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Le profil d’aile : vocabulaire et effet Venturi

Aérodynamique et principes du vol · 3 min

Un avion de ligne pèse parfois plusieurs centaines de tonnes, et pourtant il tient en l’air sans battre des ailes. Comment ? C’est la question de l’aérodynamique, l’étude de l’air en mouvement et des forces qu’il exerce. Pour le pilote, ce n’est pas de la théorie : comprendre pourquoi l’aile porte, c’est comprendre quand elle peut cesser de porter, à quelle vitesse décoller, comment virer sans danger et jusqu’où planer si le moteur s’arrête.

Le chemin part de l’aile : sa forme et la force que l’air exerce sur elle, qui se partage en portance et traînée ; la polaire, la courbe qui résume une aile ; les volets et les becs, qui l’aident à voler lentement. Vient ensuite l’avion entier : en palier, en virage, autour de ses trois axes avec ce qui le rend stable, puis au décollage et à l’atterrissage. On finit par les appareils qui volent autrement, l’hélicoptère et le ballon, et par le vol spatial.

Tout commence par quelques mots, ceux qui nomment les parties d’une aile : l’examen les réutilise dans presque toutes ses questions. On verra aussi comment l’air s’écoule autour d’elle, et pourquoi il accélère quand on le resserre.

Le vocabulaire du profil

Le vocabulaire du profil d’aile : en haut, le profil est la coupe verticale de l’aile ; en bas, le bord d’attaque devant, le bord de fuite derrière, l’extrados dessus, l’intrados dessous, la corde qui relie les deux bords, la ligne moyenne à mi-chemin entre extrados et intrados, et l’épaisseur maximale
Le vocabulaire du profil d’aile : en haut, le profil est la coupe verticale de l’aile ; en bas, le bord d’attaque devant, le bord de fuite derrière, l’extrados dessus, l’intrados dessous, la corde qui relie les deux bords, la ligne moyenne à mi-chemin entre extrados et intrados, et l’épaisseur maximale

Le profil est la coupe verticale de l’aile : la forme qu’on verrait en la tranchant comme une tranche de pain.

L’écoulement de l’air autour du profil

Pour étudier le vol, il est équivalent de considérer l’avion immobile et l’air qui se déplace. C’est exactement ce que fait une soufflerie. On observe alors la trajectoire de minces filets d’air, appelés lignes de courant.

De vraies lignes de courant, photographiées vers 1915 dans un canal d’essais où de fines particules rendent les filets visibles : l’écoulement arrive de la droite, se partage au bord d’attaque, suit l’extrados et l’intrados d’un profil légèrement incliné, puis se referme sans remous au bord de fuite. Photo : DLR, CC BY 3.0 DE
De vraies lignes de courant, photographiées vers 1915 dans un canal d’essais où de fines particules rendent les filets visibles : l’écoulement arrive de la droite, se partage au bord d’attaque, suit l’extrados et l’intrados d’un profil légèrement incliné, puis se referme sans remous au bord de fuite. Photo : DLR, CC BY 3.0 DE

La vitesse de l’avion est ainsi remplacée par le vent relatif, qui souffle dans le sens opposé au déplacement.

L’effet Venturi

Un phénomène tout simple va servir à comprendre l’aile : ce que fait l’air quand on le force à passer par un passage étroit.

L’effet Venturi dans un tuyau qui se rétrécit : au passage étroit, les lignes de courant se resserrent et l’air va plus vite ; il ralentit de nouveau quand le tuyau s’élargit
L’effet Venturi dans un tuyau qui se rétrécit : au passage étroit, les lignes de courant se resserrent et l’air va plus vite ; il ralentit de nouveau quand le tuyau s’élargit

Quand un écoulement est resserré, il accélère : c’est l’effet Venturi. Un relief ou un tuyau qui se pince le montrent bien. Le passage se rétrécit, mais la même quantité d’air doit passer chaque seconde : l’air va donc plus vite.

Au-dessus d’une aile aussi, l’air accélère. La leçon suivante, « Le théorème de Bernoulli et la portance », explique pourquoi, et comment cette accélération fait naître la portance.

L’essentiel