Tube de Pitot - Définition et Explications

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Principe

Nomenclature des tubes de Pitot. Le tube de Pitot simple mesure la pression totale ; la sonde statique mesure la pression statique ; la version combinée est l'antenne ou tube de Prandtl ou tube de Pitot statique (Le mot statique peut désigner ou qualifier ce qui est relatif à l'absence de mouvement. Il peut...) qui permet la mesure de la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il...).
Schéma d'une antenne (En radioélectricité, une antenne est un dispositif permettant de rayonner (émetteur) ou de...) de Prandtl standardisée.

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 (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle,...) avec le fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette...) dont on veut mesurer la vitesse (On distingue :), 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 (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments...). 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 (Un manomètre est un instrument servant à mesurer une pression.) 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 (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) du tube. Cette vitesse correspond au vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface...) relatif et est, en aéronautique (L'aéronautique inclut les sciences et les technologies ayant pour but de construire et de...), 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 (Un aéronef est un moyen de transport capable d'évoluer au sein de l'atmosphère...).

Erreurs de mesure et défauts de fonctionnement

Tube de Pitot (Le tube de Pitot et l'antenne de Prandtl sont des systèmes similaires de mesure de vitesse des...) bouché

Lorsqu'un tube de Pitot (mesurant la pression totale) est bloqué, la mesure de vitesse du véhicule (Un véhicule est un engin mobile, qui permet de déplacer des personnes ou des charges d'un...) 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 (Un avion, selon la définition officielle de l'Organisation de l'aviation civile internationale...) prend de l'altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau...).

L'obstruction du tube de Pitot sur un avion est le plus souvent causée par l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...), la glace (La glace est de l'eau à l'état solide.) ou les insectes (Insectes est une revue francophone d'écologie et d'entomologie destinée à un large...). Pour la prévenir, les règlements de l'aviation (L'aviation est une activité aérienne définie par l'ensemble des acteurs,...) 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 (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des...) Pitot rétractable supplémentaire, utilisable en cas de besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est...).

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 (Un altimètre est un appareil permettant de mesurer l'altitude.) reste à une valeur constante, la vitesse verticale (La verticale est une droite parallèle à la direction de la pesanteur, donnée notamment par le...) reste nulle, la vitesse de l'appareil sera erronée, selon une erreur inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de...) au cas du tube de Pitot bouché : l'indication (Une indication (du latin indicare : indiquer) est un conseil ou une recommandation, écrit...) de vitesse semblera diminuer quand l'avion monte en altitude. Les appareils dont la cabine (Sur un bateau, une cabine désigne une pièce d'habitation pour une ou plusieurs personnes. Une...) n'est pas pressurisée disposent souvent d'une sonde statique de secours qui peut être connectée depuis l'intérieur du cockpit (L'habitacle (mais aussi cabine de pilotage, poste de pilotage, cellule ou encore cockpit) d'un...).

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 (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) qui ne sont pas liées à l'altitude (météorologie).
  • Erreur de compressibilité. Ces erreurs de mesure surviennent lorsque l'approximation (Une approximation est une représentation grossière c'est-à-dire manquant de...) 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 (Le niveau de la mer est la hauteur moyenne de la surface de la mer, par rapport à un niveau de...). 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 (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...) due aux propriétés de la capsule anéroïde contenue dans l'instrument de mesure (En physique et en sciences de l’ingénieur, mesurer consiste à comparer une grandeur...). Cet effet d'hystérésis peut être causé par un changement anormal dans l'inclinaison (En mécanique céleste, l'inclinaison est un élément orbital d'un corps en orbite autour d'un...) 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 (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des...) de la pression atmosphérique (La pression atmosphérique est la pression de l'air en un point quelconque d'une atmosphère.) réelle loin de l'appareil, notamment lorsque l'écoulement de l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...) 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 (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts...) d'attaque, poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la...) de l'appareil, accélération (L'accélération désigne couramment une augmentation de la vitesse ; en physique,...)... 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 (Le givre est un dépôt de micro-gouttelettes d'eau surfondue (= en surfusion) sur une...), 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 (L'orient correspond au point cardinal est, et s'oppose à l'occident (l'ouest).) Airlines (décembre 1974, oubli de connexion du système de dégivrage du tube de Pitot) ;
  • avion de chasse (Un avion de chasse (aussi appelé chasseur) est un avion militaire conçu pour attaquer les...) expérimental Rockwell-MBB X-31 (Le X-31 était un avion à réaction germano-américain expérimental destiné à étudier la...) (19 janvier 1995, au nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) 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 (Le mot austral (du latin australis) est un adjectif qualifiant ce qui se situe dans l'hémisphère...) 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 (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de...) aérien. Durant cette phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...), 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 (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...). 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 (Un pilote automatique (souvent abrégé PA) est un système permettant de maintenir un...). 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 (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) 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 (On nomme média un moyen impersonnel de diffusion d'informations (comme la presse, la radio, la...) dans les jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) ayant suivi la catastrophe (Une catastrophe est un événement brutal, d'origine naturelle ou humaine, ayant généralement la...) du vol 447 Air France (Le vol 447 Air France du 31 mai 2009 était le vol régulier entre l'aéroport...) (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 (Northwest Airlines (code AITA : NW ; code OACI : NWA) était la cinquième...), le dernier datant du 23 juin 2009.
  • La société Airbus (Airbus est un constructeur aéronautique européen et également un acteur majeur dans...) 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.
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