Part 3

L'aéroplane obtient les mêmes résultats par les mêmes moyens, mais en sens inverse: contre l'air, immobile, par exemple, il précipite une surface déterminée avec une vitesse également déterminée et si les déterminations sont bonnes, c'est-à-dire si la surface et la vitesse sont suffisantes, la pression en dépassant le poids de l'engin le soulève; l'essor de l'aéroplane est obtenu.

Il est encore plus facilement obtenu si l'air, au lieu d'être immobile, va contre l'aéroplane, en rasant le sol, dans le sens opposé à sa direction, parce qu'alors sa vitesse s'ajoute en quelque sorte à celle de l'appareil.

Dans le cas contraire, l'aéroplane doit pouvoir ajouter à la vitesse nécessaire pour son enlèvement, celle du vent dans le sens duquel il se dirige,--ou faire tête au vent pour s'élever car dès qu'il a quitté le sol, ce supplément de vitesse, égal à la vitesse du vent, ne lui est plus nécessaire pour se soutenir, la vitesse calculée pour sa marche en air immobile pourrait lui suffire, puisqu'il se trouve par rapport à l'air, dès qu'il est détaché du sol, dans une situation comme celle de l'aéronat.

L'aviation comporte encore d'autres considérations sur l'air, mais il convient de les ajourner pour simplifier ce début et parce qu'elles seront plus claires lorsqu'elles interviendront à propos des phénomènes expérimentaux qu'elles expliquent.

III

Les Étapes de l'Aviation

Divers types d'aéroplanes fonctionnent aujourd'hui d'une manière plus ou moins satisfaisante. Or, il semble qu'il devrait être aisé d'apprécier exactement leurs mérites et de déduire de ces différents types le modèle rationnel du «plus lourd que l'air» en expliquant avec simplicité sa théorie et sa pratique.

Cela n'est pourtant guère possible pour une série de causes: les phénomènes de l'aviation sont trop étrangers, notamment, à la majorité des personnes et, d'autre part, les techniciens eux-mêmes ne sont pas encore assez renseignés sur une importante partie des composantes du problème pour en formuler des explications définitives, encore qu'il soit pratiquement résolu.

Pour faciliter la compréhension sommaire mais nette des principes de l'aviation, il est donc _nécessaire_ de passer rapidement en revue d'abord les tentatives de sustentation dans l'air au moyen de _plans_ ou surfaces planes, plus ou moins semblables à des ailes étendues et sans mouvement. Ces essais furent l'oeuvre d'une courte série d'expérimentateurs hardis, qui préparèrent mieux que tous autres dans cette voie simple et pratique la conquête de l'espace atmosphérique au moyen du «plus lourd que l'air».

* * * * *

Un Français: Le Bris, ancien marin, ayant beaucoup observé le vol de l'albatros pendant ses voyages, était convaincu de la possibilité de planer comme cet oiseau, grand voilier, par des moyens analogues aux siens: c'est-à-dire avec des ailes étendues, sans mouvements notables.

Les oiseaux ont, en effet, un mode de sustentation dans l'air qu'on désigne par sa caractéristique générale: _le vol plané_. Ce vol _paraît_ s'effectuer sans aucun mouvement de l'animal et, particulièrement, _sans battements d'ailes_.

Si l'on ignore le mécanisme du vol des oiseaux et si l'on ne sait pas comment ils utilisent les propriétés de l'air, notamment ses courants, les oiseaux qui planent paraissent immobiles. En réalité, au contraire, ils ne cessent guère de bouger, de déplacer quelque partie de leur corps: mais ces mouvements, fort peu marqués, échappent à notre vue et, réellement, l'oiseau planeur peut planer pendant plusieurs heures consécutives sans donner un seul coup d'aile pour se soutenir.

Mais, en revanche, il ne cesse de décrire dans l'espace aérien des cercles ou des ondulations variées.

Quoique traité de fou par beaucoup de ses contemporains,--par la plupart,--Le Bris suivait donc un raisonnement logique et sain en croyant qu'avec des surfaces planes _portantes_, analogues aux ailes de l'albatros, mais surtout proportionnées à son poids et à son volume personnel, il arriverait à planer.

