Fiche de révision : Température et phénomènes météorologiques

📋 Plan du Cours

1. Organisation du manuel aéronautique
2. Caractéristiques géométriques de l’aile
3. Écoulement de l’air autour du profil
4. Portance et traînée aérodynamiques
5. Incidence et décrochage
6. Portance, traînées et finesse
7. Bilan des forces en vol
8. Commandes et stabilité de l’avion
9. Facteur de charge et phases de vol
10. Gravitation et pesanteur
11. Réacteurs à flux simple et double
12. Fonctionnement du statoréacteur
13. Eau atmosphérique, nuages et précipitations
14. Visibilité, givrage et cumulonimbus
15. Vents et phénomènes locaux
16. Certification et équipements des aéronefs
17. Facteurs humains et accidents
18. Préparation et repérage en navigation
19. Préparation du vol et aérodrome
20. Navigation et calcul du trajet
21. Règles et sécurité aériennes
22. Des mythes aux premiers ballons
23. Aviation militaire de 1945 à 1986
24. Des avions à hélice aux réacteurs
25. Supersoniques et gros porteurs
26. Airbus et nouvelles propulsions

📅 Repères chronologiques

1. 1783Pilâtre de Rozier et le marquis d’Arlandes réalisent le premier vol libre en ballon, et un ballon à hydrogène effectue un vol de plus de 2 heures à 3 000 mètres d’altitude.
2. 19 septembre 1783Les frères Montgolfier démontrent qu’un ballon captif à air chaud peut s’élever dans les airs.
3. 1785Blanchard traverse la Manche à bord de son ballon.
4. 15 juin 1785Pilâtre de Rozier meurt dans l’incendie de son ballon, première catastrophe aérienne.
5. 1794Le ballon est utilisé à des fins militaires comme moyen d’observation lors de la bataille contre les troupes anglo-hollandaises.
6. décembre 1856Jean Marie Le Bris fait décoller son planeur Albatros sur la plage de Sainte-Anne-la-Palud, posé sur une charrette face au vent et tiré par un cheval, et invente le contrôle du vol en agissant sur l’incidence des ailes.
7. 1946Le SO-6000 Triton, conçu en cachette pendant l’occupation allemande, devient le premier avion à réaction français.
8. 1947La Société Bell-Aircrafts (USA), avec l’US Air-Force, développe le Bell X-1, avion métallique robuste et pressurisé, inspiré d’une balle de fusil et largué d’un B-29 modifié.
9. 14 octobre 1947Chuck Yeager, aux commandes du Bell X-1, grimpe à 12 000 m et passe le mur du son.
10. 1949Dassault développe l’Ouragan, premier chasseur à réaction de conception française.

📖 1. Organisation du manuel aéronautique

📝 Points essentiels

• Le manuel du brevet d’initiation aéronautique est publié par le CIRAS Toulouse en 2018.

• Le chapitre 1 traite d’aérodynamique, de mécanique du vol et de vol spatial.

• Le chapitre 2 porte sur la connaissance des aéronefs : cellules, groupes motopropulseurs, instruments de bord et vocabulaire anglais.

• Le chapitre 3 porte sur la météorologie, de l’atmosphère aux informations météorologiques aéronautiques.

• Le chapitre 4 porte sur la navigation, la réglementation et la sécurité ; la partie visible commence par la réglementation et la préparation de la navigation.

📖 2. Caractéristiques géométriques de l’aile

🔑 Notions clés & Définitions

• Allongement : Une grandeur sans unité qui traduit l’effilement de l’aile et se note A.
• Profil d’aile : La coupe verticale de l’aile.
• Corde de profil : La ligne joignant le bord d’attaque au bord de fuite de l’aile.

★ À maîtriser

• L’envergure est la distance entre les extrémités des deux ailes et se note 2b.

• La surface alaire est la surface totale de la voilure, y compris la partie qui traverse le fuselage, et se note S.

Compléments

• La profondeur de l’aile est la longueur de la corde de profil et se note c.

• L’épaisseur de l’aile est la distance maximale entre l’extrados et l’intrados.

• L’allongement vaut environ :

  • 5 pour un avion de combat
  • 10 pour un avion de transport
  • 25 pour un planeur

📖 3. Écoulement de l’air autour du profil

★ À maîtriser

📐 Formule - Le vent relatif est opposé à la vitesse de l’avion : $\vec{V}_{vent}=-\vec{V}_{avion}$.

• Dans un écoulement, lorsque la section se rétrécit, la vitesse des filets d’air augmente et leur pression diminue.

• Sur un profil d’aile, l’extrados accélère l’écoulement et crée une dépression, tandis que l’intrados ralentit l’écoulement et crée une surpression.

Compléments

• Pour étudier le vol d’un avion dans l’air, on peut considérer l’avion immobile et l’air en mouvement, représenté par des lignes de courant.

• Dans un écoulement, lorsque la section augmente, l’effet Venturi s’inverse : la vitesse des filets d’air diminue.

• Daniel Bernoulli a démontré que, dans un fluide en écoulement, une vitesse plus élevée correspond à une pression plus faible, et inversement.

💡 Astuce mémo

Section rétrécie → vitesse accrue → pression diminuée

📖 4. Portance et traînée aérodynamiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Force aérodynamique : La somme des forces pressantes exercées sur toute la surface du profil, dirigée vers le haut et légèrement vers l’arrière.
• Centre de poussée : Le point d’application des forces aérodynamiques, qui avance lorsque l’incidence augmente.

★ À maîtriser

• La portance est générée pour environ deux tiers par l’extrados de l’aile et un tiers par l’intrados.

📌 La traînée Rx est parallèle au vent relatif et s’oppose à l’avancement de l’avion, tandis que la portance Rz lui est perpendiculaire et soutient l’avion.

📐 Formule - La portance vaut $R_z=\frac{1}{2}\rho V^2 S C_z$ et la traînée vaut $R_x=\frac{1}{2}\rho V^2 S C_x$.

• Si la vitesse est doublée, la portance et la traînée sont multipliées par quatre, et elles sont divisées par quatre si la vitesse est divisée par deux.

Compléments

• Dans ces relations, ρ est la masse volumique de l’air, V la vitesse de l’avion par rapport à l’air, S la surface alaire, Cz le coefficient de portance et Cx le coefficient de traînée.

