Sous le charme de l'énergie cinétique

Le vol à voile dynamique (DS), au sens « classique » du terme, fait souvent l’objet de discussions passionnées parmi les amateurs de modélisme de vol à voile. La technique est désormais bien connue [1,2]. Les records de vitesse en DS sont régulièrement battus et s’élèvent désormais à environ 880 km/h [3]. Le mur du son se rapproche donc lentement mais sûrement.

J’ai moi-même déjà eu la chance de vivre cette sensation grisante qui surgit lorsqu’on ose, à l’encontre de ses instincts acquis, s’engager avec le vent dans l’air stagnant ou tourbillonnant de la zone sous le vent, puis faire virer le planeur afin de récupérer l’énergie cinétique (= vitesse) contre le vent et de la diriger vers le champ, afin de répéter ce manœuvre à plusieurs reprises. À chaque tour, la vitesse augmente ainsi et, après quelques tours, mon milan royal F3B RTG lesté atteint des vitesses de l’ordre de 250 à 300 km/h, nous poussant, lui et moi, à nos limites respectives en matière de pilotage et de résistance structurelle. C’est alors que j’arrête là pour moi ; je monte donc vers l’orbite et transforme l’énergie cinétique en énergie potentielle (= altitude), jusqu’à ce que mes nerfs se soient calmés grâce à des figures acrobatiques un peu plus tranquilles et que ce jeu fascinant puisse recommencer.

Le principe consistant à fournir de plus en plus d’énergie cinétique, c’est-à-dire de vitesse, à mon planeur en exploitant les différences de courant m’a inspiré une nouvelle technique de vol thermique, que j’ai découverte, mise en pratique et affinée sur notre terrain d’aviation, dans les zones thermiques bien connues de cet endroit (= « Standardbärte »). Je n’en avais jamais entendu parler ni lu quoi que ce soit à ce sujet auparavant ; j’ai développé cette technique de manière indépendante. Dans cet article, je souhaite la partager avec d’autres pilotes de planeurs miniatures et la faire connaître à un public plus large. Je l’appelle DTS (Dynamic Thermal Soaring ou vol thermique dynamique).

Examinons de plus près la structure d’un courant thermique en coupe transversale :

La photo utilisée provient de [4] et montre en réalité un sillage de descente avec des tourbillons périphériques d'un avion de ligne. Cependant, en retournant un détail de cette image, on peut parfaitement visualiser la structure (section transversale) d'un courant ascendant thermique. J'ai donc ajouté des flèches et des commentaires à l'extrait choisi :

Le principe est bien connu de tous les pilotes de vol thermique : une bulle d’air chaud, idéalement humide, se forme au-dessus d’un sol réchauffé et se détache (par exemple au niveau d’un obstacle). C’est pourquoi on parle également de « détachement ». La bulle commence à s’élever et entraîne dans son sillage davantage d’air réchauffé. Un tube d’air chaud ascendant, également appelé « barbe », se forme derrière la bulle. Lorsque l’air est humide, la chaleur de condensation libérée lors de l’ascension renforce l’effet thermique par rapport à l’air ambiant.

Autour du tube de courant ascendant se forme un rotor annulaire, semblable à un anneau de fumée de cigarette, à l’extérieur duquel apparaissent des zones de courant descendant. Une photo [5] montrant la fumée s’élevant du volcan Etna illustre cet effet vu d’en bas.

Un champignon atomique n’est finalement rien d’autre qu’un courant thermique très puissant et présente donc également une forme similaire.

En vol thermique classique, on utilise l’air chaud pour monter en effectuant des cercles plats, centrés dans la bulle ou dans la barbe. Si le centrage de la barbe est mauvais, on commence à ressentir désagréablement les courants descendants latéraux du rotor environnant. Par habitude, on cherche en fait à les éviter.

