L’entaille de 1,5 mètre de long qui s’est ouverte dans la partie supérieure de la cabine du vol 812 de Southwest Airlines entre Phoenix et Sacramento, vendredi, aura un profond impact sur la nature et la fréquence de la maintenance des avions commerciaux. L’Administration fédérale de l’aviation (FAA) a publié mardi une directive ordonnant à environ 175 Boeing 737 – dont 80 sont immatriculés aux États-Unis, la plupart de ceux exploités par Southwest – d’être inspectés à l’aide d’un dispositif électromagnétique capable de détecter la fatigue du métal.
La FAA cible les Boeing 737 séries 300, 400 et 500 qui ont accumulé plus de 30 000 cycles de vol (décollages et atterrissages) afin d’éviter que l’incident du 1er avril ne se reproduise. Le fuselage d’un Boeing 737-300 de Southwest, vieux de 15 ans, s’est rompu 18 minutes après le début du vol à une altitude d’environ 10 670 mètres, obligeant les pilotes à effectuer un atterrissage d’urgence à la Marine Corps Air Station Yuma, en Arizona.
Le National Transportation Safety Board (NTSB) indique que ses enquêteurs ont trouvé des fissures dans des portions du joint à recouvrement courant sur deux lignes de joints rivetés couvrant la longueur du fuselage de l’avion impliqué dans l’incident. Les inspections ultérieures de Southwest ont révélé des fissures dans les joints à recouvrement sur cinq autres avions, les clouant également au sol. Le test électromagnétique par courants de Foucault effectué utilise une sonde pour envoyer des signaux à haute et basse fréquence dans la peau de l’avion. La sonde est déplacée d’un rivet à l’autre. Toute fissure dans le métal modifie le signal du courant et signale aux inspecteurs un problème potentiel.
Les joints rivetés qui se sont rompus sur le vol 812 n’ont pas été vérifiés de manière approfondie car on pensait qu’ils n’étaient pas sensibles à la fatigue, selon le NTSB. « Ce que nous avons vu avec le vol 812 était un problème nouveau et inconnu », a déclaré Mike Van de Ven, vice-président exécutif et directeur de l’exploitation de Southwest, dans un communiqué de presse.
Southwest, la plus grande compagnie intérieure américaine avec plus de 3400 vols quotidiens, suit un modèle économique qui repose exclusivement sur des Boeing 737, qui effectuent pour la plupart des vols fréquents le long de routes régionales très fréquentées, bien que la compagnie se soit étendue au Midwest et à la côte Est ces dernières années. Cette approche, ainsi que le service dépouillé, permet à Southwest d’économiser de l’argent, mais aussi de mettre beaucoup de cycles sur ses avions.
Scientific American s’est entretenu avec Snorri Gudmundsson, professeur adjoint d’ingénierie aérospatiale à l’Embry-Riddle Aeronautical University de Daytona Beach, Fla…, Il s’est entretenu avec Snorri Gudmundsson, professeur adjoint d’ingénierie aérospatiale à l’université aéronautique Embry-Riddle de Daytona Beach, en Floride, sur les causes des fissures telles que celles qui ont pu conduire à la rupture du fuselage, sur ce que les passagers du vol 812 ont ressenti lorsque leur avion s’est ouvert et sur la manière dont les réseaux neuronaux pourraient un jour détecter les fissures avant qu’elles ne deviennent un problème. Avant de rejoindre Embry-Riddle, Gudmundsson a travaillé pendant 15 ans comme ingénieur d’essais en vol, ingénieur structurel et aérodynamicien en chef chez Cirrus Aircraft à Duluth, Minn.

Quelles sont les raisons pour lesquelles des fissures peuvent apparaître dans la peau extérieure en aluminium d’un avion ? Qu’est-ce qui a pu causer la rupture réelle ?
Pour assurer le confort ou permettre réellement à un passager de vivre à l’altitude où il est efficace de faire fonctionner un moteur à réaction – entre 30 000 et 40 000 pieds – il faut pressuriser la cabine, de sorte que la pression à l’intérieur de la cabine soit la même qu’au niveau de la mer.* Il y a une analogie avec un ballon – si vous gonflez un ballon, la pression à l’intérieur du ballon est supérieure à la pression extérieure, c’est pourquoi il se dilate. À chaque vol, l’avion décolle, vole à ces altitudes et met le fuselage sous pression. Lorsqu’il descend, le fuselage est dépressurisé. Et on recommence, encore et encore, pour les vols suivants. Chacun de ces événements s’appelle un cycle. En fait, vous exercez une force sur l’aluminium de l’avion et vous la relâchez. Finalement, l’aluminium commence à céder, et ce phénomène s’appelle la fatigue. Lorsque vous mettez un avion sous pression des dizaines de milliers de fois, les propriétés du matériau changent – et un jour, il vole et ne peut tout simplement pas supporter le cycle suivant.
