Les quatre forces, les trois axes, et la raison pour laquelle les décisions les plus importantes d’un pilote se prennent au sol.
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Le travail commence avant le moteur
Un pilote est responsable de la conduite sûre d’un aéronef depuis la première minute de préparation jusqu’au moment où l’hélice s’arrête. Cette responsabilité couvre la météo, l’état de l’avion, le carburant à bord, la route, la réglementation applicable et chaque décision prise une fois en l’air.
Ça vaut la peine d’être précis sur l’étendue de cette autorité. Aux États-Unis, la règle tient en une phrase : le commandant de bord est directement responsable de la conduite de cet aéronef, et en est l’autorité finale. Pas la compagnie, pas l’agent d’opérations, pas le contrôleur. La personne assise dans le siège.
La même règle contient quelque chose qui surprend. En cas d’urgence en vol exigeant une action immédiate, le commandant de bord peut déroger à n’importe quelle règle dans la mesure nécessaire pour faire face à cette urgence. Le droit aérien donne au pilote l’autorité d’enfreindre le droit aérien, parce qu’aucun règlement ne peut prévoir toutes les situations dans lesquelles un avion peut se retrouver.
Cette autorité n’existe que dans un seul but : gérer le risque. Ce n’est pas une licence pour montrer son talent, et la façon la plus courante dont les pilotes se mettent en difficulté est de la traiter comme telle. Un pilote compétent sur un avion performant qui s’enfonce dans une météo qui se dégrade reste un pilote compétent, jusqu’au moment où il ne l’est plus.
C’est pourquoi le métier parle davantage des décisions prises au sol que des mains sur les commandes. Au sol, tu as toutes les options : retarder, changer de route, prendre plus de carburant, annuler. En l’air, les options se réduisent de minute en minute, et chacune de celles que tu avais avant le départ et que tu n’as pas utilisées est une option que tu n’as plus.
Aller plus loinCe qu’est un « minimum personnel », et pourquoi les pilotes expérimentés écrivent les leurs
La réglementation fixe des minimums légaux, la visibilité et la distance aux nuages en dessous desquelles un vol donné ne peut légalement pas être effectué. Ce sont des planchers, pas des objectifs, et ce sont les mêmes pour un pilote de 60 heures que pour un pilote de 6 000.
Un minimum personnel est une limite plus stricte qu’un pilote se fixe lui-même, à l’avance, par écrit : un vent de travers qu’il n’acceptera pas, un plafond sous lequel il ne volera pas, une heure après laquelle il ne partira pas. L’intérêt de l’écrire à l’avance, c’est que la décision est prise par un pilote reposé qui n’a nulle part où aller, plutôt que par un pilote fatigué debout sur le parking avec des passagers qui attendent.
Le terme technique pour ce contre quoi cela protège est la « destinationite », appelée dans la littérature scientifique biais de poursuite du plan, la tendance à persister dans un plan inadapté à mesure que le coût perçu de l’arrêt augmente. Les études sur les décisions météo des pilotes d’aviation générale montrent qu’il est aggravé par le biais de résultat : les pilotes jugent raisonnable la décision de s’enfoncer dans une météo qui se dégrade quand ça s’est bien passé, et imprudente quand ça s’est mal passé, alors que la décision elle-même était identique. Un chiffre écrit dans un moment calme n’a pas encore de résultat pour l’influencer.
Walmsley, S., & Gilbey, A. (2016), “Cognitive Biases in Visual Pilots’ Weather-Related Decision Making,” Applied Cognitive Psychology, 30(4), 532–543, https://doi.org/10.1002/acp.3225.
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Quatre forces, et ce que veut vraiment dire l’équilibre
Tout avion en vol subit quatre forces. La portance agit perpendiculairement au vent relatif, à peu près vers le haut. Le poids agit vers le bas, au centre de gravité. La poussée agit vers l’avant. La traînée agit vers l’arrière.
En vol rectiligne en palier non accéléré, la portance égale le poids et la poussée égale la traînée. C’est le schéma du manuel, et il est juste, mais il décrit un état dans lequel un avion passe peut-être un tiers d’un vol typique. Chaque montée, chaque descente, chaque virage et chaque changement de vitesse est un déséquilibre délibéré.
C’est le déclic qui donne son sens au reste de l’aérodynamique. Un pilote ne vole pas en gardant les forces équilibrées. Un pilote vole en les déséquilibrant exprès, dans une direction connue, d’une quantité connue, puis en les rééquilibrant quand l’avion est arrivé là où on l’a envoyé.
