Dans cet article, nous examinons comment l’industrie a\u00e9ronautique fait face \u00e0 ces d\u00e9fis. De la cr\u00e9ation de nouvelles infrastructures au d\u00e9veloppement de nouvelles solutions a\u00e9rodynamiques, en passant par le carburant aviation durable (SAF) et les avions \u00e9lectriques, l’industrie s’efforce de fa\u00e7onner un avenir efficace et durable pour le transport a\u00e9rien.<\/p>\n\n\n\n
Ailes d\u00e9formables et structures adaptatives<\/h2>\n\n\n\n![\"\"](\"data:image\/png;base64,iVBORw0KGgoAAAANSUhEUgAAAAEAAAABAQMAAAAl21bKAAAAA1BMVEUAAP+KeNJXAAAAAXRSTlMAQObYZgAAAAlwSFlzAAAOxAAADsQBlSsOGwAAAApJREFUCNdjYAAAAAIAAeIhvDMAAAAASUVORK5CYII=\")
<\/figure>\n\n\n\nLa structure rigide des ailes d’avion traditionnelles limite leurs performances aux diff\u00e9rents stades du vol. Cependant, le d\u00e9veloppement de nouvelles technologies permet de concevoir un avion qui changera dynamiquement de forme pendant le vol. S’inspirant de la capacit\u00e9 d’adaptation des oiseaux, des ing\u00e9nieurs ont mis au point des ailes d\u00e9formables susceptibles d’am\u00e9liorer les performances au cours des diff\u00e9rentes phases du vol.<\/p>\n\n\n\n
La nature est depuis longtemps une source d’inspiration pour l’innovation humaine. Les scientifiques sont depuis longtemps fascin\u00e9s par la facilit\u00e9 avec laquelle les oiseaux, les insectes et m\u00eame les poissons s’adaptent \u00e0 leurs habitats sp\u00e9cifiques. L’id\u00e9e des ailes d\u00e9formables, qui imitent la capacit\u00e9 des animaux vivants \u00e0 changer de forme, a \u00e9t\u00e9 inspir\u00e9e par la nature. S’inspirant de la fa\u00e7on dont les oiseaux modifient la forme de leurs ailes lors de diff\u00e9rentes man\u0153uvres de vol, des ing\u00e9nieurs ont cr\u00e9\u00e9 des ailes capables de changer de configuration en temps r\u00e9el.<\/p>\n\n\n\n
Comment les structures des avions s’adaptent-elles ?<\/h3>\n\n\n\n
Le concept d’ailes d\u00e9formables englobe un certain nombre de techniques, chacune \u00e9tant con\u00e7ue pour offrir des avantages a\u00e9rodynamiques sp\u00e9cifiques. Parmi ces m\u00e9canismes, on peut citer :<\/p>\n\n\n\n
\n- Torsion et flexion<\/strong> – La flexibilit\u00e9 de la structure de l’aile permet de modifier la courbure de l’aile, ce qui affecte la portance et la tra\u00een\u00e9e \u00e0 diff\u00e9rents stades du vol. Cette capacit\u00e9 permet des d\u00e9collages en douceur, une croisi\u00e8re plus efficace et une plus grande stabilit\u00e9 \u00e0 l’atterrissage.<\/li>\n\n\n\n
- Alliages \u00e0 m\u00e9moire de forme (SMA ou Shape Memory Alloys) <\/strong>– Les ailes sont construites avec des mat\u00e9riaux qui changent de forme sous l’influence de la temp\u00e9rature. L’utilisation d’alliages SMA facilite l’adaptation automatique de l’aile en fonction de l’\u00e9volution des conditions de vol, ce qui permet d’optimiser les performances et la consommation de carburant.<\/li>\n\n\n\n
- Actionneur<\/strong><\/a>s<\/a> pneumatiques<\/strong> – Utilisant la pression de l’air, ces actionneurs gonflent ou d\u00e9gonflent des zones sp\u00e9cifiques des ailes pour en modifier la forme. Cette approche permet un contr\u00f4le g\u00e9om\u00e9trique pr\u00e9cis de l’aile et peut \u00eatre modifi\u00e9e pour r\u00e9pondre \u00e0 diff\u00e9rents besoins de vol.<\/li>\n\n\n\n
- Polym\u00e8res \u00e9lectroactifs (EAP) <\/strong>– Ces polym\u00e8res changent de forme sous l’effet d’une stimulation \u00e9lectrique, ce qui permet des ajustements morphologiques en temps r\u00e9el lorsqu’ils sont int\u00e9gr\u00e9s \u00e0 la structure de l’aile.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
