Avion

Pour la commune du Pas-de-Calais, voir Avion (Pas-de-Calais).

Un avion, selon la définition officielle de l'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI), est un aéronef plus lourd que l'air, entraîné par un organe moteur (dans le cas d'un engin sans moteur, on parlera de planeur), dont la sustentation en vol est obtenue principalement par des réactions aérodynamiques sur des surfaces qui restent fixes dans des conditions données de vol. Celui ou celle qui le dirige est appelé pilote ou aviateur/aviatrice.

Lorsque la sustentation en vol est obtenue par des réactions aérodynamiques sur des surfaces en mouvement, généralement une ou plusieurs hélices principales dont les axes sont verticaux, l'appareil est alors un hélicoptère ou un gyroptère, selon que la surface porteuse est animée par un moteur ou non.

Un avion muni d'un dispositif lui permettant de décoller et de se poser sur l'eau (amerrir) est un hydravion. D'autres accessoires permettent l'atterrissage et le décollage sur des surfaces enneigées.

Le Concorde au jubilé de la reine du Royaume-Uni

Un North American P-51 Mustang en vol. Photo prise durant un show aérien dans la base de l'Air Force à Langley, en Virginie (États-Unis d'Amérique).

Étymologie et Histoire

Avions, musée national de l'air et de l'espace, Smithsonian Institution, Washington DC

Le mot aviation (du latin avis, oiseau et actio, action) a été employé pour la première fois par Gabriel de La Landelle, en 1863, dans le livre Aviation ou navigation aérienne sans ballon, un ouvrage rendant compte des tentatives d'envol de Jean-Marie Le Bris dans un appareil plus lourd que l'air.

Le terme avion sera ensuite créé en 1875 par Clément Ader pour désigner sa série d'appareils volants, puis breveté par lui. C'est ainsi qu'il a appelé l'appareil baptisé Éole, avec lequel il décolle le 9 octobre 1890 puis rase le sol sur 50 mètres à 20 cm au-dessus de la piste. Cet événement ne sera toutefois pas homologué comme étant le premier vol : la hauteur atteinte était insuffisante pour le qualifier de tel. De fait, la performance de cette génération d'engins ne fera pas se bousculer les entrepreneurs car n'ayant pas assez de maîtrise de son domaine.

Le troisième prototype de Clément Ader, l'Avion III, effectue un vol sur 300 mètres devant un comité militaire le 14 octobre 1897 à Satory. Une autre raison à la non-homologation des vols de Clément Ader est que ces vols étaient soumis au secret militaire.

Entre-temps, Otto Lilienthal, grâce à des prototypes qui étaient réalisés à partir de nervures de bambou entoilées de coton, pouvait planer jusqu'à 400 m en se lançant du haut d'une colline haute d'environ vingt mètres. Le contrôle de la machine se faisait par des déplacements du corps comme pour les deltaplanes pendulaires contemporains.

Mais dans les premières années de l'aéronautique, après les exploits des frères Wright à partir du 17 décembre 1903, on ne parle guère d'avion mais d'aéroplane. En 1911, pour honorer la mémoire de Clément Ader, le Général Roques, créateur de l'aviation militaire, a décidé que tous les aéroplanes militaires s'appelleraient des avions. Mais ce n'est qu'avec la Première Guerre mondiale que les mots avion et aviation deviennent communs.

Alberto Santos Dumont construisit de nombreux ballons à bord desquels il vola et conçut le premier dirigeable pratique. La démonstration de son puissant aéronef plus-lourd-que-l'air le 14 Bis eut lieu dans le parc de Bagatelle près de Paris, avec un vol public, homologuant par la même le premier record du monde d'aviation, le 23 octobre 1906.

Technique

Morphologie

Un avion est constitué :

• D'une cellule comprenant le fuselage, les train d'atterrissages, la voilure (aile et empennage) et les éléments mobiles de la voilure (ailerons, gouvernes, volets), y compris éléments aux fonctions combinées (aérofreins et gouvernes de profondeurs") ;
• D'un ou de plusieurs groupes moteurs et propulseurs à hélice ou à réaction;
• De commandes de vol capables de transmettre les actions du pilote aux gouvernes;
• D'instruments de bord d'indications et de contrôle pour informer le pilote sur le déroulement du vol : on parle d'avionique si ces instruments sont électroniques;
• De servitudes de bord.

Fonctionnement : le vol

Comment un avion vole-t-il ?

