Comment vole un avion ?

Aussi loin que remonte l’histoire de l’humanité, les hommes, et cela sur tous les continents, ont désiré pouvoir un jour voler comme un oiseau à l’image d’Icare qui pensait réussir à s’échapper du labyrinthe créé par son père Dédale.

Les hommes ont imaginé de nombreux engins dont les plus connus sont sans doute les machines volantes créées par Léonard de Vinci. En 1783, les frères Montgolfier font voler sous les yeux ébahis du roi Louis XVI l’un de leurs premiers ballons et font ainsi voyager au-dessus de Versailles un coq, un mouton et un canard. 

Il faut attendre le début du XIXe siècle pour que le Britannique George Cayley, grâce aux forces aérodynamiques qu’il met en évidence, fabrique un planeur. Les premiers décollages d’engins motorisés sont développés à la fin du XIXe siècle. Le premier est notamment le célèbre ballon dirigeable Daimler inventé par l’Allemand Gottlieb Daimler.

Le Français Clément Ader déclare le premier avoir volé dans ce qu’il appelle un « avion » dont les lignes sont fortement inspirées de la morphologie de la chauve-souris.

Comment ca vole un avion ?

Les premiers vols motorisés sont ceux réalisés par les frères Wright au début du XXe siècle à bord du Flyer. Ces engins motorisés ne volent qu’à très faible altitude à l’image de celui utilisé lors du vol d’Alberto Santos-Dumont en 1906 qui atteint une altitude de 3 m. Les grands changements surviennent à l’aube de la Première Guerre mondiale. En 1909, Louis Blériot traverse notamment la Manche. En 1911, un avion vole pour la première fois de nuit ! L’aviation semble alors ne faire que commencer. Outre son rôle militaire, l’aviation commerciale et civile se développent également à la suite de ces grandes avancées. Les avions sont aujourd’hui omniprésents dans le ciel et relient l’ensemble des pays du globe.

L’histoire de l’aviation s’inscrit sur la longue durée. Elle est le résultat de siècles de pensée, de perfectionnement technique et technologique, de prouesses. Elle est également le fait d’hommes courageux et passionnés qui ont désiré ardemment défier les lois de la physique.

Comment d’ailleurs est-il possible qu’un avion vole ? Pourquoi un avion peut-il voler ? Voyons en détail les éléments fondamentaux qui permettent à un avion de voler presque comme un oiseau.

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Mise en contexte pour comprendre comment vole un avion 

Pour qu’un avion puisse voler, il faut connaître et maîtriser des lois physiques fondamentales. Les deux principales lois à avoir à l’esprit sont celles de la gravité et celle du mouvement mises en avant par Isaac Newton à la fin du XVIIe siècle.

Commençons par parler de l’air. Celui-ci est présent dans notre atmosphère et est composé de divers gaz comme l’argon (Ar), le dioxyde de carbone (CO2), la vapeur d’eau (H2O), l’oxygène (O2) ainsi que l’azote (N2). Ce dernier est celui qui est le plus présent dans notre air, sa teneur est de l’ordre de 78%.

L’air présente diverses propriétés physiques. Il faut d’abord bien comprendre que l’air est un fluide qui occupe l’espace en tant que masse. Il est par conséquent possible de le mesurer en termes de densité. Comme tout fluide, l’air prend la forme de son contenant. Si une force le comprime, les molécules qui le composent sont poussées. La force alors exercée est ce que nous appelons la pression. Cette dernière se mesure en divisant la force en newtons (N) par la surface calculée en mètre carré, soit la formule suivante : 1 N/m2.

L’unité de pression est le pascal (Pa) du nom de Blaise Pascal qui a mis en évidence l’existence de la pression atmosphérique. À savoir, 1 Pa vaut 1 N par mètre carré. Plusieurs facteurs entrent en compte dans le calcul de la pression atmosphérique et notamment la gravité. Puisqu’en effet l’air a une masse, cette dernière subit la gravité. Ainsi, au plus près du sol, la pression atmosphérique est plus importante. Plus on s’en éloigne et plus cette pression baisse. De fait, la pression atmosphérique est quasi inexistante lorsqu’on s’approche de l’espace. Autre facteur à prendre en compte : l’humidité. Si cette dernière augmente, la pression fait de même. L’humidité accroît en effet la présence des molécules d’eau dans l’air, augmentant inévitablement sa masse. Dernier facteur à considérer : la température. Plus cette dernière est importante et plus la pression baisse. La chaleur favorise en effet le déplacement des molécules d’air et les espaces entre elles, sa masse s’en trouve réduite.

Comme pour tout fluide, il est également possible de mesurer la viscosité de l’air. Il s’agit de la résistance d’un fluide à l’écoulement. Il est possible de parler d’épaisseur du fluide. Viscosité et pression jouent un rôle fondamental pour qu’un avion vole.

Afin de faire voler un avion, les ingénieurs prennent en compte en somme la pression, la densité, la température ainsi que la viscosité.

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L’importance de la loi de Newton pour qu’un avion vole

Pour réussir à faire voler les avions, les lois établies par Newton relevant du mouvement et de la force ont joué un rôle fondamental. À la fin du XVIIe siècle, il évoque dans un traité resté célèbre, Principes mathématiques de la philosophie naturelle, les lois du mouvement qui se divisent en trois grands principes : le principe d’inertie, le principe de force d’accélération, ainsi que le principe d’action-réaction. Il est important de les prendre en compte pour qu’un avion vole.

C’est l’alliance de ces forces qui permet à l’avion de descendre, de rester en l’air et de monter, en soi, de voler. Pour qu’un avion prenne de l’altitude, les forces doivent être déséquilibrées de façon à ce que la poussée -force qui propulse- ajoutée à la portance -force qui permet de contrer les effets du poids- soient supérieures au poids ajouté à la traînée -force exercée contre le mouvement allant de l’avant-.

En vitesse de croisière, les forces sont équilibrées. Afin qu’un avion descende, la poussée et la portance réunies doivent être inférieures au poids et à la traînée.

Vous savez à présent que si votre avion vole, quand il n’est pas retardé ou annulé, c’est grâce à une histoire des sciences sur le temps long, aux découvertes et aux expériences de savants en physique, d’ingénieurs et de passionnés.

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