Comment ça vole?

Forces s'appliquant à un planeur en vol rectiligne

Principes du vol

Les ailes assurent la sustentation de la machines par un phénomène aérodynamique appelé la portance. Cette force élévatrice, qui s’applique aux ailes lorsque l’écoulement d’air est assez rapide, résulte de la différence de vitesses de l’écoulement entre l’extrados et l’intrados, ce qui induit une différence de pression.

Mais cet écoulement d'air autour des ailes crée également une force de résistance, appelée "traînée".

Pour en savoir plus, voir le cours de mécanique du vol

Piloter un planeur n'est pas beaucoup plus compliqué que conduire une voiture. Mais à l'inverse d'un véhicule terrestre, qui n'évolue que dans 2 dimensions et qui n'utilise que ses roues pour contrôler la trajectoire, le planeur s'appuie sur les forces aérodynamiques au moyen de gouvernes, surfaces mobiles permettant de se diriger en faisant pivoter le planeur autour de ses trois axes et évoluer dans les trois dimensions.

Les ailerons sont des parties mobiles situées au bord de fuite des ailes. Commandés par une action latérale sur le manche, ils permettent de tourner autour de l’axe longitudinal du planeur (axe de roulis). Cette commande permet d'incliner le planeur pour modifier le cap; mais le phénomène dit de "lacet inverse" va en même temps provoquer une dissymétrie que l'on corrige avec la gouverne de symétrie (voir ci-dessous).

La gouverne de symétrie (aussi appelée "direction" même si elle n'est absolument pas utilisée pour diriger le planeur), commandée par le palonnier, permet au pilote de faire tourner le planeur autour d’un axe perpendiculaire au plan des ailes (axe de lacet); cette gouverne permet d'assurer le contrôle du vol symétrique du planeur.

Enfin, la gouverne de profondeur, située sur un plan perpendiculaire à la gouverne de symétrie, agit sur l’axe de tangage grâce à une action du pilote sur le manche en avant ou en arrière. Il s’ensuit une variation d’assiette qui permet au pilote de contrôler la vitesse du planeur.

Un dispositif appelé "aérofreins" permet également de dégrader la finesse pour augmenter la pente d'approche à l'atterrissage.

Le remorquage par avion

Dans ce cas, le planeur, accroché par un câble à l’avion remorqueur, est « tiré » jusqu’à une altitude donnée ; le pilote du planeur peut décider de larguer le câble à tout instant en actionnant une poignée de largage. Ce mode de lancement est le plus utilisé actuellement.

Le décollage au treuil

Le planeur est accroché à un très long câble, qui s’enroule autour d’un tambour à l’autre bout de la piste, grâce à un moteur. C’est le mode de lancement le plus économique et le moins polluant actuellement (les treuils modernes sont électriques)

Les dispositifs d'envol incorporés

Certains planeurs, dits « motoplaneurs », possèdent un moteur leur permettant de décoller de manière autonome. Une fois en l’air, le pilote peut choisir d’arrêter le moteur.

Le décollage voiture

L'aérodrome de la Montagne Noire étant au sommet d'une montagne avec une piste en pente descendante, il est possible de pratiquer ce mode de lancement lorsque les conditions météo permettent le vol de pente. La phase d'accélération est comparable à un remorquage par avion; une fois la vitesse atteinte, le planeur largue le câble et dégage sur la pente (où il trouvera une ascendance immédiatement) tandis que la voiture freine.

Le vol en ascendances thermiques

C'est le type de vol le plus répandu car il est accessible quelle que soit la zone géographique où l'on se trouve. En vol de thermiques, le pilote recherche des colonnes d'air ascendantes qui résultent de l'échauffement du sol par le soleil. L'air en contacte avec le sol est alors réchauffé et par dilatation, sa masse volumique diminue. Il se trouve alors plus léger que l'air qui l'entoure et a donc tendance à s'élever. Les bulles d'air chaud les plus probables se trouvent dans les zones de contrastes thermiques telles que les champs moissonnés récemment, des parkings de supermarché, les routes et autoroutes, et surtout les gravières et secteurs rocheux. Si l'on est certain de ce principe physique, il n'en reste pas moins vrai qu'il est difficile d'associer un aspect du sol avec la certitude de la présence d'un thermique.

Lorsque le vélivole trouve un thermique, généralement sous sa matérialisation (en fait un nuage appelé cumulus, de forme cotonneuse et à base plate), il se met à décrire des spirales et tente de trouver la meilleure zone de montée. Celle-ci l'élèvera jusqu'à ce qu'il rencontre la base des nuages, dans lesquels il ne pourra entrer pour des raisons légales, ou bien au contact de la couche d’inversion dont la température plus élevée marque la fin de la couche de convection.

Le vol de pente

Pour ce type de vol, il faut un planeur et ... une pente! Ce type de vol est donc souvent réservé aux zones de montagne. En situation de vol de pente, le pilote recherche les masses d'air ascendantes qui résultent d'un mouvement mécanique dû à l'action du vent sur le relief. Le vol de pente fonctionne sous tous les climats et par tous temps mais uniquement en certains lieux dès lors que le l'intensité du vent est suffisante (~15 km/h). Ces reliefs doivent être suffisamment étendus afin d'éviter d'être contournés par le vent. Les ascendances ainsi générées peuvent se prolonger jusqu'à 500 ou 700 m suivant la forme de la pente et la force du vent. Les pentes sont aussi de bons déclencheurs de thermiques. La pente de la Montagne Noire s’étend sur une vingtaine de kilomètres, ce qui nous permet de très longues journées de vol les jours de vent de Nord-Ouest !

Le vol d'onde

Le vol d'onde est une variante du vol de pente permettant au planeur de monter beaucoup plus haut. En effet, sous le vent du relief, et sous certaines conditions, se produisent un ou plusieurs ressauts, exactement comme l'eau qui fait des vaguelettes lorsqu'elle rencontre un obstacle à son écoulement. Ces ondes peuvent atteindre de grandes altitudes, largement supérieures à celle du relief générateur. Ces zones de ressauts sont parfois matérialisées par des nuages particuliers, les altocumulus lenticulaires, nuages de forme très régulière, parfois en pile d'assiettes, anormalement immobiles alors que le vent souffle avec intensité. Le record absolu d'altitude de 19000 m a été réalisé lors d'un vol d'onde. Le record absolu de distance de 3 008 km de Klaus Ohlmann a aussi été réalisé en vol d'onde en Amérique du Sud.

L’instrumentation de base d’un planeur se compose de manière suivante :
- un anémomètre, ou « badin », qui indique la vitesse du planeur par rapport à la masse d’air
- un variomètre, qui indique en mètres par seconde la vitesse ascensionnelle du planeur
- un altimètre, qui donne l’altitude du planeur, soit par rapport au niveau de la mer, soit par rapport à l’aérodrome d’origine, selon le réglage prédéfini
- une radio
- une bille, qui indique le dérapage du planeur

De plus, un système "FLARM" équipe chaque planeur; ce système permet de détecter le rapprochement d'autres aéronefs équipés du même système (en particulier les avions remorqueurs et les autres planeurs) et avertit les équipages d'un potentiel conflit de trajectoires.

Un planeur: comment ça vole?