1.1. Histoire et définition de l’aérodynamisme
La science de l’aérodynamique est l’étude des forces exercées par l’air sur un objet. Elle s’applique aussi bien aux objets fixes qu’aux objets en mouvement tels que les véhicules.
C’est à partir de la toute fin du XIXème siècle avec le développement de l’aviation que les études sur l’aérodynamique se multiplient et s’approfondissent. Pourtant, cette notion était déjà présente depuis très longtemps dans la nature. En effet, depuis toujours les êtres vivants naissent avec des propriétés aérodynamiques leur permettant de voler et de nager.
L’Homme s’est inspiré de ces propriétés (matières, formes) afin de trouver des solutions pour concevoir des véhicules aérodynamiques. Ce principe est appelé le biomimétisme.
1.1.1. Évolution des avions
En 1890, le Français Clément Ader effectue le premier vol de l’histoire. Il construit un prototype d’avion, l’Éole, et utilise les propriétés du biomimétisme en prenant le modèle d’une chauve-souris. Il réussit à le faire planer sur une distance de 50 m, à 20 cm de hauteur. Ce succès marque le début de l’aviation.
Cet exploit pour l’époque pose un problème technique lié à l’aérodynamisme. En effet, on s’aperçoit que la forme de l’avion a une grande importance pour accroître la vitesse. Pendant la Première Guerre mondiale, les recherches s’accélèrent et l’aérodynamisme se développe très rapidement. Par exemple, les avions de guerre évoluent car chaque camp de la Grande Guerre cherche à obtenir les appareils les plus performants.
Ainsi, la forme des avions passe d’un fuselage non profilé, tels que des avions à avant plat qui occasionnent une grande résistance à l’air (Blériot XI, SPAD VII), à une forme plus aérodynamique se rapprochant de celle d’une goutte d'eau (Airbus A330, Mirage 2000), ce qui leur donne plus de vitesse et de maniabilité.
La Seconde Guerre mondiale permet à nouveau de faire un grand bond dans l’aérodynamisme aéronautique. De nouveaux types d’ailes sont développés comme les ailes en forme de flèche (Airbus A330), ou l’aile Delta (Mirage 2000), alors qu’elles étaient autrefois droites. Ces innovations rendent le profil de l’avion bien plus aérodynamique.
Dans les années 1980 apparaissent l’aile en flèche inversée et l’aile oblique, mais leur utilisation ne s’est pas répandue à cause de leur forme qui faisait dériver ou ralentir l’avion.
De nos jours, les avions utilisent l’aile en flèche ou l’aile Delta, mais de nouvelles architectures se développent encore comme les plans canards sur les avions de chasse. Grâce à leur position à l’avant de l’avion, ils permettent de rediriger le flux d’air et de gagner en stabilité.
1.1.2. Évolution des voitures
Parallèlement aux avions, les constructeurs automobiles se sont rapidement intéressés à l’aérodynamisme de leurs véhicules afin d’augmenter leurs performances. Ainsi, depuis la création de la première voiture en 1769 par le Français Nicolas Cugnot, les constructeurs ont essayé de fabriquer des voitures se déplaçant de plus en plus vite. En 1889, le Belge Camille Jenatzy construit la Jamais Contente, une voiture électrique qui devient la première voiture à atteindre les 100 km/h grâce à sa forme de torpille.
En 1993, des étudiants français de l’Université de Technologie de Compiègne (UTC) ont réalisé une maquette de cette voiture pour la tester en soufflerie, afin de déterminer le coefficient de trainée. Celui-ci est en relation avec la forme du véhicule, et permet de déterminer sa résistance à l’air. Ils ont trouvé un coefficient de trainée plutôt optimal de 0,758. Nous verrons dans une prochaine partie que le coefficient « idéal » doit être le plus faible possible.
Au début du XXème siècle, de nombreux inventeurs et scientifiques ont contribué à l’élargissement des connaissances sur l’aérodynamisme, tels que le Français Gustave Eiffel et l’Allemand Ludwig Prandtl qui ont étudié la pesanteur. Ces deux domaines sont directement liés à l’aérodynamisme, car la pesanteur est l’une des forces qui interviennent lors de la mise en mouvement d’un corps, et le vent est un fluide qui participe aux frottements lorsque ce corps est en mouvement dans l’air.
Eiffel définit par la suite les lois fondamentales de la résistance de l’air. Il approfondit l’étude de l’aérodynamisme en essayant de comprendre les efforts de l’air sur un corps en mouvement.
Il fait ensuite construire le Laboratoire du Champ de Mars en 1909 avec la première soufflerie destinée à l’étude de l’aérodynamisme, qui lui permet de travailler en testant des maquettes d’aéronefs en mouvement dans l’air pour mesurer les forces qui s’exercent dessus.
Ses études ont permis de mieux comprendre l’effet de la trainée sur un objet en mouvement dans l’air.
Après la Première Guerre mondiale, les constructeurs automobiles sont parfaitement conscients qu’il est essentiel de réduire la trainée pour pouvoir augmenter la vitesse de leurs véhicules. Ils utilisent ainsi la même forme que pour les avions : celle d’une goutte d’eau. On voit alors apparaître des modèles comme la Delahaye 135, créée par le constructeur Français Delahaye.
Dans les années 1970, les ailerons apparaissent sur les voitures de Formule 1, pour réduire la portance (force qui tend à soulever le véhicule) et donc augmenter l’adhérence à la piste. De nos jours, ces ailerons ont été améliorés.
Les voitures et les avions occupent une grande place dans l’histoire et l’évolution de l’aérodynamisme, mais d’autres moyens de transport comme les trains l’ont aussi marquée. Nous les étudierons dans la deuxième partie.