PRESSURISATION / CLIMATISATION

INTRODUTION

Un peu d'histoire

Le premier avion de ligne opérationnel à cabine pressurisée est le Boeing 307 Stratoliner, construit en 1938, avant la seconde Guerre Mondiale, seulement en dix exemplaires. Le fuselage est pressurisé jusqu'à une cloison étanche située en avant du stabilisateur horizontal.
Le Lockheed Constellation (1943) construit en 856 exemplaires, met la technologie au service de l'aviation civile dès l'après-guerre. Les avions de ligne sont propulsés par des moteurs à pistons et l'air pressurisé est fourni par un compresseur électrique. Cette technologie permet à des avions comme le Douglas DC-6, le Douglas DC-7, et le Constellation d'être certifiés pour le vol de croisière entre 7500 et 8400 m d'altitude. La conception d'un fuselage pressurisé dans cette gamme d'altitude était à la limite de l'ingénierie et des connaissances en métallurgie de l'époque.
La mise en service d'avions de ligne à réaction entraîne une augmentation significative des altitudes de croisière de 30 000 pi (9 144 m) à 41 000 pi (12 496,8 m) , où les moteurs sont plus économes en carburant. La conception du fuselage doit alors être plus rigoureuse et ce problème n'a pas été complètement compris au départ.
Le premier avion de ligne à réaction au monde est le de Havilland Comet conçu au Royaume-Uni en 1949. C'est la première fois qu'un avion est prévu pour voler à une altitude de 36 000 pi (10 972,8 m) avec un fuselage pressurisé de grand diamètre et comportant des hublots. Le Comet sera victime de deux catastrophes en 1954 entraînant la perte totale de l'appareil et des passagers et l'arrêt des vols. Une enquête approfondie permet de comprendre que la destruction du fuselage est due aux effets de la fatigue du métal et aux contraintes autour des hublots et des trous de rivet.
Source fr.wikipedia.org

But de la pressurisation

La climatisation et la pressurisation, bien qu'ayant des buts différents, sont fournies par les même équipements. La climatisation à pour but de faire régner dans la cabine une température confortable, tandis que la pressurisation elle, est conçue pour que la pression régnant dans l'avion soit compatible avec les impératifs vitaux de l'organisme. A cette fin, on utilise pour pressuriser l'avion, de l'air préalablement régulé en température.
Avec l'augmentation de l'altitude, on observe une baisse de la pression atmosphérique et une diminution de la densité et de la température de l'air ambiant. La pression au niveau de la mer dans l'atmosphère standard est de 760 mmHg (29,92 inHg, 1013,2 mb) ; elle diminue de moitié à 18 000 pieds (5486 m), où la température ambiante est d'environ -20°C. Jusqu'à la tropopause (environ 36 000 pieds [10 973 m]), la proportion de gaz dans l'atmosphère reste constante : près de 78 % d'azote et 21 % d'oxygène ; moins de 1 % est apporté par des gaz tels que l'argon, le dioxyde de carbone, le néon, l'hydrogène et l'ozone.
Bien que la physiologie de l'être humain soit optimisée pour une existence au niveau de la mer, la plupart des individus en forme et en bonne santé peuvent monter jusqu'à environ 3 048 m (10 000 pieds) au-dessus du niveau de la mer avant que le manque d'oxygène (hypoxie) ne commence à avoir des effets néfastes et à réduire les performances.
L'ascension à une altitude de 10 000 pieds (3048 m) produit une baisse significative de la pression partielle de l'oxygène dans les alvéoles, mais en raison de la relation entre la saturation en oxygène de l'hémoglobine dans le sang et la tension d'oxygène, il n'y a qu'une légère baisse du pourcentage de saturation en oxygène de l'hémoglobine dans le sang. Cependant, la saturation en hémoglobine chute rapidement lorsque l'ascension se poursuit, ce qui entraîne une hypoxie avec une diminution de la capacité d'un individu à effectuer des tâches complexes.
Les règlements de navigabilité stipulent que "les cabines et les compartiments pressurisés destinés à être occupés doivent être équipés pour fournir une altitude de pression cabine ne dépassant pas 8000 pieds à l'altitude d'exploitation maximale de l'avion dans des conditions d'exploitation normales. Les avions plus récents, tels que le Boeing 787 et l'Airbus A350, dont la cellule est composée de fibres de carbone ultra-résistantes, ce qui leur permet de fonctionner à des altitudes cabine plus basses, de l'ordre de 5 000 à 6 000 pieds.

