De l’utilisation (ou non) de la manette de richesse

Si l’aviation a quasiment été inventée en France et que les pionniers de toutes origines ont tous trainés leurs guêtres sur les champs d’aviation de l’hexagone, il nous arrive néanmoins de constater que certains aviateurs modernes tentent de réinventer les principes techniques qui sont connus et reconnus depuis la nuit des temps.

Pire, ces élucubrations peuvent devenir dangereuses pour la sécurité du pilote et de ses passagers. Alors, me demanderez-vous, qui sont ces nouveaux scientifiques de l’aviation qui édictent ces règles plus que discutables ? (Vous l’aurez compris, l’auteur est un peu agacé, après avoir vu, pendant plus de huit ans, les membres du service technique de Continental Aerospace Technologies, l’un des plus grands fabricants de moteurs à pistons pour avions, se frapper la tête sur le bureau, avec violence et moult répétitions, en se demandant pourquoi ils assistaient à la naissance d’une nouvelle génération spontanée d’experts en motorisations, génération capable de remettre en question les années d’expérience, de tests et de procédures de certifications réalisées par les constructeurs de moteurs d’avion). Généralement, c’est du côté du trésorier du club qu’il faut chercher un coupable. Non, nous ne jetons pas l’opprobre sur l’ensemble des trésoriers, juste sur ceux qui arrivent à convaincre leur chef instructeur qu’après le changement d’un cylindre, il ne doit plus être question, pour les pilotes, de toucher à la manette de mixture.

LE COIN TECHNIQUE : (pour anglophones, ce qui montre bien la pauvreté de la couverture du sujet en France !)

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Ressources à consulter :

La gestion de la mixture est un des éléments fondamentaux de l’enseignement du pilotage. Nous aimerions transformer cette phrase en axiome et le tatouer de manière indélébile dans le cerveau des instructeurs, des trésoriers et, surtout, des pilotes.

Loin d’appartenir à un grimoire de magie noire, le mixturage d’un moteur à pistons est une science qui s’apprend. Exactement comme le pilotage. Et c’est une science essentielle.

Lorsque l’on crée un moteur d’avion, il est conçu pour délivrer une puissance donnée. Elle est d’ailleurs portée dans tous les documents de certification. Cette puissance, saufs cas exceptionnels (moteur turbo ou température extérieure plus faible que la normale), vous n’en disposerez jamais.

Lorsque Continental ou Lycoming certifient un moteur de 180ch, c’est la puissance certifiée lors d’essais au banc, avec une hélice d’essais et un environnement plus ou moins contrôlé. Ensuite, c’est par le calcul que l’on détermine la puissance maximale que peut développer le moteur à un régime d’hélice donné et en conditions ISA (15°C, pas de vent, au niveau de la mer). Les normes de certifications décrètent ensuite que les moteurs produits en série doivent respecter cette puissance théorique à plus ou moins 3.5%.

Après sept années passées chez Continental, je n’ai pratiquement jamais vu de moteur, sorti des chaines de production, qui dépasse sa puissance théorique…

Ensuite, ce moteur est installé dans l’avion, avec tous les systèmes qui permettent de le contrôler correctement. Cela inclut la manette rouge qui gère le mélange. Croyez bien que si l’on pouvait s’en passer, tout le monde ferait l’économie du coût des pièces et de l’installation d’un tel système…

Petit rappel sur le fonctionnement des moteurs à pistons

Nous n’allons pas vous rappeler le principe du moteur à explosion, sauf pour un élément essentiel. Pour que les pistons communiquent le mouvement nécessaire au vilebrequin pour que ce dernier fasse tourner l’hélice au régime donnant la puissance maximum, il faut que l’explosion qui a lieu dans chaque cylindre soit correctement calibrée. Plusieurs éléments rentrent en jeu :

La quantité d’air et d’essence introduite dans le cylindre
Le rapport volumétrique entre l’air et le carburant
Le réglage de base du moteur
Le moment où l’explosion est déclenchée
L’état (et le modèle) des bougies

Si les deux premiers points sont intimement liés, il ne faut pas négliger les autres. Reprenons les points par point :

La quantité d’air et d’essence introduite dans le cylindre

Le système d’injection ou le carburateur de votre avion a pour rôle de mesurer une quantité d’essence et de la livrer, simultanément, à chaque cylindre. L’induction est le système qui prélève de l’air extérieur, le fait passer dans le filtre à air pour éviter toute particule étrangère, et l’amène, en quantité contrôlée et simultanément, à chaque cylindre. Ce sont les premiers éléments de la chaine qui vise à contrôler l’explosion salvatrice.