• Les coefficients Cz et Cx dépendent du profil et de l’incidence et sont sans unité.

• La masse volumique de l’air diminue avec l’altitude, ce qui réduit notamment la portance.

• Pour un avion de transport civil, en croisière Cz vaut environ 0,5 et Cx environ 0,02.

• Pour un avion de transport civil, au décollage Cz vaut environ 2 et Cx environ 0,2.

📖 5. Incidence et décrochage

🔑 Notions clés & Définitions

• Angle d’incidence : L’angle entre la corde de profil de l’aile et la trajectoire de l’avion.
• Couche limite : Une couche d’air de plusieurs millimètres d’épaisseur qui reste au contact de la surface de l’aile pendant le vol.

★ À maîtriser

• Au-delà d’un angle d’incidence d’environ 20°, l’écoulement devient tourbillonnaire sur l’extrados, car les filets d’air n’ont plus suffisamment d’énergie pour rester collés au profil.

• Le décrochage entraîne une diminution rapide et importante de la portance ainsi qu’une augmentation de la traînée.

• La vitesse de décrochage varie avec :

  • la masse
  • l’inclinaison
  • le facteur de charge
  • l’altitude

• Le coefficient de portance Cz augmente régulièrement avec l’incidence jusqu’à atteindre une valeur maximale, Czmax, puis chute brutalement au décrochage.

Compléments

• La portance et la traînée varient avec l’incidence du profil.

• Le foyer F est le point du profil où s’appliquent les variations de portance dues à une variation d’incidence, et se situe à 25 % de la corde derrière le bord d’attaque.

• Tant que la couche limite reste collée à la surface de l’aile et s’écoule le long de celle-ci, la portance est maximale.

• Lors d’un décrochage, le centre de poussée recule et contribue à provoquer une abattée de l’avion vers l’avant.

• Un décrochage dissymétrique, qui ne touche qu’une aile, entraîne une mise en vrille.

• L’approche du décrochage peut provoquer des vibrations dans le manche, appelées buffeting, parce que la gouverne de profondeur se trouve dans l’écoulement tourbillonnaire.

• Le décollage et l’atterrissage se font nécessairement à vitesse réduite.

💡 Astuce mémo

Incidence excessive → écoulement tourbillonnaire → perte de portance

📖 6. Portance, traînées et finesse

🔑 Notions clés & Définitions

• Polaire de l’aile : Courbe représentant les valeurs du coefficient de portance Cz en fonction du coefficient de traînée Cx pour un angle d’incidence donné et constituant sa carte d’identité aérodynamique.
• Finesse : Rapport entre la distance horizontale parcourue en vol plané et la perte de hauteur de l’appareil, qui rend compte de la capacité à planer.
• Dispositifs hypersustentateurs : Les becs et les volets, qui contribuent à conserver une portance suffisante à basse vitesse.

★ À maîtriser

• Les volets augmentent le coefficient de portance Cz et la surface alaire, tandis que les becs redonnent de l’énergie à l’écoulement sur l’extrados et repoussent l’incidence de décrochage.

• Le coefficient de traînée comprend trois composantes :

  • la traînée induite
  • la traînée de frottement
  • la traînée de profil

• La traînée induite est due aux tourbillons marginaux, qui modifient localement l’incidence ; elle augmente avec le carré de la portance et diminue lorsque l’allongement de la voilure augmente.

• La traînée de profil provient du décollement de l’écoulement sur l’extrados et augmente fortement à l’approche du décrochage.

Compléments

• La différence de pression entre intrados et extrados provoque un mouvement d’air de l’intrados vers l’extrados en bout d’aile, qui forme des tourbillons marginaux et une turbulence de sillage.

• Les winglets installés en bout d’aile réduisent les tourbillons marginaux.

• La traînée de frottement provient des frottements visqueux entre l’écoulement et la surface de la voilure, et augmente si cette surface se dégrade par des salissures ou du givre.

• Les points caractéristiques de la polaire sont :

  • A, portance nulle
  • B, traînée minimale
  • C, finesse maximale (Cz/Cx maximal)
  • D, portance maximale
  • E, décrochage

📌 La finesse air est définie par rapport à la masse d’air, tandis que la finesse sol est définie par rapport à la terre.

• La finesse maximale vaut 10 pour un avion de tourisme, 22 pour un avion de transport civil moderne, 40 pour un planeur et peut atteindre 70 pour les planeurs les plus performants.

• Les aérofreins augmentent la traînée ; en vol, ils diminuent la vitesse et augmentent le taux de chute, et au sol ils contribuent au freinage et réduisent la longueur de roulage.

• Les spoilers sont des panneaux d’extrados utilisés symétriquement comme aérofreins ou dissymétriquement comme gouvernes de gauchissement, en détruisant la portance de l’aile intérieure au virage.

💡 Astuce mémo

Les becs retardent le décrochage ; les volets augmentent Cz.

📖 7. Bilan des forces en vol

★ À maîtriser

• Le vol d’un aéronef est soumis à quatre forces :
  • la traction (avion à hélice) ou la poussée (avion à réaction)
  • la traînée
  • le poids
  • la portance

Compléments

• La traction ou la poussée permet à l’avion de progresser dans l’air, et la manette des gaz permet d’agir sur l’intensité de cette force.

• La traînée est une force parallèle et opposée à l’écoulement.

• Le poids de l’aéronef est une force verticale orientée vers le bas et appliquée au centre de gravité.

• La portance est perpendiculaire à la trajectoire et s’applique au centre de poussée.

• En montée, la portance équilibre la grande composante du poids et la traction équilibre la traînée plus la petite composante du poids, de sorte que la traction doit dépasser celle du palier.

• En descente, la portance équilibre la grande composante du poids et la traction plus la petite composante du poids équilibre la traînée, de sorte que la traction est inférieure à celle du palier ; dans un planeur, la traction est nulle.

📖 8. Commandes et stabilité de l’avion

🔑 Notions clés & Définitions

• Gouverne : Petite surface sur laquelle des efforts aérodynamiques sont créés pour diriger l’avion et provoquer ses rotations autour de trois axes.
• Dérapage : Angle formé lorsque l’axe de l’avion n’est plus aligné avec sa trajectoire, notamment en présence d’un vent latéral.

