Innehållsförteckning för Special No. 47 från Science & Vie

Polytechnicien et aviateur, André Turcat est resté dans les mémoires comme le premier à avoir piloté un Concorde, dont il dirigeait l’équipe d’essais côté français. Il est décédé en 2016, à l’âge de 94 ans. En 2007, il accordait à Science & Vie une longue interview sur ses souvenirs de l’épopée collective que fut Concorde, les relations avec les Anglais et le métier de pilote d’essai. Nous la republions aujourd’hui. Science & Vie: Pouvezvous nous dire comment vous avez croisé le chemin de Concorde? André Turcat: C’est la chance des rencontres. J’étais à Nord-Aviation, héritière de l’Arsenal de l’aéronautique, où l’on avait conçu et fait voler le Griffon et le Gerfaut, quand j’ai appris l’intention de Georges Héreil, le président de Sud-Aviation, de construire une Caravelle supersonique. Je l’ai vite…

LE RÉACTEUR 1 – Réservoir d’huile 2 – Compresseur basse pression 3 – Palier avant du compresseur basse pression 4 – Palier de poussée basse pression 5 – Palier de poussée haute pression 6 – Relais d’accessoires 7 – Compresseur haute pression 8 – Pompe à carburant 9 – Arbre de la turbine haute pression 10 – Chambre de combustion 11 – Turbine haute pression 12 – Turbine basse pression 13 – Palier basse pression 14 – Rampe de postcombustion 15 – Élément de l’inverseur de poussée 16 – Tuyère primaire à section variable 17 – Vérins actionnant la tuyère primaire 18 – Échappements des inverseurs de poussée 19 – Portes d’air tertiaire 20 – Tuyère secondaire LA NACELLE DES RÉACTEURS 1 – Aile de l’avion 2 – Panneau mobile…

Seulement 115 tonnes. C’est l’exigence de départ requise par le projet. Pour un appareil de 51,5 m de longueur et de 21,44 m d’envergure, avec une voilure de 310 m2, c’est une gageure. Environ 50 % de la masse sera consacrée au carburant. On compte donc sur un matériau léger pour la structure et le revêtement: un alliage d’aluminium réfractaire nommé AU2GN. Certes, celui-ci a tendance à vieillir un peu vite, mais il combat très bien le “mur de la chaleur”: à Mach 2,2, le frottement chauffera la pointe du nez à 180 °C, le bord d’attaque à 155 °C, le fuselage et le bord de fuite de la voilure entre 140 °C et 150 °C. Le froid en altitude portera la surface entre 125 et 130 °C, encore très…

Au moment où Français et Britanniques signent leur accord de coopération et s’engagent dans la construction du Concorde, outre-Atlantique, les projets sont légion. Fort de la mise en service du premier bombardier américain capable de voler à Mach 2 (le B-58 Hustler), Convair se sent notamment bien placé, en 1960, pour proposer le premier supersonique civil (ou SST) américain. Son projet, le Model 58-9, doit se développer en trois phases. D’abord, un B-58 militaire empruntera les routes commerciales et rassemblera des données sur la vitesse à laquelle elles pourraient être parcourues par un supersonique. Si les données semblent favorables, une deuxième phase consistera à remplacer un réservoir du Hustler par une cabine amovible dotée de portes, de fenêtres, de cinq sièges et d’un système de climatisation, pour tester les effets…

2 400 km/h C’est l’avion de ligne le plus rapide du monde, à Mach 2,02. 3 h 30 pour relier Paris à New York, contre environ 8 h sur un vol subsonique. 18 km C’est l’altitude maximale à laquelle vole le supersonique. 8 000 € C’est le prix du billet pour New York en 2001. 100 passagers transportés par vol, avec en général un commandant, un copilote et un ingénieur de vol, et six autres membres d’équipage. 50 000 passagers par an sur le vol Air France Paris-New York en moyenne, soit 720 000 passagers environ durant les 14 années d’exploitation.…

