Du comportement d’un appareil en fonction de la masse et du centrage.
Les faits qui suivent sont issus d’un rapport du Service suisse d’enquête de sécurité (SESE, alias le BEA suisse) relatif à l’accident d’un Robin en octobre 2023. Ce Robin DR-400/140B, tout neuf, immatriculé HB-KLR, a été convoyé depuis l’usine Robin, à Dijon-Darois, vers Lommis (Suisse) la veille de l’accident. Ce convoyage a été effectué par un pilote autre que celui qui a ensuite été victime de l’accident. Le HB-KLR équipé d’un moteur diesel s’ajoute à la flotte du club local, qui compte déjà deux avions du même type.
Selon les déclarations du pilote ayant effectué le convoyage, l’avion avait été entièrement ravitaillé avant le décollage : le réservoir principal et le réservoir auxiliaire étaient tous deux pleins. Pendant le vol, aucun transfert de carburant du réservoir auxiliaire vers le réservoir principal n’a eu lieu, opération qui, sur ce type d’avion, doit être effectuée manuellement
par le pilote en appuyant sur un bouton.
Le lendemain, samedi 7 octobre 2023, un autre pilote a préparé le HB-KLR pour un vol privé avec trois passagers, au départ de Lommis à destination de Samedan, puis retour. Il a effectué une préparation de vol, comprenant notamment un calcul de la masse et du centrage, dans lequel il a tablé sur une quantité de carburant de 100 l dans le réservoir principal, le réservoir auxiliaire étant vide. Le calcul ainsi établi montrait que l’avion se situerait près de la masse maximale au décollage (1.100 kg), avec un centre de gravité dans la plage autorisée, proche de la limite arrière.
Le pilote a ensuite rempli le réservoir principal avec 51 l de carburant, de sorte que ce réservoir contenait les quelque 100 l souhaités. Le pilote n’a pas vérifié la quantité de carburant dans le réservoir auxiliaire, car il partait du principe que celui-ci était vide. Peu après 13h30, il a décollé avec les trois passagers pour se rendre à Samedan où l’avion a atterri peu après 14h20, après un vol sans incident.
Après escale à Samedan, au cours de laquelle l’avion n’a pas été avitaillé en carburant, le pilote et les passagers ont repris leur vol de retour vers Lommis. Deux passagers ont alors changé de place par rapport au vol aller, ce qui a entraîné un léger transfert de masse des sièges avant vers les sièges arrière. Après les contrôles habituels au sol avant le décollage,
au cours desquels tout était normal selon le pilote, l’avion a entamé sa course au décollage sur la piste 03 peu avant 15h50.
D’après le pilote, la course au décollage s’est déroulée normalement, le moteur a fourni sa pleine puissance et l’avion a bien accéléré. À une vitesse indiquée d’environ 55 kt, il a fait décoller l’avion. Celui-ci est alors passé dans une assiette très forte. Au cours de cette phase,
il a perçu un bruit inhabituel provenant du moteur et a eu l’impression que celui-ci délivrait un peu moins de puissance. Immédiatement après, l’avion a subi un décrochage et s’est incliné vers la droite.
Les enregistrements vidéo des caméras de surveillance de l’aérodrome de Samedan montrent comment l’avion a décollé prématurément et brusquement, puis a atteint une assiette de vol cabré avec un important angle d’incidence. L’avion a ensuite effectué, à faible hauteur, une inclinaison vers la droite, a commencé à descendre et s’est brusquement
incliné vers la gauche juste avant l’impact sur la piste.
L’avion a heurté la piste avec l’extrémité de l’aile gauche, puis a dérivé vers la droite et a heurté violemment le sol avec le train d’atterrissage principal droit, de sorte que celui-ci a été repoussé vers le haut par la structure de l’aile. Cette série de trois images extraites de l’enregistrement vidéo d’une caméra de surveillance de l’aérodrome s’étale sur 4 secondes.
L’avion a ensuite quitté la piste vers la droite et a continué à rouler dans le pré adjacent, parallèlement à la piste, tandis que le moteur tournait à plein régime. Après avoir franchi une voie de circulation menant à la piste et un regard situé dans le pré adjacent – deux obstacles sur lesquels l’avion a brièvement rebondi et perdu quelques éléments – le monomoteur a finalement pivoté sur 180° et s’est immobilisé peu après 15h50 sur la voie de circulation parallèle à la piste.
Le pilote et les passagers sont sortis indemnes et ont pu quitter l’avion par leurs propres moyens. Les pompiers de l’aérodrome de Samedan ainsi que d’autres membres du personnel sont rapidement intervenus sur place. Aucun incendie ne s’est déclaré. L’avion a été gravement endommagé.
