L' effet de sol est un phenomene aerodynamique qui concerne la portance et la trainee d'une surface en mouvement a proximite du sol, comme la voilure d'un aerodyne (portance aerodynamique) ou la face interne du plenum d'un navire a coussin d'air (portance aerostatique). L'effet de sol peut etre utilise pour generer une deportance dans le cas d'une voiture de course .

Historique [ modifier | modifier le code ]

L'effet de sol est connu en aviation depuis les annees 1920. En 1921, Carl Wieselsberger a donne une explication theorique de l'effet de sol ^{[ 1 ]} , et a ete decrit egalement par le Francais Le Sueur en 1934 ^{[ 2 ]} dans un rapport traduit en anglais par le NACA ^{[ 3 ]} .

En 1935 l'ingenieur finlandais T. Kaario realise une serie d'engins a effet de sol montes sur skis (aerosledge) ^{[ 4 ]} . Quelques vehicules experimentaux ont ete construits en Scandinavie et en Finlande avant 1940 ^{[ ref.  souhaitee]} . Vers les annees 1960, des progres importants ont ete realises, par notamment Rostislav Alekseiev en URSS et par l'Allemand Alexander Lippisch , travaillant aux Etats-Unis. Leur influence sur la conception des engins a effet de sol est toujours perceptible aujourd'hui.

Portance [ modifier | modifier le code ]

En general, lorsqu'elle avance horizontalement, une aile legerement inclinee genere une force dirigee vers le haut. Cette force, la portance, a pour origine la deflexion vers le bas de la masse d'air situee sous l'aile a mesure qu'elle avance. Lorsque l'aile se deplace pres du sol, le deplacement vertical de l'air est limite et alors la pression sous l'aile augmente (effet coussin d'air). Cette augmentation de la difference de pression sous l'aile et au-dessus de l'aile s'ajoute a l'effet de la deflexion de la masse d'air et augmente ainsi la force dirigee vers le haut. Plus l'aile est proche du sol, plus l'effet de sol est prononce.

Portance aerodynamique [ modifier | modifier le code ]

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

En aeronautique, dans le cas d'un aerodyne a effet de sol , le vol a proximite du sol augmente legerement la pente de portance (la portance est plus grande a incidence identique), ce qui permet, a portance egale, de reduire l'angle d'incidence et la deflexion et donc la trainee induite par la portance. Cela ameliore la finesse (le rapport portance/trainee) de l'engin et permet d'economiser du carburant pour augmenter l'autonomie ou la masse transportee.

Selon Maurice Le Sueur (1934) : ≪ Un vaste champ s'offre a l'imagination des inventeurs. L'interference du sol reduit le niveau de puissance demande de facon importante; on obtient un transport a la fois rapide et economique en concevant un avion qui vole en permanence a proximite du sol. A premiere vue ceci peut apparaitre dangereux parce que le sol n'est pas toujours plat et que le vol rasant ne laisse pas beaucoup de liberte de manœuvre. Mais pour des engins de grande dimension, le coup vaut d'etre tente… ≫ .

Types d'engins a effet de sol aerodynamique [ modifier | modifier le code ]

Ce phenomene est mis a profit par des avions a effet de sol , en anglais WIG (Wing In Ground effect) ou GEA (Ground Effect Aircraft) :

• le concept Ekranoplan , appellation russe du concepteur Rostislav Alekseiev ,
• la configuration Lippisch (en delta inverse) : X-112 , X-113 , RFB X-114, Airfish (Hanno Fischer) ^{[ 5 ]} , Navion (navire-avion). Il existe une variante a portance hybride de ces engins presentant a la fois des ailes (portance aerodynamique) et soit une hypersustentation locale generee par des soufflantes specifiques, soit un coussin d'air plus ou moins delimite par des jupes deformables ou des surfaces mobiles (Hoverwing) ^{[ 6 ]} . La surpression aerostatique est utilisee dans ce cas comme portance additionnelle pour faciliter le decollage.
• Flairboat et Flairship a ailes en tandem de Gunther Jorg, a partir de 1974 ^{[ 7 ]}

Ces engins sont concus pour voler a faible altitude au-dessus de l'eau (entre le cinquieme et le dixieme de leur envergure, voire moins). La puissance installee ne permet pas aux engins a faible envergure de voler hors effet de sol, la trainee induite par la portance etant alors trop forte.

