Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Résumé

Au Canada, les avions peuvent être exposés à des conditions météorologiques telles que le brouillard givrant, la neige, la bruine verglaçante ou la pluie verglaçante. Ces conditions peuvent mener au développement de givre sur les ailes. Des fluides antigivre sont utilisés pour éviter des accidents lors du décollage en raison de givre sur les ailes lorsque les conditions climatiques l’exigent. Pour être homologués, ces fluides doivent subir une série d’essais explicités dans la norme ARP5485: «Endurance Time Tests for Aircraft Deicing / Anti-icing Fluids SAE Type II, III, and IV». Celle-ci décrit les différents essais d’endurance utilisés pour déterminer le temps d’endurance de ces fluides sous différentes formes de précipitations givrantes telles que la neige, le brouillard, la bruine et le verglas. Le temps d’endurance est le temps pour lequelle fluide antigivre est jugé efficace dans des conditions climatiques données. Les essais d’endurance doivent être réalisés dans un laboratoire habileté à homologuer la performance des fluides antigivre utilisés sur les avions en attente de décollage. Le Laboratoire International des Matériaux Antigivre (LIMA) est un laboratoire d’envergure international habileté à homologuer les fluides en accord avec les normes de la Society of Automotive Engineers (SAE), soit les Aerospace Material Specifications (AMS) et les Aerospace Standards (AS). Les techniciens scientifiques du LIMA effectuent les essais d’endurance à l’intérieur de chambres climatiques permettant de reproduire les conditions expérimentales voulues à la demande et de façon uniforme pour la durée complète de l’essai. Les essais peuvent durer jusqu’à12 heures et nécessitent un contrôle précis de la température et de l’intensité des précipitations. Le fluide antigivre est versé sur des plaques d’aluminium inclinées de 10_ par rapport à l’horizontale à l’intérieur de la chambre climatique pour simuler la surface d’une aile d’avion en attente de décollage sous diverses conditions climatiques. Le technicien scientifique doit surveiller l’état de la plaque recouverte de fluide de façon à déterminer le temps d’endurance du fluide dans les conditions expérimentales en cours. Différentes formes de contaminations gelées peuvent apparaître sur la plaque et doivent être repérées par celle-ci. Pour ce faire, une fenêtre permet l’inspection visuelle de l’état de la plaque sans perturber l’expérience. Le critère d’échec dépend de l’évaluation visuelle de la plaque par le technicien scientifique, puisqu’il nécessite de repérer les contaminations gelées ainsi que de calculer mentalement la proportion de la plaque qu’elles occupent. Cette évaluation est subjective et dépend de plusieurs facteurs. Tous ces facteurs pourraient introduire de la variabilité dans le temps d’endurance déterminé par une même personne qui referait l’essai à plusieurs reprises. De plus, différentes personnes détermineraient peut-être des temps d’endurance différents pour un même essai? Aussi, la nécessité d’une supervision permanente rend la procédure fastidieuse puisque l’essai peut durer jusqu’à 12 heures. L’objectif de ce mémoire est d’élaborer une méthode automatisée permettant de déterminer le temps d’endurance de fluides antigivre de typeI I, III et IV par traitement d’images. Trois types d’essais d’endurance en particuliers sont ciblés dans le cadre de ce projet: les essais d’endurance au brouillard givrant (WSET), à la pluie verglaçante légère (LZR) et à la neige (SNW). Pour ce faire, un algorithme différent pour chacun de ces types d’essais a été créé afin de détecter le givre sur la plaque d’essais et d’évaluer le critère d’échec respectif à partir des images prises par un appareil photo automatiquement et à intervalle régulier. Ces algorithmes ont été implémentés à l’aide de MATLAB. Afin de développer ces algorithmes et d’évaluer la validité de leurs résultats, 2 essais WSET,7 essais LZR et 7 essais SNW ont été réalisés dans les chambres climatiques du LIMA en utilisant le montage expérimental prescrit. Les temps d’endurance obtenus par les algorithmes ont été comparés avec les temps d’endurance déterminés par le technicien scientifique présent lors des essais. Des 13 essais pour lesquels les images ont pu être utilisées, le temps d’endurance trouvé par les algorithmes n’était valide que pour 3 d’entre eux, c’est-à-dire qu’il y avait un écart de moins de 5% entre le temps d’endurance déterminé par le technicien présent et celui produit par le programme MATLAB. De plus, un groupe de trois techniciens scientifiques ont déterminés les temps d’endurance de ces essais à partir des photos de ceux-ci. Les moyennes de ces temps d’endurance et leur déviation standard ont été calculées. Les temps d’endurance obtenus par les algorithmes ont ensuite été comparés avec ces valeurs moyennes. Des 13 essais pour lesquels les images ont pu être utilisées, le temps d’endurance trouvé par les algorithmes était valide pour 11 d’entre eux, c’est-à-dire que soit il était à l’intérieur d’une déviation standard de la moyenne des techniciens, soit il y avait un écart de moins de 5% entre ceux-ci. Les 2 essais pour lesquels le temps d’endurance trouvé par les algorithmes n’était pas valide étaient des essais de neige. Pour ces essais, un problème important de réflexion de lumière sur la plaque diminuait la qualité des photos. En conclusion, les algorithmes développés sont efficaces pour déterminer le temps d’endurance de fluides antigivre lorsque ce temps d’endurance est comparé à celui déterminé par les techniciens scientifiques ayant utilisés les mêmes données: les photos. Cependant, pour une raison qui pourra être explorée dans des travaux futurs, les algorithmes se sont montrés inefficaces pour déterminer le temps d’endurance lorsque celui-ci est comparé à celui constaté par le technicien présent lors de l’essai.