L’air de la cabine expliqué : air de prélèvement, filtres HEPA et humidité dans l’avion

À peine assis dans l’avion, la gorge gratte, les yeux se dessèchent, et au plus tard sur un long-courrier, tu te jettes sur ta bouteille d’eau. En même temps, le mythe persiste : dans un avion, on respirerait de l’air « usé » qui ne ferait que tourner en rond. Les deux ont à voir avec la façon dont les avions de ligne produisent leur air de cabine. Cet article t’explique d’où vient l’air dans la cabine, ce que l’air de prélèvement et les packs de climatisation ont à voir là-dedans, ce que valent vraiment les filtres HEPA, pourquoi l’air est si sec – et pourquoi le Boeing 787 joue ici un rôle à part. Pour les spotteurs, il y a en plus quelques détails que tu peux repérer de l’extérieur sur l’avion.

L’air de la cabine : la réponse courte

L’air que tu respires à bord est un mélange d’air extérieur frais et d’air recyclé filtré. Sur presque tous les jets, l’air extérieur est prélevé dans le compresseur des moteurs, chaud et sous pression. Les packs de climatisation dans le fuselage le refroidissent, un collecteur de mélange le combine à l’air recyclé qui a traversé des filtres HEPA, et des conduits au-dessus des coffres à bagages répartissent le tout dans la cabine. En même temps, de l’air s’échappe par une vanne à l’arrière. Ce flux permanent assure d’un seul coup la pression, la température et le renouvellement de l’air.

L’air de prélèvement : de l’air tiré du moteur

Un turboréacteur à double flux aspire d’énormes quantités d’air et en comprime une partie en plusieurs étages avant que le kérosène soit injecté et brûlé. À certains étages de ce compresseur se trouvent des points de prélèvement où une petite partie de l’air comprimé est dérivée. Cet air s’appelle air de prélèvement, ou en anglais bleed air.

Un point important pour comprendre : le prélèvement se fait en amont de la chambre de combustion. L’air de prélèvement est donc de l’air extérieur tout à fait ordinaire, simplement très comprimé et donc chaud. En fonctionnement normal, il n’entre pas en contact avec les gaz d’échappement ni avec le kérosène. Selon le régime, le système utilise un étage basse ou haute pression : à forte puissance, la pression d’un étage plus en amont suffit ; en descente avec peu de poussée, on bascule sur un étage plus élevé.

Après des vannes de régulation et un pré-refroidisseur dans le mât-moteur, l’air de prélèvement est en général encore à environ 200 à 250 degrés Celsius, avec une surpression d’environ 275 kilopascals. C’est beaucoup trop chaud pour la cabine. Par ailleurs, cet air comprimé est un outil à tout faire dans l’avion :

• Cabine : pressurisation et climatisation – la tâche la plus importante.
• Dégivrage : l’air de prélèvement chaud garde les entrées d’air des moteurs et, sur beaucoup de types, les bords d’attaque des ailes sans givre en vol. Le dégivrage au sol est un sujet à part, voir Le dégivrage des avions.
• Démarrage des moteurs : l’air comprimé entraîne le démarreur, par exemple depuis le groupe auxiliaire ou depuis un moteur déjà en marche.
• Tâches annexes : entre autres la pression sur les réservoirs hydrauliques et les réservoirs d’eau.

Au sol, quand les moteurs ne tournent pas encore, c’est en général le groupe auxiliaire à l’arrière qui assure l’alimentation en air de prélèvement – ou une climatisation externe à la porte d’embarquement. L’article APU, courant au sol et PCA explique comment l’APU, l’alimentation électrique au sol et l’air préconditionné fonctionnent ensemble.

Les packs de climatisation : du four brûlant à l’air de la cabine

Le traitement est assuré par les packs (le terme est souvent développé en « Pneumatic Air Cycle Kit »), sur beaucoup de types au nombre de deux, dans le carénage de raccordement aile-fuselage sous la partie centrale du fuselage. Certains gros-porteurs comme le Boeing 747, le Lockheed L-1011, le DC-10 et le MD-11 en ont trois.

Le cœur de chaque pack est la machine à cycle d’air (Air Cycle Machine). Elle utilise l’air lui-même comme fluide frigorigène, sans circuit de fluide frigorigène comme dans un réfrigérateur. Le principe en bref :

1. Un échangeur de chaleur cède sa chaleur à de l’air dynamique froid, qui arrive de l’extérieur par une entrée d’air sous le ventre du fuselage.
2. Un compresseur sur l’arbre commun augmente encore une fois la pression, l’air se réchauffe de nouveau et est de nouveau refroidi.
3. Dans une turbine, l’air se détend, fournit du travail (il entraîne le compresseur) et se refroidit fortement – parfois jusqu’au-dessous du point de congélation.
4. Un séparateur d’eau retire l’humidité condensée à cette occasion.

