Les caractéristiques d’un profil d’aile
Aérodynamique et principes du vol · 7 min
Avant de comprendre pourquoi un avion vole, il faut savoir nommer les parties de son aile. Tout le vocabulaire de l’aérodynamique se construit sur ces quelques mots, et l’examen les réutilise dans presque toutes ses questions.
Le vocabulaire du profil
Le profil est la coupe verticale de l’aile — la forme qu’on verrait en la tranchant comme une tranche de pain.
- **Bord d’attaque** (*leading edge*) : les points les plus en avant de l’aile,
- ceux qui rencontrent l’air en premier.
- **Bord de fuite** (*trailing edge*) : les points les plus en arrière, là où
- l’air quitte l’aile.
- **Extrados** : la surface **supérieure** de l’aile, entre bord d’attaque et
- bord de fuite.
- **Intrados** : la surface **inférieure**, entre les deux mêmes bords.
- **Corde de profil** (*wing chord*) : le segment qui joint le bord d’attaque
- au bord de fuite.
- **Profondeur** : la longueur de cette corde.
- **Épaisseur** : la distance maximum entre l’extrados et l’intrados.
**Extr**ados = au-dessus, **intr**ados = en dessous. Pense à « **intr**a » comme « **in**férieur ».
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.
La vitesse de l’avion est ainsi remplacée par le vent relatif, qui souffle dans le sens opposé au déplacement.
Le vent relatif est **parallèle à la trajectoire** de l’avion et **de sens opposé** à son déplacement.
À propos du vent relatif : il est parallèle à la trajectoire, mais de sens opposé au déplacement de l’avion.
L’effet Venturi
Quand un écoulement est resserré, il accélère. Un relief, un tuyau qui se pince ou le dessus bombé d’une aile produisent le même effet : le passage se rétrécit, l’air doit aller plus vite.
Le théorème de Bernoulli
Daniel Bernoulli a démontré en 1738 que, dans un fluide en écoulement, plus la vitesse du fluide est élevée, plus la pression y est faible — et réciproquement.
Le long d’une ligne de courant, la somme suivante reste constante :
$$P + \frac{1}{2}\rho v^2 = \text{constante}$$
- **P** = pression statique du fluide
- **ρ** (rhô) = masse volumique du fluide
- **v** = vitesse d’écoulement du fluide
Le terme une-demi rhô v carré est la pression dynamique : c’est la part due au mouvement. Comme le total ne change pas, tout ce que la vitesse gagne, la pression statique le perd.
Appliqué à l’aile : le bombé de l’extrados oblige l’air à accélérer, ce qui y crée une dépression. Sous l’intrados, l’air ralentit au contraire, et il apparaît une surpression.
**Dépression à l’extrados + surpression à l’intrados = portance.** C’est la différence de pression entre les deux faces qui soulève l’aile.
L’origine de la sustentation de l’aile résulte de l’apparition d’une dépression à l’extrados et d’une surpression à l’intrados.
La différence de vitesse d’écoulement de l’air entre l’extrados et l’intrados a pour effet d’engendrer une différence de pression qui contribue à créer la portance.
D’où vient la force aérodynamique
L’air exerce une pression sur chaque point de la surface de l’aile. En additionnant toutes ces forces, on obtient une force unique : la résultante aérodynamique.
Une plaque placée perpendiculairement au vent ne fait que freiner : elle subit une surpression devant, une dépression et des tourbillons derrière. La force obtenue est entièrement dirigée vers l’arrière — c’est de la traînée pure, sans aucune portance.
Inclinez cette plaque et tout change : la résultante bascule vers le haut. Une simple plaque inclinée porte déjà — c’est le principe du cerf-volant.
Un vrai profil fait bien mieux qu’une plaque. Ce schéma montre l’intensité des pressions tout autour : les flèches de dépression au-dessus sont bien plus longues que celles de surpression en dessous.
La portance est générée pour environ **2/3 par l’extrados** et seulement **1/3 par l’intrados**. C’est bien le dessus de l’aile qui fait le plus gros du travail — et non le dessous qui « s’appuie » sur l’air.
Le point où s’applique cette force s’appelle le centre de poussée (CP).
Portance et traînée
La résultante aérodynamique se décompose toujours en deux composantes, définies par rapport au vent relatif :
- La composante **perpendiculaire au vent relatif** est la **portance, Rz**
- (*lift*) : c’est elle qui sustente l’avion.
- La composante **parallèle au vent relatif**, de même sens que lui, est la
- **traînée, Rx** (*drag*) : elle s’oppose à l’avancement.
Portance et traînée se définissent par rapport au **vent relatif**, pas par rapport au sol ni à l’horizon. En virage ou en montée, la portance n’est donc pas verticale.
Par définition, la portance est la composante de la résultante aérodynamique perpendiculaire à la direction du vent relatif.
La force parallèle et de même sens que le vent relatif est la traînée.
L’angle d’incidence
L’angle d’incidence (noté i, ou angle d’attaque) est l’angle compris entre la corde du profil et la direction du vent relatif. Il varie en permanence au cours du vol, selon l’assiette et la trajectoire.
Ne confonds pas **incidence** et **assiette**. L’incidence se mesure par rapport au **vent relatif** ; l’assiette, par rapport à **l’horizon**. Un avion peut avoir le nez haut et une faible incidence, et inversement.
On appelle incidence, ou angle d’attaque, l’angle formé par la corde de l’aile et la direction du vent relatif.
L’incidence d’une aile est positive lorsque l’écoulement attaque le profil du côté de l’intrados.
L’essentiel
- **Extrados** dessus, **intrados** dessous ; **corde** = bord d’attaque →
- bord de fuite.
- **Vent relatif** : parallèle à la trajectoire, de sens opposé.
- **Bernoulli** : vitesse ↑ ⇒ pression ↓, car la somme de la pression statique
- et de la pression dynamique reste constante.
- **Dépression extrados (2/3) + surpression intrados (1/3)** = portance.
- **Rz portance** perpendiculaire au vent relatif, **Rx traînée** parallèle.
- **Incidence** = angle entre la **corde** et le **vent relatif**.