À l’ère de la technologie et de la révolution numérique, une question en apparence très banale reste encore sans réponse : comment les avions peuvent-ils être maintenus dans les airs ? Les scientifiques ne se sont toujours pas entendus sur ce phénomène qui relève de l’aérodynamique.
Un article publié dans le New York Times à l’occasion de la commémoration du 100e anniversaire du tout premier vol en avion effectué par les frères Wright a essayé d’apporter une solution à cette énigme, bien que tous les experts s’accordent à dire qu’il n’existe aucune explication simple à ce sujet…
Plusieurs théories
Le conservateur de l’aérodynamique du National Air and Space Museum, John D. Anderson, Jr. a répondu aux interrogations des journalistes en affirmant que l’élément qui génère de la portance est défini de diverses façons. Chacun émet sa propre hypothèse sans que cela ne soit confirmé par la communauté scientifique.
Il faut avouer que cela peut sembler assez déroutant étant donné les avancées technologiques en matière d’aérodynamique. Deux théories complémentaires coexistent : la première est d’ordre mathématique et n’implique aucun désaccord parmi les experts.
La seconde, moins technique que la précédente, opte pour une approche plutôt physique. Cette dernière est sujette à de nombreuses controverses et a pour objectif de présenter une explication intuitive des différents facteurs permettant de garder les avions en vol.
Le théorème de Bernoulli est la justification la plus populaire concernant la sustentation. C’est le mathématicien suisse Daniel Bernoulli qui est derrière cette hypothèse, qui considère que la pression d’un fluide diminue au fur et à mesure que sa vitesse augmente, et inversement.
Le maintien d’un avion dans le ciel est alors expliqué par le fait que l’air qui traverse sa surface supérieure incurvée (haut de l’aile) se déplace plus rapidement que celui qui se meut le long de la surface inférieure plate (bas de l’aile).
Des pistes à ne pas négliger
La portance est, d’après Bernoulli, le résultat de l’association de l’augmentation de la vitesse au-dessus de l’aile avec une région de pression plus faible.
En mesure de mieux expliquer le phénomène de sustentation, le principe d’action et de réaction (basé sur la troisième loi du mouvement de Newton) constitue une réponse plus complète et plus universelle que le théorème de Bernoulli présenté plus haut. La théorie de Newton présume que c’est l’air poussé vers le bas de l’aile qui maintient l’appareil en vol.
Le physicien a démontré que l’air avait une masse et il découle de cette troisième loi que la poussée exercée au niveau du bas de l’aile est traduite par une autre poussée égale vers le côté opposé. C’est de cette manière que Newton définit la portance.
La loi newtonienne est valable pour toutes les formes d’ailes d’avion (qu’elles soient courbes ou plates) ainsi qu’à tous les types d’aéronefs volants aussi bien à l’endroit qu’à l’envers.
Notons que cette force nous est tous familière et peut, par exemple, s’exprimer lorsque l’on sort la main par la vitre d’une voiture en mouvement : celle-ci se penche vers le haut tandis que l’air est dévié par le bas !
Non, l’air passant au-dessus de l’aile est bien accéléré, et va plus vite que l’air passant en dessous de l’aile
Le théorème de Bernoulli l’explique, de part la forme de l’aile, l’air passant sous l’aile est accéléré et l’air passant en dessus de l’aile est ralenti, ce qui modifie la pression dans ces deux zones. On a donc une surpression sous l’aile et une dépression en dessus de l’aile.