Par une vanne de régulation de température, une partie de l’air chaud contourne la machine et est remélangée ensuite. On obtient ainsi exactement la température que le système demande.

Collecteur de mélange et air recyclé : pourquoi la moitié revient

Derrière les packs, l’air frais refroidi arrive dans le collecteur de mélange (mix manifold). Il y est réuni à de l’air recyclé venant de la cabine. Sur presque tous les avions de ligne modernes, le rapport est d’environ 50 pour cent d’air extérieur pour 50 pour cent d’air recyclé. Les CDC indiquent pour les gros avions de ligne une part d’air recyclé de 35 à 55 pour cent.

Pourquoi de l’air recyclé ? Parce que chaque portion d’air de prélèvement coûte de l’énergie : le moteur a investi du travail dans la compression, qui n’est alors plus disponible pour la propulsion. L’air recyclé, lui, est déjà tempéré, sous pression et contient un peu plus d’humidité que l’air extérieur frais. Cela économise du carburant et rend l’air plus agréable.

Pour que personne ne soit lésé, il existe des valeurs minimales claires. La réglementation américaine de construction pour les avions de ligne (14 CFR § 25.831) exige en fonctionnement normal au moins 0,55 livre d’air frais par personne et par minute, soit environ 250 grammes. Pour le dioxyde de carbone, une limite de 0,5 pour cent en volume, ramenée au niveau de la mer, s’applique dans les zones passagers et équipage.

S’y ajoute l’air de réglage (trim air) : une petite partie d’air chaud est dérivée avant les packs et mélangée séparément aux différentes zones de la cabine. C’est pourquoi l’équipage peut régler différemment la température dans le cockpit, à l’avant de la cabine et à l’arrière.

Comment l’air circule dans la cabine

L’air traité sort par des buses le long des coffres à bagages, descend en travers de la cabine et est de nouveau aspiré près du sol, le long des parois latérales. Le flux principal va donc plutôt de haut en bas et du centre vers les côtés que dans le sens de la longueur sur tout le fuselage. Une partie de l’air aspiré va dans les filtres d’air recyclé, le reste quitte l’avion par la vanne de sortie (outflow valve), le plus souvent à l’arrière, en bas du fuselage.

Cette vanne est en même temps le régulateur de la pression de la cabine : plus elle s’ouvre, plus d’air s’échappe et plus la pression est basse. En altitude de croisière, elle est presque fermée. Pour en savoir plus sur la pression et sur ce qu’elle fait à tes oreilles, lis Pression de cabine et oreilles qui se bouchent.

L’ozone : le problème invisible en haute altitude

En altitude de croisière, surtout sur les routes aux latitudes élevées, l’air extérieur peut contenir nettement plus d’ozone qu’au sol. L’ozone irrite les voies respiratoires et les yeux. La réglementation américaine de construction § 25.832 fixe donc des limites : au-dessus du niveau de vol 320, jamais plus de 0,25 ppm dans la cabine ; au-dessus du niveau de vol 270, en moyenne sur chaque période de trois heures, au maximum 0,1 ppm. Les constructeurs doivent démontrer que l’avion respecte ces valeurs – en pratique le plus souvent avec des convertisseurs d’ozone catalytiques dans le circuit d’air entrant, qui transforment l’ozone en oxygène normal. Pourquoi les jets volent-ils si haut ? L’article Pourquoi les avions volent à environ 10 000 mètres l’explique.

Les filtres HEPA : ce qu’ils savent faire et ce qu’ils ne savent pas faire

La part d’air recyclé passe, avant le collecteur de mélange, par des filtres HEPA (High Efficiency Particulate Air). Selon l’agence américaine de santé publique CDC, ils retiennent 99,97 pour cent des particules à partir de 0,3 micromètre, dont les bactéries, les champignons et les virus liés à des gouttelettes ou à des particules. La taille de 0,3 micromètre n’est pas un hasard : c’est la taille de particule la plus difficile à retenir. Les particules plus petites et plus grandes sont encore mieux retenues.

Composant	Filtré par HEPA ?	Ce qui aide à la place
Poussière, fibres, pollen	oui, très fiable	–
Bactéries et spores de champignons	oui	–
Virus portés par des gouttelettes ou des particules	oui	distance et hygiène dans l’environnement direct
Odeurs (repas, parfum)	non	fort renouvellement de l’air, filtres anti-odeurs supplémentaires sur certains types
Gaz comme le CO₂	non	apport d’air frais, limite de 0,5 % en volume
Ozone	non	convertisseurs d’ozone catalytiques dans le circuit d’air entrant

Les filtres ne servent toutefois que si l’installation fonctionne. À la porte d’embarquement, avec l’APU éteint et sans climatisation externe, l’air stagne dans l’avion – c’est pourquoi une cabine pleine à l’embarquement les jours chauds paraît souvent plus étouffante qu’en croisière. Autre point important : les filtres protègent contre les particules qui circulent dans l’air recyclé. Contre les gouttelettes que ton voisin direct expire, même la meilleure technique de filtration n’aide que de façon limitée.

