Essais foudre aéronautique : qualifier un équipement selon la DO-160

Ressource AVNIR Engineering

Publié le 3 septembre 2026, à jour des référentiels et bonnes pratiques en vigueur.

Actualité — Le 24 juin 2026, l’EUROCAE a ouvert la consultation publique du projet ED-158A, guide de certification des systèmes électriques et électroniques des aéronefs vis-à-vis des effets de la foudre, aligné sur l’AMC 20-136 de l’EASA, avec des commentaires attendus jusqu’au 31 août 2026. Ce guide encadre la démonstration au niveau aéronef dont les essais d’équipement selon la DO-160 sont la brique de base (EUROCAE, juin 2026).

Un équipement embarqué doit prouver qu’il survit à la foudre et qu’il continue de fonctionner pendant et après l’impact. Les essais foudre aéronautique apportent cette preuve selon deux sections de la DO-160 : la 22 pour les transitoires induits sur le câblage, la 23 pour les effets directs de l’arc. Le niveau d’essai ne se choisit pas au catalogue : il découle de la zone d’installation, de la structure de l’aéronef et des composantes de courant définies par l’ED-84. Cet article détaille ce qu’on injecte, ce qu’on lit et comment on prépare la campagne, en renvoyant vers les solutions de protection traitées dans l’article frère.

Qu’est-ce qu’un essai foudre aéronautique

Un essai foudre aéronautique est la reproduction en laboratoire des contraintes électriques qu’un coup de foudre impose à un équipement installé sur un aéronef. Le référentiel du domaine est la DO-160 (ED-14 côté EUROCAE), qui sépare deux familles d’essais : la section 22 traite les transitoires induits sur le câblage et les broches, la section 23 traite les effets directs de l’arc sur l’équipement lui-même. L’essai ne qualifie pas l’aéronef, il qualifie un équipement pour une catégorie d’installation donnée. La démarche de conformité dans laquelle il s’inscrit est décrite dans le guide de la compatibilité électromagnétique ; cet article se limite à l’essai.

L’enjeu est quantifié par la littérature. Un avion de transport civil est foudroyé en moyenne une fois par an, et 8 % des foudroiements produisent des effets jugés importants parce qu’ils touchent des éléments critiques (Lalande, Comptes Rendus Mécanique, 2025). Le courant de référence pour la certification atteint 200 kA. Un équipement doit démontrer qu’il ne subit ni dommage ni perte de fonction inacceptable, pendant et après l’agression.

Effets directs et effets indirects : deux sections, deux physiques

Les effets directs désignent l’action de l’arc et du courant conduit sur la matière : échauffement par effet Joule, forces de Laplace, onde de pression, étincelage aux interfaces. Ils concernent les équipements exposés à l’extérieur (antennes, feux, sondes, radômes) et relèvent de la section 23. Les effets indirects désignent les tensions et courants induits dans le câblage par le passage du courant dans la structure. Ils concernent tout équipement relié à un faisceau et relèvent de la section 22.

La structure de l’aéronef change tout. Un fuselage métallique se comporte en cage de Faraday et le couplage passe par les ouvertures : hublots, radômes, trappes. Une structure en composite carbone, plus résistive, laisse le courant se répartir vers les câbles et impose des formes d’onde spécifiques dites de couplage résistif. Les protections structurales (tissus de bronze, feuilles de cuivre déployé ou perforé de 80 à 200 g/m², selon Lalande) et les parades au niveau de l’équipement relèvent de la conception ; elles sont traitées dans l’article frère sur le blindage et le filtrage électromagnétiques.

• Section 22 : injection sur broches (tenue au dommage) et injection sur faisceau (tenue à la perturbation fonctionnelle), en coup simple, coups multiples et salves multiples.
• Section 23 : attache de l’arc et conduction d’un courant fort à travers l’équipement, pour les matériels installés en surface.
• Dans les deux cas, le niveau appliqué dépend de la zone d’installation et de la nature de la structure, pas du seul équipement.

Zones foudre et composantes de courant : d’où vient le niveau d’essai

Le zonage foudre consiste à cartographier la surface de l’aéronef selon la probabilité d’attache et de maintien de l’arc, conformément à l’ED-91A (SAE ARP5414). Les zones 1 sont celles du premier arc (nez, extrémités de voilure, dérive, entrées d’air), les zones 2 celles du balayage de l’arc pendant l’avancement de l’avion, la zone 3 le reste des surfaces, où l’impact direct est peu probable mais où le courant circule. L’environnement associé est décrit par l’ED-84A sous forme de composantes de courant A, B, C et D.