En 2023, une \u00e9quipe de chercheurs de l’Imperial College London a lanc\u00e9 un projet<\/a> visant \u00e0 d\u00e9terminer l’adaptation optimale d’une aile d’avion en r\u00e9ponse directe \u00e0 des conditions de vol changeantes. <\/p>\n\n\n\nIngestion de la couche limite (BLI ou Boundary Layer Ingestion)<\/h2>\n\n\n\n
La cellule et le syst\u00e8me de propulsion ont traditionnellement \u00e9t\u00e9 consid\u00e9r\u00e9s comme des entit\u00e9s distinctes lors de la conception des a\u00e9ronefs actuellement en service. En cons\u00e9quence, l’efficacit\u00e9 propulsive des architectures conventionnelles des moteurs a\u00e9ronautiques approche de sa limite, et les perc\u00e9es technologiques produisent des rendements d\u00e9croissants. Le BLI d\u00e9signe le positionnement des moteurs plus pr\u00e8s du fuselage de l’avion, ce qui leur permet de capter et d’absorber le flux de la couche limite de la cellule. Les avantages de la BLI sont notamment une meilleure efficacit\u00e9 de la propulsion, une r\u00e9duction de la tra\u00een\u00e9e et un meilleur rendement \u00e9nerg\u00e9tique. Les ing\u00e9nieurs du Centre de recherche John H. Glenn<\/a> testent ce nouveau type de syst\u00e8me dans sa soufflerie \u00e0 grande vitesse. Les tests peuvent prendre des ann\u00e9es, mais l’organisation a d\u00e9clar\u00e9 qu’elle poursuivrait la recherche et le d\u00e9veloppement de la technologie BLI dans les ann\u00e9es \u00e0 venir. <\/p>\n\n\n\nM\u00e9canique des fluides num\u00e9rique (CFD ou Computational Fluid Dynamics)<\/h2>\n\n\n\n
Utilisant l’\u00e9norme puissance informatique actuellement disponible, la CFD est une technologie de pointe qui simule et repr\u00e9sente les interactions complexes des fluides, tels que l’air, lorsqu’ils se d\u00e9placent autour des surfaces des avions. La CFD a transform\u00e9 la conception des a\u00e9ronefs, l’analyse des performances et les m\u00e9thodes d’essai en donnant aux ing\u00e9nieurs des informations approfondies sur l’a\u00e9rodynamique et le comportement des flux d’air. Il est devenu la pierre angulaire de l’a\u00e9rodynamique de la prochaine g\u00e9n\u00e9ration.<\/p>\n\n\n\n
La CFD implique la r\u00e9solution d’\u00e9quations math\u00e9matiques complexes qui englobent la physique complexe du mouvement des fluides. Ces \u00e9quations permettent d’obtenir une description pr\u00e9cise du comportement de l’air autour de la surface de l’avion, en tenant compte de variables telles que la densit\u00e9, la vitesse, la pression et la viscosit\u00e9 du fluide. <\/p>\n\n\n\n
Les simulations CFD permettent d’analyser d’innombrables sc\u00e9narios sans avoir recours \u00e0 des prototypes physiques complexes. Les simulations CFD fournissent une repr\u00e9sentation num\u00e9rique des interactions des flux d’air en discr\u00e9tisant ces \u00e9quations en parties de calcul plus petites. Airbus, l’un des leaders de l’a\u00e9rospatiale, utilise la CFD comme un outil puissant pour comprendre l’a\u00e9rodynamique<\/a> et maximiser les performances des avions. <\/p>\n\n\n\nMobilit\u00e9 a\u00e9rienne urbaine et eVTOLs<\/h2>\n\n\n\n<\/figure>\n\n\n\nLa mobilit\u00e9 a\u00e9rienne urbaine (UAM) envisage un avenir o\u00f9 des avions \u00e9lectriques \u00e0 d\u00e9collage et atterrissage verticaux (eVTOL), \u00e9quip\u00e9s d’une a\u00e9rodynamique de pointe, transporteront des passagers et des marchandises entre les centres-villes, les banlieues et d’autres destinations urbaines. En exploitant la puissance de l’a\u00e9rodynamique de nouvelle g\u00e9n\u00e9ration, l’UAM a le potentiel de r\u00e9volutionner les transports urbains<\/a>, en offrant des trajets plus rapides, une r\u00e9duction des embouteillages et un mode de d\u00e9placement plus durable. La soci\u00e9t\u00e9 allemande Volocopter<\/a> pr\u00e9voit d’entrer dans l’histoire en testant son avion Volocity lors des Jeux olympiques de Paris en 2024<\/a>. <\/p>\n\n\n\nCaract\u00e9ristiques principales de l’UAM :<\/p>\n\n\n\n