Pourquoi l’air est si sec dans l’avion

La sécheresse à bord n’a rien à voir avec une mauvaise technique, mais avec la physique. À dix à douze kilomètres d’altitude, les températures sont d’environ moins 50 degrés Celsius, voire moins. Un air aussi froid ne peut absorber que très peu de vapeur d’eau. Quand on le réchauffe à environ 22 degrés, la quantité absolue d’eau reste la même – mais l’humidité relative tombe à des valeurs qu’on ne connaît d’habitude que dans les déserts. Les packs retirent en plus de l’humidité, pour qu’il ne se condense pas d’eau dans les conduits.

Les CDC indiquent pour la cabine des valeurs typiques de 10 à 20 pour cent d’humidité relative. L’humidité qui existe vient pour une grande part des passagers eux-mêmes : par la respiration et la peau. Une cabine pleine est donc mesurablement plus humide qu’un vol à moitié vide.

Pourquoi ne pas simplement humidifier ? Sur les fuselages classiques en aluminium, c’est délicat : l’air humide de la cabine se condense sur la peau extérieure glaciale, s’accumule dans l’isolation et favorise la corrosion. Des humidificateurs supplémentaires existent certes, surtout dans les cockpits ou les cabines premium de certains types, mais ils restent plutôt l’exception.

L’exception : le Boeing 787 sans air de prélèvement

Avec le Dreamliner, Boeing a choisi une autre voie. Les Boeing 787-8, 787-9 et 787-10 fonctionnent avec une architecture dite No-Bleed : les moteurs ne fournissent pas d’air de prélèvement pour la cabine et le dégivrage des ailes. À la place, chaque moteur entraîne deux générateurs, et des compresseurs à entraînement électrique aspirent l’air extérieur par des entrées dédiées devant les ailes et l’amènent à la pression de la cabine. Le dégivrage des ailes est lui aussi électrique.

Les avantages avancés pour cette conception :

• Efficacité : l’air n’est comprimé qu’autant que la cabine en a besoin – au lieu de produire d’abord de l’air à haute pression pour le réduire ensuite.
• Masse : on supprime les longues conduites chaudes, les vannes et les pré-refroidisseurs dans l’aile et le mât.
• Pas d’huile dans le circuit d’air : comme aucun air ne passe par les moteurs, cette voie de contamination possible disparaît.
• Moins de conduites chaudes : l’air chaud reste dans la nacelle moteur, ce qui réduit le risque de fuites dans l’aile et le fuselage.

Les packs eux-mêmes et l’air recyclé filtré par HEPA existent aussi dans le 787. La différence tient à la source de l’air frais.

La fibre de carbone permet plus d’humidité

Outre la source d’air, le matériau joue un rôle. Le fuselage du 787 et celui de l’Airbus A350-900 ou de l’A350-1000 d’Airbus sont faits en grande partie de matériau composite renforcé de fibres de carbone, qui ne se corrode pas comme l’aluminium. Les deux types peuvent donc voler sur les long-courriers avec une humidité un peu plus élevée – on cite des valeurs d’environ 16 pour cent – et ont une altitude cabine maximale plus basse que les jets plus anciens. Cela paraît peu, mais sur un vol de douze heures, beaucoup de passagers remarquent quand même la différence. Sur les vols ultra-longs en particulier, de tels facteurs de confort jouent un grand rôle.

À noter : malgré son fuselage en fibre de carbone, l’A350 utilise classiquement l’air de prélèvement. La solution No-Bleed reste à ce jour une particularité du 787 parmi les avions de ligne. Pour distinguer les deux gros-porteurs depuis le grillage, consulte le guide A350 ou Boeing 787 ? ; la comparaison avec le Boeing 777-300ER se trouve dans Distinguer Boeing 777 et 787.

