AF447 : Coffin Corner Victims

Qu’est-ce que le ‘Coffin Corner‘ ?

Quand un équipage aux commandes d’un aéronef est confronté en haute altitude à des évènements météorologiques imprévus et d’une puissance gigantesque, les choses peuvent tourner mal.

Un des défis vitaux pour les pilotes est un phénomène connu sous le nom de Coffin Corner (littéralement le « coin cercueil »).

Dans cette situation,  à des milliers de mètres d’altitude,  la marge d’erreur dans le contrôle d’un avion de ligne moderne devient infime.

Les pilotes agrippés à leur joystik comme lors d’un jeu video funeste, suivent aveuglément les données affichées par leurs écrans informatiques…

fig1 : AirBus A330-200 : Coffin Corner

Le graphique ci-dessus montre sur l’axe horizontal la Vitesse de l’avion par rapport à l’air,  sur  l’axe vertical : l’Altitude de Vol.

Les lignes obliques représentent  :

- la vitesse minimum à laquelle l’avion peut voler, appelée : Vitesse de Décrochage (Vs)

- la vitesse maximum laquelle l’avion doit voler, appelée : Vitesse Maximum Opérationnelle (Mmo)

La région où a lieu l »intersection de ces 2 lignes ici représentée en rouge, est le Coffin Corner.

Quelques Rappels :

• La Traînée :

La Traînée est la résistance à l’avancement d’un mobile dans l’air, dans notre cas  : la résistance aérodynamique de l’aile. Elle est de direction opposée à la traction (hélices) ou à la poussée (propulseurs)  et est la projection horizontale de la Résultante Aérodynamique appliquée au centre de poussée sur l’aile.

• La Portance :

La Portance est la réaction générée par une aile en mouvement. C’est la quantité de mouvement de l’air que l’aile dévie vers le bas.

La Portance d’une aile est proportionnelle à la quantité d’air dévié vers le bas multipliée par la vitesse verticale de cet air, cette quantité dépend étroitement de la pression atmosphérique !

La Portance est de direction opposée au poids de l’avion et est la projection verticale de la Résultante Aérodynamique appliquée au centre de poussée sur l’aile.

Pour mémoire la Finesse est le rapport entre la portance et la traînée,  (pour les voileux…)

si on omet pour un instant le poids de l’avion, l’altitude de vol et la puissance de ses réacteurs on peut dire :

si la trainée  < portance l’avion vole  (situation A)

si la trainée  > portance l’avion chute  (situation B)

A une altitude donnée la zone entre la situation A et la situation B s’appelle le Coffin Corner.

Mais soyons plus précis.

• La Vitesse de Décrochage :

Un avion est soutenu en vol grâce à la différence de pression qui se développe entre les surfaces supérieures et inférieures de l’aile au moment de son déplacement dans l’air vers l’avant.

La vitesse de l’aile qui développe une différence de pression suffisante pour contrebalancer le poids de l’avion est appelée la vitesse de décrochage.

Voler en dessous de cette vitesse rends les commandes de vol inefficaces entraînant la perte d’altitude et un piqué avant.

En altitude la densité de l’air est moindre, la Portance diminue alors, de plus de température est extrêmement basse, la vitesse de l’avion doit donc augmenter pour conserver un flux d’air suffisant sur les ailes, c’est l’équivalent vitesse de l’air (Equivalent Air Speed : EAS).

Cette vitesse est mesurée par les tubes Pitot et corrigée par l’informatique de bord, pour fournir la vitesse de décrochage : Vs

Mais la vitesse de décrochage (Vs) varie en fonction de l’altitude en raison des changements qui se produisent près de la vitesse du son.  En général elle augmente avec l’altitude comme indiqué sur le graphique.

• La Vitesse du Son :

La vitesse du son dans l’air dépend principalement de la température de l’air,   la t° de l’air à 30000 pieds est de -45 °C,  la vitesse du son est alors drastiquement réduite, ainsi le mur du son à FL500 est environ de M0.85.

Cela signifie que sans aller plus vite, plus un avion vole haut, plus il se rapproche de la vitesse du son et de son mur.

Bien que les avions soient conçus pour voler au-delà de la vitesse du son, la plupart des avions peuvent devenir instables lorsque le flux d’air sur les surfaces portantes approche des vitesses supersoniques. En effet , l’écoulement des filets d’air dans certains endroits du fuselage peut dépasser la vitesse propre de l’avion, ces effets néfastes surviennent à environ 80 pour cent de la vitesse du son, soit,  exprimée en « nombre de Mach »  à environ M0,8.

Pour des raisons de sécurité, les avions de transport doivent se conformer à un nombre de Mach maximal d’exploitation : Mmo (Maximum Operating Mach Number : MMO) spécifique à cet avion.

Par exemple, un AirBus A330-200 a un Mmo de 0,86.

Au niveau de la mer,  la vitesse du son est :  340,29 m / s (soit environ 1200 km/h).

Cette vitesse est difficilement atteignable par les avions de transport, ceux-ci dépassent les limites structurelles des cellules avant d’approcher le MMO.

Ainsi, à basse altitude, la Vitesse Maximale de fonctionnement la Vmo (maximum operating speed : VMO) n’est pas liée à la vitesse du son.

La Vmo ne change pas avec l’altitude, de sorte que si vous montez en altitude, la vitesse maximale de fonctionnement  est une ligne verticale, dans le même sens que la ligne de la vitesse de décrochage Vs.

Si l’on poursuit le raisonnement en augmentant l’altitude, finalement la ligne verticale Vmo rencontre la ligne de la vitesse du son.

A cette altitude, la vitesse maximale Vmo est égale à la Mmo, qui est la marge de sécurité des aéronefs par rapport  à la vitesse du son.

Plus l’altitude s’accroit, plus la vitesse du son du son diminue, la Mmo rejoint alors la vitesse de décrochage. On est en plein dans le Coffin Corner.

fig2 : AirBus A330-200 : Horizon Artificiel, les échelles rouge et jaune indiquent les limites du Coffin Corner.

Dans cette région, le pilote se doit de maintenir sa vitesse au-dessus de la vitesse de décrochage ET de veiller à rester en dessous de la Vmo/Mmo. Mais au fur et à mesure que l’altitude augmente, l’écart entre la vitesse de décrochage et la vitesse maximum est confiné dans la pointe extrême du graphique, appelée Coffin Corner.

L’aéronef doit alors être piloté avec une extrême précision, car une inclinaison vers le bas l’entrainerait vers le fatal Mmo et un angle d’attaque vers le haut réduirait sa vitesse au risque de décrocher.

Dans certaines conditions aérologiques le ‘Coffin Corner’ à 30000 pieds peut quelques fois descendre à quelques dizaines de knots. Or on sait grâce aux ACARS émis par l’AirBus A330 AF447, que les indications sur les ADIRS du pilote et du copilote affichaient une différence de vitesse de 30 noeuds (soit 50 kmh).

Suivant les options de vol à cet instant, l’aéronef a pu soit décrocher et se perdre au contact de la surface de l’eau, soit passer en sur-vitesse  avec passage éventuel du mur du son, les structures de l’aéronef sont alors soumises à de telles vibrations qu’il peut se disloquer en vol.

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