L’aviation GO

« Mesdames et Messieurs, bonjour.

Aujourd’hui, je vais vous présenter un sujet qui a fasciné l’humanité depuis l’aube des temps : le vol.

Plus précisément, je vais explorer la question de savoir comment nous, en tant qu’êtres humains, avons réussi à maîtriser cette capacité autrefois réservée aux oiseaux et aux insectes, et comment nous avons réussi à faire voler des avions. L’aviation est un domaine complexe qui combine des principes de physique, d’ingénierie et de technologie pour permettre le vol.

C’est une réalisation qui a transformé notre monde, réduit les distances et changé notre perception de l’espace et du temps. À chaque seconde qui passe, il y a quelque part dans le monde un avion qui décollent ailleurs un autre qui atterrit.

Et quelle que soit l'heure à qu'il est, il n’y en a probablement pas loin de 15 000 qui sont en train de voler dans les airs Et pourtant à en croire certains on n'aurait pas encore réellement compris comment les avions volent.

Si on essaye de se renseigner sur le sujet il semblerait qu'il y ait plusieurs théories concurrentes pour expliquer le vol des avions.

Et il y a même des débats assez violents entre les défenseurs de l'une ou de l'autre. Alors aujourd'hui on va regarder ensemble cette question "Quels sont les principes scientifiques qui permettent aux avions de défier la gravité et de voler dans les airs ?”. Et je vous rassure tout de suite, on comprend très bien comment les avions volent. Pour commencer, expliquons en quoi le fait qu'un avion vole est a priori plutôt étonnant.

Pour ça on peut faire la comparaison avec une fusée : - Quand une fusée décolle, elle est soumise à son poids du fait de la gravité, et d'un autre côté ses moteurs lui fournisse une force qu'on appelle la poussée qui vient s'opposer à ce poids ce qui lui permet de s'élever.

Et si on veut être complet on peut rajouter que dans l'atmosphère on a aussi des frottements de l'air qui s'opposent au mouvement et forment ce qu'on appelle la traînée - Maintenant un avion c'est assez différent : il est aussi soumis à son poids, qui est évidemment vertical mais cette fois les moteurs fournissent une poussée horizontale.

Alors ça permet à l'avion d’avancer, c’est très bien il subit d'ailleurs lui aussi une trainée.

Mais vous voyez que ça ne vient pas compenser le poids. Alors comment l'avion fait-il pour tenir en l'air ? Eh bien il subit en fait une force supplémentaire, qu'on appelle la portance, qui est dirigée verticalement vers le haut, et permet de compenser le poids.

De sorte qu'en régime de croisière, l'avion reste à une altitude constante. Et la question c'est donc : d'où vient cette force de portance ? Pour comprendre son origine, il va falloir s'intéresser à l'air dans lequel baigne l'avion et qui va jouer un rôle essentiel.

C'est la différence majeure avec une fusée. Sur un astre sans atmosphère, on peut très bien faire décoller une fusée.

Ce qui est quand même pratique pour revenir de la lune par exemple. Par contre un avion ça ne marcherait pas : un avion a besoin de l'air pour voler. Une manière de poser le problème, c'est de se placer du point de vue de l'avion, dans son référentiel. Et cette fois, c'est plutôt l'avion qui est immobile et l'air qui lui arrive dessus, comme du vent si vous voulez on parle parfois de vent relatif. On sait que l'air est un gaz composé de molécules, et donc oui, ces molécules entrent en collision avec les ailes des avions. Le point important, c'est que dans un gaz, les molécules sont en permanence en déplacement très rapide À température ambiante, les molécules qui composent l'air ont une vitesse d'environ 350 mètres par seconde plus de 1000 km/h et elles entrent en collision les unes avec les autres à un rythme effréné : chaque molécule subi plusieurs milliards de collisions par seconde et donc même en l'absence complète de vent, les molécules de l'air autour de nous sont extrêmement agitées mais l'air n'a pas de mouvement global car toutes les vitesses se compensent. Maintenant si vous avez du vent à, disons, 50 km/h ça ne fait que rajouter un léger mouvement global uniforme à ce chaos de molécules qui s'entrechoquent en permanence. On en déduit qu’elles viennent à tout moment frapper tous les objets, vous y compris et bien entendu les ailes des avions. - Quand un avion est au sol, à l'arrêt sur la piste il subit une quantité astronomique de collisions de la part des molécules de l'air, notamment sur ses ailes mais tout se compense : les chocs sur la face inférieure sont équilibrés par ceux de la face supérieure. - En revanche, quand il est en mouvement à une certaine vitesse ces collisions existent toujours des deux côtés.

Mais il va y avoir légèrement plus de collisions sur la face inférieure des ailes et légèrement moins sur la face supérieure.

C’est cette différence qui va créer la portance qui permet aux avions de se maintenir dans les airs Alors évidemment, il nous reste à comprendre pourquoi il y aurait plus de collisions d'un côté que de l'autre. Mais d'un point de vue fondamental, au niveau microscopique, il n'y a aucun mystère dans la portance.

C’est une affaire de différentiel de collisions des molécules de l'air sur la surface des ailes Pour comprendre ce qui se passe, on peut prendre le profil d'une aile : c'est à dire une vue en deux dimensions, en coupe, ça ressemble souvent à ça.

Essayer de visualiser la manière dont l'air s'écoule autour quand l'avion avance.

Comme nous somme dans le référentiel de l’avion on imagine l'aile immobile et l'air qui lui arrive dessus à une certaine vitesse. Pour visualiser l'écoulement de l'air, on peut faire des expériences en soufflerie : On place l'aile dans un tunnel avec un flux d'air et en injectant de la fumée à certains endroits dans le flux en amont de l'aile.

On peut visualiser sa trajectoire. Évidemment entre ces lignes il y a.... »