★ À maîtriser

• Le déplacement du manche d’avant en arrière commande le tangage par la gouverne de profondeur : pousser le manche fait piquer l’avion, tandis que tirer le manche le fait cabrer.

• Le déplacement latéral du manche commande le roulis par les ailerons : manche à gauche, portance gauche diminuée et portance droite augmentée ; manche à droite, portance droite diminuée et portance gauche augmentée.

Compléments

• Les palonniers commandent la gouverne de direction, qui crée les forces aérodynamiques faisant tourner l’avion autour de l’axe de lacet.

• Lors d’un virage, le pilote commande manche et palonnier du même côté afin de compenser le lacet inverse.

• Lors d’un virage, il faut aussi augmenter légèrement l’incidence et la poussée pour compenser l’inclinaison de la portance et l’augmentation de traînée qui en résulte.

• La traînée augmente fortement avec le dérapage.

• La dérive, ou empennage vertical, assure la stabilité en lacet par effet girouette, qui tend à réaligner l’axe de l’avion avec le vent.

📖 9. Facteur de charge et phases de vol

🔑 Notions clés & Définitions

• Facteur de charge : Rapport entre la charge totale supportée par la structure de l’aéronef et son poids réel ; il traduit l’effort appliqué à la structure et s’exprime en G, sans unité.

★ À maîtriser

📐 Formule - La vitesse de décrochage évolue selon la relation $V_{décrochage}=V_{palier}\sqrt{n}$.

📐 Formule - En virage, le facteur de charge augmente avec l’inclinaison selon la relation $n=\frac{1}{\cos\Phi}$.

• 🔄 Le décollage comprend quatre étapes :

  1. Roulement et accélération jusqu’à une vitesse assurant une portance suffisante.
  2. Rotation à la vitesse de décollage pour adopter l’assiette de montée.
  3. Envol, accélération vers la vitesse de montée et prise d’altitude.
  4. Fin du décollage au passage de 15 m (50 Ft) pour les avions à hélice.

• 🔄 L’atterrissage comprend cinq étapes :

  1. Descente sur une pente finale stabilisée à la vitesse d’atterrissage.
  2. Arrondi pour réduire la pente et toucher le sol.
  3. Réduction complète de la puissance des moteurs.
  4. Relèvement du nez pour faire toucher le train principal en premier.
  5. Décélération sur la piste avant de rejoindre le parking.

Compléments

• Le facteur de charge est positif lorsque la portance est orientée vers le dessus de l’avion et négatif lorsqu’elle est orientée dans le sens contraire.

• Le pilote et les passagers subissent le même facteur de charge que l’avion : au-dessus de 1, ils ressentent un tassement ; près de 0, une sensation d’apesanteur ; en facteur négatif, une projection vers le haut.

• La plupart des avions légers supportent des facteurs de charge de +4 à −2, tandis que les avions de voltige sont certifiés pour des facteurs de +6 à −4.

• En palier, la portance égale le poids et le facteur de charge vaut 1 ; en montée ou en descente rectiligne, la portance est inférieure au poids et le facteur de charge est inférieur à 1.

• Lors d’un virage à 60°, le facteur de charge vaut 2 G et l’appareil comme ses occupants supportent deux fois le poids de l’avion.

• Le décollage se fait face au vent, l’utilisation des volets diminue la vitesse nécessaire, et la longueur de roulement augmente avec l’altitude et la température.

• L’atterrissage se fait face au vent ; les pleins volets et les becs réduisent la vitesse d’approche, et la distance d’atterrissage augmente avec l’altitude et la température.

• Le vide spatial correspond à une pression nulle à l’extérieur d’une enceinte pressurisée et impose des contraintes de conception des structures.

• L’absence d’air et donc d’oxygène dans l’espace impose un mode de propulsion spécifique.

💡 Astuce mémo

Roulement → rotation → envol → passage à 15 m.

📖 10. Gravitation et pesanteur

★ À maîtriser

📐 Formule - Le poids vérifie $P = m.g$, où P est le poids en newtons, m la masse en kilogrammes et g l’intensité de la pesanteur en mètres par seconde carrée.

• À la surface de la Terre, l’accélération de la pesanteur vaut 9,81 m/s² et décroît avec l’altitude h.

• La mise en orbite définitive d’un satellite suit trois étapes successives.

Compléments

• Newton démontra que deux corps de masses m1 et m2 séparés par une distance d sont soumis à une force de gravitation, et que G est une constante.

• Sur la Lune, l’intensité de la pesanteur est six fois plus faible que sur Terre.

• Un projectile lancé depuis la Terre doit recevoir une vitesse initiale, et une vitesse initiale plus élevée le fait aller plus haut et plus loin.

• Depuis le sol, une vitesse extrêmement élevée, supérieure à 7 km/s, serait nécessaire pour mettre directement un satellite en orbite autour de la Terre.

📖 11. Réacteurs à flux simple et double

🔑 Notions clés & Définitions

• Apogée : Le point extrême d’une orbite elliptique d’un astre ou d’un corps céleste artificiel par rapport au centre de la Terre.

★ À maîtriser

• Un satellite de communication destiné à survoler en permanence la même région décrit une orbite géostationnaire circulaire, dans le plan équatorial, à environ 36 000 km d’altitude.

• Un satellite d’observation comme SPOT survole un site terrestre au cours d’orbites successives dans les mêmes conditions d’éclairage ; ses orbites héliosynchrones passent par les pôles à environ 820 km d’altitude.

• La vitesse minimale d’injection pour une trajectoire circulaire est de 7,75 km/s.

📌 Entre 7,75 et 11,2 km/s, la trajectoire est elliptique ; au-delà de 11,2 km/s, vitesse de libération, le satellite échappe à l’attraction terrestre et devient une sonde spatiale.

• Un turboréacteur comprime l’air puis l’éjecte à grande vitesse de façon contrôlée, produisant par réaction une force opposée au sens de l’éjection.

📌 Dans un turboréacteur à double flux, deux débits d’air traversent le réacteur, mais le flux secondaire ne traverse pas la chambre de combustion.

• Dans un turbopropulseur, l’air est aspiré par l’avant, comprimé dans le compresseur puis envoyé dans les chambres de combustion ; la turbine de sortie prélève ensuite la majeure partie de l’énergie des gaz pour entraîner l’hélice et le compresseur.

