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Les spécificités des avions de l'aéronavale : leurs conception et leur opération.



L’efficacité opérationnelle des porte-avions dépend étroitement de leur capacité à embarquer et opérer des avions depuis leur pont. Cela va de la capacité à décoller depuis le pont du porte-avions et y apponter à l’optimisation du rangement des aéronefs dans et sur le navire. Pour apporter des solutions à des ces problèmes, ces avions sont conçus avec des caractéristiques uniques et des approches très variées !


Voyons donc comment les ingénieurs apportent des solutions à ces différentes problèmes.




Partie I : décollage


Ils existent deux principales approches différentes à la conception d'un avion pour lui donner la capacité de décoller depuis un porte-avions :

-          L'approche traditionnelle, avec des avions parfois modifiés pour pouvoir être catapultés ou pour pouvoir se sustenter à très basse vitesse comme le Rafale Marine ou le Su-33.

-          L'approche STOVL (Short Take-Off Vertical Landing) / V/STOL (Vertical/Short Take-Off and Landing) comme pour le Harrier ou le F-35B, qui peuvent décoller depuis de plus petits porte-avions.


Les avions à capacité STOVL se déclinent sous deux formes principales. Certains sont en fait capables de modifier l’angle de calage de leur moteur, ce qu’on appelle « Thrust Vectoring », et d’autres disposent de turbines supplémentaires qui sont calées de sorte à pousser l’avion vers le haut.  Dans les deux cas, cette poussée verticale additionnelle permet de compenser pour le manque de portance des ailes à basse vitesse. Cette capacité très particulière permet notamment :

-          Le décollage sur de très courtes pistes comme le pont d’un porte-avions ;

-          L’appontage vertical sur ces pistes, retirant ainsi la nécessité d’avoir un système d’assistance à l’appontage intégré au porte-avions.




Les avions qui ne disposent pas de ces capacités STOVL dépendent alors du type de porte-avions depuis lequel ils sont déployés ; CATOBAR (Catapult Assisted Take-Off Barrier Assisted Recovery) ou STOBAR (Short Take-Off Barrier Assisted Recovery).


Les porte-avions CATOBAR, comme les porte-avions américains ou le porte-avions français Charles de Gaulle, disposent d’une ou de plusieurs catapultes, qui permettent d’accélérer sur une très courte distance un avion à une vitesse où il peut se sustenter. Pour se faire, les avions catapultés disposent d’un train avant renforcé équipé d’une barre de catapultage qui s’accroche à un sabot.

Le sabot est une petite pièce propulsée par la catapulte en avant,

tirant ainsi l’avion avec lui. Lors de ces manœuvres de catapultage, il est nécessaire que l’avion catapulté mette les pleins gaz, le plus souvent jusqu’à la postcombustion, afin d’être sûr d’avoir assez de poussée pour vite accélérer et rester en l’air après la manœuvre. Pour retenir l’avion en place pendant que la puissance des moteurs et la pression de la catapulte augmentent, une élingue de retenue est accrochée à l’arrière du train avant. Une fois que la tension créée par la poussée des moteurs et la pression de la catapulte dépasse un seuil critique, la partie orange de l’élingue rompt et l’avion est catapulté à des accélérations pouvant atteindre 5 g (5 fois l’intensité de pesanteur terrestre, soit près de 180km/h par seconde).


Quant aux porte-avions STOBAR tels que l’Amiral Kusnetsov russe ou le INS Vikrant indien, ceux-ci sont équipés de rampes de décollage à l’avant du pont du navire. Le principe du décollage avec rampe est assez similaire à un décollage sur piste ; l’avion accélère grâce à sa propre poussée uniquement le long du porte-avions puis empreinte la rampe. Ce « saut » permet de placer l’avion à un haut angle d’attaque, c’est-à-dire que le nez de l'avion pointe plus haut que sa direction. Dans cette disposition, l'avion a une grande portance et une grande traînée. Il dépend alors de la puissance de ses moteurs pour se sustenter et ne pas plonger dans les flots. La postcombustion est nécessaire pour cette manœuvre afin de tirer le plus de puissance des moteurs.


