Effet de sol

Pose ta main bien à plat et fais-la glisser juste au-dessus d'une table, à un centimètre de la surface. Tu sens une sorte de coussin sous ta main — l'air coincé entre ta main et la table résiste davantage. Éloigne ta main de la table : ce coussin disparaît. Un avion qui vole très près du sol ressent quelque chose du même genre : le sol change la façon dont l'air se comporte autour de l'aile, et donc les performances de l'avion.

Pour comprendre précisément ce qui change, il faut revenir aux tourbillons marginaux (voir la page "La traînée") : en bout d'aile, l'air à haute pression du dessous "déborde" vers la dépression du dessus, ce qui crée un tourbillon qui coûte de l'énergie — la traînée induite. Plus ce tourbillon peut se former librement, plus la traînée induite est forte.

En dessous d'une hauteur d'environ une envergure (une envergure = l'ouverture des ailes, d'un bout à l'autre), le sol se met en travers du chemin du tourbillon marginal et l'empêche de se former pleinement — il est écrasé, plus faible qu'en altitude. Résultat : pour la même portance générée (même Cz, même vitesse), la traînée induite chute, donc la traînée globale aussi. C'est ça, l'effet de sol.

L'intensité de l'effet de sol dépend de deux choses : à quel point l'aile est réellement proche du sol, et à quel point le sol renvoie bien l'écoulement d'air. Deux facteurs cumulés donnent le cas le plus fort possible.

Pour une même hauteur de fuselage au-dessus du sol, une aile basse (montée sous le fuselage, comme sur un DR400 ou un Cessna 152/172) se trouve mécaniquement plus près du sol qu'une aile haute (montée au-dessus du fuselage, comme sur un Cessna 172 haut ou un Robin). Plus l'aile est proche, plus le sol écrase efficacement le tourbillon marginal.

Le second facteur, c'est la nature du sol. Une piste en dur (bitume, béton) renvoie bien l'écoulement d'air — elle est dense, plane, régulière. Une surface molle ou irrégulière (herbe haute, terrain accidenté) casse une partie de cet écoulement et affaiblit l'effet.

Au décollage, l'avion accélère au ras de la piste — il est donc en plein dans l'effet de sol pendant toute la course. Comme la traînée induite est réduite, l'avion a besoin de moins de puissance pour atteindre la vitesse qui lui permet de décoller, et il peut même quitter le sol un peu plus tôt que d'habitude. Conséquence directe : la distance de décollage diminue.

En approche finale, dans les derniers mètres avant le toucher des roues, l'avion entre lui aussi dans l'effet de sol. La traînée induite diminue, exactement comme au décollage — sauf qu'ici, cette baisse de traînée joue contre le pilote : l'avion ralentit moins vite que prévu, et continue de bien voler alors qu'il est déjà tout près de la piste.

Concrètement, le pilote réduit les gaz et attend que l'avion perde de la vitesse pour se poser — mais tant qu'il reste dans l'effet de sol, l'avion perd sa vitesse plus lentement et continue de planer juste au-dessus de la piste. Résultat : la distance d'atterrissage augmente. Il faut l'anticiper — ne pas s'étonner de ne pas se poser tout de suite, et ne pas forcer l'avion vers le sol.

Rappel : la finesse, c'est le rapport portance / traînée (Cz / Cx) — plus la finesse est grande, plus l'avion avance loin pour une même perte de traînée. Comme l'effet de sol réduit la traînée sans changer la portance, il augmente la finesse : l'avion "plane" mieux, avec moins de traînée pour la même portance.

C'est cette même cause unique (moins de traînée induite près du sol, donc plus de finesse) qui produit deux conséquences opposées selon la phase de vol : au décollage, la finesse plus élevée réduit la distance de décollage ; à l'atterrissage, cette même finesse plus élevée allonge la distance d'atterrissage, parce que l'avion plane plus loin avant de toucher le sol.