PROTOTYPE 001 F-WTSS Exposé au Bourget SON HISTOIRE: C’est le prototype français et le premier Concorde à avoir volé, en mars 1969. En 1973, il fut transformé en laboratoire pour permettre à des astronomes d’observer une éclipse solaire en continu au cours de son 376e vol. C’est aussi le premier Concorde à avoir été mis à la retraite (son dernier vol date du 19 octobre 1973) et placé dans un musée. OÙ LE TROUVER? Il constitue l’une des plus belles pièces du Musée de l’air et de l’espace, au Bourget. On peut le voir dans un Hall Concorde dédié, face au Concorde Air France F-BTSD. PROTOTYPE 002 G-BSST Exposé à Yeovilton (Angleterre) SON HISTOIRE: C'est le prototype de Concorde britannique. Son premier vol a eu lieu en avril 1969. En…

UN MOTEUR RÉVOLUTIONNAIRE EN MODE FURTIF L’HyperStar est un projet de jet d’affaires supersonique d’une vingtaine de places imaginé par la société américaine Hypermach Aerospace Industries, créée en 2008. Il espère atteindre Mach 3,6 et parcourir une distance de 11 000 km grâce à des moteurs H-Magjet 4 400 hybrides (électricitékérosène) de nouvelle génération qui, selon ses concepteurs, consommeront 30 % de carburant de moins que le Concorde. Ce moteur révolutionnaire serait également doté de supraconducteurs permettant de produire l’électricité nécessaire aux systèmes de bord et à la création d’un champ électromagnétique visant à réduire la traînée et à éradiquer le bang supersonique. Difficile d’en savoir plus: l’entreprise a décidé depuis quelques mois de ne plus communiquer et de travailler en mode “furtif”. Aux dernières nouvelles, Hypermach espérait effectuer son…

DES TURBORÉACTEURS À HYDROGÈNE Ce projet d’avion de ligne hypersonique est signé par l’agence aérospatiale japonaise (Jaxa). Propulsé par quatre turboréacteurs à hydrogène et un booster de moteur-fusée, il pourrait croiser à Mach 5 (plus de 6 000 km/h) et mettre Paris à moins de 3 heures de Tokyo. En février 2013, un test sur banc moteur a permis de valider la capacité du turboréacteur à atteindre Mach 4. Ici aussi, la priorité est la réduction du bang supersonique. Un démonstrateur technologique de supersonique silencieux a déjà permis de démontrer la possibilité de réduire l’intensité sonore du “bang” de 50 % grâce à l’aérodynamisme. La Jaxa pense pouvoir développer un démonstrateur supersonique (Mach 2) à l’horizon 2020 et une version hypersonique (Mach 5) au-delà de 2025, permettant d’embarquer une centaine…

UN “BANG” QUASI SILENCIEUX Dès 1973, l’agence américaine avait travaillé sur le sujet dans le cadre du programme Supersonic Cruise Research. Depuis, ses ingénieurs s’acharnent à trouver une solution pour atténuer le bang supersonique. Le chantier semble enfin près d’aboutir: la Nasa a signé en avril un contrat de 247,5 millions de dollars avec Lockheed Martin (le fabricant des avions de chasse F-16, F-22 et F-35) pour construire une version expérimentale d’un supersonique silencieux. On ne sait presque rien des détails techniques du projet, baptisé X-59 QueSST (pour Quiet Super Sonic Transport), si ce n’est qu’il est “conçu de manière à ce que, en mode supersonique, les personnes au sol n’entendent qu’un bruit sourd… voire rien du tout”. Le premier vol est prévu pour 2021.…

L’ histoire du Concorde débute dès la fin de la Deuxième Guerre mondiale. Si, dans les années 1930, les avions de chasse peinaient à dépasser 700 km/h, Allemands et Britanniques ont permis, durant le conflit, des développements fulgurants. Ils ont gagné en rayon d’action et en précision de navigation. Surtout, les nouveaux moteurs à réaction (dont le principe est la projection de gaz vers l’arrière, ce qui transmet par réaction une poussée vers l’avant à l’avion) leur permettent de dépasser allégrement les 700 km/h. Le premier avion à réaction à voler est allemand: le Heinkel He 178 décolle pour la première fois le 27 août 1939. Les Britanniques suivent le 15 mai 1941 avec le Gloster E.28/39 mis au point par l’ingénieur Frank Whittle, puis les Américains, le 1er octobre…

