Aérodynamisme : contrôler l’air pour voler plus sobre

On pour­rait croire que tout a été fait en matière d’aérodynamique. Dimi­nuer la traî­née des avions per­met de consom­mer moins de car­bu­rant, donc d’émettre moins de gaz à effet de serre. Chaque kilo­gramme de kéro­sène non consom­mé évite la pro­duc­tion de 3,16 kg de CO₂. Pour­tant, des pro­grès res­tent pos­sibles. « On a des pistes pour conti­nuer à dimi­nuer la traî­née des avions », indique Marie Cou­liou, cher­cheuse en aéro­dy­na­mique expé­ri­men­tale à l’ONERA.

L’objectif est de contrô­ler les écou­le­ments de l’air sur l’avion. Ce contrôle peut être pas­sif, en ajou­tant des appen­dices modi­fiant le tra­jet de l’air, en chan­geant la rugo­si­té des sur­faces. Il peut éga­le­ment être actif, par exemple en ins­tal­lant des jets pul­sés for­çant l’écoulement à adop­ter telle ou telle topo­lo­gie. Mais si le contrôle pas­sif est lar­ge­ment étu­dié, notam­ment chez Boeing ou à la NASA, il est encore très peu inté­gré dans les avions. Il faut aupa­ra­vant véri­fier la manière dont ces appen­dices vieillissent pen­dant toute la vie de l’avion. Quant au contrôle actif, il se heurte à un obs­tacle majeur : il faut appor­ter de l’énergie. Donc même si ces dis­po­si­tifs actifs fonc­tionnent bien en souf­fle­rie, c’est une toute autre affaire que de les mettre en œuvre en condi­tions réelles. Ces sys­tèmes de contrôle des écou­le­ments pour­raient faire gagner quelques pour­cents d’efficacité, ce qui repré­sente des quan­ti­tés de car­bu­rant colossales.

L’ONERA a notam­ment déve­lop­pé un concept d’avion très nova­teur. Nova, c’est son nom, a une géo­mé­trie pen­sée en fonc­tion de cri­tères aéro­dy­na­miques. Les réac­teurs ne sont pas situés à l’extérieur du fuse­lage mais ils sont en par­tie encas­trés. Avan­tage : l’air qui arrive dans le réac­teur pro­vient des couches d’air à proxi­mi­té du fuse­lage qui sont ralen­ties par frot­te­ment. « Ce concept devrait per­mettre une dimi­nu­tion de 15 à 20 % de la consom­ma­tion de car­bu­rant par rap­port aux der­niers modèles actuels d’avions moyen-cour­riers », sou­ligne la cher­cheuse¹.

Réduire la traî­née ne concerne pas seule­ment chaque avion indi­vi­duel­le­ment, mais aus­si des groupes d’avions. Pour­quoi ne pas imi­ter les oiseaux migra­teurs qui volent en for­ma­tion en « V » ? Air­bus estime que ce concept pour­rait réduire la consom­ma­tion de car­bu­rant de 5 à 10 %. Chaque avion crée des tour­billons au bout de ses ailes, l’air ain­si accé­lé­ré per­met de créer un effort de por­tance pour les avions situés à proxi­mi­té. Cepen­dant, pas ques­tion de voler trop près les uns des autres, pour des ques­tions de sécu­ri­té. Le com­pro­mis ren­de­ment-sécu­ri­té doit encore être trouvé.

Cepen­dant, la dimi­nu­tion des frot­te­ments n’est pas le seul inté­rêt des recherches en aéro­dy­na­mique. Un pro­blème moins connu est celui des traî­nées de conden­sa­tion, ces longues lignes blanches que l’on voit der­rière les avions en haute alti­tude. Elles sont dues à la for­ma­tion de cris­taux de glace autour des suies émises par les réac­teurs. Or, ces traî­nées de conden­sa­tion ont un impact sur le cli­mat. Dans cer­taines condi­tions, elles se trans­forment en cir­rus, ces nuages très effi­lés pré­sents en haute alti­tude. Or ceux-ci laissent pas­ser le rayon­ne­ment du soleil, mais réémettent en par­tie vers le sol le rayon­ne­ment venant de la Terre, contri­buant ain­si au chan­ge­ment cli­ma­tique². Cet effet était connu depuis long­temps, mais grâce aux pro­grès en cli­ma­to­lo­gie, on se doute aujourd’hui qu’il est impor­tant et néfaste. « Cet effet est dif­fi­cile à mesu­rer, il y a encore beau­coup d’incertitudes, mais cela pour­rait avoir un impact aus­si impor­tant que la consom­ma­tion de car­bu­rant des avions » indique la cher­cheuse. Pour le cli­ma­to­logue alle­mand Bernd Kär­cher, les nuages de conden­sa­tion sont res­pon­sables de la plus grande par­tie du for­çage radia­tif de l’aviation. Le for­çage radia­tif mesure la manière dont un fac­teur per­turbe l’équilibre éner­gé­tique de la Terre, ici pour l’aviation, il est devant les émis­sions de CO₂ du sec­teur³.

Dimi­nuer la for­ma­tion de ces cir­rus induits est donc un enjeu. Il faut aupa­ra­vant mieux com­prendre leur for­ma­tion et leur évo­lu­tion. Outre la vapeur d’eau, les réac­teurs éjectent des suies, qui servent de germe pour la créa­tion de cris­taux de glace. Ces cris­taux sont ensuite épar­pillés par les tour­billons de bout d’aile. « Com­prendre dans quelles condi­tions ces traî­nées se forment et se diluent, selon la posi­tion du moteur par rap­port aux bouts d’ailes, per­met­trait de réduire leur impact sur le cli­mat », sou­ligne Marie Cou­liou. Tout reste à faire dans ce domaine.