Lecture de bureau d’études : un équipement fixé en zone 1B doit tenir la séquence A + B + C, c’est-à-dire le pic de 200 kA puis le courant continu qui transfère 200 C, source de l’érosion et de la perforation. Un équipement en zone 3 ne voit que du courant conduit par la structure, et sa qualification passe par la section 22 seule.

Les grandeurs qui dimensionnent l’essai : forme d’onde et intégrale d’action

Une forme d’onde foudre se définit par une double exponentielle : montée rapide, décroissance lente. Deux temps la caractérisent, le temps de montée et la durée à mi-hauteur, notés « 6,4/69 µs » pour la forme d’onde 1 de la section 22 (Feudi, IEEE EMC Society). La composante A de l’environnement structure et les formes d’onde 1 et 4 partagent la même double exponentielle (West, Interaction Note 618).

La seconde grandeur est l’intégrale d’action, ∫i²dt, exprimée en A²·s ou en J/Ω. Elle mesure l’énergie que le courant dépose dans toute résistance traversée, indépendamment de la valeur de cette résistance. C’est elle qui pilote l’échauffement des liaisons de masse, des tresses et des joints, donc les effets directs.

La dérivée di/dt gouverne au contraire les effets indirects : c’est elle qui induit les tensions dans les boucles de câblage. La forme d’onde 2 (front de 100 ns, décroissance de 6,4 µs) est précisément la dérivée temporelle de la forme d’onde 1 (West). Un essai indirect vérifie donc la tenue à un di/dt, un essai direct la tenue à une intégrale d’action.

Essais foudre aéronautique aux effets indirects : broches et faisceaux

La section 22 s’appuie sur six formes d’onde numérotées et cinq niveaux de sévérité. Le niveau 1 correspond à un équipement bien protégé, le niveau 5 à un équipement exposé ou critique (Feudi). Chaque équipement reçoit une catégorie, par exemple « A3G3L3 », qui code le jeu de formes d’onde et le niveau pour l’injection sur broches, le coup simple ou multiple sur faisceau, et la salve multiple.

L’injection sur broches applique une tension en circuit ouvert V_oc et un courant en court-circuit I_sc directement sur chaque broche, dix fois par polarité (Interference Technology). Le rapport V_oc/I_sc fixe l’impédance de source du générateur : 300 V / 60 A = 5 Ω pour la forme d’onde 4 au niveau 3. C’est un essai de tenue au dommage : l’équipement peut se mettre en défaut pendant l’impulsion, il doit être intact après.

L’injection sur faisceau couple la forme d’onde par un transformateur sur le câble complet. Le coup multiple enchaîne 14 impulsions : la première à pleine amplitude, les 13 suivantes à 50 %, espacées de 10 à 200 ms sur 1,5 s au total. La salve multiple applique 3 groupes de 20 transitoires espacés de 50 à 1 000 µs, les groupes étant séparés de 30 à 300 ms (Feudi). Ici l’équipement doit fonctionner avant, pendant et après : une perte de fonction non prévue au plan d’essai est un échec.

Préparer la campagne : plan d’essai, niveaux, critères de lecture

La préparation d’un essai foudre repose sur un plan d’essai qui fixe, avant toute injection, la catégorie visée, les interfaces testées, les modes de fonctionnement et les critères de réussite. Le niveau ne se choisit pas au catalogue du laboratoire : il descend du zonage de l’aéronef, de l’environnement ED-84 et de l’analyse de l’installation menée par l’avionneur ou l’intégrateur. Un équipement testé au niveau 3 alors que l’installation impose le niveau 4 sera retesté, avec un dossier de qualification à reprendre.

Le plan d’essai liste ensuite ce que le laboratoire ne peut pas décider seul :

• la zone d’installation et la nature de la structure (métallique ou composite), qui sélectionnent le jeu de formes d’onde ;
• les interfaces à tester, broche par broche et faisceau par faisceau, blindées ou non, avec leur reprise de masse ;
• les modes de fonctionnement pendant l’injection, la surveillance des sorties et la définition d’une perte de fonction acceptable ;
• les critères de réussite par classe de performance, écrits avant l’essai, jamais après ;
• l’instrumentation de contrôle : sondes de courant et de tension sur boucle de calibration, oscilloscope, traçabilité de l’étalonnage.

Cette logique est la même que pour une qualification vibratoire selon la DO-160 : le référentiel fournit les enveloppes, l’installation fournit le niveau, le plan d’essai fournit les critères. Le tout se consigne dans un dossier de qualification qui suivra l’équipement pendant toute sa vie.

Limites : ce que les essais foudre aéronautique ne disent pas

La première limite est celle du périmètre. Un essai au niveau équipement ne remplace pas la démonstration au niveau aéronef, encadrée par l’AMC 20-136 et le guide ED-158A dont la révision est en cours (EUROCAE, 2026) ; il en est une brique. Les niveaux de la DO-160 sont des enveloppes normalisées, utiles parce que partagées, mais elles ne décrivent pas l’environnement exact d’une installation donnée.

