VOL

L’aviation désigne la sustentation et le déplacement aériens d’appareils plus denses que l’air. Le vol de ces aérodynes est donc assuré sans l’utilisation d’un gaz de densité plus faible que celle de l’air. Le terme aviation rassemble de nombreux moyens et techniques différents et possède des applications diverses. Les formes du vol sont également multiples.

On constate en effet que le vol mécanique arbore des aspects variés qui démontrent que l’aviation à moteur ne possède pas véritablement de forme définitive. Le vol est effectué par ce que l’on désignait au départ sous l’appellation « aéroplane ». Le mot avion, utilisé actuellement, a en effet été inventé par Clément Ader. C’est le nom que le pionnier choisit pour désigner l’appareil qu’il construisit en 1897 et qu’il baptisa l’Eole. A l’origine, une distinction fut faite entre le terme inventé par Ader et celui d’aéroplane. Le premier ne devait en effet désigner que les appareils militaires et le second, par élimination, devait désigner les appareils civils, mais il est progressivement tombé en désuétude.

NOTI0N DE VOL

De nombreux appareils se sont révélés aptes à effectuer un vol : avions, hydravions, hélicoptères, autogire ou encore orthoptères.

On se souvient par exemple du vol extraordinaire des pilotes Dauvin et Coustou qui parviennent à se maintenir dans les airs pendant près de 60 heures d’affilé en 1954 à Saint-Auban, dans les Alpilles. Dans la Sierra Nevada, Edgar et Klicforth atteignent quant à eux l’altitude record de 13500 m en 1952. Grâce à ces chiffres, on comprend que le vol sans moteur offre des possibilités absolument imprévisibles. Le vol sans visibilité est une avancée technologique non négligeable du secteur de la navigation aérienne. Créé en 1917, ce type de vol n’est vraiment mis en place que 10 ans plus tard. Le vol sans visibilité permet au pilote de guider son appareil uniquement par le biais de l’observation d’instruments tels que les indicateurs de pente et d’inclinaison, ou encore les indicateurs de vitesse. Cette technique permet au pilote de maintenir sa ligne de vol, grâce aux instruments, même lorsque la visibilité est réduite voire nulle à cause de nuages ou de brume par exemple. Inventé aux Etats-Unis, le vol sans visibilité a été élaboré en France par Lucien Rougerie. Le pilotage automatique est un autre progrès important qui permet au pilote de limiter la fatigue lors d’un vol longue distance grâce au contrôle exercé sur les organes de stabilisation et les gouvernes de l’appareil par des dispositifs mécaniques. Le vol possède des formes spéciales, réalisations techniques qui, si elles étaient considérées de prime abord comme des tours de force, se sont imposées de façon efficace.

C’est le cas du ravitaillement en vol, qui consiste à ravitailler en kérosène, à partir d’un avion, un autre avion en plein vol. Cette opération délicate est effectuée pour la première fois en 1923 par les lieutenants Smith et Richter. D’abord expérimental, ce procédé s’est développé petit à petit, permettant même d’établir un record de vol d’une durée de 65 jours : du 4 décembre 1958 au 7 février 1959, deux pilotes américains ont volé sur un Cessna T72. C’est également le procédé du ravitaillement en vol qui a permis de relier New York à Paris en 3h30 le 26 mai 1961 sur un Convair. Au départ du Texas, l’appareil a d’abord pointé sur la ville de Washington, puis sur celle de New York et enfin sur celle de Brétigny, pour finalement se poser au Bourget, parcourant ainsi un total de plus de 8000 km en 6h, dont près de 6000 entre New York et Brétigny. Le vol est effectué à une vitesse moyenne de plus de 1100 km/h, et le Convair est ravitaillé 2 fois : au large de Terre-Neuve et au large des côtes françaises. Pendant le ravitaillement, dont la durée est de 15 minutes, la vitesse de l’appareil est légèrement réduite à 900 km/h. Le vol remorqué est un autre type de vol particulier : il est pratiqué dans le cadre de lancement de planeurs par exemple. En 1935, cette technique a été utilisée pour réaliser une traversée de l’Union Soviétique par un avion tirant derrière lui un ensemble de planeurs. Le vol remorqué a également été utilisé de façon massive pendant la Deuxième Guerre Mondiale par l’aviation britannique afin de conduire sur le Continent des planeurs transportant les militaires et leur armement, comme ce fut notamment le cas lors du débarquement en Normandie, en juin 1944.