Les détails,--essentiels d'ailleurs,--du vol plané échappaient à Le Bris, fort heureusement, car ils l'eussent peut-être découragé.

Confiant dans ses observations, le marin expérimenta et réussit, en effet, des sustentations courtes dans l'atmosphère qui commençaient à ressembler au _vol plané_. Muni d'ailes assez grandes pour le soutenir, il s'élevait avec l'aide d'un cerf-volant, aux environs de Brest, en 1867, puis abandonnait le cerf-volant et retombait en planant avec ses ailes.

Quelques accidents, et surtout le défaut de ressources suffisantes, l'empêchèrent de poursuivre ses essais.

Vingt-quatre ans plus tard,--après vingt années de calculs et d'expériences minutieuses, disait le capitaine Ferber[12],--un Allemand tenace et non moins audacieux que Le Bris, s'élançait à son tour d'une colline sablonneuse avec des plans légers qu'il pouvait porter (fig. 17 et 18).

[Note 12: _L'Aviation_, par le capitaine Ferber.]

En courant sur la pente de cette colline, il gagnait une vitesse déterminée qui lui permettait, lorsqu'elle devenait suffisante, d'être soulevé et de parcourir dans l'air une distance courte au début mais bientôt plus étendue.

Entre 1891 et 1896, cet Allemand: Otto Lilienthal, fit ainsi plus de 2.000 essais. Ses parcours en _plané_ passèrent, peu à peu, de 15 à 100 mètres et même davantage, grâce aux perfectionnements qu'il apportait à ses plans sustentateurs et _à sa façon de les manoeuvrer_.

En 1899, le capitaine Ferber reprit ces expériences et fut d'abord déçu, car il ne tenait pas compte d'un élément principal, qu'il ignorait alors, _c'est que Lilienthal opérait ses parcours planés CONTRE DES VENTS ASCENDANTS_.

Jamais, dit Ferber, la vitesse de 1 à 2 mètres par seconde obtenue par Lilienthal lorsqu'il s'élançait en courant n'aurait pu l'enlever, mais celle du vent _ascendant_ contre lequel il partait s'ajoutant à la sienne, le total de ces deux forces finissait par être suffisant à un moment donné pour élever l'expérimentateur.

Cette explication mérite d'être étendue et précisée par quelques figures schématiques, car elle est comme le secret du vol plané des oiseaux, et Ferber l'a fort bien accentuée graphiquement de la manière suivante:

Supposons, pour simplifier, les ailes sustentatrices de Lilienthal représentées par un plan unique, légèrement arqué: P _s_, vu de côté, par sa tranche (fig. 19).

La figure 19 suffit pour expliquer qu'un vent horizontal, comme celui qui est indiqué par la série de flèches, tend à rabattre ce plan sur le sol au lieu de le soulever.

Dans la figure 20, le même plan schématique occupe, par rapport au même vent, une position dans laquelle le vent pourra le soulever, mais en le repoussant en arrière dès que l'expérimentateur, ayant perdu sur le sol tout point d'appui, ne pourra plus faire progresser le plan contre le vent. Alors, s'il a été soulevé, il retombera aussitôt.

Dans la figure 21, au contraire, on voit que si l'expérimentateur peut, sur la descente, acquérir contre le vent une vitesse assez grande pour que la force de cette vitesse, ajoutée à celle du vent, agissant en sens contraire ET EN REMONTANT, arrive à le soulever, _il pourra ensuite glisser sur ce vent_ ASCENDANT, par la seule force de sa pesanteur, et cela _contre la direction_ ASCENDANTE _de ce courant d'air_.

S'il redresse légèrement l'inclinaison du plan, ou si la force du vent ascendant augmente, la vitesse de sa glissade sera ralentie mais son soulèvement sera augmenté. Un simple déplacement du centre de gravité du plan réalisera le ralentissement ou la précipitation de la glissade et, par conséquent, une certaine remontée ou une certaine accentuation de la descente de cette glissade.

