Avion pressurisé
Les aéronefs volent à haute altitude pour deux raisons. Premièrement, un aéronef volant à haute altitude consomme moins de carburant pour une vitesse donnée qu'il n'en consomme pour la même vitesse à une altitude inférieure car l'aéronef est plus efficace à haute altitude. Deuxièmement, le mauvais temps et les turbulences peuvent être évités en volant dans un air relativement calme au-dessus des tempêtes. De nombreux avions modernes sont conçus pour fonctionner à haute altitude, profitant de cet environnement. Pour voler à des altitudes plus élevées, l'avion doit être pressurisé ou de l'oxygène supplémentaire approprié doit être fourni à chaque occupant. Il est important que les pilotes qui pilotent ces aéronefs connaissent les principes de fonctionnement de base.
Dans un système de pressurisation typique, la cabine, le compartiment de vol et les compartiments à bagages sont intégrés dans une unité étanche capable de contenir de l'air sous une pression supérieure à la pression atmosphérique extérieure. Sur les aéronefs propulsés par des moteurs à turbine, l'air de prélèvement de la section du compresseur du moteur est utilisé pour pressuriser la cabine. Les compresseurs peuvent être utilisés sur les anciens modèles d'avions à turbine pour pomper de l'air dans le fuselage scellé. Les aéronefs à pistons peuvent utiliser l'air fourni par chaque turbocompresseur de moteur via un venturi sonique (limiteur de débit). L'air est évacué du fuselage par un dispositif appelé soupape de décharge. En régulant la sortie d'air, la vanne d'évacuation permet une entrée constante d'air dans la zone sous pression.
Un système de pressurisation de cabine maintient généralement une altitude de pression de cabine d'environ 8 000 pieds à l'altitude de croisière maximale conçue d'un aéronef. Cela empêche les changements rapides d'altitude de la cabine qui peuvent être inconfortables ou causer des blessures aux passagers et à l'équipage. De plus, le système de pressurisation permet un échange d'air assez rapide de l'intérieur vers l'extérieur de la cabine. Cela est nécessaire pour éliminer les odeurs et évacuer l'air vicié.
La pressurisation de la cabine de l'avion est nécessaire pour protéger les occupants contre l'hypoxie. Dans une cabine pressurisée, les occupants peuvent être transportés confortablement et en toute sécurité pendant de longues périodes, en particulier si l'altitude de la cabine est maintenue à 8 000 pieds ou moins, où l'utilisation d'équipement à oxygène n'est pas nécessaire. L'équipage de conduite de ce type d'aéronef doit être conscient du danger d'une perte accidentelle de pression dans la cabine et être prêt à faire face à une telle urgence chaque fois qu'elle survient.
Les termes suivants aideront à comprendre les principes de fonctionnement des systèmes de pressurisation et de climatisation :
• Altitude de l'aéronef : la hauteur réelle au-dessus du niveau de la mer à laquelle l'aéronef vole
• Température ambiante : la température dans la zone entourant immédiatement l'avion
• Pression ambiante : la pression dans la zone entourant immédiatement l'avion
• Altitude de la cabine : pression de la cabine en termes d'altitude équivalente au-dessus du niveau de la mer
• Pression différentielle — la différence de pression entre la pression agissant d'un côté d'un mur et la pression agissant de l'autre côté du mur. Dans les systèmes de climatisation et de pressurisation des avions, c'est la différence entre la pression de la cabine et la pression atmosphérique.
Le système de contrôle de la pression de la cabine assure la régulation de la pression de la cabine, la décompression, la décompression et les moyens de sélectionner l'altitude de cabine souhaitée dans la plage isobare et différentielle. De plus, la décharge de la pression de la cabine est fonction du système de contrôle de la pression. Un régulateur de pression de cabine, une soupape de décharge et une soupape de sécurité sont utilisés pour accomplir ces fonctions.
Le régulateur de pression de la cabine contrôle la pression de la cabine à une valeur sélectionnée dans la plage isobare et limite la pression de la cabine à une valeur différentielle prédéfinie dans la plage différentielle. Lorsqu'un aéronef atteint l'altitude à laquelle la différence entre la pression à l'intérieur et à l'extérieur de la cabine est égale à la pression différentielle la plus élevée pour laquelle la structure du fuselage est conçue, une nouvelle augmentation de l'altitude de l'aéronef entraînera une augmentation correspondante de l'altitude de la cabine. Le contrôle différentiel est utilisé pour éviter que la pression différentielle maximale, pour laquelle le fuselage a été conçu, ne soit dépassée. Cette pression différentielle est déterminée par la résistance structurelle de la cabine et souvent par la relation entre la taille de la cabine et les zones de rupture probables, telles que les fenêtres et les portes.
