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Appareils insolites : les avions à effet de sol

Le 20ème siècle est considéré comme une période clé pour le secteur aérien. Notamment en raison des divers conflits ayant eu lieu à cette époque, une réelle avancée technologique a eu lieu dans ce domaine, sur le plan civil comme militaire. L’innovation était au cœur du développement de nouveaux aéronefs, ce qui donna lieu à l’apparition de concepts d’appareils quelques peu hors du commun. Les avions à effet de sol en sont une parfaite illustration.


L’effet de sol, késako ?


Lors du vol d’un avion au ras du sol, plus précisément lorsque son altitude est inférieure à son envergure, la compression d’importantes masses d’air entre le sol et les ailes de l’appareil engendrent une augmentation significative de la portance et une réduction de la traînée. Ce phénomène se nomme effet de sol. Bien connu par les pilotes, il est observable lors des phases de décollage et d’atterrissage, mais aussi exploité par les planeurs pour accroître momentanément leurs performances.


L’application de ce phénomène


L’idée de l’application de ce phénomène à des appareils spécialement dédiés date de la Guerre Froide : un des pionniers dans ce domaine est le soviétique Rostislav Alexeyev, avec ses Ekranoplans (la traduction donnerait « planeurs sur écrans »). Travaillant initialement sur la conception d’hydroptères (des bateaux utilisant des foils pour générer de la portance dans l’eau et soulever la coque au-dessus de la surface), il eut l’idée de déplacer les foils dans l’air afin de pouvoir utiliser l’effet de sol. En effet, dans l’eau la vitesse des foils est limitée par le phénomène de cavitation, pouvant être particulièrement destructeur pour les structures. Le concept d’avions à effet de sol voit alors le jour. Les avantages de ces appareils étaient multiples : vitesse de croisière avoisinant celle d’un avion (grâce aux frottements réduits) avec la capacité d’emport proche de celle d’un navire (en raison de l’augmentation de la portance).

Illustration de l’effet de sol, Aviation Supplies & Academics, Inc.

Soulignons ici que malgré leur ressemblance avec des aéronefs traditionnels, les Ekranoplans sont classés comme de simples navires maritimes par l’Organisation

Maritime Internationale (l’effet de sol n’est utilisé en quelques sortes que pour améliorer les capacités des bateaux par rapports aux technologies existantes).


Convaincu de l’intérêt de son concept, Alexeyev présenta son idée au gouvernement afin d’obtenir les fonds et ressources nécessaires au développement. Cependant, dans une époque où la Guerre Froide était au cœur des préoccupations des dirigeants soviétiques, il dut démontrer l’intérêt militaire de sa technologie pour espérer quelconque financement de la part du gouvernement. Les arguments étaient multiples : capables de se déplacer à quelques mètres de la surface de l’eau, ces appareils seraient complètement invisibles aux sonars, mais aussi aux radars (du fait de la courbure de la terre). Ils passeraient aussi au- dessus des mines sous-marines et auraient la capacité de s’aventurer dans des zones inaccessibles aux grands navires (grâce à leur faible tirant d’eau). Leur capacité de transport pour véhicules militaires mais aussi leur potentielle adaptation en véhicule offensif ont été des atouts supplémentaires pour attirer l’attention des militaires soviétiques. Et ce fut chose faite, puisque le projet alla jusqu’à obtenir l’intérêt de Nikita Khrouchtchev (ancien chef du gouvernement soviétique).

Après plusieurs années de développement, le premier prototype (du nom SM-1) sortit de terre en 1961. Seul cinq autres prototypes (construits jusqu’en 1964) ont été nécessaires avant d’obtenir la première version finale.


