Les avions volent...

Pour que vous compreniez mieux comment tout cela fonctionne, j'ai dessiné le profil d'une aile d'avion, juste en dessous.

La première chose que fait un avion, c'est qu'il s'appuie sur l'air, en inclinant légèrement ses ailes. Mais ça n'est pas tout, loin de là. Si il ne faisait que s'appuyer sur l'air, il ne pourrait pas voler. Un autre phénomène joue énormément, et pour l'expliquer, on va utiliser Bernoulli.

En fait, je dis que l'avion s'appuie sur l'air, c'est vrai : comme ses ailes sont inclinées, par rapport au "vent relatif", c'est à dire à l'air qui arrive sur ses ailes quand il avance, l'air est freiné par l'aile, il va plus lentement sous l'aile qu'à côté, et donc on a une supression. Ce qui le pousse vers le haut, puisque la surpression est sous l'aile. Donc l'avion s'appuie sur l'air.

Mais pas seulement. En fait, il existe un deuxième phénomène, égal en importance au premier : une dépression au dessus de l'aile. L'air y circule en effet beaucoup plus vite qu'en dessous, et on sait, grâce à Bernoulli, que si l'air va vite, c'est qu'il y a une dépression. Les deux sont indisociables. On pourrait dire aussi que si l'air circule plus vite, c'est qu'il y a une dépression, un peu comme derrère un paravent.

Par contre, il est essentiel que l'air suive précisément le profil de l'aile. C'est à cette condition que la dépression peut augmenter la force qui tient l'avion en l'air, la portance. En effet, si on incline trop l'aile, l'air ne suit plus le profil, il décolle, et il se crée une zone de turbulence au dessus de l'aile. Cela signifie que l'air au dessus de l'aile fait plus ou moins n'importe quoi, et ne va pas à grande vitesse. Donc la dépression ne porte plus l'aile. On dit que l'avion décroche : comme il a perdu la moitié de sa portance, il tombe.

Donc pour comprendre comment un avion vole, il ne suffit pas de dire qu'il s'appuie sur l'air qui se trouve sous son aile ! On peut dire qu'il s'accroche aussi à l'air qui se trouve au dessus... Au final, et contrairement à ce qu'on pourrait croire, une aile est une formidable machine à envoyer de l'air vers le bas - en même temps qu'on avance. En effet, si on s'appuie sur de l'air, il tombe. Il faut donc envoyer en permanence beaucoup d'air vers le bas pour continuer à voler - et c'est ce que fait en réalité une aile d'avion car à l'arrière de l'aile, le courant d'air descend. Bien sûr, ce n'est pas aussi net que pour un hélicoptère, mais c'est l'idée. Ceci dit, les pales d'un hélicoptère fonctionnent comme des ailes d'avion quand on y pense !

Voici dessinée l'aile d'avion, légèrement inclinée, et des filets d'air qui contournent l'aile pas au dessus et par en dessous. Celui du dessus, même si cela ne se voit pas bien sur le dessin, va beaucoup plus vite que celui en dessous qui a buté sur l'aile. La conjugaison de ces deux phénomène fait que l'air est envoyé en masse vers le bas, ce qui maintient l'avion en l'air. Si au dessus de l'aile des turbulences se créent, beaucoup moins d'air est envoyé vers le bas. L'avion décroche !

...comme les bateaux à voile avancent !

En effet, contrairement à ce que l'on pense, un bateau à voile n'avance pas simplement parce que le vent souffle dans ses voiles. Sinon, les bateaux ne pourraient aller que là ou le vent les pousse. Et ça n'est pas du tout le cas. Au contraire, les bateaux avancent en général presque contre le vent.

Une voile de bateau fonctionne exactement comme une aile d'avion. A l'intérieur de la voile, le vent crée une surpression, qui gonfle la voile, mais à l'extérieur, l'air circule en fait plus vite, et la voile s'accroche à la dépression qui en résulte.

C'est beaucoup plus efficace que simplement de se laisser pousser par le vent. En plus, on peut aller là ou on veut ! A condition de faire des virages, un bateau peut tout à fait "remonter" contre le vent.

En rouge, on voit la coque du bateau, en noir, la voile gonflée, et en bleu, le trajet de l'air autour de la voile. La flèche représente la force que ressent la voile : cette force est presque perpendiculaire au vent ! Donc un bateau n'est pas seulement "poussé" par le vent. Il marche comme un avion. La force par contre, n'est pas non plus dirigée exactement dans le sens de la marche du bateau. Pour que celui-ci aille quand même tout droit, il a ce qu'on appelle une dérive sous la coque. Mais la force exercée sur la voile a du coup deux effets : faire avancer le bateau, et le faire pencher ! C'est pour cela que les monocoques ne sont jamais bien verticaux.