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Ce qu’une aile fait à l’air
Une aile produit de la portance en déviant l’air vers le bas. C’est tout le mécanisme, dit aussi simplement que possible : l’air arrive sur l’aile dans une direction et en repart vers le bas, et la force nécessaire pour cela a une réaction égale et opposée sur l’aile, qui est la portance.
La différence de pression entre l’extrados et l’intrados est réelle et mesurable, et c’est par elle que la force est transmise à l’aile. Mais elle est la conséquence de la déviation de l’écoulement, pas une cause distincte qui lui ferait concurrence. Les deux descriptions sont la même physique vue par les deux bouts.
Ce qui décide vraiment de la portance d’une aile, c’est l’angle sous lequel elle rencontre l’air, la vitesse de cet air, la surface de l’aile et la densité de l’air. Change l’un d’eux et la portance change.
Aller plus loinPourquoi l’explication « l’air a plus de chemin à parcourir sur le dessus » est fausse
L’explication que beaucoup de gens rencontrent en premier dit que l’extrados est plus bombé, donc que l’air qui passe dessus doit parcourir plus de chemin, donc aller plus vite pour retrouver l’air de l’intrados au bord de fuite, et que l’air plus rapide a une pression plus basse.
Le problème, c’est l’étape du milieu. Aucun principe physique n’oblige deux particules d’air séparées au bord d’attaque à arriver ensemble au bord de fuite, et les mesures montrent qu’elles ne le font pas : l’air qui passe dessus arrive nettement avant celui qui passe dessous, pas en même temps. L’écoulement sur l’extrados est plus rapide que ne le prédit l’argument du temps de parcours égal, pas plus lent.
L’explication échoue aussi à un test évident : une aile symétrique a la même courbure dessus et dessous et porte parfaitement à un angle d’attaque positif, et tout avion capable de voler sur le dos est une aile qui porte avec sa surface « plus bombée » en bas. Une plaque plane (un avion en papier, sans courbure digne de ce nom) porte aussi, ce que l’histoire du temps de parcours égal ne peut absolument pas expliquer.
Rien de tout cela ne rend la différence de pression fausse. C’est l’histoire expliquant pourquoi cette différence existe qui est fausse, et c’est important parce que l’histoire du temps de parcours égal prédit que la portance d’une aile dépend surtout de sa forme, alors qu’en pratique c’est l’angle d’attaque qui domine, l’idée la plus importante du prochain chapitre.
Palmer, C. (2014), “The Aerodynamics of Gliding Flight and Its Application to the Arboreal Flight of the Chinese Feathered Dinosaur Microraptor,” Biological Journal of the Linnean Society, 113(3), 828–835, https://doi.org/10.1111/bij.12328.
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Trois axes, trois commandes
Un avion tourne autour de trois axes, qui passent tous par son centre de gravité. Le roulis se fait autour de l’axe longitudinal, du nez à la queue. Le tangage se fait autour de l’axe transversal, d’un bout d’aile à l’autre. Le lacet se fait autour de l’axe vertical, de haut en bas.
Chaque axe a une commande principale. Les ailerons font rouler l’avion ; la gouverne de profondeur, ou sur certains avions un stabilisateur monobloc, le fait tanguer ; la gouverne de direction le fait lacer. Ça vaut la peine de bien retenir les noms tôt, parce qu’une grande partie de ce qui s’écrit sur l’aviation suppose que tu les connais.
Ce qui compte avec une gouverne, c’est ce qu’elle fait mécaniquement : elle modifie la cambrure de la surface dont elle fait partie, ce qui change la portance de cette surface, ce qui crée une force loin du centre de gravité de l’avion, ce qui fait tourner l’avion. La commande ne dirige pas l’avion. Elle fait qu’une aile ou un empennage tire plus fort dans une direction qu’avant.
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Pourquoi virer demande la gouverne de direction
Incline l’avion à gauche et il se passe quelque chose de gênant. L’aileron droit s’abaisse, augmentant la portance de cette aile pour qu’elle monte, mais une aile qui porte plus produit aussi plus de traînée induite, donc l’aile droite est freinée. L’aileron gauche se lève, réduisant portance et traînée de ce côté. Résultat : un lacet vers la droite, à l’opposé du virage que tu essaies de faire.