Quelle est la fréquence des fissures qui ont été trouvées dans le fuselage de l’avion ?
Des fissures comme celles-ci sont courantes dans l’aluminium. Plus l’avion est en service, plus elles commencent à apparaître fréquemment. L’endroit où la fissure apparaît sur l’avion détermine si elle est une nuisance ou une chose sérieuse. Les personnes qui conçoivent ces avions savent où se trouvent les zones les plus critiques, et elles indiquent à l’opérateur les zones à inspecter extrêmement bien et celles à inspecter peut-être moins. Plus l’avion est vieux, plus ces fissures sont répandues et plus il est difficile d’en garder la trace. Si les mécaniciens n’inspectent pas ces endroits avec suffisamment de soin, un ou deux ou trois peuvent passer sous le radar et quelque chose comme ça peut arriver.
*Note de la rédaction (4/08/11) : Gudmundsson a précisé par la suite que la pression de la cabine varie n’importe où, du niveau du phoque à environ 1 500 mètres.
Le Boeing 737-300 en question est en service depuis 15 ans. Est-ce une longue période pour ce type d’avion ?
Ce n’est vraiment pas une question d’âge en années mais plutôt une question de nombre de cycles de l’avion en 15 ans. Il semble que le modèle économique de Southwest est un modèle dans lequel certains de leurs avions sont déjà vieux et ont déjà des milliers de cycles lorsqu’ils les acquièrent, et ils les exploitent si rapidement qu’ils atteignent ce nombre critique de cycles plus rapidement peut-être que pour une autre compagnie aérienne. Pour vous donner une idée, un Boeing 737 pourrait être conçu pour 70 000 cycles, ce qui pourrait se produire sur 20 ans d’exploitation normale. Le vol 243 d’Aloha Airlines, qui a subi une décompression explosive en vol en 1988 qui a provoqué la rupture d’un morceau du toit, tuant un agent de bord, était un Boeing 737-200 qui avait subi environ 90 000 cycles lorsque cet incident s’est produit.
Quelle a été l’expérience des passagers à bord du vol 812 de Southwest lorsque la cabine s’est rompue ?
Dans ces situations, les gens qui étaient assis dans une atmosphère correspondant à environ 5 000 pieds au-dessus du niveau de la mer sont soudainement assis dans une atmosphère correspondant à 30 000 ou 35 000 pieds . À ce moment-là, l’air du corps commence à s’échapper, mais la plus grande terreur pour les gens serait probablement le bruit d’éclatement associé à la rupture, suivi d’une accumulation très rapide de condensation sur les fenêtres – qui disparaît rapidement.* Les masques à oxygène descendent. À ce moment-là, la procédure immédiate pour les pilotes, lorsqu’ils se rendent compte qu’il y a une décompression rapide dans l’avion, est de plonger à 14 000 pieds, car c’est à cette altitude que presque tout être humain est capable de respirer. Ce type de plongée se produit normalement à une vitesse d’environ 4 000 pieds par minute, et je suppose qu’il s’agit là d’une expérience terrifiante, car la plupart des passagers ne se rendront pas compte qu’il s’agit en fait de sauver leur vie. Le pilote emmène rapidement l’avion dans un endroit où il y a de l’air riche en oxygène.
Une rupture de cinq pieds sur un pied comme celle qu’a connue le vol 812 de Southwest déstabiliserait-elle grandement l’avion pour le pilote ?
Cette fissure était beaucoup trop petite pour constituer un problème en termes de stabilité de l’avion.
L’avion avait subi sa dernière  » vérification lourde  » en mars 2010. Comment la cause de la rupture aurait-elle pu être détectée à l’avance ?
