Leçon 4 : « No Ice Thanks », les dangers du carburateur

Dans notre leçon précédente, nous avons vu que, dans un moteur à pistons, un mélange de carburant et d'air est acheminé vers le cylindre, puis qu'une « bougie » enflamme ce mélange.  L'énergie libérée lors de cette combustion pousse un piston vers le bas, ce qui fait tourner le vilebrequin du moteur.

Certains moteurs à pistons utilisent un carburateur pour former le mélange carburant/air. Les moteurs à pistons à injection aspirent de l'air pur, puis le carburant est injecté, soit directement, soit indirectement, et ils ne possèdent pas de carburateur.

Le grand avantage d'un carburateur réside dans sa conception simple, qui le rend très fiable. Un inconvénient majeur du carburateur est toutefois qu'il peut geler. Non seulement lorsque la température extérieure est négative, mais aussi à des températures allant jusqu'à 20 °C. Comment cela est-il possible ?

Examinons d'abord la construction d'un carburateur, plus précisément d'un carburateur à flotteur. Les principaux composants du carburateur sont le venturi, la buse, la chambre à flotteur et le papillon des gaz. Le carburateur est placé entre l'admission du cylindre et l'admission d'air/le filtre à air du moteur. Lorsque le moteur tourne, les pistons du moteur montent et descendent et de l'air est aspiré lors de la phase d'admission.

L'air extérieur est aspiré par l'admission d'air et s'écoule ensuite à travers le carburateur. Lors de son passage dans le carburateur, l'air doit traverser un rétrécissement appelé venturi. Le diamètre du tube se rétrécissant, l'air doit s'écouler plus rapidement.  On observe ici le même phénomène qu'avec une aile ou une pale de rotor : lorsque l'air s'accélère, la pression atmosphérique diminue. La pression atmosphérique dans le venturi devient donc inférieure à la pression atmosphérique ambiante. Cela provoque l'aspiration du carburant depuis la chambre à flotteur.  Dans le venturi est placé un petit tube que l'on appelle le gicleur. Celui-ci est relié à la chambre à flotteur dans laquelle se trouve en permanence une certaine quantité de carburant. La pression atmosphérique dans cette chambre à flotteur est égale à la pression atmosphérique ambiante et sera donc supérieure à la pression atmosphérique dans le venturi.

Le carburant aspiré est pulvérisé par le gicleur dans le conduit d'admission. Il se forme ainsi un mélange gazeux d'air et de carburant qui sera aspiré par le moteur. Plus la quantité de ce mélange aspirée est importante, plus le moteur développera de puissance.  Nous pouvons réguler la quantité de mélange aspirée en ouvrant plus ou moins le papillon des gaz.

Il est important de savoir que c'est un mélange gazeux qui est aspiré. Notre carburant provenant de la chambre à flotteur est donc passé d'un état liquide à un état gazeux ou, pour simplifier, le carburant s'est évaporé. Une propriété importante en physique est qu’un processus d’évaporation nécessite de la chaleur. Comme ce processus absorbe de la chaleur, la température ambiante diminue et, par conséquent, la température dans le venturi diminue également.

De plus, l'accélération du flux d'air entraîne également une baisse de température. (Pensez à nouveau à votre main que vous passez par la fenêtre de la voiture. En inclinant votre main, celle-ci se déplace vers le haut ou vers le bas, mais indépendamment de cela, elle semble également plus fraîche).

Ces deux phénomènes (évaporation du carburant et accélération du flux d'air) peuvent faire baisser la température dans le carburateur jusqu'à 20 °C en dessous de celle de l'air extérieur.

En soi, ce ne serait pas un problème si l'air pur n'était pas si rare. L'air contient généralement une certaine quantité de vapeur d'eau et, comme vous le savez, l'eau se transforme en glace à des températures négatives.

Il y a donc un risque que de la glace se forme dans le venturi ; dans le pire des cas, celui-ci peut se geler complètement, empêchant ainsi le moteur d’être alimenté en air. La position du papillon des gaz contribue également à la formation de glace. Une baisse de température se produit autour du papillon des gaz en raison de l'accélération du flux d'air, surtout à bas régime lorsque le papillon n'est pas complètement ouvert.

Nous pouvons remédier à ce problème en actionnant le bouton « carb heat ». Le système permet de réchauffer l'air. Depuis le cockpit, le pilote peut actionner une vanne qui aspire de l'air réchauffé par l'échappement. Cela permet de maintenir la température dans le carburateur au-dessus du point de congélation.

Attention, l'objectif est de réchauffer l'air avant que le carburateur n'ait le temps de se geler. C'est pourquoi le pilote dispose d'un instrument lui permettant de surveiller la température dans le carburateur, le « carb-temp ».

Pendant le vol, le pilote veillera à ce que la température ne passe pas dans la zone jaune en augmentant ou en réduisant le chauffage du carburateur. Comme vous pouvez le voir, la zone jaune de cet instrument va de +5 à -15 °C.  Plus l'air est froid, moins il peut contenir de vapeur d'eau. Par conséquent, lorsque les températures sont très basses, il y a trop peu de vapeur d'eau dans l'air pour que le carburateur gèle.

Ou comme disent les pilotes d'hélicoptère : « I like my flights shaken, not stirred, but no ice, thanks ».

Crédits :

• Photo, dessins et texte @ C. Comyn – Toran Helicopter Academy
• Source de l'article : https://www.helispot.be/hs/page/detail.asp?oid=i9f5g7F1