Les vitesses avion
Quand on parle de vitesse pour un avion, il faut être plus précis que pour une voiture 😉 En effet, il n’y a pas une, mais trois vitesses : la vitesse indiquée, la vitesse propre, la vitesse sol.
La relativité des vitesses en avion
Quand on s’intéresse aux aéronefs, qui plus est quand on pilote, il est essentiel de comprendre les différentes vitesses avion et leur utilisation. Voilà pourquoi il faut définir la relativité des vitesses en avion. Il s’agit de préciser de quelle vitesse on parle !
La vitesse d’une voiture ou d’un vélo
Là, c’est facile, on ne se pose pas la question : quand on évoque la vitesse d’une voiture ou d’un vélo, le bon sens veut qu’on l’exprime par rapport à la terre.
Ainsi pour obtenir la vitesse d’un vélo, un petit ordinateur compte combien votre roue fait de tour par unité de temps. C’est un peu pareil pour les voitures.
La vitesse d’un piéton
Un piéton qui suit sa progression le long d’un chemin sur son téléphone, obtient une vitesse de déplacement par rapport à la terre, calculée par le GPS du smartphone.
L’idée reste la même : obtenir une vitesse de déplacement par rapport à la terre.
Pourtant on pourrait imaginer des vitesses obtenues par rapport à autre chose que la terre. On peut calculer le déplacement par rapport à une autre personne qui, elle-même se déplace. On peut imaginer deux personnes qui se déplacent ensemble à vélo à 20 km/h, dans le même sens par rapport à la terre. L’une par rapport à l’autre le déplacement vaut 0 km/h.
Choisir son référentiel pour définir la vitesse
Si on cherche à comprendre ce qui se joue ici, c’est le référentiel ! Une vitesse de déplacement ne s’exprime que par rapport à un référentiel quel qu’il soit (la terre, une personne, etc.). Poussons le raisonnement à sa limite.
Que se passe-t-il si je me déplace et qu’il n’y a pas de référentiel autour de moi ?
On peut trouver cette situation dans l’espace : une fusée se déplace dans l’espace et il n’y a que du vide autour d’elle. Comment peut-elle définir sa vitesse et par rapport à quoi ?
Pour résumer, l’expression d’un déplacement (la vitesse) ne se comprend qu’en référence à quelque chose : le référentiel.
En avion, on va avoir besoin de bien comprendre ces notions de référentiel car ce n’est pas aussi simple qu’en voiture.
La vitesse indiquée en avion
Notre sustentation est due à un déplacement dans l’air et l’équilibre obtenu doit être conservé grâce à ce déplacement : c’est notre vitesse indiquée (Vi).
La vitesse indiquée permet de conserver la portance égale au poids. Cette vitesse donnée par l’anémomètre ou Badin, et qui fait référence à l’air qui passe sur les ailes ne témoigne pas d’un déplacement par rapport à la terre mais d’un déplacement dans la masse d’air !
La vitesse indiquée sera d’autant plus importante pour le pilote qu’on se rapprochera de la limite des systèmes avion. En gros, lorsque l’avion commence à voler (décollage) et quand il arrête de voler (atterrissage), la vitesse indiquée se rapproche des vitesses de décrochage (Vs).
Bien sûr, il existe d’autres moments où le pilote s’intéressera à cette vitesse indiquée notamment la Vfe, la VNE, etc…
Ce sont toutes les références que l’on voit sur l’anémomètre et qui confère au couple avion- air :
Sa limite de production d’une portance : Vs1 ou Vs0
La résistance des volets : Vfe
La résistance de la structure avion : VNO ou VNE
Calcul de la vitesse propre
Si la vitesse indiquée est la vitesse par rapport à la masse d’air, elle ne l’est que dans les basses couches de l’atmosphère, car la formule qui permet d’obtenir cette vitesse indiquée pose un problème en avion : elle intègre la masse volumique ρ (Rho) !
Vi est un terme qui est extrait de : Pression Totale – Pression Statique = Pression Dynamique
On remarque la présence de Rho ρ dans cette formule, or Rho diminue avec l’altitude.
Il va falloir corriger cette erreur qui fait que la vitesse indiquée devient fausse avec notre montée en altitude.
On parle de +1% de vitesse à corriger tous les 600 ft ce qui est loin d’être négligeable.
Un exemple : la vitesse d’un Cessna 172
À 10000 ft, un C 172 indique une Vi de 100 kt, alors que sa vitesse réelle dans la masse d’air est de 120 kt…
Il y a également une autre erreur induite par l’instrument. Je sais, ça n’est pas simple ! C’est que la température est censée décroître comme la table d’atmosphère standard (-2°/1000 ft).
Et dans un vol réel cela peut être très différent (ça l’est souvent !).
