracteur ne les a pas empêchés lorsque le virage était serré.
• 85 % des dommages ont touché les ailes, les hélices, les volets et les gouvernes d’autres avions. La plupart concernaient de petits avions de 5 000 lb ou moins.
• Les bâtiments, les objets ou les véhicules ont subi 11 % des dommages, et les blessures des personnes ont représenté 4 %.
• De nombreux incidents hors aire de trafic provenaient de démarrages et d’essais moteurs mal orientés.

Ce sont des rapports de pilotes datant de 1993. Ils montrent les types d’événements, et non leur fréquence actuelle.

Souffle sur la chaussée et le sol

Sur l’asphalte, l’érosion par le souffle est une zone sombre où le liant bitumineux a brûlé ou s’est carbonisé. Les zones brûlées localisées peuvent atteindre environ 1/2 pouce (13 mm) de profondeur. Dans un relevé de l’état de la chaussée, le manuel PAVER la désigne comme la dégradation 46. Il n’a pas de niveaux de gravité. L’inspecteur note qu’elle existe et mesure sa superficie en pieds carrés ou en mètres carrés. Voir érosion par le souffle .

Deux autres dégradations peuvent sembler proches, mais le manuel les définit différemment :

• La désagrégation est le délogement de particules de granulats grossiers de la surface. L’érosion par le souffle concerne le liant brûlé.
• Le déversement d’huile est la détérioration ou le ramollissement de la surface causé par l’huile, le carburant ou des solvants. Une tache seule n’est pas une dégradation.

Le souffle des réacteurs peut aussi éroder le sol non protégé à côté d’une piste ou d’une voie de circulation. Les moteurs montés sous les ailes de certains gros avions débordent du bord de piste. La surface érodée peut produire de la poussière et des débris, qu’un moteur peut ingérer. Les accotements revêtus résistent à cette érosion et à la production de débris. La FAA indique aussi que le sol non protégé à côté d’une voie de circulation est sensible à une érosion qui cause des problèmes d’ingestion par les moteurs. La FAA conçoit les chaussées d’aérodrome pour offrir une surface exempte de débris que le souffle d’hélice ou le souffle des réacteurs peut soulever.

Éclairage et aides à la navigation

Le souffle des réacteurs détermine l’emplacement des feux et des équipements de navigation.

• La FAA recommande que les feux de bord de piste soient implantés à 10 ft (3 m) du bord de la chaussée sur les pistes utilisées par des avions à réaction. Cela évite les dommages possibles causés par le souffle. Sur les pistes que les avions à réaction n’utilisent pas, elle recommande 2 ft (0,6 m).
• La FAA indique de n’utiliser des feux de voie de circulation encastrés dans la chaussée que dans deux cas. Le premier est celui où le souffle des réacteurs risque d’endommager des feux en saillie. Le second est celui où des feux en saillie gêneraient les opérations des avions.
• Le boîtier intérieur du feu PAPI peut être implanté jusqu’à 75 ft (23 m) du bord de piste. Cela s’applique là où le souffle des réacteurs et les tourbillons d’ailes risquent de l’endommager. C’est une dérogation à la norme, que la FAA doit approuver avant l’installation.
• La FAA recommande au moins 600 ft (183 m) entre toute source de souffle des réacteurs et ses installations de communication, de navigation, de surveillance et de météorologie. Cela limite les dépôts d’échappement sur les antennes.

Comment les aéroports se protègent du souffle

La FAA énumère ces mesures d’atténuation :

• Protection contre l’érosion : accotements de piste, aires de protection contre le souffle de piste et accotements de voie de circulation.
• Configuration de l’aire de trafic, avec des postes de stationnement qui orientent l’échappement loin des personnes, des équipements et des structures.
• Protection contre le souffle, qui comprend l’écran déflecteur de souffle .
• Marquage des zones de souffle des réacteurs dangereuses sur l’aire de trafic.