Lilienthal gouvernait ainsi, c'est-à-dire par déplacement du centre de gravité, en déplaçant ses jambes sous ses ailes sustentatrices.

L'oiseau, dans le _vol plané_, sans donner un seul coup d'aile, glisse de même, descend et remonte (_en reculant_ ou en tournant), par de simples déplacements de sa tête, de sa queue ou de ses ailes, qui ne sont pas appréciables par nos yeux.

Lilienthal était devenu si bien maître des évolutions de ses glissades qu'il s'enhardit trop. Osant s'élancer par des vents de tempête et ne craignant plus d'atteindre des hauteurs relativement exagérées, il finit par être culbuté et mourut de cette chute.

L'exemple de Lilienthal fut suivi par un Anglais nommé Pilcher qui réalisa, lui aussi, des vols planés fort démonstratifs.

Ses plans sustentateurs, en forme d'ailes, plus volumineux et surtout plus lourds que ceux de Lilienthal n'étaient pas portatifs: ils roulaient sur les roulettes d'un cadre que montrent les figures 22 et 23 (p. 34).

En se faisant traîner par des chevaux lancés au galop, Pilcher s'enlevait comme un cerf-volant au bout d'une corde et lâchait cette corde lorsqu'il était arrivé assez haut. On le voyait alors descendre en planant et décrire une trajectoire analogue à celle du corbeau qui descend sur un champ.

On voit sur la figure 23 que le dispositif de Pilcher comportait une queue stabilisatrice analogue à celle du dispositif de Lilienthal. Dans une ascension imprudente de l'expérimentateur, une bourrasque rompit cette pièce équilibrante; l'appareil tomba au lieu de planer et Pilcher se tua (30 septembre 1899).

Trois ans auparavant l'ingénieur français Chanute, à Chicago, également séduit par les essais de Lilienthal, les répéta et les fit répéter par deux de ses élèves: MM. Herring et Avery.

Pour essayer de donner plus de stabilité aux plans sustentateurs, il les multiplia. Après un grand nombre d'expériences sur des dispositifs de cinq paires d'ailes, puis de quatre et de trois, Chanute s'arrêta enfin à un _biplan_ stabilisé par une queue que montre la figure 24.

Des glissades planées de 109 mètres furent obtenues avec ce dispositif, dont les biplans actuels sont peu différents.

C'est avec un aéroplane semblable à celui de notre compatriote Chanute qu'Orville et Wilbur Wright firent en 1900 leurs premiers essais dans les dunes de Kitty-Hawk (Caroline du Nord), mais en remplaçant la queue, qu'ils jugeaient embarrassante, par un gouvernail de profondeur placé à l'avant.

Au lieu de se suspendre aux plans par-dessous le dispositif, ils s'étendaient à plat ventre au milieu du plan inférieur, exhaussé légèrement sur deux patins, et se faisaient traîner par des aides sur la pente d'une colline contre le vent (fig. 25).

«Dès que la brise est assez fraîche pour faire 8 à 10 mètres à la seconde, l'aéroplane n'a plus besoin d'être lancé en vitesse pour s'élever, il part presque seul.

«Au bas de la dune, le gouvernail de profondeur (placé à l'avant) relève l'aéroplane, qui remonte un peu, détruit ainsi sa vitesse horizontale et se pose sur le sol en glissant sur ses patins[13]». Les oiseaux ne font pas autrement.

[Note 13: Cap. FERBER. _L'Aviation_, p. 52.]

Dès 1902 les frères Wright font des planés de 100 mètres. En 1902, ils ajoutent à leur dispositif un gouvernail vertical qui leur permet de décrire en planant des quarts de cercle.

«En 1903, enfin, dit Ferber, ils réussissent des balancements sur place, c'est-à-dire du véritable vol à voile. Ils attendent un vent violent de 10 à 12 mètres par seconde qui les enlève sans effort. Dès qu'ils sentent que l'ascension diminue, ils se mettent en marche vers l'avant pour acquérir de la vitesse. À la première rafale, ils se laissent enlever en reculant pour recommencer encore une glissade en avant dès que la rafale est passée, et ainsi de suite. Ils sont arrivés ainsi à rester soixante-douze secondes en l'air, sans avancer de plus de 30 mètres en tout.»

