Voitures et avions pourraient éviter le verglas et la pluie verglaçante grâce à de nouveaux capteurs

Deux capteurs mis au point à l'Université du Michigan pourraient alerter les pilotes, les conducteurs et les systèmes de sécurité automatisés des voitures et des avions des dangers liés au verglas.

Le verglas est responsable d'environ 20 % des accidents de la route liés aux conditions météorologiques chaque année, tandis que le givrage des avions est à l'origine d'environ 10 % des accidents d'avion mortels, en perturbant l'aérodynamisme et les commandes. Par exemple, un vol de la compagnie brésilienne Voepass Linhas Aéreas s'est écrasé près de São Paulo le 9 août 2024, suite à une défaillance de son système de dégivrage, selon un rapport du Réseau de sécurité aérienne (Aviation Safety Network). Un vol d'Air France s'est également abîmé dans l'océan Atlantique le 1er juin 2009, après que du givre a obstrué les sondes de vitesse de l'appareil. Dans les deux cas, tous les occupants ont péri.

« Chaque année, de plus en plus de gens voyagent en avion, et la pression pour voler dans toutes les conditions météorologiques s'accroît », a déclaré Nilton Renno, professeur de sciences et d'ingénierie du climat et de l'espace à l'Université du Michigan, qui a dirigé le développement de cette technologie.

« Notre technologie peut contribuer à ce que les avions, les drones, les voitures et les camions soient aussi sûrs et efficaces que possible. »

L'équipe de Nilton Renno a testé son système de deux capteurs complémentaires sur un avion monomoteur, ainsi que sur un jet d'affaires léger équipé d'instruments scientifiques pour effectuer des mesures de référence. Les résultats de ces expériences sont publiés dans la revue Scientific Reports .

Comment fonctionnent les nouveaux capteurs

Un capteur, fixé au fuselage de l'avion, utilise des micro-ondes pour détecter la formation de glace à sa surface. Un autre capteur, utilisant des lasers, détecte la pluie verglaçante et les grosses gouttes d'eau dans les nuages, alertant ainsi les pilotes du danger. Ce capteur pourrait également être utilisé sur les voitures et les camions pour détecter le verglas sur les routes.

Le développement du capteur à micro-ondes a débuté après la mission Phoenix, qui a mis en évidence la présence d'eau liquide sur Mars. Nilton Renno souhaitait que les missions futures mesurent l'humidité des sols et différencient l'eau de la glace. Mais Renno, également pilote, a commencé à réfléchir à la manière d'aider les pilotes après avoir retrouvé son avion personnel pris dans la glace un hiver. Sachant qu'il ne pouvait pas voler en toute sécurité, il est rentré chez lui et a réfléchi à des solutions.

« Le givrage des avions est un problème mondial qui peut survenir à tout moment de l'année, pour des appareils de toutes tailles et en fonction de l'altitude de vol », a déclaré Renno. « J'ai compris que je pouvais agir face à ce problème grâce à mon expérience de pilote et de spécialiste des sciences atmosphériques. »

Les avions actuels détectent la formation de glace grâce à deux types de sondes qui dépassent de la surface de l'appareil. Cependant, comme elles sont situées au-dessus de celle-ci, elles ne fournissent aucune information sur la nature de la glace présente sur l'avion. Le capteur à micro-ondes, quant à lui, détecte directement l'accumulation de glace car il est intégré à la surface de l'appareil. La fréquence du signal micro-ondes du capteur varie lorsqu'il est recouvert d'eau ou de glace.

Ce capteur plat émet des micro-ondes, ce qui permet aux pilotes de détecter la formation de givre sur la carlingue d'un avion. Crédit : Nilton Renno, Université du Michigan.

Capacités et applications des capteurs laser

Le capteur complémentaire détecte la pluie verglaçante quelques secondes après son entrée dans un nuage grâce à l'émission de trois lasers infrarouges de longueurs d'onde différentes. Les deux premiers faisceaux sont absorbés différemment par l'eau et la glace ; le rapport des signaux de retour indique aux pilotes si un nuage contient des particules de glace, des gouttelettes d'eau ou un mélange des deux. Les avions gèlent au contact de gouttelettes d'eau refroidies en dessous de zéro, tandis que les particules de glace rebondissent simplement. Ce capteur pourrait donc aider les pilotes à identifier un nuage dangereux et à s'éloigner avant que l'avion ne givre.

Le troisième laser permet de déterminer la taille et le nombre de gouttelettes d'eau dans le nuage en comparant son signal de retour à ceux des deux autres lasers. Les grosses gouttelettes sont plus dangereuses car elles ont plus de chances de heurter l'avion, tandis que les plus petites sont emportées par le flux d'air autour de l'appareil.

Les lasers pourraient également avertir les conducteurs de la présence de verglas avant qu'ils ne dérapent, ou encore déclencher les systèmes de sécurité automatiques du véhicule. Ralentir de 6 à 14 km/h peut réduire de moitié le risque de blessures graves lors d'un accident de voiture , selon les recherches.

« On peut sauver beaucoup de vies simplement en ralentissant lorsqu'on détecte une route glissante », a déclaré Renno.

Le dispositif a été conçu et développé en partie au Laboratoire de recherche en physique spatiale de l'Université du Michigan. Intelligent Vision Systems, une start-up issue de l'Université du Michigan, a développé le capteur optique et a concédé la licence de cette technologie avec l'aide d'Innovation Partnerships, qui a également breveté les capteurs. Renno et l'Université du Michigan ont des intérêts financiers dans Intelligent Vision Systems.

https://news.umich.edu/cars-and-planes-could-avoid-hazardous-ice-freezing-rain-with-new-sensors