Faire de la science en avion (1/2)


Comment l’avion vole-t-il, et où donc est passé le numéro 13 ? L’avion est-il un moyen de transport sûr ? Illustration : A380

Date de publication : 21/06/16


Chance pas de chance


Dans les avions de certaines compagnies il n’y a pas de rangée numérotée 13

Parcourez les allées d’un avion, il est possible qu’il manque la rangée n°13. Nous ne nous attarderons pas sur cette superstition, et si vous n’avez pas peur de l’avion, vous connaissez sûrement des personnes qui sont effrayées à l’idée de taquiner Icare.

Pourtant l’avion est le moyen de transport le plus sûr et cette tendance se confirme. Alors que le nombre de passagers augmente chaque année de manière exponentielle, les accidents sont de plus en plus rares. Durant la décennie 1970, on comptait environ 90 crashs aériens et 2100 décédés par an pour 440 millions de passagers, alors que durant la décennie 2000 on comptait environ 60 crashs et 1200 décédés par an pour 2 milliards de passagers.

On peut évaluer la sureté de différentes manières : par voyage, par heure, ou par kilomètres parcourus. En effet, on prend plus souvent son vélo que l’avion, mais c’est avec ce dernier qu’on peut faire de très longs trajets. La comparaison entre les moyens de transports peut être délicate, le nombre voyages, les heures de transports et le nombre de kilomètres parcourus varient énormément. De plus, le nombre de morts en voiture à l’échelle locale pour 2 pays peut être très variable, et pour l’avion le nombre de décès d’une année à l’autre peut être aussi très variable à cause de la faible incidence des accidents. Ajouter à cela que dans le cas de la voiture, le petit nombre de décès (et de blessés) est journalier et moins médiatisé, alors que les accidents d’avions sont rares mais aboutissent à un nombre de décès très important1. Il faut ainsi comparer les moyens de transport sur de longues périodes et de la manière la plus globale possible.


Evolution des nombres de passagers et de décédés par an (tous vols confondus, civils, commerciaux et militaires hors guerre)

D’après une étude britannique réalisée pour la décennie 1990-20001, l’avion est le moyen de transport le plus sûr au nombre de kilomètres parcourus en Grande Bretagne. On compte 0,002 morts pour 100 millions de kilomètres. C’est plus de 10 fois moins que le bus (0,03 morts pour 100 millions de kilomètres) ou le bateau (0,03). A l’inverse, la moto est le moyen de transport le plus dangereux (13), avec la marche (4,5) ou la voiture (0,3). On peut aussi considérer le nombre de décès pour 100 millions d’heures passées dans le moyen de transport. Là encore l’avion est en tête, faisant jeu égal avec le bus et le bateau. Ces trois moyens de transport comptent respectivement 0,9, 0,7 et 0,8 morts pour 100 millions d’heures de transport, contre 2,5 pour le train, 20 pour les marcheurs, 39 pour les vélos, 517 pour les motos.


L’avion est l’un des moyens de transport les plus sûrs du monde, 10 fois plus que la voiture, et près de 500 fois plus que la moto.

Le nombre d’accidents en avion a baissé depuis plusieurs décennies, et les causes sont sensiblement toujours les mêmes : des erreurs de pilotage associées à des problèmes météo et mécaniques. Les actes de malveillance et de terrorisme sont stables, mais il existe aussi d’autres tueurs. Les oiseaux. On dénombre ainsi 10 accidents d’avions de ligne et 164 décès entre 1912 et 2002 causés par les volatiles. Le plus méchant des oiseaux est la mouette2. Enfin, si vous survivez aux terroristes et aux problèmes mécaniques et que ces émotions vous font tressaillir le cœur, pas de problème. Vous avez entre 40 et 70% de chance trouver un médecin à bord ou quelqu’un ayant des connaissances avancées dans le domaine médical3,4. Partez tranquille.

Connaissez-vous Daniel ?

Les ailes en forme de goute

D’après le théorème du savant suisse Daniel Bernoulli, les différentes énergies et forces que peut rassembler un fluide tel que l’eau ou l’air répondent à certaines règles. Les énergies mécaniques et la pression du fluide sont liées. Quand l’un augmente, les autres diminuent.


Tout est lié !