Cette manoeuvre est bien _exactement_ celle de l'oiseau planeur et, en particulier, celle des mouettes et des goélands. _C'est du véritable vol plané._

* * * * *

Dès lors, confiants dans la capacité de soutènement de leur biplan et dans la sécurité de sa manoeuvre, les frères Wright n'avaient plus qu'à tenter de remplacer les forces qui les faisaient planer, c'est-à-dire un vent ascendant et la pesanteur, par la puissance d'un moteur léger actionnant une ou plusieurs hélices tractives ou propulsives. C'est ce qu'ils firent dès la fin de 1903, mais surtout à partir de 1904 près de Dayton.

Au commencement d'octobre 1905, ils annonçaient à Ferber, s'efforçant alors en France de résoudre en même temps qu'eux le problème de l'aviation, qu'ils avaient parcouru le 4 du même mois, 33.456 mètres en 33 minutes 17 secondes et le lendemain 5 octobre 39 kilomètres en 38 minutes et 3 secondes.

Le mois suivant, ils annonçaient à notre compatriote qu'ils consentaient à vendre leur invention au prix de un million de francs, après avoir démontré la capacité de leurs biplans par un trajet démonstratif préalable de 50 kilomètres.

Pendant qu'Orville et Wilbur Wright résolvaient ainsi de 1900 à 1905 le problème du «plus lourd que l'air», le capitaine Ferber, poursuivant de son côté des tentatives presque semblables, dont il puisait l'inspiration dans les expériences de Lilienthal, arrivait presque au même résultat.

À Beuil (Alpes-Maritimes), en 1902, il réalisait des glissades aériennes excellentes. En 1903, sur la plage du Conquet (Finistère), il s'élevait parfaitement comme les frères Wright (3 septembre).

Il tenta aussitôt l'adaptation d'un moteur de 6 chevaux à son biplan et l'essaya sur un aérodrome spécial qu'il n'y a pas lieu de décrire ici.

À la suite de ces expériences, le colonel Renard appela Ferber auprès de lui à Chalais-Meudon (1904).

Pour obvier au défaut de vents ascendants de cette localité, le capitaine Ferber imagina d'établir le lancement de son aéroplane par un plan incliné fort ingénieux.

À la fin de 1904, il était maître, comme les Wright, de la direction et du planement de son biplan. Le 27 mai suivant(1905) il accomplit avec son moteur de 6 chevaux le premier parcours stable fait en Europe.

Mais sa force motrice, insuffisante, ne lui permettait pas de se soutenir assez longtemps dans l'air.

Quatre ans plus tard, le 25 juillet 1908, avec un moteur de la Société Antoinette _sur le même biplan_, il traverse complètement le polygone d'Issy-les-Moulineaux «avec une stabilité parfaite» démontrant ainsi que dès 1905, il aurait pu réaliser en France les mêmes parcours que les Wright en Amérique, s'il n'avait pas été desservi par les circonstances et les personnes.

* * * * *

L'initiation de Santos-Dumont à l'aviation date de 1905.

Après avoir d'abord songé à résoudre le problème de l'aviation par l'hélicoptère, il se rallie au type du biplan qu'il essaye pour la première fois à Bagatelle, le 23 juillet 1906, _avec l'aide d'un ballon_.

Loin de faciliter les essais, l'aérostat les entrave. Santos l'abandonne. Il essaye successivement un câble, puis un plan incliné. Enfin, il se contente d'un dispositif roulant sur le sol et le 23 octobre, à 4 h. 45 du soir, il s'enlève mollement pour un parcours aérien, sans cesse ascendant, de 60 à 70 m.

En même temps que Ferber et Santos-Dumont, divers expérimentateurs poursuivent des essais très variés de 1903 ou 1904 à 1907, car on parle beaucoup des résultats obtenus par les frères Wright, mais en les discutant et même en les contestant.

