La vitesse du son reste parmi l’un des concepts élémentaires en physique, pourtant c’est aussi l’une des notions les plus importantes dans l’aéronautique. En plus d’influencer les modalités de construction des avions, la vitesse de son influence aussi leurs performances de vol et même la sûreté des passagers. L’article abordera la vitesse du son, le mode d’influence des aéronefs, les difficultés du franchissement du mur du son et les innovations conséquentes.
1-Qu’est-ce que la vitesse du son ?
La vitesse du son est la vitesse à laquelle les ondes sonores se propagent dans le milieu donné, tel que l’air, l’eau ou un solide. Dans l’air, à la température de 20 °C au niveau de la mer, il est d’environ 343 mètres par seconde soit environ 1 235 km/h. Cette vitesse varie pour des raisons suivantes: plus l’air est chaud, plus les molécules dans l’air vibrent rapidement, ce qui entraîne une augmentation de la vitesse du son; moins l’air est dense et plus froid lorsque l’altitude est plus élevée, ce qui ralentit la vitesse du son; et dans un milieu donné; le son se propage plus rapidement dans l’eau environ 1 480 m/s ou dans l’acier environ 5 000 m/s, par contre, il ne peut pas se propager dans l’espace. De plus, en aéronautique, la vitesse du son est accordée en Mach, Mach 1 étant les vitesses du son. En conséquence, un avion qui navigue à Mach 0,8 est décrit comme subsonique et celui à Mach 2 est supersonique. Ce sont des connaissances qui sont indispensables pour comprendre les avions aujourd’hui.
2-Le mur du son : un défi majeur
est un terme utilisé pour décrire la barrière aérodynamique. Lorsqu’un avion atteint ou dépasse une vitesse de Mach 1.00, autour de cet avion, les ondes soniques commencent à s’entasser. À un moment donné, elles forment une pression d’onde à l’avant de l’avion. Cette pression a tendance à former une intensité spécifique où une augmentation rapide de la pression s’échappe de l’avion. Il en résulte des turbulences, une légère vibration et une pression aérodynamique à grande échelle. Au début de l’histoire de l’aviation, cela rendait la forme de vol autour ou à l’intérieur du mur du son incroyablement difficile.
Le 14 octobre 1947, Chuck Yeager a brisé le mur du son en pilotant un Bell X-1 à Mach 1,06, marquant l’histoire du vol supersonique. Il a toutefois prouvé que la vitesse supersonique peut être atteinte et ouvert la porte à des avancées révolutionnaires dans le domaine. Cela a été rendu possible par de nouvelles conceptions, matériaux et moteurs, qui ont été appelés à innover.
3-Les impacts de la vitesse du son en aéronautique
1- La conception des avions
La vitesse du son affecte également directement la conception des aéronefs. Les avions subsoniques, y compris la plupart des avions de ligne commerciaux, tels que le Boeing 737 et le Airbus A320, volent à des vitesses inférieures à Mach 1, généralement autour de Mach 0.8 et signifie qu’ils sont conçus pour être les plus éconergétiques et les plus confortables possible pour les passagers. L’aéronef supersonique implique que l’ingénierie nécessite des ailes en forme de delta ou un fuselage effilé pour réduire la traînée le long des ondes de choc. Les matériaux utilisés doivent également survivre à la chaleur et à la pression extrêmes. Par exemple, le vol supersonique provoque une friction de l’air qui peut réchauffer la surface de l’avion à des températures insoutenables sans alliages spéciales comme le titane.
2- Le bang sonique
Un des effets rédhibitoires du vol supersonique est le bang sonore ou bang sonique, un bruit explosif produit par l’onde de choc due à un avion qui dépasse la vitesse du son limitant l’utilisation des vols supersoniques au-dessus des zones peuplées, car le bang ne peut pas être trop dérangeant pour les populations et peut même provoquer des dommages dans certains cas. Le Concorde, par exemple, qui volait à Mach 2 était cantonné à des lignes transocéaniques pour éviter les nuisances environnementales et faire du vol supersonique un service insatisfaisant si l’appareil pouvait traverser les zones peuplées. Des recherches récentes, notamment de la NASA avec le projet X-59 QueSST qui vise à développer quelques technologies atténuant le bang supersonique, permettent d’envisager des vols supersoniques commerciaux à l’avenir en atténuant le bruit produit.
3- Les applications militaires
En matière de milieu militaire, le critère « vitesse du son » est un des plus décisifs des avions de chasse, comme le F-22 Raptor ou le Sukhoï Su-57, qui sont de véritables avions capables de voler à vitesse supersonique en conditions de supercruise (sans postcombustion) : la vitesse supersonique devient un atout tactique pour la vitesse de manœuvre, quel que soit le niveau d’opérationnalité du pilote dans une phase d’engagement air–air ou air–sol lorsque les combats peuvent avoir lieu à tout moment. Dans le même registre, la vitesse hypersonique des missiles, qui permet d’atteindre plusieurs vitesses du son en vol, devient aussi un impératif et un révolutionnaire de la guerre moderne.