Le rapport volumétrique entre l’air et le carburant

Pour que le moteur fournisse la puissance la plus élevée possible, il faut que le mélange qui est mis à feu soit homogènes (sous forme d’un brouillard formé de gouttelettes de carburant minuscules et d’air) et correctement dosé. Si la proportion air/essence idéale n’est pas respectée, la puissance de l’explosion en est affectée, ce qui se traduit par moins de mouvement du piston, donc moins de mouvement du vilebrequin. Le rapport idéal est de quinze parties d’air pour un partie d’essence.

Le réglage de base du moteur

Maintenant que nous avons établi que l’air et l’essence doivent être mesurés avant leur livraison à la chambre de combustion du cylindre, il faut aussi comprendre que chaque mécanicien règle le moteur de l’avion. Il va régler le ralenti et le débit d’essence du carburateur ou de l’injection. Toute erreur à niveau-là conduit à un moteur qui ne délivrera pas la puissance maximale disponible. Cette erreur n’est pas forcement imputable au mécanicien. Une panne mécanique ou un dérèglement du système peut intervenir et jeter le trouble dans ces réglages. Il faut que le moteur soit réglé suffisamment « riche » pour participer au refroidissement du moteur mais pas trop. Chaque constructeur fournit des instructions détaillées en la matière, pour le réglage du ralenti et du réglage « manette en avant ». Il est essentiel de respecter ces réglages et de procéder au contrôle avec les outillages spécifiques imposés par les constructeurs de moteur.

Dans la majorité des cas de casse cylindre, ce n’est pas la mixture en croisière, même au niveau de la mer, qui est en cause mais le réglage du moteur qui induit un fonctionnement trop pauvre ou trop riche dans la position plein gaz, en montée.

C’est là que le moteur est le plus sollicité et que l’essence devient partie intégrante du système de refroidissement. Le moment où l’explosion est déclenchée Depuis l’aube de l’aviation, nous utilisons des magnétos pour déclencher l’explosion dans chaque cylindre. Tous les pilotes savent cela. Mais plus rares sont ceux qui ont fait le lien avec les problèmes de carburation.

Le rôle de la magnéto est de créer une étincelle à un moment très précis dans le cycle. Celle-ci doit apparaitre lorsque le piston compresse le mélange d’air et d’essence à son maximum. Pas avant et pas après. Pour schématiser, on pourrait dire que l’étincelle doit arriver au moment où le piston vient de finir sa course montante et juste avant qu’il n’entame la descente. Pour ce faire la magnéto est liée au moteur au moyen d’un engrenage. C’est ce qui détermine « à la grosse » le moment de la création de l’étincelle.

Ensuite on peaufine ce réglage en réglant la magnéto de manière fine en appliquant un décalage angulaire grâce à une commande de réglage. Pas complétement simple, mais terriblement efficace.

Souvenons-nous qu’il y a deux magnétos… On multiplie donc la complexité de l’opération par deux Puisque chaque cylindre va voir apparaitre deux étincelles qui sont censées être parfaitement synchronisées. Tout décalage entre les deux étincelles est donc préjudiciable. Cela peut toutefois arriver, soit pour un problème de réglage initial mal effectué, soit parce que le réglage a « glissé » au cours du temps. Dans ce cas, on peut se trouver dans la situation où l’étincelle arrive en avance ou en retard. Cela peut avoir des conséquences funestes pour la santé du piston et du cylindre. La résistance de l’embiellage (la pièce mobile qui relier le piston au vilebrequin) n’est pas infinie.