C’est le lacet inverse, une conséquence directe du fonctionnement des ailerons plutôt qu’un défaut. Le rôle principal de la gouverne de direction en vol normal est de l’annuler, c’est pourquoi on vire avec les ailerons et le palonnier ensemble, et pourquoi un virage non coordonné est l’une des premières choses que remarquera un instructeur.
Le prix à payer quand on l’ignore n’est pas seulement le confort. Sur un avion non coordonné, une aile rencontre l’air sous un angle différent de l’autre, ce qui veut dire que les deux ailes ne décrocheront pas au même moment, et une aile qui décroche pendant que l’autre vole encore, c’est le début d’une vrille.
Vérification rapide
Au-delà des trois commandes principales viennent les commandes secondaires. Les volets sortent du bord de fuite pour augmenter la portance et la traînée à basse vitesse, ce qui permet à un avion d’approcher plus lentement et de descendre plus raide sans prendre de vitesse. Le trim soulage l’effort constant que le pilote devrait sinon maintenir sur les commandes. Les spoilers, sur les avions plus gros, détruisent volontairement la portance pour augmenter le taux de descente ou pour plaquer l’avion sur ses roues après le toucher.
Ce ne sont pas des commandes secondaires au sens de moindres. Sur un avion de ligne, le braquage des volets choisi pour un décollage est un calcul qui fait intervenir la longueur de piste, la température, la masse et le franchissement d’obstacles, et se tromper a déjà mis fin à des vols.
Un avion d’école, en chiffres
- Type
- Cessna 172S Skyhawk
- Moteur
- Lycoming IO-360-L2A, 180 ch
- Masse maximale au décollage
- 2 550 lb
- Surface alaire
- 174 pi²
- Places
- 4
Chiffres tirés du manuel de vol du Cessna 172S. Le 172 est produit depuis 1956 et il en a été construit plus que de n’importe quel autre avion de l’histoire, c’est pourquoi presque chaque exemple de ce cours peut être vérifié sur l’un d’eux.
Explique-le
Lu par ATLAS
Un pilote met plus de puissance en palier et ne fait rien d’autre. Décris ce qui arrive à l’avion dans les trente secondes suivantes, et pourquoi.
Écris-le comme tu l’expliquerais à quelqu’un de la classe en dessous. Pas de note et pas de limite de tentatives.
Scénario de mission
Le premier lâcher qui n’a pas eu lieu
Tu es élève pilote avec 21 heures au carnet. Ton instructeur t’a lâché pour ton premier vol solo : trois décollages et atterrissages en tour de piste sur ton terrain, une piste de 3 900 pieds orientée 09/27.
L’avion est un Cessna 172S, avec le plein, visite prévol faite, navigable. Il est 14 h 10 par un après-midi de juillet dégagé. L’altitude du terrain est de 1 100 pieds, la température de 34 °C, et la station automatique annonce un vent du 250 pour 14 nœuds, rafales à 21.
Ton instructeur est au sol et t’a dit que la décision t’appartient.
Les décisions sont définitives. Tu ne pourras pas en changer une une fois prise, refais la mission si tu veux tenter un autre chemin.
Décision 01
Ton carnet de vol montre que tous tes atterrissages précédents ont été faits avec des vents de 8 nœuds ou moins. Ton instructeur t’a montré la technique de vent de travers deux fois ; tu n’as jamais volé seul par vent de travers en rafales.
Le manuel du 172S donne une composante de vent de travers maximale démontrée de 15 nœuds. Avec un vent du 250 et une piste au 270, la composante de travers est d’environ 5 nœuds, largement dans les limites. Mais l’écart des rafales est de 7 nœuds, et les rafales n’arrivent pas de la direction moyenne.
Que fais-tu ?
Chapitre terminé
Ce que tu comprends maintenant
- Tu sais dire ce que fait chacune des quatre forces, et expliquer pourquoi le vol équilibré est l’exception plutôt que la règle.
- Tu sais qu’une aile porte en déviant l’air vers le bas, et tu peux dire pourquoi l’explication du temps de parcours égal ne tient pas.
- Tu sais nommer les trois axes, la commande qui gouverne chacun et la surface qui bouge.
- Tu comprends le lacet inverse comme une conséquence du fonctionnement des ailerons, et tu sais à quoi sert vraiment la gouverne de direction en virage.
- Tu sais ce qu’est l’autorité du commandant de bord, y compris la partie qui te permet d’enfreindre les règles, et pourquoi cette autorité concerne en réalité la gestion du risque.
Continue au-delà de l’horizon
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