\n- D\u00e9collage et atterrissage verticaux<\/strong> (VTOL)<\/strong> – Les avions UAM sont construits avec une a\u00e9rodynamique sp\u00e9cialis\u00e9e qui leur permet de d\u00e9coller et d’atterrir verticalement, ce qui supprime la n\u00e9cessit\u00e9 d’utiliser des pistes d’atterrissage conventionnelles. Cela leur permet d’atterrir sur les toits et d’autres zones d’atterrissage urbaines approuv\u00e9es.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
\n- Vols court-courriers<\/strong> – Les vols court-courriers \u00e0 l’int\u00e9rieur des villes et des banlieues sont mieux desservis par les avions de l’UAM. Par rapport aux transports terrestres, ces vols peuvent offrir des correspondances plus rapides d’un point \u00e0 l’autre, en particulier pendant les p\u00e9riodes de forte affluence.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
\n- Propulsion \u00e9lectrique <\/strong>– Les avions UAM utilisent souvent des technologies de propulsion \u00e9lectrique pour r\u00e9duire les \u00e9missions, minimiser les nuisances sonores et promouvoir des transports urbains plus respectueux de l’environnement.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
L’UAM peut r\u00e9duire la congestion dans les villes en offrant un mode de transport alternatif, en r\u00e9duisant les temps de d\u00e9placement en \u00e9vitant le trafic au sol et en contribuant aux efforts mondiaux de r\u00e9duction des \u00e9missions de carbone, gr\u00e2ce \u00e0 sa propulsion \u00e9lectrique.<\/p>\n\n\n\n
Voyages supersoniques<\/h2>\n\n\n\n
En r\u00e9duisant consid\u00e9rablement la dur\u00e9e des vols, les voyages supersoniques et hypersoniques constituent un changement de paradigme dans l’aviation, susceptible de modifier compl\u00e8tement les voyages long-courriers et internationaux. Ces innovations devraient r\u00e9volutionner le transport a\u00e9rien \u00e0 l’avenir et cr\u00e9er de nouvelles possibilit\u00e9s gr\u00e2ce \u00e0 l’a\u00e9rodynamique de nouvelle g\u00e9n\u00e9ration.<\/p>\n\n\n\n
Voyages intercontinentaux en une journ\u00e9e ? <\/h4>\n\n\n\n
Le vol supersonique d\u00e9passe la vitesse du son, qui est d’environ 1 235 km\/h au niveau de la mer et varie en fonction de la temp\u00e9rature et de l’altitude. Le c\u00e9l\u00e8bre Concorde<\/a>, avion supersonique de transport de passagers, a donn\u00e9 un aper\u00e7u de l’avenir des vols supersoniques \u00e0 la fin du 20e si\u00e8cle. Le Concorde a \u00e9t\u00e9 retir\u00e9 du service en 2003 \u00e0 la suite de nombreux probl\u00e8mes op\u00e9rationnels et financiers. Cependant, les avions de ligne supersoniques connaissent un regain d’int\u00e9r\u00eat et pourraient \u00eatre remis en service d’ici 2029<\/a>. <\/p>\n\n\n\n
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<\/figure>\n\n\n\nLa structure rigide des ailes d’avion traditionnelles limite leurs performances aux diff\u00e9rents stades du vol. Cependant, le d\u00e9veloppement de nouvelles technologies permet de concevoir un avion qui changera dynamiquement de forme pendant le vol. S’inspirant de la capacit\u00e9 d’adaptation des oiseaux, des ing\u00e9nieurs ont mis au point des ailes d\u00e9formables susceptibles d’am\u00e9liorer les performances au cours des diff\u00e9rentes phases du vol.<\/p>\n\n\n\n