Il faut d'abord rappeler qu'un avion vole grâce au vent relatif (l'écoulement d'air que subit l'aéronef s'il a de la vitesse). On peut d'ailleurs simuler ce vent relatif en soufflerie grâce à de puissants ventilateurs.

Le profil d'une aile d'avion : intrados, extrados, bord d'attaque, bord de fuite

Quand le vent relatif passe au-dessus et au-dessous de l'aile, l'air qui passe sur l'extrados va plus vite que l'air qui passe sur l'intrados, obéissant ainsi à la condition de Kutta. La pression à l'extrados va être plus faible que celle à l'intrados. La dépression sur l'extrados et la pression sur l'intrados engendrent une force sur l'aile appelée portance.

Plus l'angle formé entre l'aile et le vent relatif (angle appelé incidence) est important, plus la résultante aérodynamique sera grande. Ceci reste vrai jusqu'au point de décrochage, où la portance commence à décroître à cause de la séparation des flux d'air.

La résultante aérodynamique est orientée vers le haut et légèrement vers l'arrière. La résultante aérodynamique Ra est décomposée conventionnellement en deux forces correspondant à ces deux effets :

• la portance, perpendiculaire au vent relatif,
• la traînée, parallèle au vent relatif.

La physique du vol

Forces auxquelles un avion est soumis.

Un avion subit trois types de forces :

• la poussée du réacteur ou la traction de l'hélice entraînée par le moteur ;
• le poids, effet de la gravité terrestre sur la masse de l'appareil ;
• la résultante des forces aérodynamiques décomposée en portance et en traînée :
  • la portance, créée par le déplacement dans l'air d'une aile profilée,
  • la traînée, somme des résistances aérodynamiques est opposée au mouvement.

Ces forces sont représentées par 4 vecteurs :

• la traction vers l'avant s'oppose à la traînée vers l'arrière,
• la portance vers le haut s'oppose au poids vers le bas.

Quand l'avion vole en palier à vitesse constante le poids est équilibré par la portance, la traînée est compensée par la traction.

À partir de cette position d'équilibre, toute modification de l'un des paramètres entraîne une modification de l'équilibre. Si le pilote réduit les gaz, la traction diminue, la traînée devient prépondérante et la vitesse diminue. Étant proportionnelle au carré de la vitesse, la portance diminue avec la vitesse : l'avion s'inscrit dans une trajectoire descendante, entraîné par son poids. En descendant, l'avion accélère à nouveau : la portance croît à nouveau, égale et dépasse le poids : l'avion remonte. En remontant, la vitesse diminue, et ainsi de suite... Lorsque les oscillations s'amortissent du fait de la stabilité en tangage, l'avion se stabilise en un nouveau point d'équilibre : soit en descente à la même vitesse, soit en palier à une vitesse plus faible suivant son attitude de vol.

La technique du vol : le pilotage

Le pilotage dans le plan vertical (en tangage) consiste à intervenir sur la portance et la traction.
Le pilotage dans le plan horizontal (en virage) consiste à intervenir en plus sur le roulis (inclinaison latérale) et le lacet (la direction).

Impact sur l'environnement

L'avion a, comme d'autres moyens de transport motorisé, un impact sur l'environnement, notamment en contribuant au dérèglement climatique. C'est au décollage, quand les réacteurs fonctionnent à pleine puissance qu'il pollue le plus (CO₂, NOx, Métaux lourds contenus dans le kérosène ou provenant de l'usure des tuyères, imbrûlés...). Les avions sont aussi une source de pollution sonore importante aux abords des aéroports et sous les zones d'entraînement d'avions militaires. Les aérosols et la vapeur d'eau émise par les tuyères contribuent aussi à la formation de nuages artificiels (traînées de condensation) qui modifient le système atmosphérique et climatique, avec un effet de refroidissement à court terme, mais de réchauffement à long terme.

Les émissions de CO₂

Pour l'aviation civile, par passager et par vol, sont bien supérieures à celle du transport ferroviaire, (30 fois plus environ par passager). Par contre, s'il est rempli, et sur de longues distances, un passager n'émet, en moyenne, pas plus de gaz à effet de serre par passager qu'une automobile. Par exemple, le nouvel A380 ne consomme que 3 à 4,5 l/100 km par passager contre 1,5 à 15 litres pour une automobile (le chiffre varie avec le nombre de passagers, le type de moteur et la taille du véhicule). Un calculateur simplifié de CO₂ est disponible sur le site de la DGAC : Calculateur d'émissions de CO2 de l'aviation

Les avions émettent aussi d'importantes quantités de NOx (oxydes d'azote, polluant et également contributeur au réchauffement climatique). Ces NOx ne peuvent être traités par des pots catalytiques comme dans les cas des automobiles modernes.