Les Ekranoplans les plus emblématiques


Cette version finale est dénommée le KM (acronyme de Korabl Maket, littéralement « Maquette de bateau ». Lors de sa découverte par les américains (grâce aux satellites de reconnaissance du programme Corona), celui-ci fut surnommé le « Monstre de la Mer Caspienne » en raison de sa taille et de sa forme inhabituelle pour l’époque. Sa fiche technique est la suivante :


KM en vol, oldpressmachine.com
  • Longueur : 92 m

  • Envergure : 37,.6m

  • Vitesse de croisière : 430 km/h (vitesse maximale de 500 km/h)

  • Autonomie : 3000 km

  • Propulsion : 10 turboréacteurs Dobrynin RD-7

  • Poussée maximale : 1275 kN (30% plus élevée qu’un Boeing 747 de même génération)

  • Masse à vide : 240 tonnes

  • MTOW : 544 tonnes


A sa sortie en 1966, il s’agissait – et de loin – de la plus grande machine volante jamais construite.

Le rapport entre portance et traînée sans pareil de cet aéronef (dû à l’effet de sol) permet d’expliquer cette masse très importante (comparable à un A380) malgré sa faible envergure.

Sur ses dix réacteurs, huit étaient montés en plan canard à l’avant du fuselage pour augmenter le flux d’air au niveau des ailes lors du décollage. En vol de croisière, ceux-ci étaient arrêtés et seuls les deux réacteurs montés au niveau de l’empennage étaient nécessaires pour maintenir l’Ekranoplan en vol. Du point de vue aérodynamique, cet appareil était plutôt abouti pour son époque : un empennage en T avait été choisi afin que le stabilisateur vertical et la gouverne de profondeur soient positionnés hors de l’effet de sol pour plus de stabilité, et la présence de plaques verticales au bout des ailes permettait de réduire la formation de tourbillon marginal (vortex de bout d’aile).


Malgré ses avantages techniques nombreux, cette machine était soumise à bon nombres de problèmes et inconvénients : du fait du nombre élevé de réacteurs et de leur positionnement qui les rendaient très exposés (eau salée, débris non identifiés), le ratio entre temps de vol et maintenance n’était pas favorable et cette dernière s’avérait onéreuse. Le KM avait besoin de grandes distances pour tourner et nécessitait donc la présence d’observateurs en amont de sa trajectoire pour assurer un vol sûr. De plus, même s’il était censé pouvoir être utilisé dans une houle de 1,5 mètre, tous les documents vidéo qui nous sont parvenus montrent un usage dans des eaux très calmes. Un usage sur les océans ou en cas de mauvais temps est donc impossible. Cette machine n’a été utilisé que dans les mers fermées bordant l’Union Soviétique. Tous ces facteurs contribuaient à rendre cet appareil difficile à piloter : la charge de travail des pilotes était très élevée en comparaison à un avion traditionnel.


Certains de ces problèmes auraient pu être résolu mais la destitution de Khrouchtchev entraina un changement de politique budgétaire : le développement du KM fut suspendu et l’équipe d’Alexeyev se concentra désormais sur la construction d’un Ekranoplan bien plus petit et mais plus pratique. Celui-ci effectua son premier vol en 1972 et est connu sous le nom de A-90 Orlyonok (« Aiglon » en russe). Sa fiche technique est la suivante :


A-90 Orlyonok en vol, avionslegendaires.net
  • Longueur : 58 m

  • Envergure : 31,5 m

  • Vitesse de croisière : 370 km/h (vitesse maximale de 400 km/h)

  • Autonomie : 1500 km

  • Propulsion : 1 turbopropulseur Kouznetsov NK-12 (à hélices contrarotatives) et 2 turboréacteurs Kouznetsov NK-8