Constatations techniques et opérationnelles : après le remorquage de l’avion dans le hangar,
la jauge du réservoir principal indiquait un peu moins des trois quarts (photo de gauche plus bas). Environ 78 litres de carburant ont pu être vidangés du réservoir principal. Le réservoir principal a une capacité de 110 litres et se trouve dans le fuselage, sous les sièges arrière.
Il alimente le moteur.
La jauge du réservoir auxiliaire, qui s’affiche en appuyant sur un bouton correspondant du même tableau de bord que celui du réservoir principal, indiquait « Plein » (photo à droite
ci-dessous). Environ 47 l de carburant ont pu être vidangés du réservoir auxiliaire. Ce dernier a une capacité de 50 l et se trouve dans le fuselage, derrière les sièges arrière. Son contenu est transféré manuellement vers le réservoir principal à l’aide d’un levier situé dans le cockpit. Avec du Jet A1 à 0,8 kg/l, ces 47 litres correspondent à 37,6 kg.
Compte tenu du réservoir auxiliaire presque entièrement rempli, la masse maximale au décollage autorisée de l’avion était dépassée et le centre de gravité se situait au-delà de la limite arrière prévue par le manuel de vol. Les volets d’atterrissage se trouvaient en position de décollage et l’indicateur de compensation de la gouverne de profondeur se situait légèrement en dessous de la plage prévue pour le décollage, c’est-à-dire que la compensation était dans une position légèrement en charge arrière (nez levé).
L’analyse des données enregistrées du moteur a montré que celui-ci avait fonctionné à pleine puissance pendant toute la course au décollage jusqu’à l’impact au sol et qu’aucune anomalie n’était survenue. L’examen approfondi de l’avion n’a révélé aucun signe de défauts techniques préexistants. Tous les dommages ont pu être attribués de manière cohérente au déroulement de l’accident. L’analyse des données de vol enregistrées a montré que l’avion, lors de la course au décollage à Samedan, à une vitesse indiquée de près de 50 Kt pendant la course au décollage à Samedan, puis a rapidement pris une assiette supérieure à 20°, avant de s’incliner d’abord vers la droite jusqu’à environ 40°, puis brusquement vers la gauche. La vitesse est restée comprise entre environ 50 et 55 Kt.
En comparaison, les données de vol enregistrées lors du décollage précédent à Lommis
ont montré que l’avion y avait décollé à environ 56 Kt puis avait adopté une assiette inférieure à 14° avant d’accélérer à plus de 67 Kt. Dans la liste de contrôle du club, conformément aux indications du manuel de vol, le point suivant figurait dans les rubriques « Check before engine start » et « Check before departure » concernant la quantité de carburant.
Conditions météorologiques au moment de l’accident : À 13h50 UTC, soit approximativement au moment de l’accident, l’observation météorologique suivante a été effectuée à l’aérodrome de Samedan : Métar LSZS 071350Z 29011KT 9999 SCT080 18/M01 Q1030 RMK O TL170. Le vent soufflait donc de 290° à 11 Kt, la visibilité était supérieure à 10 km, le ciel était légèrement nuageux à 8 000 ft au-dessus de l’aérodrome, la température était de 18°C et le point de rosée de -1°C, et le QNH3 était de 1 030 hPa. L’altitude de densité calculée à partir de ces valeurs, était d’environ 6.700 ft.
Formation du pilote : le pilote avait obtenu sa licence de pilote privé en septembre 2021, sa formation ayant été dispensée par le club sur biplace Aquila A211GX. En mai et juillet 2022,
les vols de familiarisation avec le quadriplace Robin DR-400/140B ont eu lieu à trois dates différentes, pour un temps de vol total d’un peu moins de 7 heures. La formation théorique comprenait la réalisation d’un module d’apprentissage en ligne sur ordinateur, abordant notamment les caractéristiques techniques de l’avion ainsi que ses systèmes. À l’issue de cette formation, le pilote a volé sur les deux modèles, Aquila A211GX et Robin DR-400/140 B, bien qu’au cours des derniers mois précédant l’accident, il ait volé presque exclusivement sur les deux Robin du club, identiques au HB-KLR.
Au-delà du rapport du SESE
Si la formation à la navigation peut se faire parfois sur un quadriplace plus puissant et plus rapide que le biplace ayant servi à la formation initiale, les vols en double sont généralement assurés à deux (élève et instructeur), voire à trois (binôme à l’arrière) et il n’est pas toujours possible d’accumuler ainsi les vols à plusieurs à bord. Une fois le brevet acquis, l’élève désormais breveté pourra donc voler sur le quadriplace avec trois passagers. C’est là que peuvent intervenir des menaces.
La première provient du centrage car à 2 ou 3 à bord, la masse maximale n’a jamais été atteinte, même avec les pleins complets. Il y aura donc tout intérêt à monter progressivement en masse pour voler avec 2, puis 3 passagers en prenant bien en compte la masse de chacun.