Une aire de protection contre le souffle est une zone située à côté de l’extrémité d’une piste. Elle réduit l’effet érosif du souffle des réacteurs et du souffle d’hélice. La FAA exige une aire de protection revêtue lorsque l’avion critique appartient au groupe de conception d’avions IV ou plus. Des marques en chevrons jaunes identifient une aire de protection revêtue. La CS ADR-DSN.B.175(d) de l’EASA indique qu’au moins 30 m de la bande de piste, avant le début de la piste, devraient être préparés contre l’érosion par le souffle. L’Annexe 14 de l’OACI donne la même recommandation au paragraphe 3.4.11. L’OACI recommande aussi des accotements sur les aires de virage de piste, suffisamment larges pour prévenir l’érosion par le souffle des réacteurs.

Un écran déflecteur de souffle est une barrière qui dévie ou dissipe le souffle des réacteurs ou le souffle d’hélice. Il aide aussi contre les émanations et le bruit. La FAA donne ces règles :

• Garder l’écran hors des aires de sécurité de piste et de voie de circulation, et des aires dégagées d’obstacles.
• Garder l’écran hors des surfaces d’approche et de départ, de la zone sans obstacle et des zones critiques de l’ILS.
• Concevoir les éléments de l’écran pour résister aux efforts du vent des avions aux contours de souffle les plus exigeants.
• Placer l’écran de sorte que l’axe du flux d’échappement passe sous son sommet.
• N’installer un écran que si une marge de sécurité suffisante est impraticable. C’est une pratique recommandée.
• Garder au moins 50 ft (15,2 m) entre la queue de l’avion et l’avant de l’écran. C’est aussi une pratique recommandée.

Des écrans peuvent être nécessaires près des extrémités de piste, des aires d’essais moteurs et de la limite de l’aéroport. Les talus ou les murs de structure sont des alternatives.

Les essais moteurs demandent un emplacement qui leur est propre. La FAA recommande une aire d’essais moteurs à l’écart des postes de stationnement, des zones de porte et des bâtiments. Les indications de l’EASA demandent de réaliser les essais moteurs dans une zone isolée lorsque c’est possible. Ces indications n’autorisent pas les essais à la puissance du ralenti ou au-delà dans les impasses. Elles ne les autorisent pas là où l’échappement affecterait les postes, les zones d’équipement ou les zones de travail. Elles limitent les essais aux postes réguliers de l’aire de trafic à la vérification des démarrages et de la puissance au ralenti. L’EASA demande aussi de la prudence à une aire d’attente. Le souffle des réacteurs et le souffle d’hélice des avions en attente ne doivent pas gêner les opérations aériennes, endommager des véhicules ou blesser des personnes.

Règles de l’UE sur les aires de trafic

En vertu de l’ADR.OPS.D.055, l’exploitant de l’aérodrome dans l’UE doit :

• informer les utilisateurs de l’aire de trafic des dangers du souffle des réacteurs et du flux de l’hélice, par exemple par une formation à la sécurité ou une sensibilisation
• exiger des utilisateurs de l’aire de trafic qu’ils assurent leurs véhicules et équipements, et désigner des aires de stationnement où l’effet du souffle des réacteurs est minimal
• tenir compte du souffle des réacteurs lorsqu’il conçoit ou modifie l’aménagement des aires de trafic
• identifier les emplacements sensibles au souffle des réacteurs, et soit publier une demande de poussée minimale à l’intention des pilotes, soit prendre d’autres mesures

La demande de poussée minimale figure dans la publication d’information aéronautique (AIP). Des panneaux d’information peuvent signaler ces emplacements.

Ce que vérifie une inspection

Les indications d’inspection de l’EASA demandent de vérifier les extrémités de piste pour détecter les dégâts de souffle sur les feux d’approche, les cônes de repère et les feux de seuil. Pour les zones revêtues, elles listent aussi les dégâts à la surface de la chaussée et aux fixations des luminaires. Dans un relevé de chaussée, une plaque d’érosion par le souffle est la dégradation 46, et l’inspecteur en mesure la superficie.