Vous avez probablement passé votre main par la fenêtre d’un véhicule en mouvement en été – la faisant pivoter de haut en bas, changeant l’angle auquel le vent qui arrive se courbe autour d’elle. Si vous l’inclinez vers le haut, même très légèrement, votre main monte.
Il s’avère que votre main peut être une assez bonne approximation d’une aile d’avion. Par la fenêtre d’une voiture en mouvement, votre main est à la fois une aile, un aileron, un spoiler et un volet. (Et si vous étirez vos doigts, peut-être même un becquet.)
Les ailes d’un avion sont une pièce d’ingénierie majestueuse et très complexe. Tout simplement, elles sont presque vivantes. Sur le Boeing 787, des systèmes informatiques contrôlent les composants de l’aile pour qu’ils s’adaptent aux conditions de vol – rafales, cisaillement du vent, turbulences, même le fait d’être légèrement trop haut pour l’atterrissage, et plus encore – et tout cela indépendamment des interventions du pilote. Vous verrez parfois ces parties de l’aile bouger rapidement, parfois avec des ajustements presque imperceptibles – et à l’atterrissage, ces mouvements peuvent se produire très fréquemment.
Cet article explore certains des composants d’une aile d’avion que vous verrez lorsque vous regarderez par la fenêtre du passager.
Deux experts m’ont aidé à démystifier le fonctionnement de ces composants. Dean Plumb est le chef pilote technique de British Airways, avec plus de 30 ans d’expérience de vol. Il a passé 10 ans dans la Royal Air Force à piloter des transports C-130 Hercules, puis 20 ans chez BA, notamment sur le Boeing 787 Dreamliner. Chip Kiehn, directeur des ventes et du marketing d’Aviation Partners Boeing, qui fabrique et installe une partie de l’aile appelée winglet, a passé près de 20 ans sur ce projet de coentreprise Boeing. (Les winglets sont ces extrémités incurvées qui dépassent de l’extrémité de l’aile sur de nombreux avions, notamment les modèles actuels du Boeing 737 et de l’Airbus A320.)
Ailerons : La petite aile
Les ailerons – un avion commercial en possède deux – contrôlent le mouvement de l’avion sur son axe longitudinal, le faisant rouler de gauche à droite. Aileron signifie en français « petite aile » – et c’est exactement ce qu’ils sont. « Comme l’aile, l’aileron est en forme de larme lorsqu’il est vu de côté et son bord le plus fin se trouve à l’arrière », explique Plumb. « Et… l’aileron est étonnamment grand lorsqu’il est vu de près. »
Les ailerons sont situés sur le bord de fuite extérieur de l’aile. Pour repérer les ailerons, il faut regarder de près. Sur un avion de ligne, les ailerons bougent très légèrement du point de vue du passager. En effet, lorsque votre avion s’incline dans un virage, vous pouvez remarquer que l’aileron revient à sa position d’affleurement de l’aile, alors que l’avion continue de s’incliner. Il le fait à cause de la force centripète qui le maintient dans un virage.
Lorsque le manche est déplacé vers la droite par un pilote (ou par le pilote automatique le plus souvent), l’aileron de l’aile droite est alors relevé tandis que l’aileron de l’aile opposée descend. Le fait de relever l’aileron de l’aile droite réduit la portance de l’aile droite – et lorsque les ailes ont une réduction de portance, elles s’abaissent. Ici, l’aile droite plonge vers le bas dans un virage contrôlé vers la droite.
« Les ailerons sont aidés par des spoilers sur l’aile qui peuvent réduire très légèrement la portance, facilitant ainsi le virage », a déclaré Plumb.
Spoilers et aérofreins : Diminuent la portance, principalement
Comme leur nom l’indique, les spoilers gâchent quelque chose. Ici, ils ruinent la portance produite par l’aile, un peu comme le fait un aileron. Alors quel est l’intérêt ? Les spoilers permettent à l’avion de perdre de la portance et de descendre de manière contrôlable.