La nature est depuis longtemps une source d’inspiration pour l’innovation humaine. Les scientifiques sont depuis longtemps fascin\u00e9s par la facilit\u00e9 avec laquelle les oiseaux, les insectes et m\u00eame les poissons s’adaptent \u00e0 leurs habitats sp\u00e9cifiques. L’id\u00e9e des ailes d\u00e9formables, qui imitent la capacit\u00e9 des animaux vivants \u00e0 changer de forme, a \u00e9t\u00e9 inspir\u00e9e par la nature. S’inspirant de la fa\u00e7on dont les oiseaux modifient la forme de leurs ailes lors de diff\u00e9rentes man\u0153uvres de vol, des ing\u00e9nieurs ont cr\u00e9\u00e9 des ailes capables de changer de configuration en temps r\u00e9el.<\/p>\n\n\n\n
Comment les structures des avions s’adaptent-elles ?<\/h3>\n\n\n\n
Le concept d’ailes d\u00e9formables englobe un certain nombre de techniques, chacune \u00e9tant con\u00e7ue pour offrir des avantages a\u00e9rodynamiques sp\u00e9cifiques. Parmi ces m\u00e9canismes, on peut citer :<\/p>\n\n\n\n
- \n
- Torsion et flexion<\/strong> – La flexibilit\u00e9 de la structure de l’aile permet de modifier la courbure de l’aile, ce qui affecte la portance et la tra\u00een\u00e9e \u00e0 diff\u00e9rents stades du vol. Cette capacit\u00e9 permet des d\u00e9collages en douceur, une croisi\u00e8re plus efficace et une plus grande stabilit\u00e9 \u00e0 l’atterrissage.<\/li>\n\n\n\n
- Alliages \u00e0 m\u00e9moire de forme (SMA ou Shape Memory Alloys) <\/strong>– Les ailes sont construites avec des mat\u00e9riaux qui changent de forme sous l’influence de la temp\u00e9rature. L’utilisation d’alliages SMA facilite l’adaptation automatique de l’aile en fonction de l’\u00e9volution des conditions de vol, ce qui permet d’optimiser les performances et la consommation de carburant.<\/li>\n\n\n\n
- Actionneur<\/strong><\/a>s<\/a> pneumatiques<\/strong> – Utilisant la pression de l’air, ces actionneurs gonflent ou d\u00e9gonflent des zones sp\u00e9cifiques des ailes pour en modifier la forme. Cette approche permet un contr\u00f4le g\u00e9om\u00e9trique pr\u00e9cis de l’aile et peut \u00eatre modifi\u00e9e pour r\u00e9pondre \u00e0 diff\u00e9rents besoins de vol.<\/li>\n\n\n\n
- Polym\u00e8res \u00e9lectroactifs (EAP) <\/strong>– Ces polym\u00e8res changent de forme sous l’effet d’une stimulation \u00e9lectrique, ce qui permet des ajustements morphologiques en temps r\u00e9el lorsqu’ils sont int\u00e9gr\u00e9s \u00e0 la structure de l’aile.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
En 2023, une \u00e9quipe de chercheurs de l’Imperial College London a lanc\u00e9 un projet<\/a> visant \u00e0 d\u00e9terminer l’adaptation optimale d’une aile d’avion en r\u00e9ponse directe \u00e0 des conditions de vol changeantes. <\/p>\n\n\n\n
Ingestion de la couche limite (BLI ou Boundary Layer Ingestion)<\/h2>\n\n\n\n
