Zoom in the Lab

04 - La chasse aux tourbillons

Les tourbillons qui se forment dans le sillage des avions sont dangereux pour les appareils qui se suivent. Pour atténuer ces remous, l'injection de petits tourbillons supplémentaires semble prometteuse.

 

 

C'est en déplaçant l'air qu'un avion vole! Pour équilibrer son poids, il propulse en effet de grandes quantités d'air vers le bas. Ce mouvement de descente résulte de l'organisation en deux tourbillons de l'air qui contourne les deux extrémités de l'aile. Ainsi, un Airbus A340 de 190 tonnes brasse 400 tonnes d'air par seconde à l'atterrissage ! Deux tourbillons parallèles se forment, dont on observe par exemple la trace dans le sillage des avions en haute altitude. Or, ces tourbillons s'avèrent parfois très dangereux. En atmosphère calme, ils peuvent subsister très longtemps et perturber les avions qui suivent, occasionnant même quelques accidents. C'est pourquoi les règles internationales de navigation aérienne imposent des distances minimum entre deux avions, selon leur taille (un avion très massif produit des tourbillons plus grands).

Pour diminuer les risques et optimiser le trafic aéroportuaire, il serait intéressant de savoir détecter ces tourbillons, ou mieux encore, de réduire leur intensité. La détection se fait à l'aide de lasers : un faisceau lumineux est envoyé et dans sa réflexion sont mesurées la vitesse des particules en suspension (aérosols). Et comme les tourbillons sont de l'air en mouvement, l'analyse de la vitesse de l'air renseigne sur leur présence. " Ces systèmes sont d'ores et déjà opérationnels, mais nous cherchons à les perfectionner, afin de détecter non seulement la présence de tourbillons, mais aussi leur intensité ", précise Laurent Jacquin, directeur du Département d'aérodynamique fondamentale et expérimentale à l'Onéra.

Leur atténuation est bien plus compliquée. Il faut tout d'abord comprendre comment ils se forment, comment ils évoluent et pourquoi ils sont si persistants en l'absence de fortes perturbations. L'influence de la forme des ailes doit être également quantifiée. Pour cela, l'Onéra mène des travaux théoriques, des expériences en soufflerie ainsi que des simulations numériques sur ces sujets. " En présence de perturbations turbulentes atmosphériques, les deux tourbillons parallèles interagissent l'un avec l'autre, et finissent par se détruire. Ce phénomène est connu sous le nom d'instabilité de Crow. Nous voulons pouvoir le déclencher à partir de l'avion lui même sans compter sur l'humeur de l'atmosphère. Les analyses théoriques montrent qu'en rajoutant des tourbillons suffisamment persistants entre les deux tourbillons dominants, on peut provoquer des instabilités perturbant ces derniers ", explique Laurent Jacquin. L'Onéra conduit actuellement des essais à grande échelle, dans le cadre de projets européens, afin de tester ces scénarios suggérés par la théorie.

Visualisation des tourbillons par le rotationnel