Ultra simplifié

L'air, c'est un mélange de gaz — surtout de l'azote (78%) et de l'oxygène (21%), plus environ 1% d'autres gaz (argon, vapeur d'eau, CO₂...).

On vole (avions de ligne compris) presque toujours dans la troposphère — jusqu'à environ 36 000 ft. Au-dessus : stratosphère, mésosphère, thermosphère.

Masse totale de l'atmosphère : 5,29 × 10¹⁸ kg — tout l'air qui entoure la Terre, pesé d'un coup.

Masse volumique de l'air (souvent appelée "densité" à l'oral) : 1,225 kg/m³ au niveau de la mer — combien de kilos dans une seule boîte de 1 mètre cube.

Au sol, la pression standard est de 1013 hPa. Elle diminue avec l'altitude, mais pas à vitesse constante — elle chute vite près du sol, puis de plus en plus lentement en montant (l'air est déjà rare là-haut, il en reste moins à "perdre").

Règle pratique : environ 1 hPa perdu tous les 28 ft près du sol, puis 1 hPa tous les 30 ft au-dessus de 3000 ft.

Ces 4 valeurs sont la référence ISA au niveau de la mer : 1013,25 hPa, 15°C, 1,225 kg/m³.

La température baisse d'environ 2°C tous les 1000 ft — c'est pour ça qu'il fait bien plus froid en croisière qu'au sol, même en plein été.

Les conditions standard sont une référence fixe, pas la météo du jour. Si la température réelle est différente, on l'exprime par l'écart : 15°C standard, 20°C réel → ISA +5.

Le vent relatif, c'est comme en soufflerie : on imagine l'avion immobile, et on choisit une vitesse d'air qui souffle dessus. C'est ce point de vue-là qu'on utilise pour parler d'incidence, de portance, de traînée.

Laminaire : l'air garde la même vitesse et la même direction, en couches bien ordonnées. Turbulent : la vitesse et la direction changent sans cesse, ça se mélange.

Juste au contact d'une surface, la vitesse de l'air (par rapport à cette surface) est nulle — c'est pour ça que la poussière reste collée sur une voiture même en roulant vite. Cette fine couche freinée s'appelle la couche limite : elle augmente la traînée et peut devenir turbulente.

Dans un tube resserré (ou une vallée entre deux montagnes, ou une rivière étroite) : la vitesse de l'air augmente dans l'étranglement, pendant que la pression et la température diminuent.

Rx = ½ × ρ × S × V² × Cx — parallèle au vent relatif, dans le même sens que le flux d'air (jamais l'inverse).

ρ = masse volumique de l'air (1,225 kg/m³) · S = surface de l'aile · V = vitesse · Cx = coefficient de traînée.

Rz = ½ × ρ × S × V² × Cz — perpendiculaire au vent relatif, à angle droit (90°).

ρ = masse volumique de l'air · S = surface de l'aile · V = vitesse · Cz = coefficient de portance, qui dépend de l'incidence et de la forme de l'aile.

Sur l'extrados (dessus de l'aile), l'air accélère et sa pression chute (effet Venturi vu juste avant) — c'est de la dépression, elle "aspire" l'aile vers le haut. Sur l'intrados (dessous), c'est de la pression classique qui pousse.

La répartition approximative : environ 2/3 de la portance vient de l'aspiration au-dessus, 1/3 de la pression en dessous. La portance est donc surtout une histoire d'aspiration, pas de poussée par en dessous.

La traînée induite est indissociable de la portance : elle vient du même phénomène (la différence de pression dessus/dessous). Au bout de l'aile, l'air à haute pression en dessous "déborde" vers la dépression au-dessus, créant un tourbillon marginal — et ce tourbillon coûte de l'énergie, donc de la traînée.

Elle est très forte à basse vitesse (il faut un Cz élevé, donc une grosse différence de pression, donc un gros tourbillon) et très faible à grande vitesse (Cz faible suffit, différence de pression minime).

La traînée parasite, ce n'est pas liée à la portance — c'est juste la résistance de la forme de l'avion qui avance dans l'air. Trois sources : la forme (résistance de la silhouette), le frottement (l'air qui frotte sur la surface, lié à la couche limite vue plus tôt), et l'interférence (turbulence là où deux pièces se rejoignent, ex. aile/fuselage).

Contrairement à l'induite, elle augmente avec la vitesse — c'est elle qui domine en croisière rapide.

Traînée globale = traînée parasite + traînée induite. L'une descend avec la vitesse (induite), l'autre monte (parasite) — leur somme dessine une courbe en U, avec un point bas. C'est exactement ce point qui donne la vitesse de meilleur plané (finesse max) — vu juste après.

