AVIONS: DÉFINITION

Les avions, dont le nom est issu du latin et signifie oiseau, sont des aéronefs plus lourds que l’air qui sont capables de se maintenir dans l’atmosphère grâce à l’effet de sustentation.

C’est en 1890 que Clément Ader, considéré comme le père de l’aviation, dépose le brevet de son « appareil ailé » apte à la navigation aérienne dit « avion ».

Le mot avion, destiné dans un premier temps à qualifier les appareils militaires, remplace vite le mot « aéroplane », qui était le terme utilisé au départ pour désigner les autres types d’appareils.

AVIONS: LES MATÉRIAUX UTILISÉS

La conception de la cellule des avions doit tenir compte de la nécessité de résister aux différentes pressions qui s’exercent sur ces derniers pendant toute leur durée de vie (près de 40 000 heures de vol), tout en étant la plus légère possible, le tout à moindre coût. Les formes et le calcul des pièces qui constituent la structure des avions sont définis par le C.F.A.O (Conception et Fabrication Assistés par Ordinateur). La structure de la voilure est composée d’un caisson central sur lequel sont fixées des parties mobiles : volets, ailerons, becs et trains d’atterrissage. Généralement, ce caisson se compose de deux ou trois longerons qui s’étendent sur toute la longueur de l’aile. Ces longerons, qui sont réalisés d’un seul tenant, sont reliés entre eux par des nervures qui maintiennent le revêtement extérieur, constitué de panneaux métalliques ou de matériaux composites. Les longerons, les nervures et les revêtements forment une poutre en caisson suffisamment résistante pour supporter l’effort de cisaillement et les moments de flexion ou de torsion causés par les charges. Mais une rigidité trop importante doit être évitée, elle apporterait en effet un poids de structure trop élevé qui pourrait conduire à la déformation de l’aile de l’avion. Sur les avions pressurisés, la forme du fuselage, la section la plus légère et la plus résistante à la pression interne, est généralement cylindrique à section circulaire.Pendant longtemps, la structure des avions était en adéquation avec le principe dit de « fail safe » qui prévoyait la résistance de l’ensemble de la structure en cas de détérioration de l’un de ses éléments.

Pourtant, cette solution, outre le fait qu’elle alourdit la structure globale des avions, s’est avérée insuffisante en cas d’accumulation de défaillances. C’est pour cette raison qu’un nouveau concept a été mis au point, tendant à remplacer le précédent : « fail soft ». Le but de ce dernier est de suivre le vieillissement de la cellule grâce à des capteurs, témoins de rupture et méthodes d’inspections, et d’y remédier dès que nécessaire. On choisit les matériaux utilisés pour la construction d’avions selon leur capacité à allier résistance et légèreté. Dès les années 1940, le bois et la toile commencent à être remplacés par les alliages d’aluminium. Ces derniers possèdent en effet de nombreux atouts : ils sont légers, faciles à usiner, ils résistent à la corrosion et leur prix est compétitif. Dans les années 1970, c’est au tour des matériaux composites de faire leur apparition, ces derniers occupant dès lors une partie toujours plus importante de la masse globale de la cellule : de 20 à 25% et jusqu’à 100% sur certains avions légers. Les aciers, qui représentent de 10 à 20% de la masse totale, sont en grande partie concentrés dans les trains d’atterrissage. D’autres matériaux sont utilisés (caoutchouc, verre et plastiques), à hauteur de 10% de la masse totale.

AVIONS: COMPOSITION DES AVIONS

Les avions sont composés des principaux éléments suivants : cellule, groupe propulseur, commandes de vol et instruments. La cellule se décompose en plusieurs fragments : le fuselage, la voilure, l’empennage et le train d’atterrissage. Sur les premiers avions, le fuselage ne servait qu’à faire la liaison entre le moteur, la voilure et les empennages. De nos jours, même si c’est parfois encore le cas sur les avions légers, le fuselage sert également à loger l’équipage, les passagers ou le fret. Le fuselage est en général de forme tubulaire, et ce quelle que soit la forme des avions. Il se compose d’un ensemble de parties circulaire, les couples, qui sont reliés par des parties longitudinales : les longerons et les lisses.

L’aile, que l’on désigne également comme la « voilure principale », est l’élément qui subit le plus de variations en fonction des performances des avions. Les principaux éléments qui la composent sont restés peu ou prou les mêmes depuis les débuts de l’aviation : des nervures qui définissent le profil sont reliées entre elles par des longerons et des raidisseurs longitudinaux. Pourtant, malgré cette apparente similarité, l’augmentation de la vitesse et des impératifs qui y sont liés a eu pour conséquence l’amincissement de l’aile, mais également la recherche d’un maximum de cohésion entre ses différents éléments, soumis à d’importantes contraintes. Récemment, une nouvelle solution a été mise au point : la structure intégrale. Cette dernière consiste à usiner les longerons et le revêtement inférieur dans une même pièce massive par fraisage. On l’utilise notamment pour la construction des avions supersoniques, dont les ailes doivent être le plus mince possible. L’aile a une autre fonction sur la majorité des avions : elle sert à loger les réservoirs de carburant. La position de l’aile n’est pas fixe et peut varier de médiane, à haute ou basse. Les positions extrêmes permettant d’assurer sa continuité à travers le fuselage, elles sont souvent choisies en cas de contraintes élevées. La structure des empennages, qu’ils soient horizontaux ou verticaux, est semblable à celle de l’aile et ne pose pas de problème particulier.