A regarder en vidéo (sous titrable en Français)

Imaginez les forces en présence. Si l’explosion survient en avance, le piston est en train de monter, mue par toute l’inertie du moteur. Et là « Boum », on applique toute la puissance de l’explosion sur le piston, à contre temps, puisque l’idée est de le faire redescendre avec le plus de force possible. Vous voyez le tableau… Le réglage et la santé des magnétos est donc essentiel. Il ne s’agit pas pour les mécanos d’assurer leur retraite grâce à votre contribution financière, mais bien à vérifier que le moteur va remplir son rôle dans les meilleures conditions possibles. Les magnétos sont autonomes, elles produisent l’électricité qui crée l’étincelle sans l’assistance de la batterie. C’est finalement le mouvement du moteur qui génère l’électricité, puisqu’il fait tourner les magnétos. On est donc face à un système qui tourne en permanence, comporte des pièces mobiles comme des électro aimants, un bobinage et des engrenages. De plus on demande à ce système critique d’avoir la précision d’une horloge suisse. Respectez les intervalles et le contenu des programmes d’entretien, c’est essentiel pour votre sécurité et la santé de votre moteur.

L’état (et le modèle) des bougies

Chaque constructeur associe les cylindres, les pistons, le mélange de carburant et les bougies dans un ensemble cohérent, prévu pour fonctionner de concert. Nous avons vu des moteurs, en nombre bien trop important, équipés de bougies non prévues pour cette combinaison. Quelques fois il s’agit d’une erreur humaine, d’autres fois un mécanicien ou un propriétaire se sont lancés dans l’aviation expérimentale sur la foi des recommandations d’un voisin de hangar ou d’un collègue à l’imagination débordante.

Autre recommandation importante : comment juger de l’état d’une bougie et quels enseignements tirer de son examen ?

L’ensemble des outils nécessaires à l’entretien correct des bougies est exposé dans la première illustration. L’entretien correct des bougies est trop souvent négligé.

Vidéo sur l’entretien des bougies

Pour ceux qui ne connaissent pas encore intimement leurs bougies, il existe de nombreuses ressources offertes par les fabricants qui permettent d’évaluer l’état ou le type de contamination présente sur les bougies.

Une bougie se teste avec un Ohmmètre ou un testeur de bougies. Chacune d’entre elle doit présenter une résistance qui doit rester dans une plage de valeurs bien déterminées. Si on est trop près des valeurs limites, pas d’hésitation, on les change ! Ce sera toujours moins cher qu’un remplacement de cylindre ou le coût d’un atterrissage en campagne.

L’examen visuel est tout aussi important pour déterminer si la cathode et l’anode sont toujours dans un état correct.

Ensuite la couleur de la bougie est un signe certain d’un problème de carburation ou d’injection. Trop noire, le moteur est réglé trop riche, trop blanche, il est réglé trop pauvre. Ce n’est pas une science exacte, il n’existe pas de jauge de couleur, mais c’est un signe qui ne trompe pas ! Si tous les paramètres cités plus haut sont respectés, votre moteur devrait être capable de délivrer une puissance proche de celle indiquée par le constructeur.

De même, vous devriez constater des performances qui s’accordent avec le manuel de vol. Mais d’autres facteurs jouent sur la puissance mise à disposition par votre moteur…

L’effet de la mixture, de l’altitude et de la température sur les performances Comme indiqué précédemment, les performances d’un moteur sont indicatives. Outre les 3.5% de différence admis, nombre de paramètres jouent lorsque l’on s’intéresse à la puissance.

AXIOME : Quand je décolle, je veux disposer de la pleine patate ! C’est raisonnable et souhaitable ! Mais ce n’est pas la position de la manette des gaz seule qui permet de tirer le meilleur d’un moteur.

La température a un effet démoniaque sur les performances. Plus elle est élevée, moins les molécules d’air sont denses. Dans un centimètre cube, le nombre de molécules va varier à la baisse plus la température augmente. L’effet immédiat est que par temps chaud, pour obtenir le mélange idéal air/essence, il faudra beaucoup plus d’air pour la même quantité d’essence. Or l’induction d’air n’est pas capable, sur un moteur non-turbo, de corriger la teneur du mélange. On pompe la quantité d’air disponible, à la densité où elle se trouve. Donc, plus la température monte, plus le mélange devient riche, moins l’explosion est efficace et, de facto, la puissance délivrée diminue, et grâce aux dépôts de combustion, le moteur s’encrasse.

