Voler, mais comment faire ?

Toute l’enfance de l’aviation est marquée par ce rêve : Voler. Mais comment faire ? De tout temps, la première idée sera toujours d’imiter l’oiseau. A commencer par Icare : le premier homme volant dit la légende. Aujourd’hui, dans une sécurité optimale et à bord d’aéronefs toujours plus modernes, voler n’est plus un rêve. Dans cet article, nous vous expliquons comment…

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« Une fois que vous aurez goûté au vol, vous marcherez à jamais les yeux tournés vers le ciel, car c’est là que vous êtes allés, et c’est là que toujours vous désirerez ardemment retourner. » Léonard de Vinci

Icare : cela se passait en Crête, il y a très longtemps. A l’époque, Icare était prisonnier avec son père Dédale dans le labyrinthe gardé par le féroce minotaure. Pour s’évader, ils imaginèrent de relier à leurs bras de grandes ailes de plumes fixées par de la cire. L’heure de leur envol arriva et ils s’élancèrent dans le vide. Icare, grisé par la joie du vol, monta trop haut dans le ciel. L’imprudent ! Le soleil fit fondre la cire de ses ailes et Icare fut précipité dans la mer. Dédale, ne pensant qu’à son évasion, réussit à planer jusqu’à la liberté. Et voilà, en ces temps mythologiques, comment naquit l’aviation, avec ses premiers pilotes, ses premiers ingénieurs et sa première victime.
Que d’efforts pathétiques et que d’inventions plus baroques les unes que les autres. Que d’inventeurs fous ou moins fous que l’aviation a connu.
A ce jour, les connaissances théoriques accumulaient nous permettent de dire avec précision comment volent les avions.

Modélisation

Contrairement à un ballon à air chaud, c’est-à-dire un aéronef « plus léger que l’air », un avion à l’arrêt reste au sol. Pour qu’il puisse voler, il faut qu’il se déplace dans l’air. Ce déplacement créé sur les ailes de l’avion une force portante qui lui permet de s’élever. La portance, disait Ferdinand FERBER, ingénieur et pionnier de l’aviation, est une fleur qui naît de la vitesse. En réalité, ce n’est qu’une partie de la réponse. Penchons-nous sur une aile…

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Dépression sur le dessus, surpression sur le dessous, c’est ainsi que la magie du vol s’accomplie.

Une aile, pour en donner une définition relativement simple, est une structure qui se déplace dans le vent. Elle est définie par une forme, autrement dit « un profil ». Ceux qui ont pratiqué beaucoup d’avions différents savent que le profil d’une aile est à la base du comportement ressenti d’une machine volante. Si l’on regarde une aile classique, on remarque que le dessus de l’aile, appelé extrados, est généralement plus bombé que le dessous, appelé intrados. Sauf exception des avions de voltige qui doivent voler aussi bien sur le ventre que sur le dos. Il est également à noter que la partie avant de l’aile est nommée « bord d’attaque » et que la partie arrière est appelée « bord de fuite »

Comment ça marche ?

Pour faire simple voici l’explication traditionnelle.
L’avion se déplace dans l’air et les molécules d’air se heurtent sur la partie avant de l’aile : le bord d’attaque. Une partie des molécules passent sur le dessus de l’aile et une autre partie par le dessous. Quoi qu’il en soit du parcours emprunté, elles mettent le même temps pour parcourir l’aile du bord d’attaque jusqu’au bord de fuite. L’air à l’extrados de l’aile est bel est bien contraint à un parcours plus long car l’aile est souvent bombée sur le dessus : la distance à parcourir est plus grande. Les molécules d’air vont donc à une plus grande vitesse sur le dessus de l’aile. Il règne ainsi une pression plus faible sur l’extrados. Réciproquement, la pression est légèrement plus élevée sur l’intrados où le chemin à parcourir est plus faible. Cette dépression sur l’extrados et cette surpression sur l’intrados engendrent une force portante sur l’aile dirigée vers le haut. C’est la portance. Cette force aspire l’aile vers le haut et l’avion qui y est attaché. C’est ainsi que la magie du vol s’accomplit.

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Les avions de voltige, comme cet Extra 330 de l’EVAA (Equipe de Voltige de l’Armée de l’Air), sont plus compliqués à appréhender sur le point aérodynamique . Cela est dû au fait que le profil de l’aile est symétrique afin de pouvoir aussi bien voler sur le ventre que sur le dos.

Cette théorie est dérivée des travaux et expériences de Bernoulli. Elle a l’avantage d’être simple, facile à comprendre et de bien s’appliquer aux avions que la plupart d’entre nous pratiquent : du Piper Cub des années 30 jusqu’aux avions légers ultra modernes et autres ULM.
Mais en réalité, c’est un peu plus complexe et la théorie de Bernoulli doit être complétée avec une autre force dite « de Newton ». Cette force est créée par la déviation des filets d’air vers le bas suite au passage de l’aile inclinée. Cette composante verticale crée une force de « réaction » qui vient s’ajouter à celle de la dépression présentée ci-dessus.

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