Portance aerostatique [ modifier | modifier le code ]

La portance est obtenue par le differentiel de pression qui existe entre l'air exterieur et l'air souffle dans une enceinte quasi close ou plenum par une motorisation entrainant une soufflante de sustentation. Comme pour une machine a voilure tournante (un helicoptere), la portance ne depend pas de la vitesse de l'engin, mais du fonctionnement de la soufflante.

• Navire ≪ a coussin d'air ≫ de type aeroglisseur (Hovercraft), en anglais ACV (Air Cushion Vehicle).
• Navire a effet de surface (catamaran a coussin d'air), en anglais SES (Surface Effect Ship). Une partie de la portance (environ 15 %) reste assuree par les coques immergees.
• Pres du sol, un helicoptere en vol stationnaire profite d'un effet de sol du au souffle de son rotor principal . Les performances en vol stationnaire d'un helicoptere sont donc indiquees en fonction de sa proximite du sol : Dans l'Effet de Sol (DES) ou Hors Effet de Sol (HES).

Deportance [ modifier | modifier le code ]

Deportance aerodynamique [ modifier | modifier le code ]

En sport automobile, l'effet de sol est utilise pour augmenter l'adherence (le grip ) des pneumatiques (pour augmenter le niveau admissible de vitesse en virage, a l'acceleration et au freinage). Le fond plat est entoure de jupes laterales pour canaliser l'air qui passe sous la voiture. Comme le fond plat se releve sur l'arriere, 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, developpee par Colin Chapman , sur les Lotus 78 et Lotus 79 , s'ajoute a la deportance aerodynamique des ailerons , qui eux ne sont pas a effet de sol. En Formule 1 , l'effet de sol a ete progressivement limite avant d'etre banni en 1982, et l'emploi de jupes interdit, pour raison de securite, la deterioration de celles-ci annihilant l'effet de sol et rendant la voiture instable et donc dangereuse.

Le reglement 2022 de la Formule 1 marque le retour de l'effet de sol, non plus avec des jupes mais a l'aide d'un fond plat.

Deportance aerostatique [ modifier | modifier le code ]

La Brabham BT 46 B a demontre l'effet optimal de l'effet de sol ; sur cette monoplace de Formule 1 creee en 1978, la depression recherchee entre le sol et le fond plat etait assuree par une turbine d'aspiration entrainee par le moteur. L'efficacite de ce systeme etait telle que la voiture ne participa qu'a un seul Grand Prix, le Grand Prix de Suede , pilotee par Niki Lauda qui remporta la victoire, avant d'etre declaree interdite en course.

La Chaparral 2J a ete la premiere voiture de course equipee d'un tel systeme en 1970. Courant en Amerique du Nord en categorie CanAm , elle fut, elle aussi, interdite en raison de ses trop grandes performances. La deportance etait assuree par deux ventilateurs auxiliaires atteles a des moteurs 2-temps de motoneige qui assuraient une deportance egale au poids de la voiture. En cas de panne de ces auxiliaires (ce qui arriva occasionnellement) la voiture devenait impossible a conduire et devait abandonner. Des ≪ jupes ≫ en Lexan (un plastique semi-souple de type polycarbonate, alors revolutionnaire, cree par la division Plastiques de General Electric ) descendaient au ras du sol pour optimiser l'effet de succion. Les adversaires se plaignaient des projections de graviers aspires par les puissants ventilateurs, qui les mitraillaient litteralement.

D'une facon anecdotique, la Red Bull X2010   (en) , une voiture qui apparait dans le jeu video Gran Turismo 5 , utilise aussi cette technique de l'≪ aspirateur ≫ ^{[ 8 ]} , mais une telle voiture atteindrait les limites de ce qu'un corps humain pourrait supporter, avec notamment une acceleration laterale de 8  g en virage.

Notes et references [ modifier | modifier le code ]

Annexes [ modifier | modifier le code ]

Articles connexes [ modifier | modifier le code ]

• Portail de l’aeronautique
• Portail de l’automobile
• Portail de la Formule 1
• Portail du rallye automobile
• Portail de l'endurance automobile