Diagramme de Koch Si l’on veut vraiment avoir une idée de l’écoulement des performances au décollage par temps chaud et en altitude, il suffit de consulter ce diagramme standard. De plus, il faut bien se dire que si la piste monte, si l’herbe n’est pas rase ou qu’elle est mouillée, il va falloir calculer des pénalités de performances encore plus drastiques.

On peut traduire cela de manière différente si l’on se souvient du concept de l’altitude densité. Il s’agit d’appliquer un coefficient de correction à l’altitude lue sur l’altimètre (altitude pression) en fonction de la température, de la pression atmosphérique et du point de rosée.

Rappel : Altitude densité= différentiel de température par rapport à ISA multiplié par 120 ft (il faudrait aussi tenir compte de la pression atmosphérique et de la température du point de rosée pour avoir des valeurs exactes)

Exemple : Barcelonnette LFMR : élévation 3714 ft, température 35 °C

Dans ces conditions, l’altitude densité se situe aux alentours de 7005 ft.

Si l’on prend un terrain au niveau de la mer, on obtient environ 2000 ft. Ces valeurs sont loin d’être négligeables si l’on se réfère aux pages de performances d’un manuel de vol. Pour une approximation, toujours avec un moteur atmosphérique, on admet généralement qu’une augmentation des distances de décollage de 10% par tranche de 1000 ft au-dessus de l’altitude pression. Pour le terrain au niveau de la mer cela représente déjà 20% d’augmentation sur la course de décollage…

Pour Barcelonnette, on trouve plus de 30%.

Si la course de décollage s’est allongée, c’est que votre moteur souffre de l’altitude. Il est donc logique de penser que les performances de montée vont être affectées tout autant, puisque la puissance disponible ne fait que diminuer avec l’altitude. Là aussi, les abaques du manuel de vol sont implacables. Le refroidissement du moteur va, lui aussi subir les outrages de la température ambiante. Inutile de dire que les abaques constructeurs tiennent compte de la mixture « as needed ». Si l’on ne mixture pas, les performances s’écroulent encore plus.

Un problème Franco-Français ? Si l’on vole à l’étranger, on constate que les pilotes ont des habitudes différentes de celles que nous avons prises en France. Prenons les USA comme exemple. C’est relativement facile et représentatif, puisque les USA disposent de la flotte d’aviation générale la plus importante au monde. La formation des pilotes répond aux mêmes exigences OACI (40 heures de formation minima, âge minimal et programme général théorique et pratique). La seule différence notable réside dans le fait que, dans la plupart des cas, on passe sa qualification de nuit en même temps que son PPL. Mais lorsque l’on s’intéresse au sujet qui nous préoccupe aujourd’hui on remarque une autre différence de taille. On inculque aux apprentis pilotes l’utilisation correcte de la manette de mixture. Il n’y a pas de limite d’altitude, en-dessous de laquelle il est interdit de toucher à la manette rouge. Bien au contraire. On mixture au sol, et on ne pousse la manette rouge en avant qu’au moment de la mise en puissance pour le décollage et si l’on est à une altitude densité inférieure à 2500 ft.

Mais comment font-ils ? C’est relativement simple ! On démarre le moteur et, très vite, on recule la mixture soit en observant le compte tours ou son analyseur moteur. On cherche le pic RPM ou le pic EGT (et on redescend un tout petit peu). Ainsi, le moteur tourne avec un régime ni trop riche ni trop pauvre, à son efficience maximale et les bougies ne risquent pas de s’encrasser. Au point d’arrêt, sur la majorité des terrains, il y a un afficheur d’altitude densité qui renseigne le pilote sur cet élément critique. Au-dessus de 2500 ft d’altitude densité, on décolle généralement mixturé. En dessous, on décolle plein riche pour favoriser le refroidissement. Il faut dire, qu’aux USA les analyseurs moteurs sont beaucoup plus répandus sur les avions ne disposant pas d’électronique moderne qu’en Europe. C’est un des premiers investissements que font les nouveaux propriétaires, convaincus que ce coût restera bien inférieur à un changement des cylindres. En croisière, on n’hésite jamais à utiliser la manette de mixture. Cet état d’esprit n’est dû qu’à la manière dont les pilotes sont formés.

