Comment les avions volent-ils ?
Imaginez. Vous vous installez dans l’avion en direction de la Colombie, côté hublot. Vous êtes bien décidé à profiter de ces vacances amplement méritées. L’heure du décollage approche et, malgré l’excitation du départ, vous commencez à appréhender. Vous vous interrogez. Comment plusieurs dizaines de tonnes peuvent-elles décoller du sol et voler ? On vous a pourtant bien appris à l’école que la gravitation fait tomber les pommes, alors pourquoi pas les avions ? Pas d’inquiétude, la chaîne Science étonnante est là pour mettre au clair vos interrogations.
A vrai dire, on comprend très bien comment les avions volent (et encore heureux). Lorsqu’un avion est en vol, son poids l’attire vers le bas. Il faut donc qu’une force le pousse vers le haut, pour lui éviter de tomber. Cette force, on l’appelle la portance. Mais d’où vient-elle ?
Vol au-dessus d’un nid de molécules
Pour expliquer cette force de portance, l’air a un rôle absolument essentiel. Vous savez certainement que l’air est un gaz. Il est composé de molécules qui entrent en permanence en collision les unes avec les autres à un rythme important. Mais pas seulement. Elles interagissent aussi avec tous les autres objets, et donc avec notre l’avion. Pour le moment, celui-ci n’a pas décollé. Le nombre de collisions qu’il subit est donc partout équivalent, notamment au-dessus et en dessous des ailes. On dit qu’il se compense.
Le pilote fait son annonce au micro, l’heure est arrivée. Enfin, votre avion décolle. Tout se passe bien, et très vite vous vous retrouvez en vitesse de croisière à contempler les nuages. Est-ce que les molécules de l’air se comportent ici de la même manière que quand vous étiez au sol ? Vous l’aurez deviné, la réponse est non. En vol, il y a un nombre plus important de collisions de molécules en dessous des ailes qu’il n’y en a au-dessus. C’est ce différentiel de chocs qui, au niveau microscopique, crée la portance.
La victoire de la densité
Très bien, mais vous pourriez nous rétorquer que cette explication n’est pas très éclairante concernant la raison de ce différentiel de chocs, et vous auriez raison. Regardez l’aile de l’avion à travers votre hublot. Celle-ci est légèrement inclinée. Pour comprendre la suite, il nous faut visualiser les lignes de flux d’air qui passent au niveau de celle-ci. Regardons l’image ci-dessous :
Vous pouvez voir qu’en raison de l’inclinaison de l’aile, les lignes de flux d’air sont différentes au-dessus et en dessous de l’aile. Cela va faire varier le nombre de molécules présentes à un endroit donné et, avec ça, la densité. En conséquence, la densité de l’air est plus importante sous l’aile, qu’elle ne l’est au-dessus.
Sur cette deuxième capture d’écran de la vidéo, vous voyez la simulation des variations de densité : en bleu la densité est moins importante, en rouge elle l’est davantage. Ici, en raison des variations de densité, donc du nombre de molécules présentes, le dessous de l’aile va subir plus de chocs que le dessus de l’aile. C’est cette différence qui crée la portance.
Cette différence de densité se traduit par une différence de pression. L’air sous l’aile est en légère surpression, tandis que l’air au-dessus de l’aile est en légère dépression.
La dépression de Bernoulli
Il y a encore un point important que l’on n’a pas abordé. La vitesse varie aux différents endroits, directement en lien avec les flux d’air, de sorte que l’air se déplace plus vite au-dessus de l’aile qu’en dessous de l’aile. Et ce n’est pas un hasard si, sur cette simulation, on remarque que les zones de variation des vitesses sont les mêmes que les zones de variation de pression.
En résumé, la portance est donc liée à des phénomènes de surpression, dépression, eux-mêmes liés à la vitesse de l’écoulement de l’air autour des ailes, phénomènes qui se traduisent, au niveau microscopique, par un différentiel de chocs des molécules de l’air.
Pas de mystère donc, on comprend très bien comment les avions volent. Pour une explication plus poussée, on vous invite vivement à aller voir la vidéo Comment les avions volent-ils ? et, en attendant, vous pouvez profiter de votre voyage en toute tranquillité.
Fanny Aici