Ayant été faites _en cachette_, les études des deux jeunes Américains n'inspirent aucune confiance _même en Amérique_. On en ignore tous les détails en France et ceux de nos compatriotes qui tentent de leur disputer la gloire de la conquête de l'air, sont obligés de créer de toutes pièces leurs dispositifs, puisqu'aucune indication précise sur celui des frères Wright ne peut les guider.

Par suite de ce secret systématique, on peut dire que le problème de l'aviation fut résolu à peu près à la fois en France et en Amérique, car si les jeunes Américains eurent dans leur réussite une légère avance sur nos chercheurs, ceux-ci ne purent rien leur emprunter. On verra d'ailleurs plus loin par la description technique des dispositifs que la solution américaine est assez différente de la solution française pour démontrer que les études théoriques et pratiques des précurseurs tels que Le Bris, Lilienthal, Pilcher et Chanute furent le seul fond commun initial de _l'école américaine_ et de _l'école française d'aviation_.

IV

Esquisse théorique de l'Aviation mécanique

|Surfaces portantes.|

Sachant que l'air a un poids, une densité, et constitue un milieu d'une certaine résistance; ayant d'autre part compris comment un plan ou plusieurs plans peuvent soutenir des poids en utilisant la résistance de l'air et la force du vent, il devient aisé de comprendre le mécanisme de sustentation du cerf-volant. Mais, pour le préciser, il faut entrer dans quelques détails techniques d'ailleurs fort simples.

Dans l'air, le cerf-volant enlevé,--représenté dans la figure 26 comme s'il était vu de côté par sa tranche AB,--subit l'action de diverses forces qui s'opposent les unes aux autres.

Le vent qui le frappe exerce sur lui une pression, cette pression est invariablement perpendiculaire à sa surface quelle que soit l'orientation du cerf-volant par rapport au vent.

Il faut donc, dans le cas de la figure 26, représenter cette pression par la ligne droite CR perpendiculaire au cerf-volant AB. Or, on voit que cette pression CR dont la direction est perpendiculaire à AB tend à remonter le cerf-volant en raison de son inclinaison par rapport à la direction du vent.

Mais cette pression CR s'exerce en se décomposant en deux forces. L'une: CS combat l'action de la pesanteur CP, qui tend à ramener le cerf-volant vers le sol; l'autre CT est en antagonisme avec la résistance de la corde qui retient le cerf-volant.

S'il y a égalité de puissance entre ces diverses forces, le cerf-volant plane, à peu près immobile. Il ne bougerait pas du tout dans le cas de cet équilibre, si l'action du vent restait constante. Ses légers mouvements sont dus aux _ondulations_ dont aucun vent n'est exempt.

Si le vent augmente, la pression devient plus forte: la force CS _sustentatrice_, l'emporte sur l'action de la pesanteur CP et le cerf-volant remonte.

Si le vent faiblit, au contraire, c'est l'action de la pesanteur qui triomphe et le cerf-volant descend[14].

[Note 14: Le même mouvement de descente serait produit par une augmentation de poids de l'engin planant.]

Dans les deux cas, on suppose que la force CT reste invariablement équilibrée par la résistance de la corde du cerf-volant, car si elle venait à casser, l'équilibre instable du système serait aussitôt rompu.

Faute de vent, le cerf-volant ne peut ni s'enlever, ni demeurer en l'air. Mais l'enfant parvient pourtant à faire élever son jouet _en courant_. Il renverse les rôles: au lieu d'opposer obliquement la surface de l'engin à la pression de l'air précipité contre lui, il précipite le cerf-volant contre la résistance de l'air et crée, par la vitesse de sa course, la pression nécessaire pour vaincre, la force de la pesanteur et déterminer l'ascension. C'est exactement ce que fait l'aéroplane dont l'hélice, actionnée par le moteur, remplace la rapide traction de la corde par l'enfant.