La seconde limite tient aux formes d’onde. La forme d’onde 3 est appliquée à 1 MHz et 10 MHz, alors que les résonances réelles des câbles s’étalent d’environ 1 MHz à 50 MHz selon les longueurs en jeu (West). Un équipement conforme peut donc rencontrer en vol une fréquence que l’essai n’a pas balayée. La reprise de blindage, la longueur des faisceaux et leur cheminement, décidés à l’intégration, pèsent autant que le résultat sur banc.

Troisième angle mort : le temps. L’essai ne dit rien du vieillissement des protections, diodes d’écrêtage qui dérivent, joints conducteurs qui se corrodent, tresses de masse qui se desserrent. La tenue démontrée à la livraison n’est pas la tenue en service, ce qui renvoie aux essais environnementaux et au contrôle des liaisons de masse en maintenance.

Place de l’essai dans la démarche CEM et la qualification

L’essai foudre est l’une des sections d’une campagne CEM plus large : émission, immunité conduite et rayonnée, décharges électrostatiques, champs forts. Le préparer isolément conduit à des redondances de montage et à des critères incohérents entre sections. La lecture d’un rapport d’essai foudre demande aussi de la méthode : un « conforme » au niveau 3, forme d’onde 4, ne vaut que pour la catégorie déclarée, et la moindre modification de câblage interne ou de connectique peut invalider la conclusion.

Le bon moment pour poser la question du niveau se situe à la conception, quand le choix d’un écrêteur, d’un condensateur de traversée ou d’une reprise de blindage à 360° coûte encore peu. Quand un industriel doit cadrer cette démarche, du plan d’essai aux actions correctives, l’accompagnement décrit dans l’article sur la mise en conformité CEM avec un prestataire précise ce qu’un bureau d’études apporte par rapport au laboratoire seul.

FAQ : essais foudre aéronautique

Qu’est-ce qu’un essai foudre aéronautique selon la DO-160 ?

C’est la reproduction en laboratoire des contraintes électriques qu’un coup de foudre impose à un équipement embarqué. La DO-160 distingue la section 22, qui injecte sur les broches et les faisceaux les transitoires induits par le courant circulant dans la structure, et la section 23, qui applique l’arc et le courant conduit aux équipements installés en surface. L’essai qualifie un équipement pour une catégorie d’installation donnée, jamais l’aéronef complet.

Comment choisit-on le niveau d’essai foudre d’un équipement ?

Le niveau ne se choisit pas au catalogue du laboratoire. Il descend du zonage de l’aéronef (ED-91A), de l’environnement foudre (ED-84A, composantes A à D) et de l’analyse de l’installation : structure métallique ou composite, cheminement et blindage des faisceaux. L’avionneur ou l’intégrateur en déduit une catégorie, par exemple A3G3L3, que le plan d’essai reprend telle quelle avec les interfaces et les critères de réussite associés.

Quelle différence entre injection sur broches et injection sur faisceau ?

L’injection sur broches applique directement à chaque broche une tension en circuit ouvert et un courant en court-circuit, dix fois par polarité ; elle vérifie la tenue au dommage, l’équipement devant être intact après l’impulsion. L’injection sur faisceau couple la forme d’onde par transformateur sur le câble complet, en coup simple, en 14 coups ou en 3 salves de 20 ; elle vérifie la tenue fonctionnelle, l’équipement devant fonctionner avant, pendant et après.

Pourquoi l’intégrale d’action compte-t-elle autant que le courant crête ?

Parce qu’elle mesure l’énergie déposée dans toute résistance traversée, indépendamment de sa valeur. La composante A de l’environnement foudre porte 2×10⁶ A²·s : une liaison de masse de 1 mΩ y dissipe 2 000 J en quelques centaines de microsecondes. C’est cette grandeur qui échauffe tresses, joints et fixations, donc qui gouverne les effets directs, alors que le courant crête et la dérivée di/dt gouvernent les tensions induites dans le câblage.

Est-ce qu’un équipement conforme à la DO-160 section 22 est protégé en vol ?

Pas automatiquement. L’essai applique des enveloppes normalisées, dont la forme d’onde 3 à 1 MHz et 10 MHz, alors que les résonances réelles des câbles peuvent s’étaler jusqu’à 50 MHz selon leur longueur. La démonstration au niveau aéronef, encadrée par l’AMC 20-136 et le guide ED-158A, reste nécessaire, et la tenue en service dépend du vieillissement des écrêteurs, des joints conducteurs et des liaisons de masse, que l’essai initial ne mesure pas.