Partie II : appontage


L’appontage est la phase du vol où un avion de l’aéronavale doit se poser en sécurité sur le pont du porte-avions. En fonction des porte-avions, différentes solutions, tout dépend de si le porte-avions est équipé d’un système d’assistance à l’appontage ou non.

-          Les porte-avions n’ayant pas de système d’arrêt nécessitent que les avions qu’ils embarquent disposent de capacités STOVL. L’appontage de ces avions se déroule comme suit : il faut s’assurer de ne pas être trop lourd (dans le cas échéant, il faut vider ses réservoirs d’essence), puis s’approcher de manière parallèle au porte-avions, arriver à son niveau et adapter sa vitesse à ce dernier, transitionner à droite au-dessus du pont puis diminuer les gaz pour gentiment descendre jusqu’à toucher le pont.

C’est une manœuvre particulièrement délicate, notamment car ces avions ne peuvent pas rester en vol vertical trop longtemps sans risquer la surchauffe du moteur. Malgré l’entraînement et les assistances, le vol vertical reste peu intuitif et assez instable donc périlleux. Les crashs d’appareils en phase de vol vertical sont assez courants, bien plus que pour les avions plus traditionnels. Cependant cette capacité STOVL permet tout de même de significativement réduire les dimensions des porte-avions équipés de ces appareils, diminuant par conséquent les coûts de production et de maintenance de ces derniers (photo d’exemple avec un Harrier en appontage).

Cela rend également possible la conversion de destroyer porte-hélicoptères ou de navire d’assaut comme respectivement le JS Kaga japonais ou l’USS Wasp américain en porte-avions, bien qu’ils n’y aient pas été conçues comme tels.

-          Si l’avion doit apponter sur un bâtiment équipé d’un système d’assistance, il doit exécuter un appontage plus semblable à un atterrissage sur piste, à l’exception qu’il doit s’accrocher avec une crosse d’appontage à un des brins d’arrêt disposés sur le pont (photo d’exemple). Vous pourrez en apprendre plus sur cette délicate manœuvre grâce à cet article dédié : https://www.acielouvert.ipsa.fr/post/l-appontage-prouesse-technique-symbole-de-puissance-navale.



Partie III : l’optimisation de l’espace

 

Une manière d’optimiser le nombre d’avion qu’un porte-avions puissent stocker est de réduire la taille que prennent les avions. Il existe trois approches différentes :



  • Si on n’a pas besoin de très gros avions, donc on en prend des relativement petits. Par exemple, la France utilise le Rafale Marine. Ce n’est pas un très gros avion (plus petit que le F/A-18 américain, qui lui-même n’est pas particulièrement grand), et sa forme permet d’optimiser son stockage dans les hangars.


  • Il est possible de prendre des avions à ailes repliables. Ça peut être un défi technique important, notamment pour les avions modernes supersoniques, mais ça reste tout à fait possible et permet de prendre beaucoup moins de place sur le pont ou dans les hangars. C’est la méthode la plus courante et permet de réduire l’envergure d’un avion d’environ 30%. (Photo d’exemple : Su-33, F6F). De plus, il est possible d’être assez imaginatif avec la façon dont les ailes se plient. La plupart des avions à réaction modernes n’ont que le bout des ailes qui se plient, mais certains peuvent plier leur aile le long de leur fuselage, comme pour le F6F ou le E-2C.


  • On peut également se procurer un avion à géométrie variable. Dans l’histoire, le F-14 Tomcat est le seul avion à ailes à géométries variables à avoir été mis en service sur un porte-avions. Il était possible de ranger les ailes dans leur position la plus extrême lorsque l’avion était à bord.


Sources : 


Porte-avions STOBAR :


Catapulte (aéronautique) :


Elingue de retenue :


Tremplin :


Décollage court et atterrissage vertical :


Modern United-States Navy Carrier Air Operations :


Lockheed Martin F-35 Lightning II :

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