📌 Le turbomoteur est un turbopropulseur dont le réducteur entraîne une boîte de transmission commandant le rotor principal et le rotor anticouple d’un hélicoptère, plutôt qu’une hélice.

Compléments

• Le turboréacteur à double flux équipe la plupart des avions de ligne actuels.

• Le turbopropulseur est utilisé pour des avions dont la vitesse ne dépasse pas 800 km/h.

💡 Astuce mémo

Le flux secondaire du double flux contourne la chambre de combustion.

📖 12. Fonctionnement du statoréacteur

🔑 Notions clés & Définitions

• Statoréacteur : Système de propulsion suivant le cycle compression, combustion et détente, où l’éjection des gaz issus de la combustion d’un carburant, généralement le kérosène, produit la poussée.

★ À maîtriser

📌 Le statoréacteur ne peut pas fonctionner à faible vitesse, car une pression dynamique élevée nécessite une très grande vitesse.

• Au cours de la journée, la température minimale est atteinte une demi-heure après le lever du soleil et la maximale deux heures après le passage du soleil à la verticale du lieu.

• 🔄 La convection thermique suit cette succession :

  1. Le rayonnement solaire réchauffe la surface terrestre.
  2. La surface terrestre réchauffe l’air des basses couches par rayonnement.
  3. Une bulle d’air plus légère s’élève par convection.
  4. L’air soulevé est remplacé par de l’air plus froid, qui se réchauffe à son tour.
  5. Des courants convectifs ascendants et descendants s’établissent.

Compléments

• Dans un statoréacteur, l’absence de turbine à actionner permet aux gaz de se détendre directement dans la tuyère pour produire la poussée, sans garantir un rendement maximal.

• Le statoréacteur est aujourd’hui surtout utilisé pour propulser des missiles.

• L’amplitude annuelle de la température varie avec la latitude.

• Un cumulus se développe parfois au sommet d’une colonne d’air chaud.

💡 Astuce mémo

Compression → combustion → détente → éjection des gaz.

📖 13. Eau atmosphérique, nuages et précipitations

🔑 Notions clés & Définitions

• Humidité relative : Rapport entre la vapeur d’eau réelle et la quantité maximale de vapeur d’eau que l’air peut contenir à la température considérée.
• Saturation : État atteint lorsque l’humidité relative de l’air atteint 100 %.
• Point de rosée : Température à laquelle l’air doit être refroidi pour que son humidité relative atteigne 100 %.
• Humidité : La quantité de vapeur d’eau contenue dans l’air.
• Surfusion : État de gouttelettes d’eau qui restent liquides dans des conditions de température et de pression où l’eau devrait être solide.

★ À maîtriser

• À volume donné, l’air peut contenir d’autant plus de vapeur d’eau que sa température est élevée.

• Lorsque l’air est refroidi au-dessous du point de rosée, la condensation forme de fines gouttelettes autour de poussières en suspension ; le phénomène inverse est l’évaporation.

• Les nuages se forment lorsque l’air ascendant se refroidit, ce qui réduit la quantité maximale de vapeur d’eau qu’il peut contenir et augmente son humidité relative ; lorsque celle-ci atteint 100 %, la condensation apparaît autour de minuscules particules solides.

• La base des nuages de préfixe « cirro » se situe au-dessus de 6 km et ces nuages sont constitués de cristaux de glace.

• La base des nuages de préfixe « alto » se situe entre 2 et 6 km et ces nuages contiennent des cristaux de glace et des gouttelettes d’eau liquide.

• Dans la partie d’un nuage où la température est négative, des cristaux de glace et des gouttelettes d’eau surfondue coexistent ; par transfert de vapeur d’eau et par choc, ils grossissent puis précipitent sous l’effet de leur poids.

• Une précipitation peut commencer par des cristaux de glace ou par des gouttelettes d’eau qui grossissent ; un flocon de neige qui traverse une couche où la température dépasse 0 °C peut fondre et se transformer en goutte de pluie.

Compléments

• L’eau atmosphérique existe à l’état solide, liquide ou gazeux.

• L’eau refroidie au-dessous de 0 °C se solidifie, et le changement inverse est la fusion.

• Les changements d’état de l’eau s’accompagnent de transferts de chaleur : le passage de la glace à l’état gazeux absorbe de la chaleur, tandis que le changement inverse en libère.

• 🔄 Une traînée de condensation se forme ainsi :

  1. La vapeur d’eau émise par les moteurs se condense à très haute altitude.
  2. Les gouttes en suspension deviennent de petits cristaux de glace.
  3. Les cristaux forment une traînée blanche derrière l’avion.

💡 Astuce mémo

Air ascendant refroidi → saturation → condensation

📖 14. Visibilité, givrage et cumulonimbus

🔑 Notions clés & Définitions

• Brume : Suspension de microscopiques gouttelettes d’eau dans l’atmosphère qui réduit la visibilité entre 1 et 5 km.
• Brouillard : Suspension de petites gouttelettes d’eau ou de cristaux de glace dans l’atmosphère qui réduit la visibilité à moins de 1 km.
• Givrage : Formation, plus ou moins rapide, d’un dépôt de glace sur certaines parties de l’avion.
• Brume sèche : Constituée de particules solides, notamment de sable ou de poussières, en suspension dans un air non saturé d’humidité ; elle peut résulter de caractéristiques du paysage ou d’activités humaines, technologiques et économiques.
• Givre : Se forme très rapidement lorsque l’avion traverse une zone de pluie surfondue, notamment au niveau d’un front froid ; l’avion fournit aux gouttes l’énergie nécessaire pour qu’elles passent directement à l’état solide.
• Verglas : Congélation de pluie ou de bruine, surfondues ou non, sur une surface ou au contact d’un obstacle, en ou hors nuage ; ce dépôt transparent se forme rapidement et peut devenir épais sur toute la surface de l’avion.
• Gelée blanche : Condensation directe de l’état gazeux à l’état solide, sans lien avec la surfusion ; elle peut apparaître au sol après une nuit froide ou lorsqu’un avion traverse de l’air chaud après être sorti d’air froid.

★ À maîtriser

• Le givrage alourdit l’avion, modifie l’écoulement de l’air et les performances, peut bloquer les gouvernes et peut étouffer le moteur en cas de givrage du carburateur.

• Le cumulonimbus est le nuage le plus dangereux pour l’avion, y compris pour les gros avions de ligne.

