Le phénomène de givrage a été identifié depuis longtemps comme une menace importante pour les aéronefs. Afin de diminuer ce risque, les constructeurs effectuent des essais en vol, en soufflerie et utilisent des simulations numériques pour concevoir et certifier les systèmes de protection.

Le givrage résulte de la présence de gouttelettes surfondues ou de particules de glace transportées par une phase gazeuse. Pour simuler précisément la forme de glace qui se forme sur un obstacle ou dimensionner un système de protection contre le givre, plusieurs physiques sont étudiées :

• L’aérodynamique : l’écoulement d’air autour du profil (la phase porteuse) doit être déterminé et la couche limite caractérisée afin d’estimer le coefficient de transfert de chaleur par convection. Lorsque le profil est gelé, cette couche limite se développe sur une paroi rugueuse. L’étude de l’influence de la rugosité sur le calcul des coefficients de frottement et de transfert de chaleur est l’un des points clé pour améliorer la précision des modèles.
• La phase dispersée : le transport des gouttelettes surfondues ou des particules de glace doit être modélisé en fonction du type de particules (liquide ou solide) et de leur taille. D’autres phénomènes comme l’atomisation (pour les gouttelettes) ou de fusion (pour les cristaux) sont également pris en compte.
• La thermodynamique à la paroi : lorsque les gouttelettes d’eau liquide surfondue heurtent un avion en vol, elles passent brutalement à l’état solide. Le calcul de l’accrétion de glace qui en résulte est possible à partir de deux équations de conservations (masse et énergie). L’équation d’énergie permet en particulier de tenir compte des différents phénomènes pouvant apporter de la chaleur (libération de chaleur latente par l’impact des gouttelettes d’eau surfondue, chauffage fourni par un système de protection contre la glace) ou en puiser (convection, évaporation et sublimation…). D’autres phénomènes comme l’érosion, le ruissellement ou la porosité de la glace peuvent également être pris en compte dans l’équation de conservation de la masse.

Cette présentation vise à introduire les approches utilisées pour la modélisation et la simulation de ces phénomènes physiques.