Qu'est-ce qu'un essai de friction des pistes ?

Un essai de friction des pistes est un relevé qui mesure la friction d’une surface de piste à l’aide d’un équipement de mesure continue de la friction à auto-mouillage (CFME). La FAA parle de continuous friction measuring equipment. L’appareil circule le long de la piste et enregistre un coefficient de friction, noté Mu (μ), sur toute la longueur de la piste. Il peut être autonome, ou un véhicule peut le tracter.

Ce que mesure l’essai

L’appareil mouille la chaussée devant le pneu d’essai. Les buses donnent une hauteur d’eau uniforme de 1 mm (0,04 inch). La FAA indique que la chaussée mouillée donne toujours les valeurs de friction les plus basses, de sorte que l’essai montre le pire cas. L’EASA décrit la valeur comme une indication de l’état de texture, de contaminants et de drainage de la surface sous le pneu. La valeur est un coefficient de friction dynamique, car l’appareil impose un mouvement relatif entre le pneu et la chaussée. L’amplitude de ce mouvement dépend de l’appareil.

Appareils

Le Mu Meter mesure la friction latérale. Il comporte deux roues d’essai libres en rotation, placées en biais par rapport au sens de la marche. Un véhicule le tire sur la chaussée à vitesse constante et sous charge constante. La norme ASTM E670 est sa méthode d’essai. D’autres appareils freinent le pneu d’essai à un glissement fixe. Le Norsemeter RUNAR, par exemple, fonctionne à un glissement fixe de 16 pour cent.

L’EASA liste neuf appareils dans son tableau des niveaux de friction, ci-dessous. Un exploitant peut utiliser un appareil qui n’est pas dans le tableau. L’appareil doit alors être corrélé avec au moins un appareil du tableau. La FAA a qualifié ses appareils lors d’essais de corrélation au Wallops Flight Facility de la NASA.

La spécification de performance de la FAA pour un appareil demande les caractéristiques suivantes :

• Un enregistrement continu de la friction sur toute la piste, déduction faite des distances de mise en vitesse et d’arrêt.
• Des moyennes pour chaque segment de 150 m (500 ft) et pour chaque tiers de piste.
• Des vitesses d’essai de 65 et 95 km/h, à 5 km/h près.
• Un système à auto-mouillage avec une hauteur d’eau de 1 mm et un débit à 10 pour cent près.
• Des résultats répétés pour chaque segment de 150 m, dans les deux écarts types de ±0,06 Mu.
• Un pneu d’essai lisse, sans sculpture, pour que l’usure de la sculpture n’affecte pas le résultat.

Texture et ce qui réduit la friction

Deux échelles de texture déterminent la friction d’une piste mouillée. L’Annexe 14 décrit les deux.

• Microtexture est la texture de chaque pierre. L’œil la distingue à peine. Elle représente la part principale de la friction à faible vitesse.
• Macrotexture est la texture entre les pierres. L’œil peut l’estimer approximativement. Elle joue le rôle principal dans le drainage à grande vitesse.

Les dépôts de caoutchouc dans la zone de toucher masquent la microtexture, sans nécessairement réduire la macrotexture. Le polissage des granulats fait disparaître la microtexture. L’EASA cite trois causes de perte de friction : les dépôts de caoutchouc, le polissage de la surface et un mauvais drainage. Une chaussée qui paraît lisse au toucher manque de microtexture. L’Annexe 14 recommande une profondeur moyenne de texture d’au moins 1,0 mm pour une surface neuve.

Exigences

L’Annexe 14 de l’OACI exige que l’État fixe un niveau de friction minimum. L’aérodrome doit maintenir une piste revêtue à ce niveau ou au-dessus. Il doit mesurer la friction périodiquement avec un CFME à auto-mouillage et en consigner les résultats. La fréquence doit permettre de suivre la tendance de la surface. Le personnel qui mesure la friction doit être formé. Si une piste descend sous le niveau de friction minimum, l’aérodrome doit prendre des mesures correctives et en informer les usagers.

L’EASA (Part-ADR.OPS) impose les mêmes obligations. Son AMC donne des valeurs pour chaque appareil et chaque vitesse d’essai :

Les valeurs varient selon l’appareil. Une valeur d’un appareil ne se compare donc pas à une valeur d’un autre. Le tableau 3-2 de la FAA ajoute un troisième niveau, un niveau de conception pour les surfaces neuves. Pour un Mu Meter, il est de 0,72 à 65 km/h et de 0,66 à 95 km/h.

