Tube de Pitot - Définition
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Principe
Un tube de Pitot-statique ou tube de Prandtl (ou antenne de Prandtl) est constitué de deux tubes coudés concentriques dont les orifices, en communication avec le fluide dont on veut mesurer la vitesse, sont disposés de façon particulière :
- Le tube extérieur s'ouvre perpendiculairement à l'écoulement du fluide. La pression à l'intérieur de ce tube est donc égale à la pression ambiante ou pression statique ;
- Le tube intérieur est parallèle à l'écoulement du fluide, et est ouvert en son bout, face au flux. La pression à l'intérieur de celui-ci est donc la pression totale, somme de la pression statique et de la pression dynamique.
Un manomètre mesure la différence de pression entre les deux tubes, c'est-à-dire la pression dynamique, et permet donc de calculer la vitesse d'écoulement du fluide autour du tube. Cette vitesse correspond au vent relatif et est, en aéronautique, une des informations primordiales pour le pilote qui doit toujours maintenir son appareil au-dessus de sa vitesse de décrochage, et au-dessous de sa vitesse maximale. Elle permet en outre, connaissant la vitesse du vent, de calculer la vitesse sol et la consommation de l'aéronef.
Erreurs de mesure et défauts de fonctionnement
Tube de Pitot bouché
Lorsqu'un tube de Pitot (mesurant la pression totale) est bloqué, la mesure de vitesse du véhicule n'est plus possible. La conséquence immédiate d'un blocage du tube de Pitot bouché est une mesure erronée d'une vitesse en augmentation alors que l'avion prend de l'altitude.
L'obstruction du tube de Pitot sur un avion est le plus souvent causée par l'eau, la glace ou les insectes. Pour la prévenir, les règlements de l'aviation prévoient une inspection du ou des tubes de Pitot préalable au vol. En outre, de nombreux dispositifs à tubes de Pitot sont équipés d'un système de dégivrage (ce dernier étant requis pour les appareils certifiés pour le vol aux instruments).
En raison des nombreux cas possibles de défaillance, les avions importants comportent souvent un système redondant de plusieurs sondes Pitot, généralement au moins 3. Ainsi, si l'une des sondes se met à donner des résultats trop différents des autres, alors on peut inférer qu'elle est défectueuse et ignorer ses indications. (S'il n'y en avait que 2, on ne pourrait alors pas savoir laquelle est en panne, puisqu'une défaillance peut provoquer la lecture d'une vitesse supérieure ou inférieure suivant le cas). De plus, certains avions sont équipés d'une sonde Pitot rétractable supplémentaire, utilisable en cas de besoin.
Prise de pression statique bouchée
Lorsque la prise de pression statique est bouchée, tous les instruments basés sur le système de Pitot sont affectés : l'altimètre reste à une valeur constante, la vitesse verticale reste nulle, la vitesse de l'appareil sera erronée, selon une erreur inverse au cas du tube de Pitot bouché : l'indication de vitesse semblera diminuer quand l'avion monte en altitude. Les appareils dont la cabine n'est pas pressurisée disposent souvent d'une sonde statique de secours qui peut être connectée depuis l'intérieur du cockpit.
Défauts intrinsèques
- Erreurs de densité. Ces erreurs affectent les mesures de vitesse et d'altitude. Cette erreur est due aux variations de pression de l'atmosphère qui ne sont pas liées à l'altitude (météorologie).
- Erreur de compressibilité. Ces erreurs de mesure surviennent lorsque l'approximation du régime incompressible ne peut plus être faite et que la formule calculant la vitesse ne s'applique plus. Cette erreur intrinsèque se produit notamment aux altitudes élevées, où la vitesse du son est inférieure à sa valeur au niveau de la mer. Ces erreurs deviennent significatives pour des altitudes supérieures à 10 000 pieds et pour des vitesses supérieures à 200 nœuds. Dans ces conditions, l'indicateur de vitesse rapporte une vitesse inférieure à la vitesse réelle de l'appareil.