  • Poussée maximale : 358 kN

  • Masse à vide : 70 tonnes

  • MTOW (Maximum Take-Off Weight): 140 tonnes

Malgré une masse bien inférieure en comparaison à son prédécesseur, cet appareil se basait sur la même architecture globale : deux réacteurs à l’avant (situés dans un carénage au niveau du fuselage cette fois-ci) pour pouvoir accentuer l’effet de sol à faible vitesse et un moteur sur la queue pour le vol de croisière. Notons ici que le turbopropulseur de queue a été positionné tout en haut de l’empennage en T afin d’éviter au maximum le flux d’air perturbé et les projections de sel. Le modèle utilisé ici (NK-12) est reconnu pour sa puissance et est d’ailleurs utilisé par d’autres appareils soviétiques de la même époque, notamment le Tupolev Tu-114 qui reste à ce jour le plus rapide avion de ligne équipé de turbopropulseurs. Sa capacité de transport de 150 personnes et sa versatilité accrue du fait de la présence de roues (l’A-90 est basé à terre et non en mer comme les autres Ekranoplans) n’ont pas suffi à susciter l’intérêt des politiques : en effet, les caractéristiques étaient similaires à un hydravion de taille similaire, le vol en dehors de l’effet de sol en moins. Finalement, seuls trois appareils sont entrés en service dans la marine soviétique.


Au même moment, les relations entre Alexeyev et les dirigeants politiques ont commencé à se dégrader (en raison de mode de pensée peu conventionnel de ce premier). En 1975, celui-ci lui perdu du grade dans le programme : il passa de chef de projet à simple employé de la société. Il décéda d’ailleurs en 1980 (à 63 ans) dans de mystérieuses circonstances, sans avoir vu le dernier Ekranoplan. Ce dernier, nommé Lun-Class (Lun en russe signifie « busard »), entra en service en 1987 et avait un usage quelque peu différent des précédents, comme nous le montre sa fiche technique :


Lun-Class abandonné à proximité de la ville de Derbent, Getty images
  • Longueur : 74 m

  • Envergure : 44 m

  • Vitesse de croisière : 450 km/h (vitesse maximale de 550 km/h)

  • Autonomie : 2000 km

  • Propulsion : 8 turboréacteurs Kouznetsov NK-87

  • Poussée maximale : 1019,2 kN

  • Masse à vide : 286 tonnes

  • MTOW : 400 tonnes

  • Armement : 6 batteries de missiles anti-navire air-sol P-270 Moskit


Contrairement aux précédents Ekranoplan, le Lun-Class était le premier et le seul véhicule à effet de sol à être conçu pour un usage militaire offensif. Ses six missiles guidés anti-navires étaient installés par paire sur la partie supérieure du fuselage, permettant ainsi une portée d’une centaine de kilomètres. Le Lun-Class apportait des modifications et des améliorations par rapport aux autres Ekranoplans l’ayant précédé : tous les réacteurs étaient maintenant disposés en plan canard, l’envergure était aussi la plus grande de tous les Ekranoplans construits pour pouvoir permettre le vol en dehors de l’effet de sol (jusqu’à 500 mètres d’altitude en théorie). Notons que ces avantages n’ont pas été suffisants pour permettre la commercialisation à grande échelle, puisque seuls quatre appareils ont été construits et un seul fut livré à la marine soviétique.

Le futur de l’avion à effet de sol


Avec le déclin de l’URSS, le développement des Ekranoplans fut arrêté et les différents appareils retirés progressivement du service à la fin des années 1990. Certains sont exposés dans des musées ou lieus emblématiques de l’URSS, tandis que d’autres se retrouvent abandonnés sur des plages bordant la mer Caspienne.


Malgré l’abandon de la construction d’appareils à effet de sol de la même dimension que les Ekranoplans, certains constructeurs (qu’ils soient sous la forme de start-up ou de firme multinationale) révèlent de temps à autres des appareils civils se basant sur le vol à effet de sol : nous pensons notamment au X-114 allemand (années 70), au XTW-4 chinois (1999), au gigantesque Boeing Pelican (annoncé en 2002 puis rejeté par le Congrès en 2005), ou à l’A-050 russe (présenté en 2015). Relevons aussi que plus ces appareils sont grands, plus ils sont stables et performants : peut-être la clef du concept est-elle de construire un appareil à effet de sol encore plus imposant que le KM soviétique, appareil qui seraient enfin aptes à rivaliser avec les avions commerciaux existants ?







Sources



N.B. : notons ici qu’en raison du caractère confidentiel de certaines informations, certaines données numériques sont ici des estimations réalisées par des experts plutôt que des caractéristiques/chiffres communiquées par les constructeurs.



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