L’ histoire de Concorde commence par la signature de l’accord franco-britannique de novembre 1962. Puis la logique industrielle s’empare des événements: on part de la définition de l’objet recherché, on fait le point des savoirs existants, on établit le catalogue des éléments manquants, puis un échéancier de travail où la masse des travaux est décomposée en opérations qui s’enchaînent, réparties entre partenaires par accord mutuel. Reste, bien sûr, à réaliser et à assembler. Pour les avions commerciaux, la tradition veut qu’on construise un ou plusieurs prototypes destinés à la vérification des formules de base et à leur application. Les essais des prototypes servent à faire l’avion définitif ou “tête de série”, qui sera construit en un ou plusieurs exemplaires. C’est cet avion qui est soumis à la certification de vol…

La forte variation des postures de l’avion pose des problèmes que l’on s’efforce de résoudre sur plans. En vol de croisière, pour assurer une bonne pénétration dans l’air, la verrière du cockpit doit s’intégrer parfaitement dans la pointe avant du fuselage. Mais, au décollage et à l’atterrissage, l’équipage doit voir la piste et ses alentours. Or, vu l’incidence élevée requise par la voilure delta, tout ce que voient les pilotes, c’est le nez de l’avion! D’où l’idée d’un nez basculant à trois positions: abaissement faible au décollage, fort en phase d’approche, nez relevé en vol rapide. L’idée revient aux Anglais, qui l’appliquent déjà à des prototypes militaires. Une contrainte forte, un tel dispositif exigeant une mécanique lourde.…

Dès 1962, il est décidé de s’appuyer, pour concevoir les entrées d’air des moteurs, sur les travaux d’un chercheur de l’Onera: une prise d’air sera aménagée dans leur paroi inférieure. Au décollage, cette trappe doit permettre d’augmenter la quantité et la vitesse de l’air admis vers le compresseur en profitant de l’incidence élevée de l’avion. À vitesse élevée, la même trappe peut, en s’ouvrant vers l’extérieur, la décharger d’une partie de l’air en amont du compresseur. L’entrée d’air a pour fonction permanente de réguler la vitesse et le degré de compression de l’air absorbé. En vol rapide (les calculs montrent que le problème se pose avec acuité à partir de Mach 1,3), il est impératif de ralentir l’air entrant dans chaque moteur. Aucune pale de turbine ne peut en effet…

“Les Américains achètent Concorde. Français et Anglais publient leur bulletin de victoire. Victoire provisoire, mais qui se chiffrerait éventuellement par une facture de 60 à 90 millions de dollars. Le 4 juin 1963, Pan Am a en effet commandé six unités du futur appareil supersonique franco-britannique, le maximum d’options consenties par les constructeurs (Sud-Aviation et British Aircraft Corporation) à un seul acheteur. Pan Am prend tout le lot. On n’a jamais vu cela, une compagnie américaine achetant un avion européen à l’état embryonnaire des études. Et quelle compagnie! Pan Am, colosse des lignes internationales, arbitre suprême des destinées de l’aviation civile”, se félicite Science & Vie dans son édition d’avril 1964… avant de s’inquiéter: “Coïncidence? Le lendemain de la commande Pan Am, l’Amérique, hésitante depuis quatre ans, annonce sa décision…