• Dans un cumulonimbus, les rafales peuvent atteindre 30 à 40 kt et s’accompagner d’un risque de cisaillement ; la direction du vent peut changer brutalement.

• Dans un cumulonimbus, les vents verticaux peuvent avoisiner 90 km/h.

Compléments

• Le brouillard se forme principalement par refroidissement d’une masse d’air humide, qui atteint la saturation puis la condensation.

• Au sol, la prévention du givrage consiste à dégivrer l’avion avant le départ puis à appliquer un liquide de protection efficace pendant une courte durée.

• Les systèmes antigivrage cités comprennent :

  • le chauffage du pare-brise
  • le chauffage des pales d’hélice
  • le chauffage des tubes Pitot
  • le gonflage des boudins de bord d’attaque

• Un cumulonimbus peut provoquer des grains, c’est-à-dire des vents violents accompagnés d’averses intenses.

• Les averses de pluie d’un cumulonimbus peuvent être très violentes et réduire complètement la visibilité.

📖 15. Vents et phénomènes locaux

🔑 Notions clés & Définitions

• Effet de Foehn : Réchauffement et assèchement d’une masse d’air après son franchissement d’un relief : l’air humide soulevé se refroidit jusqu’à la saturation et produit des nuages et des précipitations, puis l’air descendant, déchargé de son humidité, se réchauffe.
• Jet-stream : Courant d’air très rapide, large de quelques centaines de kilomètres et épais de quelques kilomètres, situé à environ 10 km d’altitude, qui entoure le globe et souffle d’ouest en est.
• Brise : Vent local régulier qui s’établit près des lacs, de la mer, des montagnes et dans les vallées, sous l’effet des différences de température entre les masses d’air des basses couches de la troposphère, selon un cycle jour-nuit.

★ À maîtriser

• 🔄 La brise de mer se forme ainsi :

  1. Le jour, la terre se réchauffe plus vite que la mer.
  2. L’air au contact du sol s’élève.
  3. Une dépression se forme près du sol.
  4. La dépression attire l’air plus froid situé au-dessus de la mer.

• Le BIA comprend une initiation théorique et une initiation pratique en aéro-club, mais ne permet pas de piloter seul à bord et peut ouvrir droit à des bourses pour poursuivre une formation vers le BB ou le PPL.

• Le Brevet de Base, ou BB, permet de voler seul dans un rayon de 30 km autour d’un aérodrome et peut se préparer dès 15 ans ; il constitue généralement une étape vers le PPL.

• Le PPL permet de voler seul ou avec des passagers sans limitation de distance ; il faut avoir 17 ans, réussir les examens théoriques et totaliser au moins 45 heures de vol, dont 10 heures en solo, et il ne permet pas d’être rémunéré comme pilote.

• Le CPL permet le transport à but commercial et la rémunération du pilote ; l’examen pratique requiert 200 heures de vol et plusieurs habilitations, notamment le vol de nuit.

• L’ATPL est la licence de pilote de ligne de plus haut niveau et permet d’occuper le poste de commandant de bord dans le transport aérien public.

Compléments

• La nuit en région côtière, l’air au contact du sol se refroidit plus rapidement que l’air au contact de la mer, ce qui produit le phénomène inverse de la brise de mer : la brise de terre.

• De jour en région montagneuse, l’air au contact des versants ensoleillés se réchauffe et s’élève le long des pentes ; un vent remonte alors la vallée pour compenser l’air emprunté au fond de celle-ci.

• La nuit en région montagneuse, le phénomène de brise décrit pour le jour est inversé.

• La vitesse du vent à l’intérieur du jet-stream est d’environ 200 à 300 km/h.

• Les pilotes de ligne utilisent le jet-stream pour économiser du carburant.

📌 La pratique des disciplines aéronautiques exige un certificat médical d’aptitude délivré par un médecin agréé en aéronautique.

💡 Astuce mémo

Jour : mer vers terre ; nuit : terre vers mer

📖 16. Certification et équipements des aéronefs

★ À maîtriser

📌 Les ULM et les appareils de vol libre ne sont pas obligatoirement certifiés et peuvent être entretenus par leurs propriétaires, tandis que les avions, planeurs et hélicoptères doivent être homologués et leur entretien suivi selon les heures de vol et le carnet de l’appareil.

• La DGAC délivre le certificat de navigabilité ; hormis les machines de vol libre, les appareils doivent être immatriculés.

• Le vol de nuit exige une qualification spéciale et un équipement minimal en instruments et éclairage de bord ; l’avion doit porter un feu vert au bout de l’aile droite, un feu rouge au bout de l’aile gauche, un feu blanc à l’arrière et un feu à éclat.

• En survol maritime, chaque occupant doit disposer d’un gilet de sauvetage ; au-delà de 100 NM des côtes pour un monomoteur ou de 200 NM pour un multimoteur, il faut aussi emporter des canots de sauvetage pour tous les occupants, un équipement médical et de survie ainsi qu’une balise de détresse flottante et étanche.

• L’oxygène est requis au-dessus de 3 800 m (FL 125) pendant plus de 30 minutes ou au-dessus de 4 400 m (FL 145) quelle que soit la durée ; dans un appareil pressurisé, l’altitude cabine doit rester au plus à 2 500 m et un équipement individuel de secours est requis en cas de dépressurisation.

• Le carburant emporté doit couvrir la mise en route, le roulage, la montée, le vol, la descente et l’arrivée, en tenant compte du vent et des dernières conditions météorologiques ; si le vent est inconnu, il faut prévoir la quantité sans vent majorée de 10 %, plus 30 minutes de réserve de jour ou 45 minutes de nuit.

• En vol local, la réserve finale doit être de 10 minutes à vue du terrain et de 30 minutes de jour hors de vue du terrain ; un vol ne peut jamais se poursuivre avec moins de 15 minutes d’autonomie.

Compléments

• Les lettres françaises suivantes indiquent le type d’appareil :

  • F-AZ : aéronef de collection
  • F-B et F-G : avion et hélicoptère
  • F-C : planeur
  • F-W : prototype
  • F-Z : aéronef des douanes

• L’alphabet aéronautique international associe une dénomination à chaque lettre : Alpha, Bravo, Charlie, Delta, Echo, Foxtrot, Golf, Hotel, India, Juliett, Kilo, Lima, Mike, November, Oscar, Papa, Quebec, Roméo, Sierra, Tango, Uniform, Victor, Whisky, X-Ray, Yankee et Zulu.