Pourquoi pas en France ? Question intéressante, car dans les pays qui nous entourent, surtout ceux qui ont la chance de posséder des montagnes, on mixture… Nous jetterions volontiers la pierre aux trésoriers, coupables désignés idéaux, mais ce ne serait pas suffisant pour expliquer la situation. Le vrai coupable, c’est notre système de formation. Il est bien connu que les aigles de St Yan ont appris à voler aux oiseaux et, de ce fait, on ne met jamais l’enseignement d’un instructeur en doute. Donc s’il indique à son élève « ne touches pas à la mixture en dessous de 500 ft, ça ne sert à rien », cela devient un commandement immuable pour son élève qui le suivra toute sa carrière ou jusqu’au moment où une autre figure d’autorité arrivera à le convaincre du contraire. Un autre lieu où la science se transmet entre pilotes est le bar de l’escadrille. Pas toujours muni de tables et chaises ou d’un comptoir, on peut considérer tout lieu ou deux pilotes ou plus se rencontrent devient le bar de l’escadrille. Les moins expérimentés boivent les paroles et reçoivent l’expérience des Chibanis comme le saint sacrement. Comment pourraient-ils remettre en question les paroles des anciens ?

Il est donc temps que nous retournions aux bases de la formation et de la raison : 

Si les constructeurs de moteur ont conçu une commande de mixture, ce n’est pas pour qu’elle reste fixe  La connaissance des principes de base du fonctionnement d’un moteur d’avion appartient aux sujets nécessaires à la formation d’un pilote  Cette dernière nous enseigne que le réglage de la mixture est fondamental au bon fonctionnement et au rendement d’un moteur d’avion  La formation d’un pilote à l’utilisation des commandes moteur est donc nécessaire  La formation récurrente sur ces sujets devrait être au programme des aéroclubs si les pilotes volent peu au cours de l’année

Niveler la formation des pilotes par le bas est une hérésie.

C’est une tendance que l’on a constaté ces dernières années. L’enseignement des sorties de vrille a été retiré du programme, on se contente des approches d’entrées en vrille, Les glissades appartiennent au passé, l’altitude densité est juste mentionnée dans le programme PPL. A chaque fois que nous acceptons l’idée qu’un sujet n’est pas nécessaire à la formation d’un pilote, nous appauvrissons le niveau moyen de connaissance de ces derniers. Dans certains cas, c’est complétement justifié. Par exemple pour le théorique IFR où les notions relatives aux Boeings et autres Airbus sont parfaitemetn inutiles à ceux qui vont voler en IFR sur des avions monomoteurs ou bimoteurs à pistion. Déplacer ces notions dans un théorique réservé aux pilotes qui se destinent à piloter des avions de ligne est parfaitement logique. De même, connaitre le nombre d’extincteurs obligatoire à bord ou le nombre de PNC requis par la réglementation en fonction du nombre de passagers n’apportera rien à la sécurité des vols sur un Mooney ou un Cessna…

Mais, encore une fois, il est nécessaire pour un pilote de savoir mixturer son moteur. Sans ce réglage, on fait tourner le moteur en dehors des plages recommandées par le constructeur et on ne peut plus se fier aux tableaux de performances fournis. On entre dans le domaine du doigt mouillé où l’on dit « en croisière compte 42 litres et tu ne sera pas loin de la vérité. ».

Messieurs les instructeurs, il est de votre responsabilité de former les pilotes à l’utilisation de TOUS les systèmes présents à bord. TOUS !

Une fois les pilotes formés correctement, la mixture ne mettra jamais en dangers les comptes chers au trésorier.

Pilotage et Magie Noire: L’art de la mixture