Comment un avion parvient-il à voler ?

Un avion ne vole pas parce que ses moteurs le « tirent » vers le haut : il se maintient dans l’air grâce à l’action coordonnée de ses ailes et de sa propulsion. En avançant, l’appareil rencontre un flux d’air relatif. Ses ailes modifient l’écoulement de cet air et produisent une force dirigée vers le haut, appelée portance. Pour rester en vol, cette portance doit généralement compenser le poids de l’avion, tandis que les moteurs fournissent l’énergie nécessaire à son déplacement vers l’avant.

La différence de pression sur l’aile

La portance résulte principalement de la différence de pression entre les deux faces de l’aile. La forme du profil de l’aile et son orientation par rapport à l’air font circuler l’air plus rapidement au-dessus qu’en dessous, dans les conditions ordinaires de vol. Selon la relation décrite par le principe de Bernoulli, cette accélération s’accompagne d’une pression plus faible sur la partie supérieure. Sous l’aile, l’air circule plus lentement et exerce une pression plus élevée. La résultante de ces pressions, réparties sur toute la surface de l’aile, est dirigée vers le haut : c’est la portance. L’aile ne se contente donc pas de recevoir une poussée localisée par-dessous ; elle crée une distribution de pression qui soulève l’ensemble de l’appareil.

Le rôle de la vitesse et de l’angle d’attaque

La portance dépend notamment de la vitesse de l’air par rapport à l’aile. À configuration et orientation comparables, une augmentation de la vitesse accroît la différence de pression et donc la portance. C’est pourquoi un avion doit accélérer sur une piste avant de quitter le sol. L’angle d’attaque joue également un rôle essentiel : il s’agit de l’angle entre la corde de l’aile, ligne imaginaire reliant son bord d’attaque à son bord de fuite, et la direction du vent relatif. Lorsque cet angle augmente dans certaines limites, la portance augmente. En revanche, s’il devient trop important, l’écoulement de l’air peut se décoller de la surface supérieure de l’aile. L’avion entre alors en décrochage : la portance diminue fortement et le pilote doit réduire l’angle d’attaque pour rétablir un écoulement efficace.

Les forces qui agissent sur l’avion

Le vol met en jeu quatre forces principales. La portance agit vers le haut et s’oppose au poids, qui attire l’avion vers le sol. La poussée produite par les moteurs ou par les hélices agit vers l’avant, tandis que la traînée, due à la résistance de l’air, s’oppose au mouvement. En vol horizontal stabilisé, la portance est approximativement égale au poids et la poussée compense approximativement la traînée. Ces forces ne sont toutefois pas toujours en équilibre : pour monter, l’avion doit modifier sa trajectoire et la répartition de ses forces ; pour ralentir ou descendre, le pilote peut réduire la poussée ou changer la configuration des ailes. Les moteurs servent donc principalement à assurer l’avancement, condition indispensable au maintien de l’écoulement de l’air autour des ailes.

Du décollage à l’atterrissage

Au décollage, les moteurs accélèrent l’avion jusqu’à ce que ses ailes produisent une portance suffisante pour compenser son poids. Des dispositifs mobiles, notamment les volets, peuvent alors modifier la forme et la surface efficace des ailes afin d’augmenter la portance à relativement faible vitesse ; ils accroissent aussi la traînée. En vol, les gouvernes permettent de contrôler l’attitude et la trajectoire : les ailerons agissent principalement sur le roulis, la gouverne de profondeur sur le tangage et la gouverne de direction sur le lacet. À l’atterrissage, les volets et d’autres dispositifs hypersustentateurs permettent de voler plus lentement tout en conservant une portance suffisante, puis la réduction de la poussée et l’action des freins ralentissent l’appareil au sol.