Trois courbes, trois idées : Cz monte avec l'incidence puis s'effondre au décrochage. Cx monte aussi, mais de plus en plus vite. La polaire, c'est ces deux-là combinés directement (Cz en fonction de Cx, sans passer par l'incidence) : le point où la finesse est maximale, c'est là où une droite tirée depuis l'origine touche tout juste la courbe (la tangente).

En vol horizontal stable, la portance doit toujours égaler le poids — un nombre fixe. Dans la formule Rz = ½ρSV²Cz, si V baisse, le seul moyen de garder Rz constant est d'augmenter Cz — et Cz augmente avec l'incidence.

C'est pour ça qu'un avion lent vole nez haut (grande incidence) et qu'un avion rapide vole nez bas (petite incidence) — c'est la même formule qui l'impose, pas un choix arbitraire du pilote.

Mais attention — "nez haut" (ce que tu vois) et "incidence" (ce que l'aile ressent) ne sont pas la même chose. Il faut distinguer trois angles : l'assiette (θ), l'angle du nez sur l'horizon — ce que montre l'horizon artificiel dans le cockpit, l'instrument que tu règles avec le manche ; la pente (γ), la direction réelle de la trajectoire, qu'aucun instrument simple ne montre directement ; et l'incidence (α = θ − γ), la seule chose que l'aile ressent vraiment. Essaie ci-dessous, exactement comme dans le labo du Niveau 1 :

Essaie le préréglage « Le piège » : nez pile sur l'horizon (θ = 0°, ça a l'air parfaitement normal) mais l'avion descend fortement (γ = −15°). L'incidence grimpe à 15° — au bord du décrochage, alors que le tableau de bord n'a l'air d'annoncer aucun problème.

Finesse = Cz / Cx = distance parcourue / hauteur perdue. Le pilote n'a pas à la calculer en vol : le manuel de vol (POH) donne directement une vitesse fixe, appelée Vg (velocity glide), à afficher sur l'anémomètre. Il suffit de la tenir avec le manche.

Le POH donne aussi un graphique à lire directement — comme un abaque : altitude au-dessus du terrain en hauteur, distance sol parcourue en largeur. Une seule ligne diagonale, valable pour toute l'altitude perdue.

Un avion léger (C152, C172, DR400...) n'est pas conçu que pour planer — il doit aussi voler vite, ralentir pour se poser, avoir un train sorti, une cellule pas parfaitement lisse. Toutes ces contraintes coûtent de la finesse. Résultat : une finesse max autour de 8 à 12, souvent arrondie à 10 dans les QCM.

Un planeur, lui, est optimisé à l'extrême pour un seul objectif (planer loin) — ailes très longues et fines, cellule ultra propre, pas de moteur qui traîne. Sa finesse grimpe à 40, 50, parfois 60+.

Le calage, c'est l'angle fixe, défini une fois pour toutes par le constructeur, entre la corde de l'aile et l'axe longitudinal de l'avion (le fuselage). L'aile est montée légèrement inclinée vers le haut par rapport au fuselage — elle ne bouge jamais, c'est un choix de fabrication.

Près du sol (moins d'une envergure de hauteur), le sol empêche les tourbillons marginaux de se former pleinement — ils sont écrasés, plus faibles. Résultat : la traînée induite chute, donc la traînée globale aussi.

Au décollage : l'avion peut décoller "trop tôt" (à une vitesse plus basse que la normale) et la distance de décollage diminue. Mais c'est dangereux : dès qu'on quitte l'effet de sol, les tourbillons redeviennent pleinement actifs — la traînée induite grimpe d'un coup, et il faut nettement plus de puissance pour continuer à monter. Un avion décollé "grâce" à l'effet de sol peut peiner, voire redescendre, juste après.

À l'atterrissage : c'est l'inverse qui pose problème — moins de traînée veut dire que l'avion ralentit moins vite en approche finale, il "flotte" plus longtemps au-dessus de la piste, et la distance d'atterrissage augmente.

Chaque avion qui produit de la portance laisse derrière lui des tourbillons marginaux — c'est la même traînée induite vue plus tôt, mais cette fois vue comme un danger pour l'avion suivant. La zone dangereuse est en arrière et en dessous de l'avion qui l'a produite : les tourbillons descendent (~800 ft/min) et dérivent vers l'extérieur (~5 kt sans vent).

Zone critique : 200 à 300 m derrière un avion léger, jusqu'à 8-10 km derrière un gros porteur.