Influence de la viscosité du mélange eau-retardant

La documentation disponible sur le retardant utilisé, le Fire-Trol 931, n'est pas très précise, notamment au niveau de la viscosité. De plus le retardant est mélangé avec l'eau (environ 20% de retardant et 80% d'eau), la viscosité du mélange peut varier si les proportions changent entre deux largages. Nous avons donc étudié l'influence de la viscosité sur le temps de vidange ainsi que sur l'écoulement dans le réservoir afin de voir si celle-ci a une influence notable.

Voici à titre d'exemple le résultat d'une simulation avec un liquide à grande viscosité ($\mu= 2 Pa.s$ et 3 kg/s d'air entrant) :

Le résultat principal de la comparaison est que le temps de vidange ainsi que le débit en sortie n'est en rien altéré par une variation de viscosité du fluide :

 

Les courbes ne présentent aucune différence majeure. On peut à peine remarquer quelques petits écarts sur la courbe du débit mais ces écarts restent très faibles et ne permettent pas de dégager une quelconque tendance.

Cependant on peut tout de même observer l'influence de la viscosité lorsque l'on s'intéresse au ballottement du liquide dans le réservoir. On peut constater qu'une augmentation de la viscosité tend à faire diminuer le ballottement. En effet si on regarde les deux images ci-dessous tirées de deux calculs où la seule différence provient de la viscosité du fluide ($\mu = 0.02 Pa.s$ à gauche et $\mu = 2 Pa.s$ à droite), on peut voir qu'au même instant l'interface est plus plate lorsque la viscosité est grande. L'échelle, qui s'adapte automatiquement entre le point le plus haut de l'interface et le plus bas, couvre une gamme de valeur bien moins large pour $\mu = 2 Pa.s$ :

 

Simulations à conditions identiques au bout de 2 secondes avec $\mu =0.02 Pa.s$ (à gauche) et $\mu=2 Pa.s$ (à droite)


 

On peut retrouver cette constatation si l'on regarde la courbe représentant l'écart type de la variable "hauteur de la surface libre". Cet écart type représente l'écart moyen de la position des points de l'interface par rapport à la position moyenne de cette même interface. Plus l'écart type est grand plus la surface est déformée. Et plus cet écart type varie rapidement, plus la surface se déformera vite et entraînera un phénomène de ballottement qui peut être dérangeant pour le pilotage de l'avion. On peut constater sur la courbe que si l'écart type est de même ordre de grandeur quelque soit la viscosité, il varie beaucoup plus vite lorsque la viscosité baisse. L'amplitude de la déformation de la surface ne change donc pas mais le ballottement diminue à grande viscosité.

Cette courbe est découpée en deux parties :

  • la première, avant que le siphon d'air ne se mette en place (ici entre 0 et 4.5 secondes).
  • la seconde, après la mise en place de ce siphon (de 4.5 s à la fin).

C'est la première partie de cette courbe qui nous intéresse. En effet, même si ce n'est pas ce que semble indiqué la courbe précédente au premier regard, c'est à ce moment là que le ballottement est le plus grand. L'augmentation brutale de l'écart type dans la deuxième partie provient du fait que le siphon se met en place, il y a alors un grand écart entre le point le plus haut de l'interface et le point le plus bas mais cela n'est pas source de ballottement.


 

Cette étude peut être utilisée s'il est possible de jouer sur la concentration du retardant, ou sur le type de retardant utilisé (et ainsi changer la viscosité). En effet, si le ballottement devient un facteur dont il faut tenir compte dans le cas de bombardement en région ou le pilotage est difficile, l'utilisation d'un retardant plus visqueux pourrait permettre, tout en gardant la même efficacité d'extinction de réduire ce facteur dangereux.