Globalement, on évalue aujourd'hui à 3% de la libération totale de gaz à effet de serre la part due à l'aviation, mais c'est le secteur, qui avec la marine marchande augmente le plus rapidement. Dans l'Union européenne, des mesures sont prises pour stopper cette augmentation : le protocole de Kyoto sera mis en application à partir de 2012, par l'inclusion de l'aviation civile dans le Système d'échange de quotas d'émissions européen, qui a pour objectif de réduire les émissions de CO₂ de 3% en 2012, et de 5% durant la période 2013-2020, comparées aux émissions moyennes constatées dans la période 2004-2006.

En termes d'écobilan

La conception des avions fait appel à des matériaux dont la production est également — en amont — source d'impacts énergétiques écologiques et sanitaires. Et le traitement des avions en fin de vie pose encore problème, avec un nombre d'avions à démanteler de plus en plus élevé (environ 6 000, soit 300 avions/an à traiter, sans compter les épaves déjà stockées à proximité des aéroports dans le monde. Des avions ont été transformés en récifs artificiels, mais avec des controverses sur les impacts de ce type d'opération. Les avions contiennent des matériaux précieux et dont la fabrication a causé l'émission d’importantes quantités de gaz à effet de serre et de métaux lourds, mais les carlingues n'ont pas été conçues pour faciliter la récupération de ces matériaux en fin de vie.

En France, un programme « Pamela » piloté par Airbus (3 242 694 € aidé par l'Europe), à Tarbes, expérimente des procédés de déconstruction et valorisation ou recyclage des matériaux^[1].

L’Association internationale du transport aérien (AITA) ^[2] a estimé début 2009 qu’environ 100 aéroports européens permettront d'ici 2013 aux avions commerciaux d'effectuer leur descente en continu de leur altitude de croisière au sol, ce qui devrait économiser 450 kilos de CO₂ par atterrissage (soit 500 000 t/an de CO₂ rien que pour les grandes compagnies).

Typologie : les différents types d'avions

Les deux grandes catégories sont les avions civils (commerciaux ou de tourisme) et les avions militaires (susceptibles de jouer un rôle dans la guerre).

Avions civils

Les avions civils peuvent être classés comme ;

• ultra légers ;
• avions légers ;
• avions d'affaire ;
• avions de ligne.

Les avions de ligne sont également classés selon leur rayon d'action : court-courrier, moyen-courrier, long-courrier. Cette dénomination date de l'époque où les avions étaient principalement utilisés pour acheminer les lettres et colis postaux, l'Aéropostale.

Avions militaires

Les avions militaires sont généralement classés selon leur emploi :

• avion de chasse, ou chasseur, conçu pour l'interception et la destruction d'autres avions (Dassault Mirage III, Lockheed F-22 Raptor).
• bombardier (tactique, stratégique ou nucléaire), dont la mission est de délivrer une ou plusieurs bombes (Boeing B-17 Flying Fortress, Boeing B-52 Stratofortress).
• avion d'interception, ou intercepteur, conçu pour abattre les bombardiers ennemis avant que ceux-ci n'atteignent le territoire national (F-106 Delta Dart, Mig-31 Foxhund).
• avion de transport, chargé de transporter du fret et/ou du personnel (parachutistes par ex.) (A400M, Lockheed C-130 Hercules, C-160 Transall)
• avion d'entraînement, avion conçu pour l'entraînement initial (Fouga Magister) ou avancé (Alpha Jet) -Aero L-39 Albatros des futurs pilotes militaires.
• avion de reconnaissance ou de surveillance (U2, Lockheed SR-71 Blackbird), qui doit ramener des informations (électronique, photo, etc.) ou les transmettre en temps réel (Système de détection et de commandement aéroporté (SDCA)).
• l'avion multirôle (le Rafale par exemple), qui doit cumuler plusieurs de ces missions
• le drone, avion sans pilote (Dassault nEUROn)
• …

Notes et références

Voir aussi

Bibliographie

• François Besse, 100 avions de légende, Éditions Solar, 2004.
• Tom Aubain, Un avion en trop, Editions Magnum, 1997.

Articles connexes

Liens externes

• (fr) Schéma détaillé d'un avion de ligne
• (fr) Fédération française aéronautique
• (en) Flight International Actualité - Infos
• (en) Airliners Photos d'avions

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