- Hystérésis mécanique due aux propriétés de la capsule anéroïde contenue dans l'instrument de mesure. Cet effet d'hystérésis peut être causé par un changement anormal dans l'inclinaison de l'appareil. Cette erreur se caractérise par une valeur momentanément fausse dans la mesure de l'inclinaison, puis lors du renversement d'hystérésis, dans la mesure d'altitude et la mesure de la vitesse verticale.
- Erreur de position. Cette erreur se présente lorsque la pression statique mesurée par le tube est différente de la pression atmosphérique réelle loin de l'appareil, notamment lorsque l'écoulement de l'air autour de l'appareil n'est pas égale à la vitesse réelle de l'appareil. Cela peut être causé par un ou plusieurs facteurs : l'angle d'attaque, poids de l'appareil, accélération... et, dans le cas des hélicoptères, au flux d'air créé par le mouvement des pales. L'erreur de lecture peut être positive ou négative selon les facteurs en cause. Les erreurs de positions peuvent être une valeur fixe (qui ne dépend que du modèle de l'appareil et peut donc être calibrée) et les erreurs variables qui peuvent provenir de déformations mécaniques changeant localement l'écoulement de l'air, ou des situations de vol particulières.
Accidents aériens dus à un problème sur un tube de Pitot
Si ces tubes sont encrassés par du givre, des débris, des insectes, une mesure incorrecte de vitesse est fournie aux pilotes et aux instruments de bord de l'avion. Une mesure erronée de vitesse sur des tubes de Pitot a été mise en cause dans plusieurs catastrophes aériennes :
- Vol 6231 Northwest Orient Airlines (décembre 1974, oubli de connexion du système de dégivrage du tube de Pitot) ;
- avion de chasse expérimental Rockwell-MBB X-31 (19 janvier 1995, au nord de la Base d'Edwards, Californie).
- Vol 301 Birgenair (février 1996, suspicion de présence de nids d'insectes dans les tubes) ;
- Vol 603 AeroPerú (octobre 1996, obstruction des tubes suite à une erreur humaine) ;
- Vol 2553 Austral Líneas Aéreas (octobre 1997, givrage des tubes lors d'un passage dans un nuage) ;
- Le 8 janvier 2004 à 18h26, une patrouille de deux Mirage 2000 D ayant pour indicatif « Condé 336 » décolle du terrain de Nancy-Ochey pour une mission d'entraînement à la pénétration basse altitude, comprenant un transit en haute altitude pour rejoindre un ravitailleur. Au cours du transit vers le ravitailleur, une descente est effectuée vers un niveau inférieur sur ordre du contrôle aérien. Durant cette phase, l’équipage d'un des Mirage 2000 D remarque une diminution continue de la vitesse qui lui semble incohérente avec la position de la manette des gaz. Le pilote stabilise le Mirage à 26.000 pieds. L'équipage ressent immédiatement des oscillations sur l’axe de tangage, qui persistent après coupure du pilote automatique. Lorsque le pilote met pleins gaz sec afin d'accélérer, les oscillations s'amplifient et l'avion devient alors incontrôlable. L'appareil s'écrase près des gorges du Tarn dans une zone inhabitée et les deux membres d'équipage sont légèrement blessés lors de l'éjection. L'enquête du BEAD-air conclura que l'indication de vitesse lue par le pilote était erronée en raison de l'obstruction de toutes les sondes de Pitot et ce à cause du givrage et des opérations de maintenance. Le pilote ne disposant pas de suffisamment de temps pour identifier la panne a alors conclu que la faible vitesse affichée était la vitesse réelle de l'avion. Son action sur les gaz a ensuite contribué à déstabiliser l'appareil.
- C'est aussi l'une des hypothèses envisagées par les média dans les jours ayant suivi la catastrophe du vol 447 Air France (juin 2009), et confirmée comme une piste sérieuse par le Bureau Enquête Accident français.
- Une douzaine d'incidents impliquant les sondes de marque Thalès auraient touché les A330 de la compagnie Northwest Airlines, le dernier datant du 23 juin 2009.
- La société Airbus a reconnu pas moins de 36 incidents d'obstruction possible de sondes Pitot par de la glace, sur des avions A330/A340, entre le 12 novembre 2003 et le 07 août 2009.
