Centrage

Avant de parler de centrage, il faut bien séparer deux mots qu'on confond à l'oral. La masse, c'est la quantité de matière d'un objet — elle se mesure en kilogrammes et ne change jamais, où que soit l'objet. Le poids, c'est une force : la masse tirée vers le bas par la gravité. La formule est simple : Poids = masse × g, où g est l'accélération de la pesanteur (environ 9,81 m/s² sur Terre). Le poids se mesure en newtons (N) ou en décanewtons (daN), pas en kilos.

Le centre de gravité (CG), c'est le point où l'on peut considérer que tout le poids de l'avion est concentré. Ce n'est pas une pièce de l'avion ni un point marqué une fois pour toutes à l'usine : sa position dépend de la répartition des charges à bord — qui est assis où, où sont rangés les bagages, combien il reste d'essence et dans quel réservoir.

Change un seul de ces éléments (un passager de plus à l'arrière, des bagages en plus dans la soute, du carburant consommé pendant le vol) et le CG se déplace. C'est pour ça qu'on calcule le centrage à chaque vol, pas une fois pour l'avion en général.

Le centrage, c'est la position du CG exprimée en pourcentage de la corde moyenne de l'aile (la distance entre le bord d'attaque et le bord de fuite), ou parfois en distance depuis un point de référence fixe de l'avion. Le manuel de vol (POH) fixe une limite avant et une limite arrière pour cette position : c'est l'enveloppe de centrage autorisée, propre à chaque type d'avion et à chaque masse.

Le CG doit rester proche du foyer aérodynamique de l'aile — un point de référence fixe, lui, sur la voilure. Pourquoi cette contrainte existe : c'est la distance entre le CG et l'empennage horizontal (à l'arrière) qui donne à la gouverne de profondeur son bras de levier, donc sa capacité à contrôler et stabiliser l'avion en tangage (le mouvement du nez qui monte ou descend), quelle que soit la configuration de vol.

Plus le CG s'éloigne du foyer — vers l'avant ou vers l'arrière — plus ce bras de levier change, et plus la maniabilité de l'avion en tangage évolue avec lui. C'est ce mécanisme précis qui explique les deux cas limites détaillés juste après.

Si le CG se retrouve en arrière de la limite arrière autorisée, l'avion prend une tendance naturelle à cabrer (le nez monte tout seul). Le problème, c'est que le CG étant plus proche de l'empennage, le bras de levier de la gouverne de profondeur se réduit d'autant — elle a donc moins de force pour ramener le nez à piquer.

Le risque concret : se retrouver incapable de manœuvrer l'avion autour de l'axe de tangage. Ce n'est pas juste un vol moins confortable — c'est une vraie perte de contrôle possible, la gouverne pouvant manquer d'autorité pour compenser la tendance à cabrer.

Si le CG se retrouve en avant de la limite avant autorisée, c'est l'inverse : l'avion prend une tendance naturelle à piquer (le nez descend tout seul). Cette fois, le contrôle en tangage peut devenir insuffisant même avec un braquage maximal de la gouverne de profondeur — toute la course de la commande ne suffit plus à lever le nez.

Ce cas est particulièrement critique à l'atterrissage : pour arrondir (lever légèrement le nez juste avant que les roues touchent le sol), il faut de la puissance de cabrer disponible. Avec un CG trop avant, cette puissance peut manquer pile au moment où on en a le plus besoin.

Même dans la plage autorisée, la position exacte du CG change le comportement de l'avion en tangage. C'est le même mécanisme que pour les cas limites : la distance entre le CG et l'empennage horizontal fixe le bras de levier de la gouverne de profondeur.

Un centrage plus arrière que d'habitude rend donc l'avion plus maniable (bras de levier plus court, réponse plus vive au manche) mais aussi moins stable (moins de bras de levier stabilisateur côté empennage, l'avion réagit plus vite aussi aux perturbations qu'il ne provoque pas lui-même, comme une rafale). Le détail de ce lien entre position du CG et stabilité est développé sur la page Stabilité.

Pousser le centrage encore plus loin vers l'arrière que la simple limite dépassée aggrave un autre phénomène : un avion avec un centrage très arrière se met plus facilement en autorotation (vrille). Deux raisons se cumulent : la tendance d'une aile à décrocher avant l'autre (la dissymétrie qui déclenche la vrille) est aggravée, et la gouverne de direction perd de son efficacité pour s'opposer à la rotation qui s'amorce.

Résultat : la vrille devient plus facile à déclencher, et plus difficile à arrêter. Le mécanisme complet du décrochage dissymétrique et de la rotation est expliqué sur la page La vrille.