Avion : 1

Il y a longtemps que je voulais vous expliquer ce que j'ai compris du vol des avions.

Le temps de référence est le temps universel UTC, temps universel coordonné, dit aussi GMT (temps moyen de Greenwich), ou "Zoulou". Il faut enlever 2 heures à notre heure d'été française"locale" pour s'y retrouver. .

Il faut déjà  repérer l'avion par rapport à des axes fixes, et pour cela on définit la position de son centre de gravité :

• la projection sur le géoïde  renvoie ses coordonnées géométriques classiques : latitude ( de -90 à +90 degrés, le zéro correspondant à l'équateur), et la longitude (de 180 degrés Est à 180 degrés Ouest, en passant par zéro, qui est le méridien de Greenwich). L’évolution dans le temps de ce point projeté  définit la route.

• l'altitude : est mesurée vers le bas. Elle est donc positive, sauf exception.

• on définit ainsi un repère lié au centre de gravité : X pointe "dans la direction de l'avion" mais horizontalement, Z vers le bas, et Y complète le  repère  :  Y= Z Ù  X (Y pointe donc vers l'aile droite de l'avion)

On peut alors y rapporter le vecteur vitesse de l'avion (tangent par définition à la trajectoire) :

• c : angle de la projection du vecteur vitesse sur l'horizontale, par rapport au nord géographique 
• g : pente de l'avion, sa vitesse "ascensionnelle", souvent mesuré en pieds/minute (de temps)

Le pied est de 0.3048 mètres. (Ces mesures anglo-saxonnes compliquent tout, les américains ont planté une fusée à cause d'une confusion dans une spécification, tant pis pour eux.)

On y rapporte aussi la position de l'avion par rapport à son centre de gravité, par les 3 angles d'Euler :

• Y : c'est le cap, angle de la direction du nez et du nord géographique
• q : l'assiette, angle entre l'axe de l'avion et l'horizontal, qui est "à piquer" ou "à cabrer".
• F : l'angle de gite, lui aussi par rapport à l'horizontal.

Enfin, on a besoin aussi de la direction du vent par rapport à l'avion :

• a : mesuré par rapport au fuselage, c'est l'incidence.
• b : le dérapage. On vise qu'il soit nul, mais son effet peut être fort à l’atterrissage (voir les horribles vidéos des pires atterrissages, par exemple ici : youtube1.

On a la relation q = g + a, comme vous vous en assurerez facilement, et qui signifie que l'avion ne va pas dans la direction de son nez.

Tout ceci est facile à comprendre, mais il y a une chausse-trappe : c'est l'altitude. La norme n'est pas l'altitude réelle (dite parfois altitude GPS), mais l'altitude-pression, ce qui sous-entend qu'on mesure  l'altitude qu'aurait l'avion s'il volait dans une atmosphère standard.

L’atmosphère standard est définie par une norme (dite ISA) :

• au niveau du sol, la pression est de 1013.25 hPa (hecto-pascal), mais pour caler les altimètres, on le fait en "pouce de mercure" 29.92 inHg (!), et la température est de 288.15°K (degré Kelvin, soit 15°C)
• la température baisse de 6.5°C par 1 000 mètres jusqu'à 11 000 mètres, puis reste constante à 213.65°K (-56.5°C) jusqu'à 20 000 mètres, ce qui nous suffit.

En fonction de ces valeurs initiales, et en utilisant la loi des gaz parfaits, on sait calculer la pression "standard" pour chaque altitude : c'est la pression au niveau du sol, multiplié par une exponentielle décroissante. Donc en réglant l'altimètre sur la pression au niveau de la m (calage QNH), ou sur celle de la piste (à l'altitude relative nulle : réglage QFE), on obtient par la lecture du cadran une altitude dite "altitude-pression" qui sert à la navigation. Entre aéroports, on se cale sur "1013", et tout va bien.

Ce n'est donc pas l'altitude vraie, mais comme tous les avions ont la même convention, ils ne risquent pas de se rentrer dedans (en théorie voir : youtube2).

Cette altitude s'appelle le "niveau de vol", Flight Level en anglais, mesuré en centaines de pieds. FL310 indique que l'avion volerait au niveau 31 000 pieds si l'atmosphère était "standard", et en réel à environ 10 000 mètres, à 10% près. Les avions allant dans des directions différentes sont séparés d'au moins 1 000 pieds, ce qui assure la sécurité.

On aura besoin aussi la masse de l'avion. Elle n'est pas mesurée, elle est calculée. En effet, il y a la masse fixe de l'appareil, le poids des passagers (variable), et le poids du carburant, qui est déterminé en fonction des caractéristiques de l’avion, des masses précédentes, et du trajet à parcourir.

On peut se tromper : un avion (américain) s'est crashé parce que, comme l'enquête de NTSB l'a démontré, le poids était sous-estimé. la règle voulant qu'un passager a un poids moyen de l'ordre de 150 livres. Mais dans ce vol, il y avait beaucoup d'adultes plutôt "fat" : une erreur de 20kg par passager pour 100 passagers, ça fait 2 tonnes. Boum...

Autre gag, américain aussi : un commandant de bord commande 10 tonnes de carburant. Le technicien qui fait le plein se trompe, et met 10 000 litres. La densité du carburant est assez faible, de l'ordre de 0.8. L'avion a donc eu une panne sèche en plein vol.

A suivre...