Caractéristique	Jet classique (par ex. A320, 777)	Airbus A350	Boeing 787
Source d’air frais	air de prélèvement du moteur/APU	air de prélèvement du moteur/APU	compresseurs électriques, entrées dédiées
Matériau du fuselage	surtout aluminium	surtout fibre de carbone	surtout fibre de carbone
Air recyclé avec filtre HEPA	oui	oui	oui
Humidité en long-courrier	basse, le plus souvent 10–20 %	un peu plus élevée possible	un peu plus élevée possible
Altitude cabine maximale	jusqu’à 8 000 ft	plus basse	plus basse

Fume events : rares, mais bien réels

Un sujet qui revient régulièrement dans les médias, ce sont les fume events. Des vapeurs d’huile moteur ou de liquide hydraulique pénètrent dans l’air de prélèvement, donc dans la cabine ou le cockpit. La cause est le plus souvent un joint de palier non étanche dans un moteur ou dans l’APU. L’équipage le remarque souvent à une odeur de renfermé rappelant les « chaussettes sales », dans de rares cas à de la fumée visible.

Il existe différentes estimations de la fréquence. Une estimation souvent citée, tirée de reportages de médias américains, est d’environ un événement pour 5 000 vols ; d’autres sources sont plus basses. Le phosphate de tricrésyle (TCP) contenu dans les huiles de turbines est notamment évoqué comme composant possiblement problématique.

La question des conséquences à long terme est scientifiquement débattue. Un « syndrome aérotoxique » n’est pas reconnu médicalement comme diagnostic à part entière ; plusieurs instances d’experts ont conclu que les données ne suffisent pas pour établir un lien solide. En même temps, il existe des études et des témoignages de membres d’équipage qui décrivent des troubles après de tels événements. Autorités et constructeurs continuent de travailler sur les méthodes de mesure, les capteurs et les normes de maintenance. Pour toi, passager : un fume event est un sujet rare de maintenance et de sécurité, pas une nuisance quotidienne de l’air de la cabine.

Mythes autour de l’air de la cabine

• « La compagnie baisse l’air pour économiser du carburant. » L’apport d’air frais suit des valeurs minimales issues des règles de construction. Certains types permettent de faire fonctionner un pack à débit réduit quand l’avion est peu chargé, mais le volume d’air frais prescrit par personne reste respecté.
• « Dans l’avion, on ne respire que de l’air recyclé. » Environ la moitié est de l’air extérieur frais, et tout l’air est remplacé plusieurs fois par heure – nettement plus souvent que dans la plupart des immeubles de bureaux.
• « L’air vient des gaz d’échappement. » L’air de prélèvement est pris en amont de la chambre de combustion et n’a, en fonctionnement normal, aucun contact avec les gaz de combustion.
• « On se fatigue dans l’avion à cause de l’air. » La raison principale est le plus souvent la pression partielle d’oxygène plus faible à une altitude cabine allant jusqu’à environ 2 400 mètres, combinée à la sécheresse, à la position assise et au décalage horaire. La qualité de l’air au sens des polluants ne joue guère de rôle.
• « La bouche d’air au-dessus du siège ne sert à rien. » La bouche d’air personnelle délivre le même air traité. Un flux d’air dirigé peut aider à brasser l’air directement autour de toi.

Ce que tu vois de l’extérieur sur l’avion

Pour les spotteurs, la climatisation n’est pas que de la théorie. Quelques éléments s’observent sur l’aire de trafic ou depuis le grillage :

• Vapeur d’eau à la porte d’embarquement : les jours humides et chauds, on voit parfois de la brume sortir des évacuations de la cabine quand les packs soufflent de l’air froid. C’est de l’humidité de l’air condensée, pas de la fumée.
• Échappement de l’APU à l’arrière : quand le groupe auxiliaire tourne, l’air vibre derrière le cône de queue. Il alimente les packs en air de prélèvement au sol. Pour reconnaître moteurs et groupes auxiliaires, lis le guide Reconnaître les moteurs.
• Tuyaux PCA : de gros tuyaux jaunes ou gris qui vont sous le fuselage à la porte d’embarquement amènent de l’air préconditionné de l’extérieur. L’APU peut ainsi rester éteint.
• Entrées d’air du 787 : sur le Dreamliner, les entrées d’air sur le fuselage devant les jonctions d’ailes, qui alimentent les compresseurs électriques, sont frappantes.

Conclusion

L’air de la cabine est l’un des systèmes les plus réglementés de l’avion. L’air extérieur frais arrive, sur presque tous les jets, sous forme d’air de prélèvement venant du compresseur, il est refroidi et déshumidifié dans les packs, mélangé à de l’air recyclé filtré par HEPA et entièrement renouvelé plusieurs fois par heure. Le point faible n’est pas la propreté, mais la sécheresse – une conséquence de l’air extérieur glacial en altitude de croisière. Le Boeing 787 suit sa propre voie avec des compresseurs électriques, les jets en fibre de carbone comme l’A350 et le 787 volent avec un air un peu plus humide. Les fume events sont rares, mais un sujet de maintenance pris au sérieux. Celui qui comprend le système regarde d’un autre œil, lors de son prochain vol ou sur l’aire de trafic, les packs, l’APU et les tuyaux d’air.