Dès 1970, l’Agence fédérale de l’aviation américaine (FAA), en charge des réglementations et des contrôles concernant l’aviation civile aux États-Unis, propose d’interdire le survol de son territoire en mode supersonique. La proposition est actée le 28 mars 1973. Entre-temps, en 1971, le Congrès américain a annulé le programme Supersonic Transport. Ce projet de Boeing et General Electric, qui aurait dû aboutir à un avion supersonique américain, est abandonné pour des raisons budgétaires, mais aussi après un combat acharné entre pro-et antisupersoniques. Le Concorde ne pourra donc atteindre sa vitesse maximale qu’au-dessus des territoires aériens adjacents à la haute mer. Pour survoler les terres habitées, il faudra passer en mode subsonique. La règle est toujours valable aux États-Unis, où le survol des terres à plus de Mach 1 est interdit, sauf…

En octobre 2000, Science & Vie réagit au crash qui s’est produit quelques mois plus tôt. L’article explique que le 14 juin 1979 déjà, les pneus d’un Concorde d’Air France avaient éclaté au décollage, sur l’aéroport de Washington Dulles, aux États-Unis. Un morceau de jante de roue avait troué l’aile et perforé le réservoir, laissant fuir près de 8 tonnes de kérosène. “C’est un miracle que l’avion n’ait pas pris feu”, selon l’auteur. Une nouvelle règle obligea à installer un détecteur pour signaler la défaillance d’un pneu. On conseilla aussi d’utiliser des pneus renforcés et des jantes plus résistantes. Mais les techniciens de l’époque avaient conclu que des débris de pneus seuls ne pouvaient endommager les réservoirs. Le certificat de navigabilité du Concorde ne fut pas remis en cause. Un…

Qui succédera au mythe? Qui parviendra à relever les innombrables défis posés par le vol supersonique? Quinze ans après la mise à la retraite du “pointu”, aucun avion civil n’a plus transporté de passagers au-delà de la vitesse du son. Mais plusieurs projets ambitionnent de prendre la succession de cette légende de l’aviation. Comment? En mettant à profit les nombreux progrès techniques réalisés depuis le Concorde (qui fut conçu dans les années 1960) dans les domaines de la motorisation, de l’aérodynamisme ou encore des matériaux… Autant d’atouts qui devraient leur permettre de suivre les traces que cet avion, très en avance sur son époque, a laissées dans l’histoire et dans les mémoires. Et de réussir là où d’autres se sont brûlé les ailes. On se souvient par exemple du Tupolev…

L’HYPERSONIQUE DE LA DÉMESURE Le Lapcat A2 est un projet d’avion capable de voler à Mach 5 (plus de 6 000 km/h), soit plus de deux fois plus vite que le Concorde. Ce géant sera aussi plus de deux fois plus long, afin d’embarquer trois fois plus de passagers (300) dans un rayon d’action de plus de 20 000 km (Paris-Tokyo aller-retour). Bref, un hypersonique en version XXL. Son point fort: un moteur, le Scimitar, imaginé par la société anglaise Reaction Engines Limited, dérivé d’un moteur-fusée de lanceur spatial en cours de développement. Ce moteur à hydrogène liquide présente la particularité d’être équipé, à l’admission d’air, d’un échangeur thermique ultra-performant destiné à refroidir l’air échauffé par les frottements à haute vitesse. Des tests ont prouvé sa capacité à le faire…

LE MUR DU SON FAÇON “GRAND LUXE” Créée en 2011, l’entreprise américaine Spike Aerospace a annoncé en 2013 avoir terminé la conception et les spécifications d’un supersonique baptisé Spike S-512. Ce jet de luxe de 12 à 18 sièges ambitionne de voler à Mach 1,6, avec un rayon d’action de 11 500 km. Avec une particularité: l’absence de hublots, remplacés par un écran panoramique permettant, au choix, de visionner le paysage extérieur capté par des caméras, ou d’autres paysages, ou encore des films ou des présentations professionnelles. Autre promesse: la réduction drastique du bang supersonique grâce au concept Quiet Supersonic Flight Technology dont on ne sait pas grand-chose, si ce n’est que “lorsque l’avion survolera quelqu’un au sol, celui-ci n’entendra qu’un claquement sourd et très doux”. Spike Aerospace a annoncé…