La cellule et le syst\u00e8me de propulsion ont traditionnellement \u00e9t\u00e9 consid\u00e9r\u00e9s comme des entit\u00e9s distinctes lors de la conception des a\u00e9ronefs actuellement en service. En cons\u00e9quence, l’efficacit\u00e9 propulsive des architectures conventionnelles des moteurs a\u00e9ronautiques approche de sa limite, et les perc\u00e9es technologiques produisent des rendements d\u00e9croissants. Le BLI d\u00e9signe le positionnement des moteurs plus pr\u00e8s du fuselage de l’avion, ce qui leur permet de capter et d’absorber le flux de la couche limite de la cellule. Les avantages de la BLI sont notamment une meilleure efficacit\u00e9 de la propulsion, une r\u00e9duction de la tra\u00een\u00e9e et un meilleur rendement \u00e9nerg\u00e9tique. Les ing\u00e9nieurs du Centre de recherche John H. Glenn<\/a> testent ce nouveau type de syst\u00e8me dans sa soufflerie \u00e0 grande vitesse. Les tests peuvent prendre des ann\u00e9es, mais l’organisation a d\u00e9clar\u00e9 qu’elle poursuivrait la recherche et le d\u00e9veloppement de la technologie BLI dans les ann\u00e9es \u00e0 venir. <\/p>\n\n\n\n
M\u00e9canique des fluides num\u00e9rique (CFD ou Computational Fluid Dynamics)<\/h2>\n\n\n\n
Utilisant l’\u00e9norme puissance informatique actuellement disponible, la CFD est une technologie de pointe qui simule et repr\u00e9sente les interactions complexes des fluides, tels que l’air, lorsqu’ils se d\u00e9placent autour des surfaces des avions. La CFD a transform\u00e9 la conception des a\u00e9ronefs, l’analyse des performances et les m\u00e9thodes d’essai en donnant aux ing\u00e9nieurs des informations approfondies sur l’a\u00e9rodynamique et le comportement des flux d’air. Il est devenu la pierre angulaire de l’a\u00e9rodynamique de la prochaine g\u00e9n\u00e9ration.<\/p>\n\n\n\n
La CFD implique la r\u00e9solution d’\u00e9quations math\u00e9matiques complexes qui englobent la physique complexe du mouvement des fluides. Ces \u00e9quations permettent d’obtenir une description pr\u00e9cise du comportement de l’air autour de la surface de l’avion, en tenant compte de variables telles que la densit\u00e9, la vitesse, la pression et la viscosit\u00e9 du fluide. <\/p>\n\n\n\n
Les simulations CFD permettent d’analyser d’innombrables sc\u00e9narios sans avoir recours \u00e0 des prototypes physiques complexes. Les simulations CFD fournissent une repr\u00e9sentation num\u00e9rique des interactions des flux d’air en discr\u00e9tisant ces \u00e9quations en parties de calcul plus petites. Airbus, l’un des leaders de l’a\u00e9rospatiale, utilise la CFD comme un outil puissant pour comprendre l’a\u00e9rodynamique<\/a> et maximiser les performances des avions. <\/p>\n\n\n\n
Mobilit\u00e9 a\u00e9rienne urbaine et eVTOLs<\/h2>\n\n\n\n
La mobilit\u00e9 a\u00e9rienne urbaine (UAM) envisage un avenir o\u00f9 des avions \u00e9lectriques \u00e0 d\u00e9collage et atterrissage verticaux (eVTOL), \u00e9quip\u00e9s d’une a\u00e9rodynamique de pointe, transporteront des passagers et des marchandises entre les centres-villes, les banlieues et d’autres destinations urbaines. En exploitant la puissance de l’a\u00e9rodynamique de nouvelle g\u00e9n\u00e9ration, l’UAM a le potentiel de r\u00e9volutionner les transports urbains<\/a>, en offrant des trajets plus rapides, une r\u00e9duction des embouteillages et un mode de d\u00e9placement plus durable. La soci\u00e9t\u00e9 allemande Volocopter<\/a> pr\u00e9voit d’entrer dans l’histoire en testant son avion Volocity lors des Jeux olympiques de Paris en 2024<\/a>. <\/p>\n\n\n\n
Caract\u00e9ristiques principales de l’UAM :<\/p>\n\n\n\n
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- D\u00e9collage et atterrissage verticaux<\/strong> (VTOL)<\/strong> – Les avions UAM sont construits avec une a\u00e9rodynamique sp\u00e9cialis\u00e9e qui leur permet de d\u00e9coller et d’atterrir verticalement, ce qui supprime la n\u00e9cessit\u00e9 d’utiliser des pistes d’atterrissage conventionnelles. Cela leur permet d’atterrir sur les toits et d’autres zones d’atterrissage urbaines approuv\u00e9es.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
