Comment vole un avion : la fois où Jamy s'est trompé

Allez, aujourd'hui on va faire quelque chose d'original, on va parler de quelque chose que je connais. 😄

Je vais vous expliquer la seule raison que j'ai d'en vouloir à Jamy. Oui oui, LE Jamy. Je vais vous expliquer comment vole un avion. Et j'espère vous surprendre. ^^

L'erreur de Jamy

Commençons par une mise en contexte. Je suis actuellement doctorant en aéroacoustique, diplômé de l'Ensma en spécialité aérodynamique. J'aime la science, j'aime particulièrement la physique et j'aime encore plus la mécanique des fluides.

Cet amour de la science a été largement nourri dans mon enfance/adolescence par l'émission C'est Pas Sorcier, que vous connaissez forcément. J'aimais bien. Quand on a 44 VHS enregistrées d'une émission (à raison de 4-5 heures par VHS), c'est qu'on l'aime bien. 😍

Alors à mon premier cours de mécanique des fluides, à l'Université, quand le professeur a demandé à l'amphi "Vous savez comment vole un avion?", j'étais serein : grâce à Jamy, je savais à quoi m'attendre, et j'avais même probablement revu 6 ou 7 fois l'émission qui en parlait. 😅

L'explication était assez simple à mémoriser, en plus. D'un côté, on a l'effet Venturi, l'un des phénomènes les plus connus en mécanique des fluides, qui nous dit que la pression dans un fluide diminue avec la vitesse. C'est à 1ère vue assez peu intuitif, mais c'est comme ça. ^^'

D'un autre, on a un profil d'aile bombé, qui "force" l'air à parcourir plus de chemin à l'extrados. Comme les filets d'air doivent se rejoindre en bout d'aile, si l'air a parcouru plus de chemin, c'est qu'il y va plus vite. Donc dépression à l'extrados, et PAF ça vole. Trop facile.

Et comme les C'est Pas Sorcier sont maintenant disponibles en libre accès sur YouTube, je peux même vous montrer Jamy expliquer ça.

Bref, le professeur nous explique tout ça... Et puis au bout d'un moment il nous fait « Moui, elle est pas mal cette explication, mais elle est fausse en fait. » Ah.

« Ben oui, ça serait pratique mais en fait les filets d'air au-dessus et en-dessous de l'aile n'ont aucune raison de se rejoindre. D'ailleurs ils le font pas. » Ah.

Là j'étais complètement incrédule. A l'époque j'étais très loin d'imaginer que C'est Pas Sorcier puisse dire une bêtise. Et pourtant... Ben les filets d'air, ils ne se rejoignent vraiment pas. L'air va bien plus vite à l'extrados.

Quelque chose qui aurait pu me mettre la puce à l'oreille, c'est qu'on a de la portance avec un profil très fin ou même une plaque plane en incidence (et je le savais). Et là, le profil bombé qui "fait parcourir plus de chemin sur l'extrados", il est nettement moins évident. :/

Pourtant, cette fausse explication est très, très répandue. Au point que même la NASA ait pris le temps de faire un petit schéma pour en parler. (L'équation de Bernoulli évoquée sur l'image décrit juste l'effet Venturi, dans ce contexte.)

Alors comment qu'est-ce que c'est que ça vole, au final? 😅

Comment vole un avion

La bonne nouvelle c'est que tout n'est pas faux non plus dans l'explication imparfaite : il y a bien une dépression sur l'extrados. Par contre, il va falloir expliquer d'où elle vient. Jouons avec Paint.

On prend un profil d'aile (ici un NACA 6412 en incidence à 15°, pour les curieux). Un écoulement arrive dessus. Que va-t-il se passer?

Bon, déjà, il semble évident que l'écoulement ne va pas traverser l'aile. Donc l'air qui arrive sur l'intrados (en-dessous, quoi) est dévié vers le bas par l'aile.

Et à l'extrados? Rien ne s'oppose à l'avancement de l'air, donc il va tout droit, non? Essayons de tracer ça...

Tiens, l'air ne peut pas accéder à la zone derrière l'aile. Hmm. On a de l'air, et juste à côté, du vide. Sans aucune paroi entre les deux. C'est bizarre.

Si une telle bulle de vide existait, elle attirerait très vite l'air environnant. Dans les faits, on a une situation moins violente : une partie de l'air est dévié vers cette zone, qui est juste en dépression. On retrouve donc bien la dépression à l'extrados.

Et la dépression se maintient, car il y a un équilibre entre la quantité d'air déviée et la pression. Si trop d'air arrivait dans la zone, elle ne serait plus en dépression. Et s'il n'y avait plus de dépression, l'air n'aurait plus de raison d'être dévié dans la zone.

Bon, je ne sais pas vous, mais moi je trouvais la fausse explication du début bien plus élégante et facile. Là, c'est un peu plus "avec les mains". Ça serait pratique s'il suffisait d'appliquer une loi que tout le monde connaît... Ça tombe bien, j'ai une deuxième explication.

Si on fait un petit bilan, on voit qu'on a globalement dévié l'écoulement d'air vers le bas. On a donc appliqué une force vers le bas sur l'écoulement. Donc, le principe d'action/réaction nous dit que l'écoulement a appliqué une force vers le haut sur l'aile. Et PAF ça vole.

Principe d'action/réaction. L'action est toujours égale à la réaction ; c'est-à-dire que les actions de deux corps l'un sur l'autre sont toujours égales et de sens contraire.

Pour le coup, ça semble presque trop simple, et pourtant c'est totalement valable! On peut même en conclure que la puissance des tourbillons laissés dans le sillage d'un avion est initialement égale à celle nécessaire pour le soulever. Carrément.

C'est d'ailleurs pour cela qu'il faut attendre quelques minutes après le décollage d'un gros avion, avant d'en faire décoller un autre. On attend que les gros tourbillons se disloquent petit à petit. Et l'attente dépend donc du poids du 1er avion. 😉

Et j'en arrive à la fin de cet article de la fois où Jamy a dit une bêtise. Mais je ne lui en veux pas trop, quand même. 😍

PS: En source supplémentaire, j'ajoute :

• ce lien de l'Université de Cambridge (d'où est issue la vidéo plus tôt dans le thread), qui explique grosso modo la même chose (en anglais). On y sent bien la frustration de voir et revoir la fausse explication. ^^
• ce petit lien vers la NASA qui explique aussi d'autres théories incorrectes de la portance (naviguer en cliquant sur le petit bouton "next" tout en bas).



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