Pourquoi perdre autant d’énergie et de temps pour monter en altitude alors qu’il serait tellement simple de faire voler les avions plus bas ? C’est la question à laquelle nous allons essayer de répondre aujourd’hui !
Sur un vol entre Paris et Strasbourg, le Commandant de Bord vous annonce une altitude de croisière de 30.000 pieds, soit un peu plus de 9.000 mètres. Mais quelle idée de monter si haut !
Afin de comprendre la suite, jetons tout d’abord un œil là-haut afin de voir ce qui est différent entre le sol et 9.000 d’altitude. Ou pour faire plus simple, quelle différence observons-nous entre l’air que nous respirons actuellement et celui qui entrerait dans nos poumons en haut du Mont Blanc ?
Tout d’abord l’air en altitude est plus froid. Il suffit d’aller en montagne pour constater cette baisse de température.
Pour vous donner un ordre d’idée, la température chute de 6,5°C à chaque fois qu’on s’élève de 1000m. Donc s’il fait 30°C au pied du Mont Blanc, on peut s’attendre à une température de l’ordre de 0°C au sommet.
Ensuite, la densité de l’air diminue avec l’altitude. Cela signifie qu’une boîte à chaussure (ou n’importe quelle autre boîte de dimensions définies si vous n’aimez pas les chaussures) contiendra une plus grande quantité d’air si elle se trouve à Paris qu’au sommet de l’Everest. Pour le comprendre je vous propose d’imaginer l’air comme plein de petites particules qui flottent en apesanteur. Au niveau du sol, ces particules vont être nombreuses et donc serrées, proches les unes des autres. En altitude, ces même particules sont moins nombreuses, donc moins serrées, plus éloignées les unes des autres. Vous visualisez ? Parfait !
Encore une fois pour avoir un ordre d’idée, la densité de l’air est environ deux fois plus faible à 5.000m qu’au sol. Par rapport notre exemple précédent, il y a deux fois moins de particules en suspension : elles ont donc vraiment de la place !
C’est justement cette diminution de densité de l’air qui nous intéresse pour expliquer pourquoi les avions volent si haut : il existe deux raisons principales qui motivent à exploiter les avions en altitude : la première est liée à l’aérodynamique (c’est à dire le comportement de l’avion par rapport à l’air qui l’entoure), la seconde concerne les moteurs.
→ La raison aérodynamique : quand on se réfère à l’explication précédente de la densité de l’air, on comprend facilement que l’air oppose moins de résistance à l’avancement de l’avion en altitude. Il va donc être possible d’aller plus vite sans que cela demande plus d’efforts. On a donc tout intérêt à monter autant que possible ! Tout simplement.
Pour connaître sa vitesse, un avion dispose d’instruments qui vont en quelque sorte « compter le nombre de particules d’air » qui s’écoulent autour de l’avion (ce qu’on appelle une pression dynamique). Quand la densité de l’air est plus faible, l’avion va donc plus vite pour une même vitesse affichée. En altitude, on va donc plus vite !
→ La raison liée aux moteurs : pour fonctionner, les moteurs ont besoin à la fois d’oxygène (contenu dans l’air) et de carburant. Et comme dans toute recette de cuisine, il faut mettre la bonne quantité de chaque ingrédient afin d’obtenir un bon résultat. Saviez-vous par exemple que pour votre voiture, le mélange idéal est d’environ 15 grammes d’air pour 1 gramme de carburant. Stupéfiant, non ? La quantité d’air diminuant avec l’altitude, il en va donc de même pour la quantité de carburant nécessaire. Au final, plus un avion vole haut, moins il consomme !
Pour aller plus loin :
Comme l’explique un des lecteurs de « Comment ça vole ? », en réduisant la consommation de carburant proportionnellement à l’arrivée d’air, le moteur va alors fournir moins de puissance. Mais comme en altitude, l’air est moins dense, il y a moins de traînée (moins de frottement) et donc on a aussi besoin de moins de puissance. Au final, on est donc gagnant en consommation !
Nous venons de voir qu’avec de l’altitude, un avion va plus vite et consomme moins. Dans ce cas, pourquoi se priver ? Cela explique donc la raison pour laquelle les avions volent si haut.
On notera cependant qu’il existe une limite haute qui empêche les avions de monter au-delà d’une certaine altitude et qu’au final, l’altitude adoptée par un avion de ligne sera un compromis prenant en compte de multiples contraintes. Mais cela sera l’objet d’un prochain article !