- \n
- Vols court-courriers<\/strong> – Les vols court-courriers \u00e0 l’int\u00e9rieur des villes et des banlieues sont mieux desservis par les avions de l’UAM. Par rapport aux transports terrestres, ces vols peuvent offrir des correspondances plus rapides d’un point \u00e0 l’autre, en particulier pendant les p\u00e9riodes de forte affluence.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
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- Propulsion \u00e9lectrique <\/strong>– Les avions UAM utilisent souvent des technologies de propulsion \u00e9lectrique pour r\u00e9duire les \u00e9missions, minimiser les nuisances sonores et promouvoir des transports urbains plus respectueux de l’environnement.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
L’UAM peut r\u00e9duire la congestion dans les villes en offrant un mode de transport alternatif, en r\u00e9duisant les temps de d\u00e9placement en \u00e9vitant le trafic au sol et en contribuant aux efforts mondiaux de r\u00e9duction des \u00e9missions de carbone, gr\u00e2ce \u00e0 sa propulsion \u00e9lectrique.<\/p>\n\n\n\n
Voyages supersoniques<\/h2>\n\n\n\n
En r\u00e9duisant consid\u00e9rablement la dur\u00e9e des vols, les voyages supersoniques et hypersoniques constituent un changement de paradigme dans l’aviation, susceptible de modifier compl\u00e8tement les voyages long-courriers et internationaux. Ces innovations devraient r\u00e9volutionner le transport a\u00e9rien \u00e0 l’avenir et cr\u00e9er de nouvelles possibilit\u00e9s gr\u00e2ce \u00e0 l’a\u00e9rodynamique de nouvelle g\u00e9n\u00e9ration.<\/p>\n\n\n\n
Voyages intercontinentaux en une journ\u00e9e ? <\/h4>\n\n\n\n
Le vol supersonique d\u00e9passe la vitesse du son, qui est d’environ 1 235 km\/h au niveau de la mer et varie en fonction de la temp\u00e9rature et de l’altitude. Le c\u00e9l\u00e8bre Concorde<\/a>, avion supersonique de transport de passagers, a donn\u00e9 un aper\u00e7u de l’avenir des vols supersoniques \u00e0 la fin du 20e si\u00e8cle. Le Concorde a \u00e9t\u00e9 retir\u00e9 du service en 2003 \u00e0 la suite de nombreux probl\u00e8mes op\u00e9rationnels et financiers. Cependant, les avions de ligne supersoniques connaissent un regain d’int\u00e9r\u00eat et pourraient \u00eatre remis en service d’ici 2029<\/a>. <\/p>\n\n\n\n
- Propulsion \u00e9lectrique <\/strong>– Les avions UAM utilisent souvent des technologies de propulsion \u00e9lectrique pour r\u00e9duire les \u00e9missions, minimiser les nuisances sonores et promouvoir des transports urbains plus respectueux de l’environnement.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
- Vols court-courriers<\/strong> – Les vols court-courriers \u00e0 l’int\u00e9rieur des villes et des banlieues sont mieux desservis par les avions de l’UAM. Par rapport aux transports terrestres, ces vols peuvent offrir des correspondances plus rapides d’un point \u00e0 l’autre, en particulier pendant les p\u00e9riodes de forte affluence.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n
- Alliages \u00e0 m\u00e9moire de forme (SMA ou Shape Memory Alloys) <\/strong>– Les ailes sont construites avec des mat\u00e9riaux qui changent de forme sous l’influence de la temp\u00e9rature. L’utilisation d’alliages SMA facilite l’adaptation automatique de l’aile en fonction de l’\u00e9volution des conditions de vol, ce qui permet d’optimiser les performances et la consommation de carburant.<\/li>\n\n\n\n
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