Variation de l'altitude cabine

Plutôt que de parler de la pression régnant à l’intérieur de la cabine, on parle plus couramment de l’altitude cabine qui est celle qui correspond à la pression de la cabine.
Le graphique ci-dessous montre la variation l'altitude à l’intérieur de la cabine en fonction de l'altitude avion.
Note : l'aérodrome de départ n'a pas la même altitude que l'aérodrome d'arrivée.

L'explication du graphique ci-dessus d'un Airbus A320.
1 - Aligné sur la piste, le pilote applique la puissance décollage. Le régulateur pré-pressurise l'avion, le vario cabine passe alors à environ -500ft/mn et la pression différentielle s'établit à 0,1 psi afin d'éviter un à-coup de pression au décollage.
À la rotation, le régulateur initialise la phase montée.
2 - Après décollage, pendant la phase de montée l'altitude cabine monte à un taux de 500ft/mn environ, afin d'assurer le confort maximum aux passagers. Courbe verte sur le graphique.
3 - En montée l'avion fait un palier intermédiaire, la cabine fait aussi un palier, la pression cabine est maintenue constante.
4 - L'avion reprend sa montée, la cabine suit avec toujours un taux inférieur à celui de l'avion. Le but est d’atteindre l’altitude cabine correspondant à peu près lorsque l’altitude de croisière sélectée est atteinte.
5 - L'avion se stabilise à son niveau de croisière, avec un peu de retard la cabine se stabilise aussi. La différence entre la pression extérieure et intérieure maximale est de l'ordre de 8 psi.
6 - L'avion descend, avec un léger retard la cabine aussi toujours moins vite.
7 - L'avion stoppe momentanément sa descente, la cabine continue de descendre vers l'altitude du terrain d'arrivée moins l'équivalent de 0,1 psi pour éviter les à-coups lors de l'atterrissage comme lors du décollage. La variation de pression est optimisée de façon à ce que la pression cabine atteigne la pression du terrain de destination avant l'atterrissage. Le vario cabine en descente est limité à -750ft/mn , valeur par défaut : -350 ft /mn .
8 - L'avion touche le sol, la cabine remonte rejoindre l' altitude de l'aérodrome, le contrôleur de pressurisation dépressurise doucement la cabine.
9 - Demi-tour après décollage. Ce mode est utilisé pour empêcher la montée de la cabine si l'avion ne monte pas après le décollage. La pression cabine est maintenue a la valeur qu'elle avait avant le décollage.

En fonctionnement normal la pressurisation est entièrement automatique. Le régulateur utilise normalement l'altitude du terrain d'atterrissage et le QNH en provenance du FMGC et l'altitude pression provenant des ADIRS .
Si les données du FMGC ne sont pas disponibles, le contrôleur utilise la référence altimétrique du commandant de bord provenant de l'ADIRS et la sélection LDG ELEV du tableau de bord.
En fonctionnement semi-automatique, la seule action équipage nécessaire est le réglage du sélecteur LDG ELEV (altitude du terrain de destination).
En fonctionnement mode manuel, le pilote peut contrôler l'altitude cabine par l'intermédiaire du moteur MAN de l'OUTFLOW VALVE avec les commandes du panneau CABIN PRESS.
Voir Contôle pressurisation