Rafales sur l’aéroport Roissy Charles-de-Gaulle : vers une localisation plus précise
Un aéroport paralysé par de forts vents
Sur l’aéroport de Roissy, le trafic aérien a été complètement arrêté pendant la tempête "Quinten" qui a soufflé en février 2009. Ce bocage a duré plusieurs heures, pendant toute la validité de l’alerte au vent fort. En effet, lorsque le vent prévu dépasse les 100km/h, l’usage des passerelles et escabeaux pour embarquer et débarquer les passagers est interdit. Bien que les mesures sur la piste aient confirmé la bonne qualité des prévisions, les transporteurs aériens ont demandé si, en aval des aérogares ou sur d’autres zones, le vent réel n’était pas plus faible et inférieur aux seuils de sécurité : profitant de tels abris potentiels, il serait alors possible de maintenir une activité aérienne minimale pour ne pas paralyser entièrement un réseau mondial.
Afin d’améliorer le service météorologique à l’aviation civile sur Roissy-CDG, Météo-France a décidé de démarrer une étude multi-supports pour décrire le vent à échelle fine sur l’aéroport, en se focalisant tout d’abord sur quelques terminaux particulièrement critiques. Des moyens de simulation numériques sont combinés à de la simulation en veine hydraulique et à des mesures de terrain pour obtenir la représentation la plus fine et la plus fiable possible des rafales sur l’aéroport, et tout particulièrement près des passerelles passagers.
Quelles directions de vent simuler ?
Sur le diagramme ci-dessous, nous pouvons déterminer que deux principales directions sont plus directement concernées par les épisodes de vent fort à Roissy. Nous avons donc décidé d’étudier les directions comprises entre 200° et 240° ’secteur sud-sud-ouest) et 260° à 290° (secteur ouest), durant cinq essais principaux.
Simulations numériques effectuées par le CERFACS
Situé sur la Météopole de Toulouse, le CERFACS est un centre scientifique réputé qui réunit des spécialistes en modélisation numérique parmi les meilleurs. Le CNRM-GAME a décidé de profiter des capacités du CERFACS à mettre en œuvre des codes CFD [1] à haute résolution sur toute l’étendue de l’aéroport pour décrire le vent aux échelles pertinentes pour les passerelles passagers.
Simulation hydraulique dans la veine du CNRM-GAME
Une maquette à l’échelle du 1/3000è a été fabriquée dans ce laboratoire de Météo-France. les principe de similitudes permettent de déduire le champ de vent réel, à partir des mesures réalisées dans le canal sur l’écoulement d’eau par rapport à la maquette. En faisant pivoter la maquette dans la veine, on peut changer la direction du vent simulé. Une fois déterminé l’écoulement général (phase I) du vent en différents endroits de l’aéroport, une maquette plus détaillée (échelle de l’ordre de 1/100è) sera utilisée pour étudier précisément les rafales près des passerelles dans la "zone focale", en y incluant des maquettes d’avions (phase II) .
Les systèmes de mesure du laboratoire permettent de mesurer les vitesses localement avec une résolution meilleure que 2mm, c’est à dire environ 6m à l’échelle large et environ 20 cm dans la zone focale. Ils sont basés sur des techniques laser telles que la LDV [2] pour des mesures ponctuelles et à haute fréquence, et la PIV
[3] pour obtenir un champ de vecteurs, au moyen d’une caméra vidéo et d’un traitement par ordinateur, allié à un plan laser.
Mesures fines in-situ à Roissy
Les simulations physique et numérique effectuées en parallèle seront comparées aux mesures in-situ effectuées près des terminaux et des passerelles. En collaboration avec Aéroports de Paris, le CNRM-GAME a déployé 6 systèmes de mesure comportant des anémomètres soniques pour estimer la turbulence et la composante verticale du vent. ces systèmes ont été installés sur les toits des passerelles, ou bien à proximité sur des supports fixes tels que des pylônes. les premiers sont équipés de systèmes GPS et de codeurs d’angles pour localiser et corriger facilement les mesures car les passerelles se déplacent en fonction des mouvements d’avions. Acquises chaque minute, les mesures sont transmises au CNRM-GAME quotidiennement. En cas de vent fort, l’acquisition passe à une période de une seconde, pour estimer la turbulence. Nous espérons obtenir des enregistrements de vents forts pertinents durant cette campagne de mesure prévue pour durer un an.
Une étude originale combinant mesure de terrain, simulations numériques et simulation hydraulique
Un projet de recherche est associé à cette étude appliquée : elle constitue en effet une occasion rare de comparer expériences de laboratoire, mesures de terrain et simulations numériques sur une couche limite atmosphérique réelle. C’est l’occasion d’appliquer des techniques innovantes de filtrage non-linéaire, afin de caractériser les échelles temporelles et spatiales du champ de vent sur l’aéroport.
Cela nous apportera une série de données unique pour discuter les avantages et inconvénients respectifs des simulations numérique et physique de nos jours.