Publié le dans la catégorie Anecdotes

Ah la portance !

Pourquoi volent les avions? Dans le no. 1 du « Hangar », on décrit l’aile dans ses grands principes, et en une petite dizaine de minutes. Et on y mentionne que la portance naît de la différence de pression entre le dessous de l’aile, l’intrados, et le dessus de l’aile, l’extrados. L’air qui glisse sur le dessus de l’aile, bombé, parcourt plus de chemin que l’air qui glisse sous l’aile et donc l’air d’au-dessus est accéléré et se forme alors une dépression qui aspire l’aile (et l’avion qui y est attaché) vers le haut.

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 ULM modernes comme le FK 14, dessiné avec l’aide des ordinateurs de l’Akaflieg de Stuttgart où travaillent les virtuoses du profil Wortmann, on vole en se référant à Bernoulli.

Nombre d’entre nous, du moins ceux qui ont pratiqué beaucoup d’avions différents (j’ai arrêté de compter après 240 types) savent, s’ils sont très attentifs à ce que leur transmettent leurs sens, que le profil d’une aile est à la base du comportement ressenti d’une machine volante. Certes il n’y a pas que ça : les surfaces et les débattements de gouvernes, les bras de levier des empennages jouent aussi dans la manière dont on ressent la personnalité d’une machine volante. Pour ne pas parler, sur les avions lourds et rapides, de l’interaction entre les commandes et le comportement ressenti né de l’existence d’assistances hydrauliques, aérodynamiques, et plus encore des commandes de vol électriques. Et sur les avions très rapides, l’apparition des réflexions d’Ernst Mach…

Mais sur avion ou planeur basique, c’est bien du côté du profil d’aile que ça commence.

Prenez deux avions de masse, puissance, dimensions comparables: un Piper J2 de 1935, et un FK 15 des années 2000. Le J 2 possède une aile épaisse au profil simpliste (un Clark Y si je ne m’abuse). Le FK 14 une aile mince à profil laminaire Wortmann. Les deux avions, tels que ressentis aux commandes en vol réel, sont totalement différents, quasi opposés. Le Piper est doux, linéaire, vole fabuleusement bien à très basse vitesse. Si on fait bien attention en explorant cette partie du domaine de vol, et si on pense alors à Bernoulli, on perçoit quasiment physiquement le cheminement des filets d’air et on ressent vraiment cette dépression qui aspire l’aile vers le haut. Comme la profondeur est douce et précise, on joue sur l’incidence et on ressent encore mieux l’effet de succion, jusqu’à ce que survienne le décrochage: on ressent là encore qu’ici ou là sur l’aile le flux d’air se décroche et part en tourbillonnant, avec l’évanouissement de la portance qui en résulte.

Sur le FK 14, avec son aile mince et laminaire, le pilotage en vol lent est bien moins nuancé. C’est presque binaire, un coup ça vole un coup ça décroche massivement. C’est un avion moderne, qui a besoin de vitesse et d’incidence, quand le Piper antique reste contrôlable avec quasiment pas de vitesse et des incidences certes importantes, mais facilement pilotables. Evidemment, le FK 14 vole deux fois plus vite que le J 2, avec la même puissance et une masse presque semblable, le progrès sert à ça…

Les modélistes explorent, de leur côté, des manières de voler bien plus extrêmes que ceux qui montent à bord des avions. Et ils savent faire voler n’importe quoi: un des grands papes du modéle réduit chez nous, par ailleurs polytechnicien et immense pilote d’essai, faisait voler un fer à repasser géant taillé dans du balsa, un truc qui n’était qu’une plaque parfaitement plane, et il y avait parmi ses nombreuses phrases toutes faites celle qui disait: « Avec de la puissance et de l’incidence on fait voler absolument n’importe quoi ».

Profils plats ou bombés à l’envers (certains lifting bodies), on sait qu’effectivement avec de l’énergie et de l’incidence, tout peut voler.

Mais reste quand même le fondamental: tous ceux qui volent sur Cap 10 (ou n’importe quel avion à profil classique non symétrique) savent que quand on passe sur le dos, il faut pousser fort le manche vers l’avant pour garder le palier. Autrement dit, il faut donner beaucoup d’incidence à cette aile pas faite pour le vol dos, et ainsi créer une sorte de profil virtuel qui va générer de la portance en fabriquant de la dépression au-dessus de l’aile se déplaçant à l’envers de sa position normale. Si on passe aux Pitts, qui pour la plupart ont des profils d’aile symétriques, on constate que sur le dos on a une incidence quasi comparable à celle que l’on sur le ventre, et à peine plus d’effort au manche vers l’avant qu’en vol ventre. Mais, mais, mais: quiconque vole sur Pitts sait qu’en vol ventre, il faut pour tenir le palier un tout petit peu plus d’effort au manche vers l’arrière que sur un avion à profil classique, ce qui démontre qu’un profil symétrique est plus sensible au pilotage fin de l’incidence qu’un profil classique.

La portance, disait Ferber, est une fleur qui naît de la vitesse. C’est pour ça que dans l’épisode 1 du Hangar il est dit que c’est un peu plus compliqué que ça… En fait, il faut un profil, de la vitesse, de l’incidence et le total peut varier en combinant les proportions de façon qu’au bilan, la portance permette de rester en l’air. Mais c’est pas très simple à expliquer en deux phrases et en deux minutes dans une émission qui est d’abord une approche simple du phénomène du vol aérien.

Donc il y a un truc, qui semble-t-il marche depuis qu’on vole, pour expliquer pourquoi ça vole. Et Bernoulli, toujours enseigné de par le vaste monde, n’avait peut être pas totalement raison, mais il n’avait pas non plus complétement tort.

L’intéressant dans tout ça c’est qu’il faut commencer quelque part. J’en connais qui en dix minutes ont accepté Bernoulli, et qui ensuite ont passé leur vie entière à affiner, peaufiner, mieux comprendre pourquoi ça vole. A la fin, ils sont morts sans avoir totalement analysé ce miracle étrange qu’on appelle le vol.

On reviendra peut être sur l’importance de l’incidence, pourquoi pas. Mais ça sera plus difficile à expliquer simplement…

BC