Déroulement d’un relevé

• Un relevé complet utilise deux vitesses, 65 km/h et 95 km/h.
• L’enregistrement commence à 150 m du seuil à 65 km/h, et à 300 m à 95 km/h. Cela laisse au véhicule la place d’accélérer. Il se termine à peu près à la même distance de l’extrémité opposée, pour que le véhicule puisse s’arrêter.
• Pour un trafic d’avions monocouloirs, le passage est à 3 m à 5 m de l’axe de piste. Pour un trafic mixte, les passages sont à 3 m et à 6 m.
• La surface de la piste est sèche, et le système à auto-mouillage apporte l’eau.
• L’exploitant compare chaque résultat aux relevés antérieurs de la même piste, réalisés avec le même appareil.

La piste n’est pas utilisable par les aéronefs pendant l’essai. La FAA demande à l’exploitant de choisir le moment qui perturbe le moins le trafic aérien.

Lire le résultat

Une valeur seule ne désigne pas une cause. L’EASA indique qu’aucune capacité unique ne peut être extraite. L’exploitant peut déduire certaines qualités lorsque le même appareil mesure la même surface. L’EASA relie les deux vitesses aux causes :

• Des valeurs basses à 65 km/h indiquent une microtexture peu exposée, à cause d’un recouvrement de caoutchouc ou de granulats polis.
• Des valeurs basses à 95 km/h indiquent une accumulation de caoutchouc combinée à un drainage insuffisant. À grande vitesse, le film d’eau peut devenir si épais que la microtexture n’atteint plus le pneu.
• Des valeurs basses à grande vitesse indiquent aussi une macrotexture réduite. La macrotexture crée des canaux d’évacuation pour l’eau en masse.

L’EASA affirme qu’un relevé sur piste sèche ne peut pas déceler les stagnations d’eau ni l’orniérage. Le film d’eau à auto-mouillage ne les montre pas. Des flaques peu profondes, d’environ 3 mm, peuvent provoquer un aquaplanage lorsque des avions à l’atterrissage les rencontrent à grande vitesse. La FAA indique qu’un appareil à auto-mouillage ne peut pas montrer le potentiel d’aquaplanage. Elle demande à l’exploitant de contrôler la surface pendant la pluie et de noter la position et la profondeur des zones où l’eau stagne. La FAA indique qu’une hauteur d’eau moyenne de plus de 3 mm sur 152 m impose une correction. L’exploitant remet la zone affaissée à la pente transversale nominale.

Fréquence des essais

L’OACI et l’EASA ne donnent pas d’intervalle fixe. L’EASA demande à l’exploitant de prendre en compte le nombre de mouvements d’avions à réaction par extrémité de piste, la masse des aéronefs, le type et l’âge de la surface, et le climat. Les directives de la FAA donnent un minimum pour chaque extrémité de piste :

La FAA demande d’évaluer chaque extrémité de piste séparément. Si 20 pour cent ou plus du trafic sont des gros-porteurs, l’exploitant doit appliquer le niveau supérieur. Toute piste pour avions à réaction doit être évaluée au moins une fois par an.

Après un résultat bas

L’EASA indique qu’une mesure égale ou inférieure au niveau de planification d’entretien déclenche un relevé complet. Ce relevé couvre la texture, les contaminants et le drainage du tiers de piste concerné. Il vérifie que la texture exposée peut marquer le caoutchouc du pneu et que l’eau s’évacue de la chaussée. L’inspecteur examine les points suivants :

• microtexture exposée, au toucher, si le polissage ou le caoutchouc recouvre 100 m de la zone qu’utilisent les avions
• macrotexture
• rainures ouvertes, dans les limites de leur conception
• enrobé drainant qui draine comme prévu
• pentes supérieures aux valeurs minimales de conception

L’Annexe 14 exige un entretien correctif pour que la friction ne descende pas sous le minimum. Une portion de piste d’environ 100 m peut être significative pour l’entretien ou pour le compte rendu. La FAA donne les directives suivantes, fondées sur des segments de 500 ft (152 m) :

• En dessous du niveau de planification, mais au-dessus du minimum, sur 500 ft, avec des segments voisins au niveau de planification ou au-dessus : pas de mesure corrective. Surveiller par des relevés périodiques.
• En dessous du niveau de planification sur 1 000 ft (305 m) ou plus : rechercher la cause et l’étendue, et prendre une mesure corrective.
• En dessous du minimum sur 500 ft, avec des segments voisins en dessous du niveau de planification : prendre une mesure corrective immédiatement après avoir identifié la cause.