L’influence de la température sur la masse volumique
Or, si la masse d’air en altitude est plus chaude ou plus froide que ce que nous donne l’atmosphère standard, alors la masse volumique de l’atmosphère est modifiée ! Encore !
S’il fait plus froid, l’air est plus « dense ».
S’il fait plus chaud, l’air est moins « dense ».
Dans le premier cas, dans mon Cessna, mon anémomètre montrera une vitesse indiquée trop importante et dans le second cas il montrera une vitesse indiquée trop faible. La correction à apporter est (vous allez râler…) :
+/- 1% de Vi pour chaque delta de 5°c / à la température standard… Je corrigerai en rajoutant un peu de vitesse quand il fait + chaud que le standard et je corrigerai en enlevant un peu de vitesse quand il fait – chaud que le standard.
La vitesse propre dans le cas de notre Cessna 172
Notre C 172 vole à 10000 ft : l’anémomètre indique 100 kt, la première correction nous donne + 20 kt (c’est la correction d’altitude). Pour la 2e correction, imaginons qu’il fasse +5 °C en OAT (Outside Air Temperature).
Comme la température standard à 10000 ft est de – 5 °C, on a un delta de 2×5 °C (de –5°C à +5°C), On obtient une correction de 2% et elle est positive car l’OAT est plus chaude que la température standard.
Vi=100 kt
Correction d’altitude = + 20kt
Correction de température = +2kt
La vitesse obtenue est de 122 kt et s’appelle la vitesse propre (Vp) en français et la TAS en anglais (True Air Speed). Je préfère parler de TAS, cela exprime mieux ce qui est en jeu.
La TAS est donc la vitesse de l’avion dans la masse d’air, indépendamment du déplacement de cette masse d’air …
Et voilà ! On obtient une vitesse ultra intéressante pour la navigation. Vous la verrez apparaître un peu partout dans les calculs de navigation car c’est la seule vitesse qui ne change pas avec vos changements de route !
Vitesse propre et facteur de base
La TAS est constante a une altitude et une température données, pour un avion donné et un réglage moteur donné. Donc on peut s’en servir pour… le facteur de base Fb par exemple !
Fb = 60/TAS (et non pas, comme je vois parfois Fb = 60/Vs ce qui enlève tout l’intérêt…)
Ce facteur de base nous permet entre autre de connaître facilement le temps que l’on va mettre sur un parcours, indépendamment de la météo (le vent principalement) que l’on rencontrera, et qui, elle, changera tous les jours !
Tsv (temps sans vent) =Fb x D
La TAS est vraiment la base du principe de navigation à l’estime du pilote.
Bon, on n’a toujours pas fini !
La vitesse sol
La limite de l’anémomètre est atteinte quand on veut qu’il nous donne une vitesse de déplacement par rapport à la terre. Là, les ennuis de l’élève pilote commencent (peut-être aussi de quelques pilotes…) Si la TAS nous donne notre vitesse par rapport à la masse d’air, vous savez intuitivement que cette masse d’air bouge par rapport au sol, c’est le vent ! Or, j’ai besoin de connaître ma vitesse par rapport à la terre, par rapport au sol : c’est elle qui me dira à quelle heure j’arrive ou combien de temps il reste jusqu’au prochain point (ou jusqu’à ma destination).
À quelle heure j’arrive à destination : ETA, Estimated Time of Arrival (heure prévue d’arrivée) ?
Combien reste-t-il de temps jusqu’au prochain point tournant : ETE, Estimated Time Enroute ?
Choisissons un nouveau référentiel : la terre
Nous effectuons encore un changement de référentiel. Cette fois le référentiel ce sera la terre !
Pour ce faire il existe 2 solutions :
- Soit on regarde le GPS, il nous donne une vitesse par rapport à la terre bien sûr !
- Soit on travaille correctement comme un pilote doit le faire et, avant de partir en navigation, on intègre le vent sur chaque branche de ladite navigation.
Je suppose que vous me voyez venir, la bonne méthode est bien sûr la deuxième car non seulement vous comprenez ce que ce changement de référentiel implique en terme de vitesse par rapport au sol, mais également de dérive (la dérive est la différence angulaire entre la route et le cap). Ce faisant, on obtient également une anticipation mentale sur ce qui va se passer en vol et c’est ça qu’on appelle naviguer. Cette troisième et dernière vitesse est bien sûr la vitesse sol : Vs.
Voici donc les trois vitesses avion
- La Vi de l’anémomètre me donne les limites de l’avion et me sert principalement au take-off et lors du landing.
- La TAS est calculée par le pilote et sert de référence dans les calculs de navigation.
- La Vs est calculée par le pilote et sert principalement à savoir quand j’arrive.
Si vous avez des questions, si vous souhaitez un article sur un sujet particulier de pilotage, vous pouvez laisser un commentaire, en bas de cette page. Merci 🙂