La soupape de sécurité de la pression d'air de la cabine est une combinaison de soupape de surpression, de surpression et de décharge. La soupape de surpression empêche la pression de la cabine de dépasser une pression différentielle prédéterminée au-dessus de la pression ambiante. La décharge de vide empêche la pression ambiante de dépasser la pression de la cabine en permettant à l'air extérieur d'entrer dans la cabine lorsque la pression ambiante dépasse la pression de la cabine. L'interrupteur de commande du poste de pilotage actionne la soupape de décharge. Lorsque cet interrupteur est positionné pour enfoncer, une électrovanne s'ouvre, ce qui fait que la vanne rejette l'air de la cabine dans l'atmosphère.
Le degré de pressurisation et l'altitude de fonctionnement de l'avion sont limités par plusieurs facteurs de conception critiques. Principalement, le fuselage est conçu pour résister à une pression différentielle maximale particulière dans la cabine.
Plusieurs instruments sont utilisés conjointement avec le contrôleur de pressurisation. Le manomètre différentiel de la cabine indique la différence entre la pression intérieure et extérieure. Cette jauge doit être surveillée pour s'assurer que la cabine ne dépasse pas la pression différentielle maximale autorisée. Un altimètre de cabine est également fourni pour vérifier les performances du système. Dans certains cas, ces deux instruments sont combinés en un seul. Un troisième instrument indique le taux de montée ou de descente de la cabine. Un instrument de taux de montée de cabine et un altimètre de cabine sont illustrés sur la figure.
La décompression est définie comme l'incapacité du système de pressurisation de l'avion à maintenir son différentiel de pression conçu. Cela peut être causé par un dysfonctionnement du système de pressurisation ou par des dommages structurels à l'avion.
Physiologiquement, les décompressions appartiennent aux deux catégories suivantes :
• Décompression explosive — un changement de pression dans la cabine plus rapide que les poumons ne peuvent décompresser, entraînant éventuellement des lésions pulmonaires. Normalement, le temps nécessaire pour libérer l'air des poumons sans restrictions, comme les masques, est de 0,2 seconde. La plupart des autorités considèrent que toute décompression qui se produit en moins de 0,5 seconde est explosive et potentiellement dangereuse.
• Décompression rapide — un changement de pression dans la cabine dans lequel les poumons se décompressent plus rapidement que la cabine.
Lors d'une décompression explosive, il peut y avoir du bruit et on peut se sentir hébété pendant un moment. L'air de la cabine se remplit de brouillard, de poussière ou de débris volants. Le brouillard se produit en raison de la chute rapide de la température et du changement de l'humidité relative. Normalement, les oreilles se dégagent automatiquement. L'air se précipite de la bouche et du nez en raison de la fuite d'air des poumons et peut être remarqué par certaines personnes.
Une décompression rapide diminue la période de conscience utile car l'oxygène dans les poumons est expiré rapidement, ce qui réduit la pression sur le corps. Cela diminue la pression partielle d'oxygène dans le sang et réduit le temps de performance effectif du pilote d'un tiers à un quart de son temps normal. Pour cette raison, un masque à oxygène doit être porté lors de vols à très haute altitude (35 000 pieds ou plus). Il est recommandé aux membres d'équipage de sélectionner le réglage 100 % d'oxygène sur le régulateur d'oxygène à haute altitude si l'avion est équipé d'un système d'oxygène à la demande ou à la demande de pression.
Le principal danger de la décompression est l'hypoxie. Une utilisation rapide et appropriée de l'équipement d'oxygène est nécessaire pour éviter l'inconscience. Un autre danger potentiel auquel les pilotes, l'équipage et les passagers sont confrontés lors des décompressions à haute altitude est le mal de décompression de gaz évolué. Cela se produit lorsque la pression sur le corps diminue suffisamment, que l'azote sort de la solution et forme des bulles à l'intérieur de la personne qui peuvent avoir des effets néfastes sur certains tissus du corps.
La décompression causée par des dommages structurels à l'avion présente un autre type de danger pour les pilotes, l'équipage et les passagers : être projetés ou soufflés hors de l'avion s'ils se trouvent à proximité d'ouvertures. Les personnes à proximité des ouvertures doivent porter des harnais de sécurité ou des ceintures de sécurité en tout temps lorsque l'avion est sous pression et qu'elles sont assises. Les dommages structurels peuvent également les exposer à des coups de vent et à des températures extrêmement froides.
Une descente rapide de l'altitude est nécessaire pour minimiser ces problèmes. Des systèmes automatiques d'avertissement visuel et sonore sont inclus dans l'équipement de tous les aéronefs pressurisés.
