Effet de sol


Effet de sol

L'effet de sol est un phénomène aérodynamique qui concerne la portance et la traînée d'une surface en mouvement à proximité du sol, comme la voilure d'un aérodyne (portance aérodynamique) ou la face interne du plenum d'un navire à coussin d'air (portance aérostatique). L'effet de sol peut être utilisé pour générer une déportance dans le cas d'une voiture de course, voire de sportives de série.

Sommaire

Portance

Portance aérodynamique

Un UH-19XRW en démonstration

En aéronautique, le vol à proximité du sol « en effet de sol » augmente légèrement la pente de portance (la portance est plus grande à incidence identique), et permet surtout, à portance égale, de réduire l'angle d'incidence et la déflexion et donc la traînée induite par la portance. Cela améliore la finesse (le rapport portance/traînée) de l'engin et permet d'économiser du carburant pour augmenter l'autonomie ou la masse transportée.

Ce phénomène est mis à profit par des avions amphibies de type WIG (« Wing In Ground effect ») ou ékranoplane, appellation russe du concepteur Alekseyev, ou Navion (navire-avion). Dans le cas amphibie typique, l'engin est conçu pour voler à faible altitude au-dessus de l'eau (entre le dixième et le cinquième de son envergure). La puissance installée ne permet pas aux engins à faible envergure de voler hors effet de sol, la traînée induite par la portance étant alors trop forte.

De nombreux oiseaux utilisent l'effet de sol en volant au ras de l'eau. Ils peuvent voler au ras de l'eau également pour voler face au vent à moindre effort (le vent est plus faible au ras de la surface).

Portance aérostatique

  • Près du sol, un hélicoptère en vol stationnaire profite d'un effet de sol dû au souffle de son rotor principal. Les performances en vol stationnaire d'un hélicoptère sont donc indiquées en fonction de sa proximité du sol dans l'effet de sol (DES) ou hors effet de sol (HES).
  • Un navire « à coussin d'air » de type aéroglisseur (Hovercraft) ou navire à effet de surface (catamaran à coussin d'air) trouve sa portance dans le différentiel de pression qui existe entre l'air extérieur et l'air soufflé dans une enceinte quasi close ou plenum. Comme pour un hélicoptère, l'effet de sol ne dépend pas de la vitesse de l'engin, mais du fonctionnement de la soufflante.
  • Il existe des engins à effet de sol à portance hybride présentant à la fois des ailes (portance aérodynamique) et soit une hypersustentation locale générée par des soufflantes spécifiques (Ekranoplane, Orlyonok), soit un coussin d'air plus ou moins délimité par des jupes déformables ou des surfaces mobiles (Hoverwing). La surpression aérostatique est utilisée dans ce cas comme portance additionnelle pour faciliter le décollage.

Déportance

Fond plat avec diffuseur arrière (retourné) d'une voiture de type Sport-Prototypes

Déportance aérodynamique

En sport automobile, l'effet de sol est utilisé pour augmenter l'adhérence (le grip) des pneumatiques (pour augmenter le niveau admissible d'accélération en virage, à l'accélération et au freinage). Le fond plat, entouré de jupes, piège l'air qui passe sous la voiture. Comme le fond plat se relève sur l'arrière, l'augmentation de la section entre le sol et le fond plat provoque une diminution locale de la pression de l'air qui plaque la voiture au sol.

Cette technique, développée par Colin Chapman, sur les Lotus 78 et Lotus 79, s'ajoute à la déportance aérodynamique des ailerons, qui eux ne sont pas en effet de sol. En Formule 1, l'effet de sol a été progressivement limité avant d'être banni en 1982, et l'emploi de jupes interdit.

Déportance aérostatique

La Brabham BT46 « aspirateur »

La Brabham BT46B a démontré l'effet optimal de l'effet de sol ; sur cette monoplace de Formule 1 créée en 1978, la dépression recherchée entre le sol et le fond plat était assuré par une turbine d'aspiration entraînée par le moteur. L'efficacité de ce système était telle que la voiture ne participa qu'à un seul Grand Prix, le Grand Prix de Suède, pilotée par Niki Lauda qui remporta la victoire, avant d'être déclarée interdite en course.

La Chaparral 2J a été la première voiture de course équipée d'un tel système en 1970. Courant en Amérique du Nord en catégorie CanAm, elle fut elle aussi interdite en raison de ses trop grandes performances.

D'une façon anecdotique, la Red Bull X2010 (en), une voiture virtuelle du jeu vidéo Gran Turismo 5, utilise aussi cette technique de l'« aspirateur »[1], mais une telle voiture atteindrait les limites de ce qu'un corps humain pourrait supporter, avec notamment 8g en virage.

Notes et références

  1. (en) Red Bull X1 supercar (2010): the full technical spec - Car Magazine, 28 octobre 2010

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