Il y a plusieurs techniques qui sont utilisées, notamment la technique des courants de Foucault et les rayons X. Ces fissures ne surgissent pas de nulle part. Il faut des années avant que de telles fissures ne provoquent la défaillance d’un panneau. Je ne peux pas vous dire pourquoi Southwest n’a pas détecté ces fissures lors de sa dernière révision majeure. Un avion peut voler pendant 15 000 cycles avant de commencer à inspecter les fissures. Ensuite, ils le feront tous les 3 000 cycles, ou quelque chose comme ça. Selon la vitesse à laquelle un avion accumule les cycles, il peut s’écouler entre deux et six ans entre les révisions où l’on recherche réellement des fissures. Je dois dire que je suis surpris qu’ils n’aient pas détecté ces fissures sur cet avion en particulier. Pourquoi ? Ils devront répondre à cette question.
Que recherchent-ils lors d’une vérification normale de maintenance avant le vol ?
Lors d’une vérification avant le vol, généralement le copilote fait le tour de l’avion pour vérifier les roues, les capteurs et les contrôles externes de l’avion pour s’assurer que rien ne les bloque. Un tour de l’avion n’est pas conçu pour détecter les fissures car celles-ci sont généralement microscopiques.
*Note de la rédaction (4/08/11) : Gudmundsson a précisé par la suite qu’il y aurait eu une accumulation très rapide de condensation d’humidité dans la cabine de l’avion, qui aurait ressemblé à un brouillard (sans toutefois obscurcir les vitres), puis se serait rapidement dissipée.
S’agit-il d’un cas où il y a un problème spécifique au Boeing 737 ou des inspections plus poussées sur tous les différents avions commerciaux donneraient-elles des problèmes similaires au niveau du fuselage ?
Tous les avions sont sujets à la fatigue du métal. Le seul moyen de l’attraper est d’appliquer des procédures de maintenance appropriées. Chaque jour, de nombreux avions se font poser des correctifs et des plaques de peau pour éviter une fatigue supplémentaire, et nous n’en entendons jamais parler. Cela ne devient un problème que si la maintenance est inadéquate.
Southwest a remplacé la peau en aluminium sur beaucoup de ses avions 737-300 ces dernières années, selon une porte-parole. Les avions que la compagnie a cloués au sol ces derniers jours n’avaient pas eu leur peau remplacée. Qu’est-ce que cela vous dit ?
Ils sont conscients de ce problème et essaient d’éviter qu’il ne devienne trop grave. Je ne veux pas dire quoi que ce soit d’injuste, et je ne sais pas comment ils opèrent leur programme de maintenance, mais il n’est pas déraisonnable pour le public volant de s’interroger sur deux incidents comme celui-ci survenant de chez la même compagnie aérienne. Southwest est connue pour ses vols courts, ce qui signifie que ses avions accumulent beaucoup de cycles sur une courte période de temps. Peut-être qu’à cause de cela, ils devraient modifier leurs procédures de maintenance afin d’avoir plus de chances de détecter ces fissures avant qu’elles ne deviennent des défaillances.
Cela encourage-t-il l’industrie aérienne à se pencher sur de nouveaux types de composites et d’autres matériaux qui pourraient être utilisés pour construire leurs avions ?
L’industrie s’oriente vers l’utilisation de composites depuis un certain temps. Mais peu importe que ce soit des composites ou de l’aluminium – tous les matériaux ont leurs défauts. L’aluminium est un matériau fantastique. Le problème avec l’aluminium, cependant, est qu’il n’a pas ce que nous appelons une limite d’endurance. L’acier, par exemple, a une limite d’endurance connue. Cela signifie que tant que les niveaux de contrainte dans le matériau sont maintenus en dessous d’une certaine valeur, vous pouvez le cycler sans fin. Dans le cas de l’aluminium, peu importe que vous appliquiez des contraintes élevées ou faibles, vous finirez par casser le matériau. Bien sûr, cela vous prendra beaucoup plus de temps si vos niveaux de contrainte sont faibles. S’éloigner de l’aluminium et se tourner vers d’autres matériaux moins connus pourrait cependant ouvrir une autre boîte de Pandore.
Au contraire, il serait préférable d’intégrer à l’avion un système qui surveillerait la croissance des fissures. Une façon de le faire, qui est en cours de développement à Embry-Riddle, est de placer un microphone sur la peau de l’avion qui capte le bruit. On utilise ensuite un réseau neuronal, c’est-à-dire une intelligence artificielle, pour décomposer le son en éléments constitutifs et identifier les sources des différents types de sons. Par exemple, vous créez un modèle mathématique qui peut estimer les caractéristiques d’une fissure générant un son particulier. Ce système serait présent sur chaque vol, et lorsqu’il détermine que trop de bruit provient d’une direction particulière, il avertit le pilote.