La portance

Avant de parler de portance, deux définitions dont on va se servir tout le temps. La corde du profil, c'est la ligne droite imaginaire qui va du bord d'attaque (l'avant de l'aile) au bord de fuite (l'arrière). Le vent relatif, c'est l'air vu depuis l'avion — comme en soufflerie, on imagine l'aile immobile et l'air qui souffle dessus ; il est toujours parallèle à la trajectoire de l'avion, dans le sens opposé.

L'angle d'incidence (souvent noté α), c'est l'angle formé entre la corde et le vent relatif (donc entre la corde et la trajectoire). C'est ce seul angle qui gouverne la portance.

L'aile qui avance dans l'air produit une force globale, appelée résultante aérodynamique. On la décompose toujours en deux morceaux, définis par rapport au vent relatif (jamais par rapport au sol ou à l'horizon) : une partie parallèle au vent relatif (la traînée, qui freine), et une partie perpendiculaire — à angle droit, 90° — au vent relatif. Cette deuxième partie, c'est la portance.

Portance perpendiculaire au vent relatif, c'est strictement la même idée que portance perpendiculaire au vecteur vitesse de l'avion — le vent relatif et la vitesse de l'avion pointent sur le même axe, juste en sens opposés.

La portance (Rz) et la traînée dépendent exactement des 5 mêmes facteurs, ni plus ni moins — les voici, avec leur rôle dans la formule.

La portance (et la traînée) varie comme le carré de la vitesse. Double la vitesse, la force est multipliée par 4 (2² = 4). Exemple concret : en soufflerie, si on triple la vitesse du vent relatif sur un profil, sa portance est multipliée par 9 (3² = 9) — pas par 3.

À incidence constante, les deux forces bougent toujours ensemble avec la vitesse, puisque V² est dans les deux formules : augmenter la vitesse augmente la portance et la traînée ; diminuer la vitesse les diminue toutes les deux.

Le coefficient de portance Cz dépend de trois choses seulement : l'incidence, l'état de surface de l'aile (propre et lisse, ou sale et givrée) et la forme du profil. Il ne dépend ni de la surface alaire S ni de la vitesse V — ce sont des facteurs séparés dans la formule, pas des composantes de Cz.

Toutes choses égales par ailleurs, plus la courbure (le "bombé") du profil est importante, plus le Cz est fort à incidence égale — un profil très cambré porte plus qu'un profil plat.

Cz monte avec l'incidence jusqu'à un maximum, puis s'effondre : c'est le décrochage, détaillé sur sa propre page. Ce qu'il faut retenir ici : toutes choses égales par ailleurs, quand l'incidence diminue progressivement, le Cz diminue, donc la portance diminue — et la traînée diminue avec elle (tant qu'on reste loin du décrochage).

Sur l'extrados (le dessus de l'aile), l'air est forcé d'accélérer pour contourner la bosse du profil — c'est l'effet Venturi, vu en détail sur la page Écoulement de l'air. Or vitesse qui monte veut dire pression qui chute : cette dépression "aspire" l'aile vers le haut. Sur l'intrados (le dessous), c'est de la pression classique qui pousse par en dessous.

La répartition exacte : 3/4 (75%) de la sustentation vient de l'aspiration au-dessus, et 1/4 (25%) seulement de la pression en dessous.

Sur un profil symétrique (même courbure dessus et dessous) à incidence nulle (l'aile bien face au vent, ni cabrée ni piquée), la portance est nulle — logique : rien ne pousse plus d'un côté que de l'autre.

Sur un profil biconvexe dissymétrique (plus courbé dessus que dessous — le cas normal d'une aile d'avion), l'incidence de portance nulle n'est pas 0° mais un angle légèrement négatif. La forme même du profil crée un peu de portance même sans incidence positive ; il faut piquer légèrement (incidence négative) pour l'annuler complètement.

Le foyer est le point d'application des variations de portance sur le profil. Par définition, c'est un point fixe : il ne bouge pas quand l'incidence change, quel que soit le profil (symétrique ou non).

Le centre de poussée est différent : c'est le point où s'applique réellement toute la résultante aérodynamique à un instant donné. Sur un profil symétrique, ce centre de poussée est lui aussi fixe — il ne se déplace pas quand l'incidence varie. C'est une particularité propre au profil symétrique.

Les valeurs du Cz et du Cx sont très différentes en ordre de grandeur : le Cz est au moins dix fois plus fort que le Cx. Autrement dit, à Cz normal, une aile porte beaucoup plus qu'elle ne freine — c'est tout l'intérêt d'un profil d'aile bien dessiné.