1 – Tube de Pitot 2 – Radôme 3 – Nez basculant (position 17,5 ° vers le bas) 4 – Antenne tournante de radar météo 5 – Râtelier d’équipement radar 6 – Rails de recul du radôme 7 – Cloison du radar 8 – Vérin hydraulique de la verrière 9 – Tube de Pitot, bâbord et tribord 10 – Liaison verrière rétractable 11 – Verrière rétractable 12 – Double vérin du nez basculant 13 – Rails de la verrière 14 – Palette d’incidence 15 – Cloison étanche pressurisée avant 16 – Rails de guidage du nez basculant 17 – Liston de fuselage avant 18 – Point d’articulation du nez basculant 19 – Palonnier 20 – Siège du commandant de bord; le copilote est à la place de droite 21 –…

Dès le milieu des années 1950, les recherches sur le vol supersonique ont abouti au développement de nombreux projets militaires: Mirage, Gerfaut, Durandal en France, Fairey Delta en Angleterre, tous ces avions sont capables d’atteindre Mach 2. Et tous sont de conception dite “delta”. Les bureaux d’études britanniques et français avaient en effet adopté à peu près les mêmes vues sur la formule aérodynamique idéale du vol supersonique: celle d’une voilure triangulaire (la forme de la lettre grecque delta) à flèche prononcée (c’est-à-dire très pointue) et aussi peu épaisse que possible, car dans le domaine supersonique, le calcul montre que la traînée d’une aile (la force qui s’oppose au mouvement) augmente comme le carré de son épaisseur. La principale qualité de cette géométrie était de présenter, pour un angle de…

Pour les ingénieurs du Concorde, le choix du réacteur de base est relativement simple. L’Olympus de Bristol-Siddeley est le seul moteur européen disponible à l’époque qui possède à la fois la puissance initiale (9 tonnes de poussée sans réchauffe) et le potentiel de développement indispensable. Mais son adaptation au vol supersonique exige bien d’autres perfectionnements. Il faut, en particulier, que l’alimentation en air des moteurs soit assurée correctement à toutes les allures et toutes les incidences de l’avion. À basse vitesse et en accélération, il faut gaver les compresseurs des moteurs en air ambiant et pour cela profiter des effets aérodynamiques créés par la voilure. D’où la réunion deux par deux des moteurs dans une nacelle placée immédiatement sous l’aile, le point d’éjection des tuyères se trouvant à hauteur du…

Rappelons que le choix du réacteur ne comporte pas en lui-même d’innovation radicale. L’Olympus de Bristol a été développé à partir de 1948 pour des avions militaires. C’est un réacteur “simple flux”. La quasi-totalité de l’air absorbé passe dans un compresseur étroit (environ 80 cm de diamètre), bien adapté aux contraintes aérodynamiques du supersonique. De plus, c’est un modèle déjà largement éprouvé. Il équipe dans ses versions Mk 201, 104 et 301 plusieurs types de bombardiers Vulcan en service dans la Royal Air Force ou en développement. Il est aussi en cours de perfectionnement pour équiper un avion de combat supersonique britannique en projet, le TSR2. Stanley Hooker, le créateur de l’Olympus, ne s’en cache pas: le potentiel de développement de cette machine est encore important et la version civile…

Les 2 mars et 9 avril 1969, les démonstrateurs 001 (français) et 002 (britannique) effectuent leurs premiers vols au-dessus de Toulouse et de Filton (Angleterre). L’événement fait la une des journaux. On crie victoire. Les gens bien informés n’ignorent cependant pas que les prototypes qui s’élancent avec succès devant un public impressionné sont déjà dépassés par les types de présérie, et plus encore par les têtes de série n° 1 français et n° 2 anglais, mis en chantier le 31 octobre 1967. En tant que “démonstrateurs”, les deux appareils doivent surmonter trois épreuves: voler à Mach 2, emporter une charge marchande réelle et traverser l’Atlantique. À l’époque, si certains s’enthousiasment, d’autres glosent. Ces premiers vols n’ont-ils pas été précipités pour répondre aux Soviétiques, dont le Tupolev 144 a volé dès…

