Comment vole un parapente : portance, traînée et finesse

C'est une question que beaucoup de pilotes se posent un jour, souvent à la fin d'un beau vol. Mais qu'est-ce qui me tient là-haut ? Une aile en tissu, quelques dizaines de caissons gonflés d'air et des suspentes plus fines qu'un lacet. Et pourtant on glisse pendant des heures. Pour répondre, il faut un peu de mécanique de vol. On s'en tient ici à l'essentiel, en laissant de côté une explication fausse qui a longtemps été enseignée.

L'air pousse, on décompose

Quand un parapente avance, l'air appuie et frotte sur toute sa surface. Additionnées, toutes ces actions donnent une seule force appelée résultante des forces aérodynamiques, la RFA. Son point d'application s'appelle le centre de poussée. Une seule flèche est difficile à analyser, alors les physiciens la découpent en deux. Ils prennent pour repère le vent relatif, c'est-à-dire le vent que « voit » l'aile en avançant. La partie perpendiculaire à ce vent s'appelle la portance. La partie parallèle s'appelle la traînée.

La portance n'est pas forcément verticale. Elle ne l'est que si le vent relatif est horizontal, comme pour un paramoteur en palier. En vol libre, la voile descend doucement dans la masse d'air. Le vent relatif arrive donc un peu d'en dessous et la portance est légèrement inclinée. L'angle entre la résultante et la portance est justement l'angle de plané, dont on reparle plus bas.

L'explication qu'on vous a peut-être donnée... et qui est fausse

Selon une explication classique, l'air qui passe au-dessus de l'aile aurait un chemin plus long à parcourir que celui qui passe dessous. Il devrait donc aller plus vite pour « rattraper » l'autre au bord de fuite. L'idée est séduisante mais elle est fausse. En réalité l'air du dessus arrive en avance sur celui du dessous, et les deux ne se retrouvent jamais au bord de fuite. Un calcul fondé sur cette hypothèse donne d'ailleurs une portance bien plus faible que celle que l'on mesure.

Ce qui est vrai, c'est que l'air accélère sur l'extrados et que la pression y est plus faible. Mais l'accélération n'a pas pour origine ce prétendu rattrapage. Cette demi-vérité entraîne des confusions entre pression statique, pression dynamique et pression atmosphérique, c'est pourquoi les instructeurs préfèrent souvent une autre image.

Une meilleure image, l'air envoyé vers le bas

Le profil de l'aile dévie l'air vers le bas. En retour, l'air pousse l'aile vers le haut. C'est la troisième loi de Newton, l'action et la réaction. C'est la même chose que lorsque vous tendez la main par la fenêtre d'une voiture. À plat, elle fend l'air sans être soulevée. Légèrement inclinée, elle monte. Même une simple plaque inclinée peut porter. Elle porte mal, mais elle porte.

Cette idée explique aussi bien d'autres situations. Au décollage, la vitesse est faible et l'aile dévie peu d'air. La portance est limitée, c'est pour cela qu'il faut courir. Quand vous freinez, vous courbez davantage le bord de fuite et vous déviez plus d'air. La portance augmente, mais la traînée aussi.

Les tourbillons de bout d'aile

Une aile a une envergure limitée. À ses extrémités, l'air passe du dessous vers le dessus de l'aile et forme des tourbillons. Ce phénomène coûte de l'énergie, c'est la traînée induite. Elle est inévitable dès que l'on produit de la portance. Les concepteurs la réduisent en jouant sur l'allongement, la voûte et la forme des bouts d'aile. Ils travaillent aussi la répartition de la portance sur l'envergure, idéalement proche d'une courbe en ellipse.

Ces tourbillons créent aussi le sillage. Derrière un aéronef, l'air a été poussé vers le bas et on le traverse comme une cascade. Les pilotes parlent de « passer dans la traînée » d'un biplace. L'expression est trompeuse, car il s'agit d'un effet de sillage et pas de traînée au sens strict. Ce sillage peut durer longtemps en air stable, par exemple au bord de la mer ou derrière un hélicoptère ou un aéronef lourd. Mieux vaut donc garder de bonnes distances de sécurité.

La suite logique est L'équation de sustentation, qui explique pourquoi une voile chargée vole plus vite.