Néanmoins, quoique _le principe_ de la solution du problème de l'aviation ait été donné ainsi depuis plus de deux mille ans par le cerf-volant[15], il fallait, pour appliquer ce principe à une machine capable de porter un homme, divers éléments de réalisation pratique qui n'ont été acquis qu'en ces dernières années. Le moteur à explosion, à la fois léger et puissant, était un de ces éléments. L'étude théorique _et surtout l'étude pratique_ des _surfaces portantes_ ou _plans sustentateurs_ en était un autre, non moins capital. On comprend, en effet, quand on entre dans un examen plus approfondi du problème, que les moteurs légers empruntés à l'industrie de la locomotion automobile par les constructeurs d'aéroplanes, n'auraient pas suffi pour enlever des _plans sustentateurs_ quelconques.

[Note 15: En Chine et au Japon le cerf-volant était connu plus de deux siècles avant notre ère.]

Les cinq anciennes lois formulées jadis par l'illustre physicien anglais Newton sur la résistance de l'air, ne sont pas rigoureusement applicables à l'aviation et jusqu'à nos jours elles ont gravement induit en erreur, sur certains points[16].

[Note 16: Ces lois de Newton sur la résistance de l'air sont:

1º La résistance de l'air est normale à la surface; 2º Elle est proportionnelle au carré de la vitesse; 3º Elle est proportionnelle à la densité du fluide; 4º Elle est proportionnelle au carré du sinus de l'angle d'incidence; 5º Elle est proportionnelle à l'étendue de la surface.]

Ainsi, par exemple, la cinquième de ces lois affirme que _la résistance de l'air est proportionnelle à l'étendue de la surface qui lui est opposée_. Or, ceci n'est pas rigoureusement vrai dans toutes les conditions.

La résistance est bien proportionnelle à la surface, comme le disait Newton, si l'on considère, par exemple, un plan carré poussé ou tiré, l'air étant immobile, dans une direction perpendiculaire à sa surface. La figure 27, page 42, montre ce cas où la résistance de l'air est bien proportionnelle à l'étendue de la surface du plan.

Mais cette loi n'est plus exacte s'il s'agit d'une surface affectant la forme d'un carré long comme ABCD (parallélogramme rectangle),--dont ici deux côtés: AB et CD sont six fois plus longs que les deux autres: AC et BD afin de rendre l'exemple plus saisissant (fig. 27).

Si cette surface, représentée dans la figure 29, vue par sa tranche AB, se meut obliquement dans l'air suivant une direction comme celle qui est indiquée par la flèche, c'est-à-dire si elle aborde l'air par son petit côté AC (fig. 30), la résistance qu'elle rencontre est beaucoup moins grande que si elle progresse en abordant l'air par le grand côté CD (figure 30, p. 44).

Dans les deux cas, la surface est pourtant la même; la direction et l'inclinaison sont supposées identiques. Or, la pratique démontrant que cette augmentation de résistance est invariable pour les surfaces portantes des aéroplanes, il faut reconnaître ce fait.

On l'explique par le glissement des molécules de l'air sous la surface considérée. Pressé par la surface en mouvement, l'air tend à s'échapper sur les deux grands côtés AB et CD, lorsque la surface aborde le fluide par le petit côté AC (figure 30), tandis que les mêmes filets d'air, sous la même surface, lorsqu'elle aborde le fluide par son grand côté CD (figure 31), ne peuvent s'échapper que sur une petite région des extrémités CA et DB. Dans ce second cas, il y aurait donc moins de déperdition de la résistance de l'air que dans le premier.

Mais, si cette supposition,--difficile à vérifier,--n'explique pas complètement le phénomène invariablement observé, une autre considération s'impose encore plus fortement:

Supposons que la surface ABCD (figure 31), qui mesure 1 mètre sur 6 mètres, a parcouru en une seconde de temps une distance de six mètres, en allant de ABCD en A'B'C'D'. On voit par la figure même, qu'en abordant l'air par son petit côté BD cette surface s'est appuyée, pendant la durée d'une seconde, sur une étendue d'air de 12 mètres carrés.

Si, pendant la même durée de temps, elle aborde l'air par son grand côté AB avec la même vitesse et parcourt la même distance de six mètres, on voit, par la figure même, qu'elle s'appuie sur une étendue d'air de 36 mètres carrés pour aller du côté: AB en A'B' (fig. 33).

En principe, dans ce deuxième cas, elle a donc dû vaincre une résistance triple.