Soixante-dix avions sont frappés par la foudre chaque jour. Il ne s'agit pas d'un bulletin d'information militaire, mais d'une statistique courante dans l'aviation commerciale : la foudre frappe l'avion, s'y accroche et y reste pendant environ une seconde, tandis que l'appareil continue sa course dans les airs. Durant cette seconde, la décharge électrique « balaye » la surface métallique, cherchant une issue, changeant d'intensité et se raccrochant là où elle trouve un chemin privilégié.
Les passagers ne ressentent rien, car le fuselage fait office de cage de Faraday. Mais l'avion, lui, le ressent : à certains endroits, le courant peut causer des dommages. Heureusement, des décennies d'expérience aérienne nous ont appris où placer le blindage. Le problème, c'est que les avions du futur ne ressemblent plus à ceux d'aujourd'hui.
Lorsque la forme change, les données historiques ne suffisent pas.
L'industrie aéronautique explore nouvelles géométries: ailes intégrées au corps (Fusées à ailes intégrées), ailes à haubans et configurations conçues pour réduire le poids et la consommation de carburant. Personne n'a jamais accumulé suffisamment d'heures de vol avec ces appareils pour savoir où la foudre a tendance à frapper. Et, bien sûr, personne ne souhaite le découvrir une fois le vol déjà commencé.
Carmen Guerra-Garcia, professeur agrégé à MIT, l'explique clairement :
« Nous commençons à concevoir des avions très différents de ceux auxquels nous sommes habitués. Nous ne pouvons pas appliquer exactement ce que nous savons des données historiques à ces nouvelles configurations, car elles sont trop différentes. »
L'équipe de Guerra-Garcia a développé une approche fondée sur la physique, publié sur Accès IEEECe système prédit la répartition de la foudre sur un aéronef, quelle que soit sa forme. Il génère des cartes précises mettant en évidence les zones vulnérables de l'appareil avant même l'assemblage du prototype.
Comment fonctionne le modèle du MIT
Le système débute par la géométrie de l'avion. Les chercheurs simulent la dynamique des fluides : l'écoulement de l'air autour du fuselage à une vitesse, une altitude et un angle de tangage donnés. Ils intègrent ensuite leur modèle précédent, qui prédit les points d'impact initiaux de la foudre. À partir de là, la simulation proprement dite commence.
Pour chaque point d'attaque, l'équipe simule des dizaines de milliers d'arcs électriques potentielsSous différents angles. Une succession interminable d'éclairs et d'avions, d'avions et d'éclairs. Le modèle calcule la trajectoire de chaque éclair suivant le flux d'air au-dessus de la surface de l'avion, et le résultat est une représentation statistique : où la foudre a tendance à se propager, où elle a tendance à s'attarder, où elle peut causer des dégâts. Ces statistiques sont ensuite converties en une carte de zones « personnalisée » pour chaque aéronef, avec des niveaux de vulnérabilité gradués.
« Nous disposons d'un outil basé sur la physique qui fournit des indicateurs tels que la probabilité d'attaque et temps d'arrêt« c’est-à-dire, la durée pendant laquelle un arc s’arrête à un point précis », explique Guerra-Garcia.
« Nous convertissons ces données en cartes de zonage : si vous vous trouvez dans la zone rouge, l’arc électrique de la foudre persistera longtemps, cette zone doit donc être fortement protégée. »
Avions et foudre, le poids de la protection
Nathanaël Jenkins, doctorant et premier auteur de l'étude, a parfaitement résumé la situation :
« Protéger un avion de la foudre est une opération lourde. Incorporer des treillis de cuivre ou des feuilles métalliques sur toute la structure a un coût en termes de poids. Si chaque centimètre carré de la surface était protégé au maximum, l'avion serait trop lourd. Le zonage permet d'optimiser le poids du système tout en garantissant une sécurité maximale. »
Les avions commerciaux actuels sont divisés en trois domaines principauxLes zones de protection contre le surintensité sont classées selon les normes de l'industrie aéronautique. Chaque zone est clairement définie par le niveau de courant qu'elle doit supporter pour être certifiée en vol. Les parties les plus exposées se trouvent en zone 1 et nécessitent une protection renforcée : des plaques métalliques intégrées au revêtement de l'aéronef, qui conduisent le courant.
À ce jour, ces zones ont été déterminées après des années de inspections en vol après la foudre et des ajustements progressifs. La méthode MIT inverse le processus : utilise la physique pour cartographier les vulnérabilités avant même que l'avion n'existe.
L'équipe a validé l'approche sur un structure tubulaire-aile traditionnelle, démontrant ainsi que les cartes générées par le modèle physique correspondent aux données que l'industrie a établies au fil de décennies de perfectionnement. Ils appliquent désormais la même méthode à de nouvelles géométries : ailes hybrides et structures en treillis.
Au-delà des avions et de la foudre : les éoliennes dans le collimateur
Guerra-Garcia envisage déjà l'avenir au-delà de l'aviation. « À propos de 60 % des pertes de lames C’est dû à la foudre, et cela va empirer à mesure que nous nous éloignerons des côtes, car les éoliennes offshore seront encore plus grandes et plus sensibles à la foudre ascendante.
Les éoliennes, notamment en mer, deviennent des géants toujours plus hauts. Et la hauteur, dans ce cas précis, pose problème : elle attire la foudre comme un aimant attire le fer. Expériences récentes au Japon Ils ont testé des drones équipés de cages de Faraday volantes pour intercepter la foudre avant qu'elle n'atteigne les infrastructures critiques. Le MIT, comme mentionné précédemment, adopte une approche différente : prédire, cartographier, protéger.
Confiance en l'avenir
« La foudre est à la fois incroyable et terrifiante », déclare Jenkins. « J’ai une confiance totale dans le pilotage d’avions aujourd’hui, et je veux avoir la même confiance dans 20 ans. Il nous faut donc une nouvelle méthode pour cartographier les avions. »
Louisa Michael di Innovation technologique chez BoeingUn co-auteur de l'étude confirme : « Grâce à des méthodes physiques comme celles développées avec l'équipe du professeur Guerra-Garcia, nous avons la possibilité de façonner les normes industrielles et d'exploiter la physique pour élaborer des lignes directrices en matière de certification des aéronefs par simulation. Nous collaborons actuellement avec des comités industriels afin de proposer l'intégration de ces méthodes aux Pratiques recommandées du secteur aérospatial. »
Ce modèle n'élimine pas la foudre. Il ne l'empêche pas. Il ne la rend pas moins dangereuse. Mais il apporte une solution plus concrète : il indique précisément où placer le cuivre, en quelle quantité et quel sera son impact sur le poids. Car un avion plus léger consomme moins de carburant, a une plus grande autonomie et pollue moins. Et si les lois de la physique permettent de déterminer les zones de protection nécessaires et celles qui ne le sont pas, l'industrie réduit le poids sans mettre des vies en danger.
Les avions du futur continueront d'être touchés, tout comme ceux d'aujourd'hui : mais même ceux dotés d'ailes « étranges » et de formes inédites sauront où s'attendre à être touchés. Et comment parer l'impact.
