Qu'est ce qu'un avion?

Etude des principaux constituants d'un avion

Cessna 150 (dans le siège de gauche, c'est moi, dans le siège de droite, Michel, l'instructeur) (photo:Kevin Skywalker)

Pour plus de commodité, nous commencerons par l'étude d'un avion léger. Pas de panique, les gros avions de ligne que vous voyez haut dans le ciel fonctionnent exactement pareil, seule l'allure générale varie.

Comme vous le voyez, le Cessna est un avion à ailes hautes, il existe aussi des avions à ailes basses, c'est à dire situées sous l'habitacle.

Quoiqu'il en soit, tous ces avions sont constitués de la même manière:
    -un habitacle ou une carlingue: c'est là que l'on met le pilote et les sacs de sable, euh pardon, les passagers, et les bagages
    -des ailes, une de chaque côté, c'est plus pratique, elles assurent la sustentation (aussi appelée portance): le profil des ailes permet de maintenir l'avion en l'air et donc de voler
    -un moteur: il assure la propulsion ainsi que l'alimentation électrique des systèmes de bord (radios, instruments). Si un avion peut encore voler avec un moteur en panne, le moteur est tout de même la pièce la plus importante de l'avion. Il existe de nombreux types de moteurs,
    -le train d'atterrisage, il permet à l'avion de rouler au sol et de se poser en douceur. Il y a différents types de trains d'atterrissage. Certains sont escamotables afin de limiter la résistance de l'air,
    -la queue: on y trouve la dérive et l'empenage arrière, qui permettent de stabiliser l'avion et de le diriger.

Les mouvements possibles d'un avion

    Afin d'y voir plus clair, examinons quels sont les différents mouvements possibles d'un avion en vol. Ils sont au nombre de 3:

-le roulis (inclinaison sur le côté, comme une moto qui se penche dans un virage)

-le tangage (on parle d'assiette pour désigner la position de l'avion sur cet axe): il s'agit de pencher l'avion en arrière ou en avant pour décoller par exemple. Si le nez de l'avion est dirigé vers le haut, on parle de cabré, s'il pointe vers le sol, on parle de piqué.

-le lacet, plus difficile à voir. L'avion tourne en fait autour de son centre de gravité, comme le fait une voiture.

image: AviationPassion

Ainsi, pour décoller, il faut cabrer l'avion (axe de lacet). Pour tourner dans les airs, il faut incliner l'avion dans le sens du virage (comme une moto) (axe de roulis). Pour éviter le phénomène de dérapage (qui peut aboutir à une mise en vrille), il faut aussi appliquer un mouvement de lacet. L'axe de lacet est aussi utile pour diriger l'avion au sol comme une voiture.

D'un point de vue extérieur, ces mouvements sont réalisés à l'aide d'ailerons.

L'axe de roulis est dirigé par les ailerons situés aux extrémité des ailes. Le tangage et le roulis se font au niveau de la queue: l'empennage horizontal (la petite aile fixée à l'horizontale à la queue de l'avion) contrôle le tangage. La dérive (la sorte d'aile orientée à la verticale de l'avion au niveau de la queue) commande l'axe de lacet.

Les différents types de moteurs

Il existe différents types de propulsion sur un avion. On distingue généralement les moteurs à piston (hélice), les turbo-propulseurs (hélice) et les réacteurs.

1/ Les moteurs à piston

C'est le type de moteur que l'on retrouve sur les avions légers de tourisme. Le fonctionnement est similaire à celui d'une voiture: il s'agit d'un moteur à explosion dans lequel la combustion du carburant entraîne des pistons en translation, lesquels entraine l'abre de l'hélice en rotation via un système bielle-manivelle.

Ces moteurs consomment beaucoup (souvent à cause de l'âge des moteurs et des avions qui ont été dessiné 40 ans plus tôt, avec les connaissances en aérodynamique de l'époque): 25L par heure!!! En revanche, ces moteurs sont extrèmement fiable et d'entretient facile, ce qui correspond parfaitement aux besoins de l'aviation de loisirs (il serait impossible pour un petit aéroclub, où tout le monde travaille bénévolement, d'employer plusieurs techniciens à plein temps juste pour l'entretien des moteurs par exemple).

à gauche: détail du moteur Rolls Royce du Cessna 150 (j'aime bien cet avion...) (photo: Kevin Skywalker)
à droite: principe du moteur à explosion (source: www.4rouesmotrices.com)

2/ Les turbo-propulseurs

Peu connus du grand public, ce type de moteur devient de plus en plus courant suite au développement des ATR sur les petites lignes régionales. Moins rapide qu'un réacteur (vitesse maxi: environ 600 km/h), ce moteur a cependant l'avantage de moins consommer et d'être plus silencieux que les réacteurs de jets régionaux (type Bombardier). Comme tous les moteurs à hélice, ces moteurs ont un temps de réponse très rapide avec un excellent rendement, ce qui permet aux avions qui en sont équippés de faire des décollages et des atterrisages sur des pistes plus courtes que leurs homologues les jets régionaux.