• Le VFR de jour reste possible jusqu’à 30 minutes après le coucher du soleil.

• Le parachute est indispensable en voltige et dans les planeurs qui ne sont pas des motoplaneurs.

📖 17. Facteurs humains et accidents

🔑 Notions clés & Définitions

• Barotraumatisme : Le barotraumatisme est une lésion provoquée par une différence de pression entre une cavité corporelle et le milieu ambiant, lors de la montée ou de la descente de l’avion ; il peut entraîner une atteinte de l’oreille moyenne avec otite barotraumatique ou vertiges, des problèmes dentaires en cas de carie ou de plombage mal étanche, et des problèmes de sinus.

★ À maîtriser

📌 Un pilote ne doit pas prendre les commandes sous l’emprise de l’alcool, de narcotiques ou de stupéfiants susceptibles de compromettre ses facultés, et l’alcool est interdit dans les huit heures précédant le vol.

• La montée en altitude diminue la pression de l’air et la pression partielle d’oxygène respiré, ce qui réduit l’apport d’oxygène aux tissus et au cerveau ; l’hypoxie est surtout ressentie pendant la montée et ses effets augmentent avec l’altitude.

• Un sujet normal commence à ressentir les effets de l’hypoxie vers 10 000 ft, soit environ 3 000 m ; à 12 000 ft apparaissent maux de tête et fatigue, à 18 000 ft s’ajoutent somnolence, perturbations visuelles, troubles du comportement et perte de coordination, à 22 000 ft peuvent survenir palpitations, hyperventilation, collapsus et perte de connaissance, et à 25 000 ft convulsions, collapsus et perte de connaissance.

• Les effets des accélérations positives augmentent avec le facteur de charge : à +2 g, compression et lourdeur de la tête et des membres avec mobilité réduite ; à +3 g, hausse des fréquences cardiaque et respiratoire ; à +4 g, perte de la vision périphérique et voile gris ; à +5 g, perte de la vision centrale ou voile noir.

Compléments

📌 Un avion ne doit pas être piloté de façon négligente ou imprudente au risque de mettre en danger le pilote ou son environnement.

• Le taux d’alcoolémie indiqué pour les vols non commerciaux sur des aéronefs complexes est de 0,2 g.

📌 La fatigue ou le stress peuvent entraîner des erreurs de jugement ou une altération des réflexes, et le pilote ne doit pas voler dans ces états.

📌 Après une plongée sous-marine avec paliers de décompression à la remontée au-delà de 5 m, un repos de 24 heures est nécessaire avant de voler.

• À 25 000 ft, le temps de conscience utile est de 2 minutes.

📌 Toutes les accélérations sur les trois axes peuvent induire des illusions sensorielles, mais seules les accélérations radiales, correspondant au facteur de charge, risquent de provoquer des effets physiologiques importants.

💡 Astuce mémo

Altitude croissante → pression partielle d’oxygène décroissante → hypoxie

📖 18. Préparation et repérage en navigation

🔑 Notions clés & Définitions

• Latitude : Angle entre la position d’un point et l’équateur ; elle indique sa position au nord ou au sud de l’équateur et varie de 0° à 90°.
• Longitude : Angle entre le méridien d’un point et le méridien de référence de Greenwich ; elle indique une position à l’est ou à l’ouest de Greenwich et varie de 0° à 180°.

★ À maîtriser

• La préparation utilise : les cartes aéronautiques, la documentation des terrains de départ, d’arrivée et de déroutement, les NOTAM, les prévisions météorologiques, la documentation de l’avion pour calculer les performances et la consommation de carburant

• Le dépôt d’un plan de vol est requis pour : un vol IFR, un vol VFR de nuit en voyage, un vol VFR franchissant une frontière, un survol maritime au sens réglementaire, un survol de zones inhospitalières, un vol traversant des régions ou zones désignées par le ministère

📌 L’heure UTC correspond à midi lorsque le Soleil passe au méridien de Greenwich, l’heure locale à midi lorsque le Soleil passe au méridien du lieu, l’heure locale légale est fixée par le gouvernement de chaque pays et l’heure de fuseau est constante dans un fuseau de 15° de longitude parmi les 24 fuseaux terrestres.

📌 La projection de Mercator est conforme et conserve les angles, mais son échelle se dilate vers les pôles et déforme les continents ; la projection Lambert restitue plus fidèlement les proportions des continents, mais son échelle se dilate en s’éloignant du parallèle de tangence.

• L’espace supérieur commence au-dessus du FL 195 et l’espace inférieur s’étend sous le FL 195 ; le FL 195 correspond à 19 500 ft sur un altimètre calé à 1013 hPa.

• L’espace supérieur est réservé au vol IFR et classé C sur tout le territoire ; l’espace inférieur comprend des espaces contrôlés, non contrôlés ou à statut particulier.

📌 En France, les classes d’espace aérien existantes sont A, C, D, E et G ; la classe A interdit le VFR, les classes C, D et E imposent au VFR une visibilité minimale de 8 km et une distance aux nuages de 1,5 km horizontalement et 300 m verticalement, tandis que la classe G est non contrôlée et exige une visibilité minimale de 1,5 km.

• Le service du contrôle empêche les abordages en vol et les collisions au sol et règle la circulation aérienne ; le service d’information de vol fournit les avis et renseignements utiles à l’exécution des vols ; le service d’alerte déclenche et coordonne les secours lorsqu’un aéronef a besoin d’assistance.

Compléments

• La Terre tourne sur elle-même d’ouest en est de 15° par heure, et 1° correspond à 4 minutes.

• L’équateur et les méridiens sont des grands cercles, car leur plan contient le centre de la Terre ; les autres parallèles sont des petits cercles.

• La projection de Mercator convient à la navigation entre l’équateur et environ 60° de latitude nord ou sud, tandis que la projection Lambert est utilisée à des latitudes élevées, sauf près des pôles.

• Un mille nautique vaut 1,85 km et un pied vaut 0,30 m ; pour convertir des mètres en pieds, on multiplie par 10/3, et pour convertir des pieds en mètres, on multiplie par 3/10.