La FAA ajoute une règle pour une piste neuve pour avions à réaction dotée de rainures sciées ou d’un recouvrement en enrobé drainant (PFC). La valeur moyenne de chaque segment de 500 ft ne doit pas être inférieure au niveau de conception.

Enlèvement du caoutchouc

Le caoutchouc est le contaminant le plus persistant. Il se trouve dans les zones de toucher et peut recouvrir toute la texture de surface. La FAA cite quatre méthodes d’enlèvement : l’eau à haute pression, les produits chimiques, l’impact à haute vitesse et le meulage mécanique. Après l’enlèvement, l’exploitant doit mesurer à nouveau la friction. Les valeurs doivent se situer à 10 pour cent près des valeurs mesurées sur le centre non contaminé de la piste. Une inspection visuelle ne permet pas de juger le résultat. La FAA suggère que le contrat d’enlèvement soit payé sur le dernier essai CFME. Elle donne aussi une fréquence d’enlèvement suggérée :

L’EASA liste aussi les autres mesures d’atténuation. Le retexturage ou le resurfaçage traite le polissage. Le reprofilage traite le drainage insuffisant.

Rainures et enrobé drainant

Une rainure creusée en travers de la piste offre à l’eau de pluie un chemin court pour sortir de sous le pneu. L’Annexe 14 indique que les rainures accélèrent le drainage. La FAA a constaté qu’une surface rainurée conserve un niveau élevé de friction sur chaussée mouillée. L’exploitant doit mesurer de temps en temps la profondeur et la largeur des rainures. Lorsque 40 pour cent des rainures ont 3 mm de profondeur ou moins, sur 457 m, les rainures n’empêchent plus bien l’aquaplanage. La FAA demande de rétablir une profondeur et une largeur de rainure de 6 mm.

Un enrobé drainant (PFC) est un recouvrement mince d’enrobé à granulométrie ouverte, de 25 mm à 40 mm d’épaisseur. L’eau de pluie traverse l’enrobé et s’évacue sur le côté. La FAA a constaté qu’un niveau élevé de friction se maintient sur un PFC sur toute la longueur de la piste. Le caoutchouc peut colmater les vides, et l’eau ne peut alors plus traverser la couche. Lorsque du caoutchouc colmate les vides, la FAA indique qu’il est impossible de l’enlever sans endommager gravement le recouvrement. La FAA recommande donc de ne pas poser de PFC sur les pistes qui reçoivent plus de 91 arrivées d’avions à réaction par jour et par extrémité de piste. L’EASA demande à l’exploitant de vérifier qu’un PFC draine comme prévu.

La friction n’est pas l’action de freinage

Les valeurs de friction ne servent pas à signaler l’état de la surface. Le compte rendu d’état de piste donne le code d’état de piste issu de la matrice d’évaluation. L’EASA n’autorise les valeurs de friction qu’à appuyer un relèvement ou un abaissement de ce code, de façon comparative. L’Annexe 14 recommande que l’aérodrome ne communique pas de mesures de friction sur d’autres contaminants que la neige tassée et la glace. Les mesures sur neige meuble et sur neige fondante ne sont pas fiables.

Une piste est glissante mouillée lorsqu’elle est mouillée et que les essais montrent une friction dégradée sur une portion importante. Un relevé de friction est l’une des méthodes qui permettent de le constater. Les autres sont les observations du personnel d’entretien, les comptes rendus répétés de pilotes et l’analyse des performances d’arrêt. L’Annexe 14 exige que l’information sur une piste glissante mouillée soit disponible.

Inspection visuelle

Une inspection visuelle ne peut pas remplacer un essai de friction. Elle permet en revanche de repérer les dépôts de caoutchouc et les stagnations d’eau. La FAA ajoute que les inspections visuelles sont indispensables pour les problèmes de drainage, l’usure des rainures et les défauts structurels. Lorsqu’un exploitant n’utilise pas d’appareil, l’EASA lui demande d’évaluer les pentes, la texture et le drainage sur toute la chaussée. L’exploitant recherche aussi les dépôts de caoutchouc, le polissage des granulats et la quantité de texture exposée dans la zone qu’utilisent les roues des avions. TarmacView ne mesure pas la friction. Un relevé par drone des fissures et des dégradations complète l’essai et ne le remplace pas.