Empennage

 Pour l’article homophone, voir empannage.

Empennage d'une fléchette. Originellement, les flèches et fléchettes étaient stabilisées par des plumes.

Empennage d'un Airbus A380

L'empennage est un ensemble de plans fixes et mobiles qui assure la stabilité et la gouverne en tangage (profondeur) et en lacet (direction) d'un aéronef.

Composition et fonctionnement

L'empennage classique est constitué d'un ensemble de surfaces portantes positionnées pour avoir une incidence faible ou nulle lorsque l'aéronef est en vol de croisière stable. En cas de perturbation de cet équilibre l'angle d'incidence induit par le mouvement crée une force qui ramène l'aéronef en position neutre. Afin d'augmenter le moment, les surfaces sont éloignées au maximum du centre de gravité et placées, le plus souvent, en queue de fuselage. La taille de ces éléments est conditionnée par la présence de facteurs déstabilisants (panne pour les multimoteurs, forte hypersustentation, plage de centrage importante) et par le degré de stabilité recherché. L'empennage est relativement important pour un avion de transport de passagers; relativement faible pour un avion de chasse afin de ne pas entraver la manœuvrabilité de l'appareil.

La stabilisation en lacet est obtenue par une surface verticale, appelée stabilisateur vertical ou dérive.

La stabilisation en tangage est obtenue par une surface horizontale, appelée stabilisateur horizontal. L'équilibre de l'aéronef pouvant être modifié en fonction du chargement et de la consommation de carburant, cette surface horizontale comporte une partie mobile, ou est entièrement mobile, afin d'assurer un moment de compensation. En vol stabilisé l'incidence peut donc être légèrement positive ou négative afin de maintenir l'appareil horizontal.

Chacune de ces surface comporte aussi des parties mobiles pour modifier volontairement l'équilibre en lacet, le gouvernail pour le contrôle du virage, et l'équilibre en tangage, la gouverne de profondeur pour le contrôle de la montée ou de la descente.

En dehors des arrangements « classiques » on trouve aussi :

• des empennages constitués de surfaces inclinées, empennage en V, assurant en même temps l'équilibre et le contrôle dans les deux plans ;
• des empennages entièrement mobiles ;
• des aéronefs sans empennage où la stabilisation et le contrôle sont obtenus par des surfaces mobiles disposées sur l'aile ou en avant de l'aile.

Empennage vertical

Empennage double sur un B-24

Les poutres du P-38

Monodérive

L'empennage vertical se compose généralement d'une partie fixe et d'une partie mobile :

• une dérive verticale fixe,
• un gouvernail (ou gouverne de direction).

Il existe des empennages verticaux « monoblocs » (toute la surface pivote) ; cette disposition se rencontre sur des avions légers (Jodel, Luciole, Volksplane).

Multi-dérive

L'empennage vertical peut être double ou triple sur certains avions, généralement multi-moteurs à hélices.

Les avions bipoutres comme le Lockheed P-38 sont généralement bidérives. L'allongement effectif de l'empennage horizontal est augmenté par l'effet de plaque d'extrémité des dérives. Il joue également un rôle structurel en joignant les deux poutres.

Les avions furtifs à usage militaire comme le Lockheed Martin F-22 Raptor (États-Unis), le Soukhoï T-50 (PAK-FA) (Russie) ou le Chengdu J-20 (Chine) ont des empennages doubles en diagonale. Sur le J-20 chinois, ceux-ci sont composés d'une pièce unique totalement mobile et tournent autour d'un axe central.

Empennage horizontal

Perçage manuel d'un stabilisateur d'empennage horizontal pour le bombardier en piqué A-31 "Vengeance" à l'usine Vultee Aircraft de Nashville (février 1943) ; photo promotionnelle du Victory Program prise par Alfred T. Palmer.

L'empennage horizontal se compose généralement d'une partie horizontale qui peut présenter plusieurs variantes :

• un plan horizontal fixe muni d'une gouverne de profondeur mobile, c'est le type « classique ».
• un plan horizontal réglable muni d'une gouverne de profondeur. Le calage du plan horizontal peut être réglé en vol pour assurer l'équilibre convenant aux conditions de vitesse et de centrage (trim).
• un plan horizontal mobile muni d'un volet de profondeur mobile également, l'ensemble formant la gouverne de profondeur. Les deux surfaces pivotent dans le même sens, le volet se braquant plus que la partie avant (empennage des Airbus).
• un plan horizontal "monobloc" mobile muni d'un petit volet arrière ; les deux surfaces pivotent dans le même sens, le petit volet arrière (tab) servant à la fois de compensateur d'effort (pour diminuer les efforts nécessaires au manche pour déplacer le plan horizontal) et de trim de profondeur.

Types d'empennage

Empennage en T

Empennage en T d'un Vickers VC-10.

Le plan de profondeur peut être monté en haut de la dérive :

• pour diminuer l'effet de sol (stabilité en tangage des avions à effet de sol),
• dans le cas des planeurs, pour minimiser la traînée et ne pas accrocher la végétation en cas d'atterrissage dans la campagne.

Empennage en V

Empennage papillon sur un Fouga Magister.

Sur certains modèles, l'empennage est composé de deux parties obliques, réalisant un empennage « papillon ».

Exemples : Fouga Magister, Beech V-35, Robin ATL...

Avions sans empennage

• Aile volante pure (sans empennage ni horizontal ni vertical)

Les fonctions de stabilisation et de gouverne sur les axes de roulis et de lacet sont reportées sur l'aile, dont la forme en plan, les profils porteurs et les gouvernes sont modifiés en conséquence.

• Aile libre type pendulaire. à développer

Avions sans empennage horizontal

Plans canards (juste derrière le poste de pilotage) sur le bombardier XB-70 Valkyrie.

• Aile volante, présentant une dérive axiale de fuselage (aile droite) ou bien deux dérives placées en bout d'aile (aile en flèche).

• Ailes Delta

Sur les avions à aile delta sans empennage, la gouverne de profondeur est intégrée à l'aile, et porte le nom d'élévateur. Si elle remplit également le rôle d'aileron (mixage des gouvernes), elle est appelée élevon.

• Avions canards

Certains avions présentent un plan canard situé à l'avant, qui n'est pas un empennage mais une aile portante. La fonction gouverne de profondeur peut être remplie par un volet placé sur le plan canard, mais c'est bien l'aile arrière qui joue le rôle d'empennage stabilisateur.

Avions « trois surfaces »

Le Piaggio P180 Avanti est un avion conventionnel (à empennage arrière) présentant également un plan canard à l'avant. De telles configurations sont dites trois surfaces (il faut leur ajouter la paire d'ailes principales).

Matière et décoration des empennages

Motifs animaliers sur la dérive d'un A319.

Les avions peuvent être individualisés par des graphismes particuliers, notamment sur les surfaces verticales des empennages.

Rupture en vol

Des ruptures d'empennage vertical ont mené à une perte de contrôle et au crash :

• Vol 123 Japan Airlines (520 morts), rupture due à une explosion d'une paroi de pressurisation mal rivetée.
• Vol 587 American Airlines (251 morts), rupture due à un contrôle trop brutal de la dérive par le pilote.

Voir aussi

• Rectrice (plume)

• Portail de l’aéronautique