Tout comme dans le vol à voile dynamique (DS), où l’on redoute généralement le vent sous le vent, on fait cependant, dans le vol à voile thermique dynamique (DTS), de ces courants descendants situés à l’extérieur des rotors ses alliés, en s’y engouffrant avec audace et en adoptant une stratégie de vol dynamique adaptée. Une trajectoire de vol appropriée se présente comme suit : →

On commence par élargir les cercles thermiques normaux et plats dans la barbe pour en faire des ellipses. Lorsque l'on sent ensuite les courants descendants du rotor aux extrémités de ces ellipses, on met l'avion sur le dos à cet endroit et on plonge vers le bas, emporté par les courants descendants et leur vent arrière. L'avion prend ainsi très rapidement de la vitesse. On effectue des virages en bas avec des forces G élevées, puis on relève le nez d'environ 30 à 45 degrés et on remonte en traversant la « barbe » avec une portance maximale dans le courant ascendant (avec les volets sortis). De l’autre côté, une fois de retour en haut, la vitesse acquise est loin d’être entièrement perdue lorsqu’il est déjà temps de repasser en position sur le dos et de plonger vers le bas en suivant le courant descendant opposé. On gagne ainsi en vitesse à chaque « huit couché » sans perdre d’altitude au final, jusqu’à ce que le sifflement du planeur devienne de plus en plus fort. Comme il faut encore effectuer un demi-roulis à chaque fois, on n’atteindra pas les vitesses de pointe comme avec le DS « classique ». Néanmoins, même en DTS, le pilote et l’avion peuvent rapidement atteindre leurs limites. Il est alors temps de remonter et de réduire à nouveau la vitesse et le stress en s’adonnant avec plaisir à quelques figures acrobatiques.

Comme, dans de bonnes conditions et avec peu de vent horizontal, on dispose souvent de courants ascendants plus persistants, on peut ensuite, le cas échéant, s’y engager à nouveau immédiatement et recommencer le jeu.

Les « snap flaps » (c’est-à-dire l’inversion de la gouverne de profondeur et un mélange subtil des volets de courbure et des ailerons) favorisent d’ailleurs grandement cette technique de vol DTS.

Il n’est pas non plus nécessaire de faire constamment des huit couchés. Une fois qu’on a pris le coup de main, on peut également récolter et conserver de l’énergie cinétique grâce à d’autres trajectoires acrobatiques dynamiques, créatives et adaptées à la situation. La tactique de vol générale est la suivante : pousser courageusement dans les courants descendants (investir, suivre le mouvement), exploiter la vitesse face au vent et, dans les courants ascendants, tirer avec les volets sortis (flarer, récolter). Tout cela est vraiment très amusant ! Cela semble toutefois plus facile qu’il n’y paraît, car on ne peut généralement pas voir directement les colonnes thermiques, les bulles et les rotors. De toute façon, ils ne sont pas signalés. Il est utile de s’entraîner dans des conditions connues (avec des colonnes thermiques classiques). L’observation des oiseaux et des nuages, ainsi qu’un bon variomètre télémétrique, aident également à évaluer les conditions du moment. Mais quand ça décolle vraiment, on peut sans crainte éteindre le variomètre : on passe alors de toute façon d’une limite à l’autre.

RTG Rotmilan (alias Batmilan) et Valenta Carbonita « Nasa Thermal Research Plane ».

- [1] Wikipédia DS :
https://de.wikipedia.org/wiki/Dynamischer_Segelflug- [2] Conférence DS :
https://www.youtube.com/watch?v=nv7-YM4wno8&t=216s- [3] Record DS :
https://www.youtube.com/watch?v=4eFD_Wj6dhk- [4] Photo du vortex d'extrémité d'aile/de souffle descendant d'un jet : https://www.quantamagazine.org/an-unexpected-twist-lights-up-the-secrets-of-turbulence
-20200903- [5] Photo de l'Etna : http://starship-magazine.org/index.php?page=item&issue=5&pages=100ff

Pour réaliser la trajectoire DTS présentée ici, j’ai utilisé un Discus de 4 m de Paritech et un Skywalker XL de 5 m de Baudis, deux modèles capables de décoller par leurs propres moyens, qui, grâce à leur taille, sont bien visibles et, avec une masse suffisante, possèdent la rigidité nécessaire pour supporter les fortes accélérations (G) pouvant survenir lors des manœuvres de vol DTS. Mais le milan royal F3B de RTG, mentionné au début, a lui aussi pu s’en donner à cœur joie avec cette technique DTS grâce à un décollage en hauteur au-dessus de notre terrain. Dans des conditions plus faibles, un planeur F5J, comme par exemple la Carbonita de Valenta, convient également à condition de faire preuve de la prudence et du doigté nécessaires.

J’ai déjà hâte que reviennent les thermiques printaniers pour pouvoir à nouveau m’adonner aux joies du DTS !