Comment vole un avion ?


Introduction

En prenant l'avion ou en observant ces derniers, vous vous êtes peut-être déjà demandé comment ils volaient. Bien que pour faire voler un avion il faut recourir à des notions de physique et de mathématiques parfois complexes, vous allez voir que le vol d'un avion est basé sur un principe relativement simple à comprendre. En effet, les différents éléments permettant d'expliquer comment vole un avion sont connus de tous.

Sans atmosphère, pas d'avion ?

Le premier élément indispensable pour expliquer comment vole un avion est l'atmosphère terrestre sans laquelle les avions tels que nous les connaissons n'existeraient tout simplement pas. Notre atmosphère est, en effet, constituée d'un très grand nombre de particules comme les molécules de diazote ou de dioxygenes par exemple, et celles-ci ne restent pas immobiles. Au contraire, ces particules sont constament en mouvement et les multiples collisions de celles-ci sur les différents objets nous entourant se traduisent par l'apparition de pressions importantes à la surface de ces derniers. Mais alors, pourquoi ne ressentons nous pas cette pression s'exercer sur notre peau ?. Tout simplement car notre organisme est également consitué de particules dont la pression vient compenser la pression extérieure. Tout est donc une question d'équilibre.

Les particules présentes dans l'atmosphère entraînent sur une planche horizontale des pressions importantes, mais identiques entre la surface supérieure et inférieure, resultant des multiples collisions avec celle-ci

A la recherche du déséquilibre !

Raisonnons à présent sur une simple planche placée à, l'horizontale comme sur la figure 1. Les particules présentes dans l'atmosphère entrainent donc des pressions sur la surface supérieure et inférieure de celle-ci.

La compression de l'extrémité d'un tuyau d'arrosage permet d'augmenter la vitesse à laquelle le fluide est expulsé en sortie

Cependant les pressions sur la surface supérieure et inférieure étant similaires, ces dernières se compensent mutuellement. Cette planche ne subit par consequent aucun mouvement vertical notable résultant de la pression atmosphérique. Néanmoins, on peut, à présent, facilement imaginer que cette planche pourrait éventuellement subir un déplacement si les pressions étaient différentes entre les deux surfaces, autrement-dit si un déséquilibre en pression apparaissait entre celles-ci. Pour expliquer comment ce déséquilibre apparait dans le cas d'une aile d'avion il est nésécessaire de prendre en compte deux autres éléments : la forme de l'aile et le déplacement horizontal de celle-ci. Mais pourquoi la forme de l'aile d'avion et son déplacement entraîne un déséquilibre en pression et par la suite un mouvement vertical ?.

Pour comprendre ce phénomène, faisons le parallèle avec une expérience que vous avez déjà probablement réalisée: celle du tuyau d'arrosage dont on pince l'extrémité afin d'augmenter la vitesse à laquelle le fluide est expulsé en sortie (Figure 2). Que nous apprend cette experience ?. Tout simplement le fait que de compresser un fluide entraine, à débit constant, d'augmenter la vitesse de ce dernier.

Conclusions

Analysons maintenant une aile d'avion se déplaçant dans l'atmosphère. Pour mieux comprendre ce qui se passe, au niveau de l'aile, décomposons l'atmosphère en petites parcelles de même volume. Lorsque l'avion est en mouvement, les parcelles d'air situées au niveau des ailes disposent alors de moins d'espaces et sont compressées par les autres parcelles et par l'aile d'avion (Figure 3a). Il se produit alors, approximativement, la même chose que pour notre tuyau d'arrosage, à savoir que les parcelles d'air situées au niveau des ailes vont accélérer. Ces parcelles d'air vont alors agir comme un écran de protection réduisant ainsi le nombre de particules atmosphèriques entrant en collision avec l'aile d'avion, ce qui entraîne une diminution de pression sur celle-ci (Figure 3b).

Augmentation de la vitesse des parcelles d'air au niveau de l'aile d'avion (a). Ces parcelles d'air agissent alors comme un écran de protection réduisant ainsi la pression sur l'aile (b).

Mais comment expliquer le déséquilibre en pression permettant d'expliquer comment vole un avion ?: Pour comprendre comment ce déséquilibre apparait, il faut tenir compte de la forme de l'aile. En effet vous avez peut-être déjà remarqué qu'une aile d'avion n'est pas plate mais que le dessus est légèrement bombée. Les parcelles d'air passant au-dessus de l'aile sont donc davantage compressées que les parcelles d'air passant sous l'aile et sont par conséquent davantage accélérées (Figure 3). Il en résulte alors une diminution plus importante de la pression au-dessus de l'aile qu'en dessous. Cette pression plus importante sous l'aile permet ainsi à l'avion de décoller mais également de se maintenir en suspension dans l'air.

Ce déséquilibre en pression entre la surface supérieure et inférieure de l'aile entraîne alors l'apparition d'une force bien connue en aéronautique appelée portance. Vous comprenez à présent que l'idée principale pour faire voler un avion n'est pas de rechercher à appliquer directement une force sous l'aile, mais plutôt d'essayer de créer une différence de pression entre le dessus et le dessous de l'aile. Que n'ai je pas dit sur comment vole un avion ?. A vrai dire beaucoup de choses, cependant cela m'obligerait à introduire des notions plus complexes qui ne sont pas forcément nécessaires. En espérant que ces quelques lignes d'explication sur "comment vole un avion" vous ont permis d'y voir un peu plus clair...

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