La seconde provient du centrage, selon le placement des passagers plus ou moins lourds mais aussi de la contenance des réservoirs, surtout s’il s’agit non pas de réservoirs dans les ailes, proches du centre de gravité à vide de l’appareil, mais d’un ou de deux réservoirs dans
le fuselage, le plus arrière ayant évidemment un impact important sur le centrage. Si l’on est dans l’épure au décollage mais en limite arrière de la plage de centrage, ll faudra penser consommer ce réservoir arrière en priorité durant le vol, après avoir sans doute décollé sur le réservoir le plus avant pour limiter la distance entre réservoir et moteur, notamment sous assiette cabrée lors de la montée initiale.
Entre voler à 2 et voler à 4 sur un même appareil, c’est souvent le jour et la nuit car les motorisations installées sur les monomoteurs de clubs ne sont pas très élevées. La différence de comportement se note dès le décollage avec une course au sol plus longueur mais surtout un taux de montée bien moindre, imposant une pente qui diffère bien de celle au même endroit mais à 2 à bord, pouvant stresser le pilote s’il n’a pas récemment volé à la masse maximale sur le même avion sur le même terrain et ayant en mémoire une trajectoire plus accentuée.
Si les performances sont diminuées, encore plus si l’altitude et la température (altitude-densité) s’invitent dans l’affaire, un centrage relativement arrière va également entraîner un comportement différent aux commandes. Lors de la formation théorique, on apprend qu’un centrage avant améliore la stabilité et limite la maniabilité tandis qu’un centrage arrière diminue la stabilité et augmente la maniabilité. Ceci reste souvent très théorique, avec comme objectif une case à cocher lors d’un examen par QCM.
Dans la réalité pratique, un avion centré relativement arrière va être plus sensible, plus réactif en tangage. Si le pilote s’est « mécanisé » à la rotation pour avoir un mouvement et un effort identiques à ceux quand le centrage est nettement plus avant, il a toutes les chances d’être surpris par la réaction de l’appareil. Sur piste limitative, s’il sollicite énergiquement l’appareil une fois la vitesse de rotation atteinte avec la crainte de voir arriver trop vite la fin de la piste dans le pare-brise, il y a là les ingrédients pour une rotation trop marquée, avec risque de décrochage ou de passage au second régime. Dans le cas du DR-400 suisse, le centrage était en arrière de la plage de centrage recommandée par le constructeur. Au décollage initial, la masse maximale était atteinte ou très proche. Le bon positionnement du compensateur est aussi à souligner au niveau des efforts en tangage.
L’impact du devis de masse et du centrage.
Limite de masse maximale
En reprenant les données d’une brochure de la CAA, on note les effets d’une surcharge avec dépassement de la masse maximale autorisé. Les effets sont les suivants :
– accélération réduite au décollage, vitesse de rotation accrue, d’où une longueur de roulage augmentée.
– angle de montée diminué, diminution de la marge de sécurité au décollage face à des obstacles.
– taux de montée diminué et plafond pratique réduit.
– autonomie réduite.
– maniabilité impactée.
– vitesse de décrochage plus élevée.
– vitesse d’approche plus élevée, d’où une longueur de piste plus importante.
– efficacité du freinage moindre à l’atterrissage.
– diminution des marges en matière d’intégrité structurale.
Comme règle de base, il faut considère que 10% d’augmentation de la masse au décollage entraînent une augmentation de la distance au décollage d’un facteur 1,2 et la distance d’atterrissage d’un facteur 1,1. Ce tableau de la CAA donne l’impact d’autres paramètres dont les coefficients doivent être multipliés s’ils s’ajoutent au problème.
Et il ne faut pas oublier l’état de la piste…
Limites de centrage
Centrage au-delà de la limite avant :
– vitesse de décrochage plus élevée.
– charges structurales plus importantes sur le train avant.
– autorité réduite en tangage (à cabrer) et en compensation, entraînant des difficultés à la rotation au décollage et à l’arrondi lors de l’atterrissage.
– traînée induite plus élevée due à déportance accrue par l’empennage horizontal pour maintenir l’appareil en palier, performances diminuées, consommation accrue.
Centrage au-delà de la limite arrière :
– difficulté à compenser l’appareil.
– stabilité moindre en tangage, notamment sous turbulence.
– tendance à cabrer, notamment à faible vitesse et forte puissance (situation inévitable au décollage…).
– sur appareil à train classique, difficulté à passer sur le train principal et à garder le contrôle latéral au sol.
– comportement au décrochage dégradé.
– comportement inconnu en vrille, avec retard à la sortie ou incapacité à en sortir. ♦♦♦
Illustrations © SESE, CAA
Documents © Robin Aircraft