Le 21 janvier 1976, les deux premières lignes commerciales sont ouvertes: Londres-Bahreïn pour British Airways et Paris-Rio pour Air France. La fascination qu’exerce l’élégant supersonique sur les passionnés d’aéronautique gagne alors le grand public… qui rêve de traverser l’Atlantique à deux fois la vitesse du son.…

SCIENCE & VIE N° 645 Juin 1971 SCIENCE & VIE N° 684 Septembre 1974 “Si, Concorde est rentable!”, clamait la couverture du numéro de juin 1971. “Concorde: voici pourquoi les petits comptables ont tort”, raillait-on dans celui de septembre 1974. En 1971, l’auteur explique que “la clientèle des lignes long courrier veut le service le plus souple et le choix le plus diversifié des plages horaires. Et il y a longtemps que la SNCF, par exemple, a découvert cette sociologie du transport: elle sait que les trains rapides dits de prestige ou de luxe (…) constituent les convois les plus rentables et ceux qui connaissent les coefficients de remplissage les plus élevés.” Le Concorde, “offrant des horaires de départ plus diversifiés et un nombre de sièges plus limité, devrait connaître…

Le vol AFR 4590, qui se prépare à quitter l’aéroport Paris-Charles de Gaulle pour New York, n’a rien de spécial. En ce mardi 25 juillet 2000, la température avoisine les 19 °C et la vitesse du vent est faible. C’est un jour ordinaire pour les neuf membres de l’équipage du Concorde F-BTSC d’Air France. L’appareil est rempli au maximum de sa capacité: 94,8 tonnes de carburant et 100 passagers (96 Allemands, 2 Danois, 1 Américain et 1 Autrichien). Leurs bagages viennent d’être rangés dans les soutes quand l’équipage prévient par radio le contrôle aérien de son intention de décoller à 14 h 30. Le pilote Christian Marty, 54 ans, le copilote Jean Marcot, 50 ans, et l’officier mécanicien Gilles Jardinaud, 58 ans, sont en train d’effectuer leurs dernières vérifications lorsque,…

Depuis l’arrêt du projet “2707” en 1971, des rumeurs régulières annoncent la volonté de Boeing de faire renaître le concept. Le constructeur américain a mis fin aux spéculations en juin, annonçant un projet d’avion de ligne pouvant atteindre Mach 5 (plus de 6 000 km/h!) propulsé par une combinaison de deux turboréacteurs (opérant jusqu’à Mach 2 à 3) et d’un statoréacteur (jusqu’à Mach 5). Le tout accompa gné d’une esquisse (ci-contre) reprenant dans les grandes lignes un concept de drone militaire de surveillance supersonique en forme d’aile delta dévoilé quelques mois plus tôt. L’appareil pourrait embarquer jusqu’à 100 personnes, et croiserait à une altitude de 28 km (contre 17 km pour le Concorde) afin de réduire les turbulences et les frottements, grâce à une densité de l’air moins élevée. Mais…

UN SUPERSONIQUE VERSION RÉALISTE L’AS2 est un projet de jet d’affaires d’une dizaine de passagers porté par la société américaine Aerion, pouvant atteindre la vitesse maximale de Mach 1,4 et un rayon d’action de 10 000 km. Sa particularité: le recours à des solutions éprouvées, pour rendre le vol supersonique plus réaliste. L’appareil sera ainsi équipé de moteurs General Electric Affinity (dérivés du CFM56), dont la conception s’est achevée en octobre 2018. Autre particularité: la forme biconvexe des ailes de l’aéronef, censée optimiser l’écoulement d’air et réduire la traînée à haute vitesse. Quant au problème du bang, l’AS2 le résout en prévoyant tout simplement de voler en deçà du mur du son (Mach 0,95) au-dessus des zones continentales, et estime que le vol silencieux est possible “jusqu’à Mach 1,2, selon…