HISTORIQUE DU VOL HUMAIN

Les tentatives de vol humain furent très nombreuses, et ce dès l’antiquité. Les hommes cherchent alors à imiter les oiseaux au moyen d’ailes artificielles et s’élancent dans le vide, du haut de tours ou de points élevés, se blessant ou se tuant dans la majorité des cas. On notera la tentative d’un serrurier du Maine qui parvint à effectuer un vol grâce à des châssis à charnières mues par les bras et les jambes de ce dernier.

Le vol à voile
Le vol à voile a été découvert en 1863 par le comte d’Esterno et pratiqué notamment par les pionniers Lilienthal et Orville Wright. La démonstration définitive du vol à voile a eu lieu le 18 août 1922, lorsque Martens est parvenu à se maintenir dans les airs sur son planeur pendant une heure. La pratique du vol à voile, si elle n’a pas véritablement d’utilité pour le perfectionnement des pilotes de ligne ou des aviateurs militaires, constitue cependant un sport fascinant qui offre de belles sensations.

Le vol en hélicoptère
L’hélicoptère et l’ornithoptère ont quant à eux un passé lointain, puisqu’il existait déjà des moulinets volants actionnés par la traction d’une ficelle au XVè siècle. En 1784, Launoy et Bienvenu parviennent à faire voler un prototype d’hélicoptère : c’est la première démonstration de vol vertical. Au XIXè siècle, l’engouement pour l’hélicoptère est énorme, et les essais sont innombrables. Les premiers voyages en hélicoptère ont lieu en 1937 en Allemagne.

Le vol en aéroplane
C’est à George Cayley que l’on doit la conception complète de l’aéroplane au début du XIXè siècle. Il en a établi la théorie, avec les principes de la stabilité, celui de la direction et celui de la propulsion. En 1853, il accomplit le premier vol plané sur une distance de plus de 3km. Le premier vol dans l’atmosphère a été effectué en 1853 et en 1854 par Letur sur un planeur équipé d’ailes propulsives. En 1843, Henson réalise le brevet d’un aéroplane monoplan, marquant ainsi l’avènement de l’ère des avions à moteur, même si ce modèle ne produit finalement que des résultats médiocres. Ader jouera un rôle particulier puisque beaucoup le considèrent aujourd’hui comme le véritable inventeur de l’avion. Il réalisa en effet lui même un aéroplane complet qu’il désigna avion et baptisa Eole. Ce dernier, en forme de chauve souris, était équipé d’une machine à vapeur. En octobre 1890, Ader parvient, à bord de sa machine, à quitter le sol sur une cinquantaine de mètres. En 1893, l’allemand Lilienthal, passionné par le vol, met en œuvre la méthode du planement qui finira par aboutir au vol mécanique. Il finit par construire un aéroplane monoplan qui lui permit de parcourir plus de 300 mètres dans les airs. Le vol mécanique rassemble plusieurs difficultés : l’envol, la commande des mouvements verticaux, la stabilité longitudinale et latérale, la direction et enfin l’atterrissage. Les pionniers évoqués précédemment sont donc parvenus à résoudre partiellement ces différents éléments, mais seuls les frères Wright ont résolu dans son ensemble le problème du vol mécanique. Grâce à leurs expériences menées dans les premières années du XXè siècle, ces deux américains ont bouleversé le monde de l’aviation. On leur doit entre autre la réalisation du premier vol mécanique, le 17 décembre 1903 sur la plage de Kitty-Hawk, en Caroline du Nord, à bord d’un biplan à essence qu’ils avaient eux-mêmes dessiné et construit. Le 25 juillet 1909, Blériot réalise l’exploit de la traversée de la Manche à bord d’un Blériot XI en 37 minutes, créant ainsi un engouement populaire sans précédent.