Les Turbo-propulseurs équippent aussi les avions de transports militaires de type Transall ou C130 Hercules, car leurs hélices ne sont pas aussi fragiles qu'un réacteurs, ce qui permet de poser ces avions dans un désert de sable sans craindre d'endommager les moteurs par des cailloux.

à gauche: avion à train classique (photo: K.Borrot, Musée de l'Air et de l'Espace)
à droite: avion à train tricycle (photo: Airliners.net)

à gauche: un ATR-500 d'Air France, utilisé pour les vols régionaux
à droite: l'Airbus A400M, le successeur du Transall (photo: Airbus Industries, image de synthèse)

Le fonctionnement d'un turbopropulseur étant assez complexe, ce moteur fera l'objet d'un article entièrement consacré à ce sujet.

3/ Les réacteurs (ou moteur à réaction)

Ces moteurs équippent la majeure partie des avions de ligne et de chasse. Plus d'hélice, il s'agit ici d'aspirer de l'air et de le rejeter à haute température à l'arrière de l'avion pour avancer: c'est le principe d'action-réaction.

Ces moteurs permettent à l'avion d'atteindre 900km/h pour les avions civils, Mach 2 pour les avions de chasse. Ils peuvent fonctionner jusqu'à une altitude de 15000 mètres. Au delà, il n'y a plus assez d'oxygène dans l'air pour assurer la combustion, il faut donc l'emporter dans des réservoirs. On parle alors de statoréacteurs puis de moteurs fusées. Ces moteurs ne sont développés qu'à titre expérimental.

Les réacteurs sont en revanche assez sensible aux éléments extérieures (neige, grêle, oiseaux, cendres volcaniques). Ils nécessitent un entretient régulier par des professionnels. Leurs temps de réponse est assez lent (7 à 8 secondes s'écoulent entre le moment où le pilote met les gaz et le moment où le moteur arrive à pleine poussée). Néanmoins, ces moteurs sont très puissants et ne consomment que peu de carburant. Ex: un Boeing 747 de dernière génération ne consomme que 4 litres par passagers pour 100 km (moins qu'une voiture donc...). En revanche, comme il transporte près de 500 personnes sur parfois 10 000km, cet avion consomme en tout 400 tonnes de kérosène sur un vol de 10 heures par exemple.

à gauche: Boeing 747-400 Air France (photo: Airliners.net)
à droite: détail du réacteur d'un Airbus A380 (photo: laboratoire d'acoustique de l'université du Maine)

Le train d'atterrisage

On distingue 2 types de trains d'atterrissage:

    -le train classique: c'est le plus ancien. Le train principal est constitué de 2 grandes roues au niveau des ailes (celles-ci étant généralement situées très en avant de l'avion), et d'une roulette de queue (ou parfois une simple béquille) à l'arrière sous la queue. Au décollage, au fur et à mesure que l'avion prend de la vitesse, l'arrière se soulève. L'avion continue à rouler sur les 2 roues avant jusqu'à ce qu'il atteigne sa vitesse de décollage. Ce type d'avion reste le plus difficile à poser au sol. Pour arrêter l'avion, il ne faut pas freiner l'avion trop rapidement, sous peine de finir "en pylone", c'est à dire que l'hélice finit par se planter dans le sol à cause du basculement de l'avion au freinage.

    -le train tricycle: c'est le cas de la majorité des avions de nos jours. Plus simple à piloter, il est constitué d'un train principal et d'un train avant, petite roulette permettant par sa rotation de diriger facilement et précisément l'avion au sol.

Les puristes diront que seuls les avions à train classique sont de vrais avions. Néanmoins, le train classique rend le pilotage beaucoup plus facile.

Un train classique offre moins de résistance à l'air (il est aussi plus léger), cependant aujourd'hui, tous les avions de grande taille dispose d'un train escamotable (c'est à dire que le train rentre à l'intérieur de l'avion en vol grâce à un complexe système de vérin). Le train classique reste donc la marque des "vieux avions" et n'est quasiment plus utilisé de nos jours sur les avions récents, en dehors de quelques avions de voltige où l'aérodynamisme doit être optimal.

à gauche: avion à train classique (photo: K.Borrot, Musée de l'Air et de l'Espace)
à droite: avion à train tricycle (photo: Airliners.net)

à gauche: avion à train classique (photo: K.Borrot, Musée de l'Air et de l'Espace)
à droite: avion à train tricycle (photo: Airliners.net)