• La carte OACI est à l’échelle 1/500 000, soit 1 cm pour 5 km, et quatre cartes couvrent la France ; la carte SIA est à l’échelle 1/1 000 000, soit 1 cm pour 10 km, et deux cartes couvrent la France.

• La carte SIA représente les zones et itinéraires aéronautiques, les aérodromes et aéroports, les principales routes et voies ferrées, ainsi que la terre avec peu de détails sur le relief, les cours d’eau et les forêts ; elle sert à une première approche de la navigation et au suivi des zones en vol, mais n’est pas la carte principale de navigation à vue.

📖 19. Préparation du vol et aérodrome

🔑 Notions clés & Définitions

• Carte VAC : Carte présentant l’ensemble des informations sur un aérodrome et servant à préparer les procédures de départ et d’arrivée.
• Aérodrome contrôlé : Aérodrome où le service du contrôle de la circulation aérienne est assuré et où la circulation au sol et en vol est soumise à l’autorisation d’un contrôleur.

★ À maîtriser

• Le numéro d’une piste correspond à son orientation magnétique exprimée en dizaines de degrés et arrondie à la dizaine la plus proche ; une orientation magnétique de 052° donne ainsi la piste 05.

Compléments

• Un aérodrome peut comporter les installations suivantes :

  • des pistes
  • des taxiways
  • une tour de contrôle
  • des parkings
  • des hangars
  • des terminaux
  • des installations de maintenance
  • une aire à signaux

• Sur un aérodrome non contrôlé, l’aire à signaux est un grand carré portant des indications destinées aux appareils en vol, et la manche à air voisine aide à déterminer la piste en service, les décollages et atterrissages se faisant face au vent.

📖 20. Navigation et calcul du trajet

🔑 Notions clés & Définitions

• Déclinaison magnétique : Angle entre le nord vrai et le nord magnétique ; elle est positive vers l’est et négative vers l’ouest.
• VOR : Moyen de radionavigation magnétique dont la station au sol émet dans toutes les directions et matérialise 360° autour d’elle, selon une rose orientée au nord magnétique.
• QDM et QDR : Le QDM est le relèvement magnétique de la station par l’aéronef, ou la route magnétique à suivre pour la rejoindre, tandis que le QDR est le relèvement magnétique de l’aéronef mesuré depuis la station.
• ADF : Moyen de radionavigation dont la balise au sol émet un signal et dont l’aiguille du radiocompas indique à bord la direction de la balise, appelée gisement.
• GPS : Utilise les signaux de plusieurs satellites pour fournir à bord de l’avion sa position en latitude, longitude et altitude.

★ À maîtriser

• Pour préparer une navigation VFR, le pilote utilise une carte à l’échelle 1/500 000e qui représente les informations nécessaires au vol VFR.

📌 Le cap est l’angle entre le nord et l’axe de l’avion, la route est l’angle entre le nord et sa trajectoire au sol, et la dérive est l’angle entre le cap et la route.

• Pour mesurer une distance sur une carte aéronautique, on la reporte le long d’un méridien, où 1° correspond à 60 NM.

• L’estime consiste à suivre un cap pendant un temps donné pour aller d’un point à un autre, en utilisant le cap et la montre, puis à contrôler et corriger la navigation grâce à des repères intermédiaires et à l’estimation du vent.

Compléments

• Les directions sont comptées dans le sens horaire depuis le nord vrai ou magnétique, entre 0° et 360°, et s’écrivent toujours avec trois chiffres, comme le cap vrai 005°.

• Le tracé d’une route fait apparaître la route à suivre, le cap magnétique calculé à partir de la déclinaison magnétique, l’altitude prévue et une altitude de sécurité ; on y ajoute le temps sans vent entre les points et des repères temporels de contrôle.

• Le pilote suit des lignes naturelles caractéristiques du relief, notamment :

  • les cours d’eau
  • les voies ferrées
  • les routes

📐 Formule - Le relèvement magnétique est égal au cap magnétique plus le gisement : $Relèvement\ magnétique = Cap\ magnétique + gisement$.

💡 Astuce mémo

Le cap suit l’axe de l’avion ; la route suit sa trajectoire au sol.

📖 21. Règles et sécurité aériennes

★ À maîtriser

• Le pilote en VFR est responsable de l’anti-abordage et de l’anti-collision selon le principe « voir et éviter ».

• Pour prévenir les collisions, un aéronef en vol a priorité sur un aéronef au sol, le dépassement se fait par la droite et, lors d’un rapprochement de face, chaque appareil vire à droite.

• Lorsque deux aéronefs se préparent à atterrir, celui qui est le plus bas est prioritaire ; en approche finale, un aéronef ne franchit pas le seuil tant que l’aéronef précédent n’a pas franchi l’extrémité de piste ou amorcé un virage.

• Le radar primaire détecte un avion et sa position grâce à l’écho des impulsions radioélectriques, sans dispositif particulier à bord, tandis que le radar secondaire interroge le transpondeur pour identifier l’aéronef et obtenir notamment son altitude.

Compléments

• Le tour de piste est le premier vol réalisé par un jeune pilote ; son sens, à droite ou à gauche, dépend du terrain et il s’effectue à 1 000 ft/sol selon la carte VAC.

• Les signaux lumineux indiquent les actions suivantes :

  • En vol, fusée rouge : interdiction d’atterrir.
  • En vol, feu vert continu : autorisation d’atterrir.
  • En vol, feu rouge continu : cédez le passage à un autre aéronef.
  • En vol, éclats verts : revenez pour atterrir.
  • En vol, éclats blancs : atterrissez et dégagez la piste.
  • En vol, éclats rouges : aérodrome dangereux, n’atterrissez pas.
  • Au sol, feu vert continu : autorisation de décoller ; feu rouge continu : arrêtez-vous.
  • Au sol, éclats verts : autorisation de circuler ; éclats blancs : rentrez au parking ; éclats rouges : dégagez la piste.

• Un nœud (kt) équivaut à 1 NM par heure, soit 1,85 km/h.

📌 La vitesse propre est la vitesse de l’avion par rapport à la masse d’air, tandis que la vitesse sol est sa vitesse par rapport au sol.

📐 Formule - La vitesse sol est égale à la vitesse propre, diminuée par un vent de face ou augmentée par un vent arrière : $Vitesse\ sol = Vitesse\ propre \pm Vent$.