Olalala, mais les énergies et tout c’est de la physique, et moi j’y comprends rien ! En fait il n’y a rien de compliqué. Un fluide a une énergie totale qui se répartit entre sa vitesse, sa hauteur (ça ce sont les énergies mécaniques) et sa pression. Cette somme d’énergie reste constante dans certaines conditions. Concrètement, si un fluide voit sa vitesse augmenter, sa pression diminue, et inversement. Pour vous ce n’est rien mais pour un avion ça compte énormément. Cela compte car l’avion a des ailes en forme de goutte coupée : le haut de l’aile est bombé, le bas de l’aile est plat. Quand l’aile fend l’air qui est devant elle, l’air passe en haut et en bas de l’aile. Hors, le chemin que parcourt l’air est plus long en haut qu’en bas (à cause de la forme de l’aile). A cause de ce chemin plus long, l’air qui passe en haut doit aller plus vite que l’air qui passe par en bas.

Quoi, comment, l’air peut se déplacer à une vitesse différente entre le bas et le haut de l’aile ? Ben oui ! C’est exactement ce qu’il se passe quand on fait tourner un objet accroché à une ficelle. Au bout de la ficelle, l’objet va très vite car il parcourt une grande distance. Au niveau de la main, la ficelle parcourt une distance plus petite, et donc va moins vite.

D’après la théorie de Bernoulli, si l’air en haut de l’aile va plus vite, sa pression diminue. L’aile est alors aspirée vers le haut, l’avion avec. C’est la portance.

Cela parait incroyable que la vitesse de l’air ou d’un fluide puisse mettre en dépression. Pourtant cela arrive quand vous prenez une douche avec rideau. En actionnant l’eau, la vitesse de l’eau crée une dépression dans la douche, et le rideau est aspiré à l’intérieur. Il en est de même si vous soufflez entre 2 feuilles que vous tenez parallèlement en face de votre bouche, les deux feuilles s’attirent (voir partie expérience).

Notez cependant que le principe de Bernoulli n’explique pas tout. D’autres théories sont émises quant à l’origine de la portance. Le débat ne semble pas clos. Voir lien


Les sondes de Pitot

Avant de rentrer dans l’avion, examinez la carlingue à l’avant au niveau du poste de pilotage. Vous y verrez des petits tubes sortir, tels des antennes. Ce ne sont pas des antennes, mais, entre-autre, des sondes de Pitot, du nom de leur inventeur français.

 

Les sondes de Pitot sont basées sur le théorème de Bernoulli. Le tube de Pitot est creux. Attaché à l’avion, il fend l’air. L’air passe autour du tube et dans le tube, où il reste bloqué et va en quelque sorte pousser le dispositif, produisant une pression. En mesurant la différence de pression de l’air entre l’intérieur et l’extérieur du tube, on peut déduire la vitesse de l’avion5,6.

Conclusion(s)

  • L’avion vole car il est aspiré vers le haut
  • On mesure la vitesse de l’avion grâce à pression qui est produite dans un petit tube à l’avant de l’avion
  • L’avion est le moyen de transport le plus sûr, surtout si vous devez faire beaucoup de kilomètres


Phosphoré par : Gontier Adrien, Jaeger Catherine

Mots clefs : avion, pression, accidents, voler

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Références ▼

[1] Evans, A. W. Accidental fatalities in transport. Journal of the Royal Statistical Society: Series A (Statistics in Society) 166, 253-260 (2003).

[2] Thorpe, J. Fatalities and destroyed civil aircraft due to bird strikes, 1912-2002.

[3] Katzer, R. J., Duong, D., Weber, M., Memmer, A. & Buchanan, I. Management of In-Flight Medical Emergencies: Are Senior Medical Students Prepared to Respond to this Community Need? Western Journal of Emergency Medicine 15, 925-929 (2014). http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4251256/

[4] Jagoda, A. & Pietrzak, M. Medical emergencies in commercial air travel. Emergency medicine clinics of North America 15, 251-260 (1997).

[5] Morrison. Analysis of a Pitot Tube sur (2010) www.youtube.com/watch?v=Af5RcQ18v_4

[6] Tom, B. Beginner’s Guide to Aeronautics, sur www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/VirtualAero/BottleRocket/airplane/pitot.html



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