« Les spoilers agissent en rendant l’aile moins efficace, de manière contrôlée », a déclaré Plumb. « C’est un excellent moyen de réduire la vitesse indésirable lorsque vous ralentissez, prêt pour l’approche de l’atterrissage. Cela permet également à l’avion de descendre à un rythme plus rapide mais confortable si vous avez beaucoup d’altitude à perdre. Vous n’avez pas toujours besoin d’utiliser les spoilers de cette manière, mais c’est très courant et cela vous permet de vous adapter rapidement à la vitesse des autres avions devant et derrière vous qui se trouvent tous dans le même flux d’avions qui arrivent à l’atterrissage. »
Il y a souvent deux ensembles de spoilers sur les ailes des avions. L’ensemble proche du fuselage est appelé spoilers au sol ou aérofreins. « Les spoilers au sol sont exactement les mêmes panneaux qui sont utilisés comme aérofreins en vol, sauf qu’au sol, ils sont autorisés à dévier complètement vers le haut et à maximiser l’effet de ‘largage de portance' », a déclaré Plumb.
Plumb a expliqué que les pilotes préarmaient le système pendant la descente pour qu’il s’active automatiquement lorsque les roues touchent le sol.
« Beaucoup de gens supposent que les spoilers fonctionnent en agissant comme un aérofrein, mais en fait 80 % de leur contribution à l’arrêt de l’avion consiste à empêcher l’aile de produire de la portance, ce qui force le poids total de l’avion sur les roues principales, rendant ainsi les freins de roues beaucoup plus efficaces », a expliqué Plumb.
Volets : Augmenter la portance
Ce premier vrombissement semblable à celui d’une machine que vous entendez lorsque votre avion descend pour atterrir est le bruit des volets déployés. Les volets sont à la fois des dispositifs de portance et de traînée. Le déploiement des volets permet au pilote de descendre et de maintenir la portance à une vitesse beaucoup plus lente en approche. En même temps, le déploiement des volets crée une traînée qui ralentit l’avion. Sur la plupart des avions de ligne actuels, il existe des volets intérieurs et des volets extérieurs, les premiers étant les plus proches du fuselage. Ils sont déployés en degrés, lorsque l’avion descend pour l’atterrissage.
Les volets sont levés et abaissés par l’hydraulique de l’avion à l’intérieur des corps en forme de torpille sous l’aile, appelés carénages de piste. Ceux-ci ont également un double objectif : améliorer le flux aérodynamique sous l’aile.
Les volets : Pour aider au roulis
Comme son nom l’indique, un flaperon est un dispositif qui est à la fois un aileron et un volet. Ils fonctionnent plus comme des ailerons que des volets ; ils peuvent s’ajuster rapidement vers le haut et vers le bas comme un aileron, notamment par rapport aux volets (qui se déploient de manière laborieuse). Les flaperons se trouvent sur les gros biréacteurs tels que le Boeing 777, l’Airbus A350 et les Dreamliners. Les flaperons se déploient pendant un virage lorsque les commandes sont effectuées. Pour un virage à droite, par exemple, l’aileron de l’aile droite se lève très légèrement, ce qui réduit la portance de l’aile, tandis que le flaperon se déploie très légèrement pour compenser une partie de cette perte de portance de manière contrôlée. Tout ceci est réalisé par les ordinateurs de l’avion sans intervention supplémentaire du pilote.
Spoilerons : Un terme mal choisi
Un spoileron est un aileron qui agit également de manière similaire à un aileron – et de nos jours, ils le font tous. Il ne s’agit pas d’un composant distinct mais d’un terme utilisé pour décrire la fonction des spoilers sur de nombreux avions commerciaux modernes. Les spoilers agissent automatiquement, et sans intervention du pilote, en tandem avec l’aileron, comme l’a décrit Plumb ci-dessus, pour aider au roulis le long de l’axe longitudinal. Vous ne trouverez pas « spoileron » dans la documentation officielle de Boeing ou d’Airbus.
Slats : Comme les volets, mais de l’autre côté de l’aile
Les becs de bord d’attaque s’étendent vers l’extérieur depuis le bord d’attaque de l’aile. Leur principal objectif est de permettre à l’avion de voler à un angle plus élevé par rapport au vent relatif ; les lattes agissent pour déplacer l’air entrant sur l’extrados de l’aile. Cela permet à l’aile de maintenir la portance à une vitesse plus faible, comme lors de l’atterrissage.