📐 Formule - La route est égale au cap augmenté de la dérive : $Route = Cap + Dérive$.

• Le radar secondaire sert principalement au contrôle en route et a une portée de 250 NM ; les codes transpondeur de difficulté sont 7500 pour un détournement, 7600 pour une panne radio et 7700 pour une détresse.

📖 22. Des mythes aux premiers ballons

★ À maîtriser

• L’inconvénient principal du ballon est l’absence de pilotage : il est entraîné par le vent et se déplace à la même vitesse et dans la même direction que lui.

Compléments

• Dans la légende de Dédale et d’Icare, Dédale fabrique des ailes de cire et de plumes pour s’échapper du labyrinthe, mais Icare meurt après avoir volé trop haut, la chaleur faisant fondre la cire.

• Dans les années 1500, Léonard de Vinci conçoit et dessine des machines proches de l’avion, de l’hélicoptère et du parachute, ainsi qu’une hélice, sans tenter de les réaliser.

📌 Au XVIIIe siècle, les partisans du plus léger que l’air défendent l’ascension par ballon, tandis que les partisans du plus lourd que l’air cherchent à voler comme les oiseaux ; ces derniers manquent encore du moteur nécessaire.

• Au XIXe siècle, le baron anglais Cayley conçoit un dirigeable propulsé par des moteurs à vapeur et muni d’un gouvernail de direction, mais l’absence d’un moteur plus léger et puissant freine son évolution.

💡 Astuce mémo

L’air chaud permet l’ascension ; le vent emporte le ballon sans le diriger.

📖 23. Aviation militaire de 1945 à 1986

🔑 Notions clés & Définitions

• Mur du son : Le « mur du son » désigne le passage de Mach 1, correspondant approximativement à 1 225 km/h dans l’air à 15 °C.

★ À maîtriser

• En 1952, Roger Carpentier devient le premier pilote français à passer le mur du son en piqué, sur un Mystère II.

• En 1953, le Super Sabre F-100 de North Américan devient le premier avion militaire de série à passer le mur du son en palier.

• En 1961, le Mirage III de Dassault devient le premier avion de combat français capable de passer Mach 2.

Compléments

• Après la Seconde Guerre mondiale, les avions à réaction militaires volent à 900 Km/h, mais les pilotes rapportent que l’avion devient instable et que les commandes ne répondent plus lorsqu’ils atteignent cette vitesse.

• En 1949, l’avion à tuyère thermopropulsive de René Leduc effectue le premier vol d’un avion propulsé uniquement par un statoréacteur ; le SR 71 sera, lui, équipé de turboréacteurs Pratt & Whitney J58 à postcombustion.

• En 1978, Dassault effectue le premier vol du Mirage 2000.

• En 1986 a lieu le premier vol du Rafale.

📖 24. Des avions à hélice aux réacteurs

★ À maîtriser

• En 1954, le Super Constellation permet aux avions à hélice d’emporter plus de passagers et de carburant, rendant possibles les vols transatlantiques sans escale.

• En 1954, Boeing sort le B 707, qui révolutionne le transport aérien et est construit en 9000 exemplaires.

• En 1955, la France réalise la Caravelle, son premier avion de ligne à réaction, dont les deux réacteurs sont placés à l’arrière de l’appareil.

Compléments

• En 1939, Lockheed commence le développement du Constellation sous l’impulsion de Howard Hughes, patron de la TWA.

• En 1945, la TWA reçoit son premier Constellation, qui effectue son premier vol de Washington DC à Paris avec une escale en Irlande faute d’autonomie.

• Les avions à hélice, notamment le Breguet deux ponts et le B 377 Stratocruser, deviennent trop coûteux et pas assez rapides pour les passagers.

• Le quadriréacteur britannique De Havilland DH-106 Comet connaît une série d’accidents liée à une cellule mal conçue.

• Le B 707 établit une forme reprise par presque tous les avions de transport de passagers depuis lors : ailes en flèche et réacteurs séparés placés sous la voilure.

• La Caravelle est produite en 280 exemplaires et exploitée par Air Inter jusqu’en 1991.

• En 1963, Dassault développe l’avion d’affaires Mystère 20, ensuite nommé Falcon 20, en reprenant notamment l’idée des moteurs arrière de la Caravelle.

💡 Astuce mémo

L’hélice gagne en autonomie avec le Super Constellation, mais le réacteur répond au besoin de vitesse.

📖 25. Supersoniques et gros porteurs

★ À maîtriser

• En 1968, le Tupolev 144 réalise le premier vol d’un avion supersonique de transport de passagers.

• En 1969, le Concorde effectue son premier vol d’essai à Toulouse-Blagnac avec André Turcat aux commandes.

• En 1976, les vols commerciaux du Concorde débutent et ils se terminent en 2003.

• En 1969, le Boeing 747 effectue son premier vol, puis ses premiers exemplaires sont livrés à Air France un an plus tard pour la ligne Paris–New York.

Compléments

• En 1973, un accident retarde la mise en service du Tupolev 144.

• En 1978, un autre accident limite l’utilisation des Tupolev 144 produits au transport de fret et de passagers dans l’espace soviétique.

• Le Concorde reste le seul avion supersonique à avoir connu 27 ans d’exploitation commerciale.

• Le coût du carburant et de l’entretien, ainsi que l’accident de 2000, mettent fin à l’exploitation du Concorde.

💡 Astuce mémo

Tupolev 144, Concorde, puis arrêt de l’exploitation supersonique.

📖 26. Airbus et nouvelles propulsions

★ À maîtriser

• Airbus-Industries est un consortium regroupant les pays suivants :

  • la France
  • l’Allemagne
  • le Royaume-Uni
  • l’Espagne
  • l’Italie

• En 1972, le premier vol de l’A300 lance l’histoire d’Airbus.

Compléments

• En 1987, Airbus lance l’A320, premier avion à commandes de vol électriques.

• En 1991, Airbus crée l’A340, quadriréacteur.

• En 2005, Airbus crée l’A380, très gros porteur.

• En 2013, l’A350 effectue son premier vol ; il est réalisé en grande partie en matériaux composites à fibres de carbone.

• La propulsion électrique et solaire se développe et renouvelle les défis anciens, notamment le tour de la Terre avec Solar Impulse II.

📊 Tableaux de synthèse

Composantes de la traînée

Projections cartographiques