LES TECHNIQUES DE VOL

La portance
En 1889 l’allemand Otto Lilienthal publie le Vol des oiseaux, base de l’aviation, dans lequel il démontre que la forme des ailes des oiseaux possède des caractéristiques aérodynamiques naturelles qui doivent être appliquées à la construction des aéronefs. On s’est alors inspiré de cette théorie, mais on ne parvint finalement à effectuer un véritable vol qu’en se pliant aux principes de base de l’aérodynamique et en tirant profit de l’évolution des technologies. La portance de l’avion en vol est assurée par la totalité de la surface de la section de l’aile et agit perpendiculairement à l’écoulement d’air. La provenance de cette force est double : les deux tiers viennent de l’extrados (le dessus de l’aile) et le tiers restant de l’intrados (le dessous de l’aile). On peut vérifier ce postulat en soufflant le long de la face supérieure d’une feuille de papier tenue entre le pouce et l’index. Cette « aile miniature » se soulèvera alors, aspirée par le courant d’air. L’intensité de la portance varie avec la vitesse et la densité de l’air, avec la courbure et la surface de l’aile mais également avec l’angle formé par l’aile et le flux d’air. Cet angle, même lorsqu’il est léger, a pour conséquence une augmentation de la portance à l’intrados de l’aile qui, combinée avec la succion, créé une portance positive appelée sustentation. Pendant le vol, le pilote peut, grâce à la manette des gaz, faire varier la vitesse et la portance de son appareil. Ainsi, en doublant la vitesse, il quadruplera la portance. La portance augmente proportionnellement à l’angle d’attaque de l’aile, jusqu’au seuil de 15° environ. Au delà, la portance chute, pouvant aller jusqu’au phénomène de décrochage. La portance peut également diminuer à cause de la baisse de densité de l’air qui survient lors d’un vol effectué à haute altitude, de la température ou de l’humidité. Elle change également en fonction de la forme de l’aile et de celle de son profil. Ces dernières sont déterminées par les ingénieurs lors de la réalisation du projet d’un avion selon le type de vol que devra effectuer ce dernier. Ainsi, les avions lents seront équipés d’ailes larges au profil épais et les avions très rapides de petites ailes au profil mince.

La poussée et la traînée
Le moteur permet d’assurer la portance d’un avion en vol mais également l’arrivée d’un flux d’air continu autour des ailes, nécessaire à l’avancement de l’appareil. Toutes les parties d’un avion créent une résistance à l’air durant le vol, c’est pourquoi il est nécessaire de supprimer toutes les protubérances inutiles dans le but de parvenir à un appareil aussi pur que possible qui pénétrera plus facilement dans l’air. Les traînées, qui ralentissent les avions en vol, sont au nombre de trois : la traînée de forme provient de la silhouette de l’appareil, la traînée de surface provient de la rugosité des revêtements, et la traînée induite provient des différences de pression de l’air entre le dessus, le dessous et les extrémités de l’aile. Le but, lors de la construction d’un aéronef, est évidemment de réduire au maximum ces différentes traînées qui, additionnées, forment la « traînée totale ». La traînée de forme provoque des tourbillons d’air derrière l’avion. La traînée de surface survient quand les couches d’air qui entourent les surfaces supérieure et inférieure de l’avion ne parviennent plus à glisser l’une sur l’autre à cause d’une imperfection du revêtement qui perturbe la couche d’air la plus proche de celui-ci. La traînée induite est liée aux facteurs qui permettent d’assurer la portance de l’avion en vol : les pressions basses du dessus de l’aile et les pression hautes du dessous. La pression atmosphérique, lorsqu’elle est proche de ces zones de basses et hautes pressions, a tendance à pousser vers l’intérieur l’écoulement de l’air du dessus de l’aile et vers l’extérieur l’écoulement du dessous. Des tourbillons se forment alors lorsque les deux écoulements se rencontrent sur les bords de fuite.

L’équilibre de l’avion en vol
L’équilibre de l’avion est un autre problème fondamental auquel sont confrontés aussi bien le créateur de l’avion que le pilote. L’avion est susceptible de se déséquilibrer relativement facilement lorsque les forces opposées qui agissent sur lui, à savoir la portance, la poussée et la traînée, ne s’appliquent pas à l’endroit exact sur lequel elles devraient s’appliquer. La traînée totale joue le rôle d’un centre de pression, la poussée agit sur une ligne située dans l’axe du réacteur et allant du nez à la queue, et le poids s’applique verticalement vers le bas, au centre de gravité. La traînée totale agit de façon horizontale en direction de l’arrière, et elle est parallèle à l’écoulement de l’air et à la ligne d’action qui varie selon le dessin de l’avion. L’équilibre de l’appareil est évidemment modifié en vol lorsque le pilote agit sur les commandes, faisant ainsi varier la vitesse ou l’angle d’attaque. Le poids de l’avion change également en fonction du niveau de carburant restant dans l’appareil. Ces éléments ont donc tendance à entraîner une instabilité qui pourra être compensée en partie par un plan fixe arrière. Il faut ajouter à ce plan une gouverne mobile qui permet, en augmentant ou en diminuant la portance, de faire monter ou descendre l’avion. De la même manière, les ailerons ajoutés à la voilure permettent d’incliner l’avion dans un sens ou dans l’autre et le gouvernail de l’orienter vers la droite ou la gauche.