« L’aile moderne peut tirer les becs et les volets de sorte qu’elle a la forme parfaite pour les vols à haute vitesse et à haute altitude, où les moteurs sont les plus efficaces », a déclaré Plumb. « Cependant, lorsque les avions arrivent à l’atterrissage, nous voulons que l’aile produise une portance maximale à des vitesses beaucoup plus lentes, donc, un peu comme un aigle en plein essor qui arrive à l’atterrissage, les becs de bord d’attaque à l’avant de l’aile et les volets à l’arrière s’étendent pour créer une surface beaucoup plus grande et produire plus de portance. »
» sont incroyablement importants sur les avions à réaction avec des ailes en flèche, qui sont idéales pour le vol à grande vitesse, mais qui ont besoin d’être renforcées pour fournir suffisamment de portance pour le vol à basse vitesse. »
Qu’en est-il du haut et du bas ? Un mot rapide sur les gouvernes de profondeur
L’angle de l’avion par rapport au vent (et généralement à l’horizon) est contrôlé par les gouvernes de profondeur, mais celles-ci ne se trouvent pas sur l’aile ; elles font partie de la queue . « Tirez vers l’arrière sur le manche, les maisons deviennent plus petites. Poussez vers l’avant, et les maisons deviennent plus grandes », aiment dire les pilotes. En tant que passager, vous ne pouvez pas voir les gouvernes de profondeur ; elles sont placées sur le bord de fuite du stabilisateur horizontal, c’est-à-dire la queue de l’avion.
Putting It All Together
« Toutes ces commandes de vol travaillent ensemble pour obtenir la forme d’aile parfaite pour un vol efficace. C’est très complexe à coordonner, mais cela est rendu possible par les ordinateurs de contrôle de vol modernes et cela signifie que l’aile s’adapte constamment aux conditions d’une manière qui n’est pas différente de la façon dont un oiseau fléchit et adapte la forme de ses ailes », a déclaré Plumb.
Vous pouvez voir cela en action avec la vidéo ci-dessous, où un avion part sur son rouleau de décollage. Regardez les ailerons en forme de volets qui bougent beaucoup, ainsi que les spoilers qui agissent en tandem pour gâcher la portance et aider à stabiliser l’avion automatiquement.
Les ailettes : Augmenter la portance et réduire la traînée
La plupart des jets modernes ont des winglets – ces pièces inclinées vers le haut à l’extrémité des ailes, arborant souvent la publicité de la compagnie aérienne (Southwest.com !). Elles servent un objectif important pour l’efficacité. Chip Kiehn explique pourquoi.
« Des tourbillons d’air sont produits en bout d’aile en raison des différences de pression entre les surfaces supérieures et inférieures de l’aile, ce qui entraîne une traînée excessive », a déclaré Kiehn. « Les dispositifs de bout d’aile sont généralement conçus pour perturber ces tourbillons de manière à réduire la traînée d’air globale et à augmenter la portance globale de l’aile. »
« Sur les nouvelles conceptions d’ailes, les concepteurs ont des feuilles blanches lorsqu’ils envisagent les formes de bout d’aile et peuvent intégrer l’efficacité nécessaire dès le début », a déclaré Kiehn. « Les winglets sont conçus comme une amélioration de l’ancienne technologie de caisson de voilure. Notre conception en forme de spécimen fendu est une amélioration supplémentaire de notre technologie Blended Winglet, offrant au 737-NG jusqu’à 2,2 % de réduction supplémentaire de la consommation de carburant par rapport aux ailettes mélangées d’origine. «
Pour voir toute cette danse en action, regardez cette vidéo d’un Airbus A320 de Lufthansa – doté de blended winglets – avion en descente vers l’atterrissage ; vous verrez les ailerons bouger un tout petit peu, les volets se déployer, les spoilers pour ralentir l’avion et les spoilers au sol se déployer juste après le toucher des roues. Cet avion en particulier n’a pas de flaperons.
« L’aile d’un oiseau est un indice des développements futurs de la conception des ailes, car certaines conceptions plutôt futuristes imaginent déjà que l’aile entière se transforme subtilement, plutôt que de faire bouger uniquement les volets et les lamelles », a déclaré Plumb. « Ainsi, la prochaine fois que vous verrez un aigle en plein vol, prêtez attention à la façon dont l’aile change de forme selon qu’elle a besoin d’une vitesse élevée ou faible ; vous pourriez bien être en train de regarder l’inspiration pour la prochaine génération d’ailes d’avion. »
Mike Arnot est le fondateur de Boarding Pass NYC, une marque de voyages basée à New York, et un pilote privé.
Image vedette d’une aile de Boeing 747 par JT Genter/TPG
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