LA SUSTENTATION

La réalisation de la navigation aérienne exige la solution de deux problèmes distincts : celui de la sustentation, et celui de la direction. Le premier de ces problèmes consiste à maintenir l'appareil en équilibre à une hauteur déterminée au sein de l'atmosphère; c'est évidemment le premier à résoudre lorsqu'on veut faire de la navigation aérienne, car s'il n'est pas résolu, ce mode de locomotion ne saurait exister. Le problème de la direction consiste, une fois l'appareil maintenu en équilibre à une hauteur donnée, à le déplacer horizontalement de manière à l'amener au-dessus de la verticale du point du sol que l'on désire atteindre.

Le problème de la sustentation peut être résolu par deux procédés absolument différents : le procédé statique et le procédé dynamique.

Dans le premier cas, on applique le principe d'Archimède ; on constitue un appareil de locomotion aérienne dont la majeure partie du volume est occupée par un gaz plus léger que l'air, de telle sorte que le poids de l'air déplacé fasse équilibre au poids du véhicule lui-même. Les appareils de ce genre sont appelés des aérostats, et la branche de l'Aéronautique relative à ces appareils est désignée sous le nom d' Aérostation. Dans le langage technique on dit que les aérostats sont des appareils de locomotion aérienne à sustentation statique^ mais, dans le langage courant, on les désigne sous le nom d'ap-

l'aéronautique en général 13

pareils plus légers que Vair, Bien que celte expression ne soit pas rigoureusement exacte, on peut remployer sans inconvénient; elle a d'ailleurs l'avantage d'être comprise de t<)ut le monde.

On désigne de même couramment sous le nom d'appareils plus lourds que Vair, ceux dans lesquels on réalise la sustentation dynamique. La branche de l'Aéronautique qui s'occupe de ces derniers appareils est V Aviation. Ainsi que leur nom l'indique, les appareils de navigation aérienne à sustentation dynamique se soutiennent en l'air grâce à l'intervention continuelle d'un travail mécanique et d'une dépense d'énergie; dès qu'on interrompt le travail mécanique, l'équilibre est rompu, et la pesanteur ramène l'appareil vers la terre; celui-ci, étant de beaucoup plus lourd que l'air qu'il déplace, ne peut se maintenir en équilibre par le simple jeu des forces statiques.

Ainsi, avec les aérostats, on ne dépense aucun travail pour obtenir la sustentation. Il y a même quelque chose de plus, et qui, au premier abord, est assez paradoxal, c'est qu'on semble ne dépenser aucun travail pour s'élever dans la verticale; il suffît pour cela de projeter des quantités de lest souvent très faibles, et, grâce à cette simple manœuvre, un aérostat pesant 2.000 kilogrammes, ou même davantage, sera transporté du niveau du sol jusqu'à plusieurs milliers de mètres de hauteur. Cette ascension semble en contradiction avec les principes fondamentaux de la mécanique, d'après lesquels chaque fois qu'on élève un poids donné d'une certaine hauteur, on est obligé de dépenser un travail, dont la valeur en kilogrammètres, est égale au produit du poids de l'appareil exprimé en kilogrammes, par le nombre de mètres dont on a élevé son centre de gravité. Lorsqu'on élève à

14 LE VOL MÉCANIQtJîE. — S.ES AÉBOPLANES

3 kilomètres de hauteur un aérostat pesant 1 .000 kilogrammes, on a donc dû dépenser 3.000,000 de kilogramm êtres, et néaaamoitts raéroaa;ute a obtenu un résultat sans aucun effort apparent.

L*explicat)on de ce piiénomène est très simple. Le travail née^saire a été préalabiement emmagasiné au moment du gonflement du ' ballon. Un exemple familier permet de s'en rendre compte- Supposons une planche en bois., dont le volume est de 20 décimètres cubes et dont la densité est égale . à la moitié de celle de, l'eau; Le poids de cette planche sera de 10 kilogrammes. Gomme 20 décimètres cubes d'eau pèsent 20 kilogrammes, pour qu'elle flotte à la surface, il lui suffira d'être immergée de la moitié de sa hauteur, de manière à déplace 10 kilogrammes d'eau. Plaçons cette planche à la surface d'un bassin de 1 mètre de pro-. fondeur, et au moyen d'un bâton enfonçons-la jusqu'au fond, Retirons ensuite notre bâton et laissons la planche obéir librement aux efforts auxquels elle est soumise; nous la verrons quitter le fond du bassin, et s'élever jusqu'à la surface. Son centre de gravité se sera élevé de 1 mètre, et comme elle pèse 10 kilogrammes, son élévation aura exigé une dépense de travail égale à 10 kilogrammètres. EM: cependant, nous nlavons exercé aucun effort pour La faire monter, nous nous sommes contentés de l'abandonner à elle-même. C'est que nous avions primitivement produit et emmagasiné le travail quand nous avions fait descendre la planche de force au fond du bassin, et que nous l'y avions maintenue. Une fois complètement immergée, elle déplaçait 20 kilogrammes d'eau, et comme elle n'en pesait que 10, pour équilibrer la poussée du fluide qui tendait à la faire remonter, il fallait exeixer un effort de haut en bas égal à la dif-

L'AÉlftONAUTIQUl EN GÉNÉRAL 15

férenee, soit 10 kitôgrammts; cet effort, nous Tavons exercé joôi(|\ï'à ee que là planche fût au î&ùà du bassin, c'est-à-dire jusqu'à ce qu'elle ait desceawiu de i mètre de protondeuir^ nous avons donc dépensé, pour faire descendre, la pkneti«," un travail niécanique de.lOkilogrammètres. Le résultat de cetrarail tivaît été de relever d'une certaine hauteur le ndveatt du liquide dans le bassin ; lorsque nous avons retiré le bâton et abandoimé la planche à eHe-même, ce travail emmagasiné lui a été restitué, et elle s'est élevée jusqu'au niveau supérieur de l'eau, pendant que ce niveau lui-même s'abaissait de m^mère à reprendre sa positîow primitive.

C'est quelque? chose d'analogue qui se passe lorsqu'on gonfle un aérostat an niveau du sol. On emprisonne dans son enveloppe un gaz plus léger que l'air, et pour que ce gaz trouve sa place, il faut que la masse d'air atmosphérique qui l'entoure s'élève d'une certaine quantité très faible, mais réelle ; il a donc fallUy au momeïït du gonflement, pour refouler Fair atmosphérique, dépenser un travail dynamique qu'il serait facile de calculer, qui dépend du volume du ballo» et de la légèreté du gaz qui y est enfermé. Tant que le ballon rieste amarré au sol, ce travail reste emmagasinéy de même que pour la planche, tant qu'où la maintenait au fond du bassin en appuyant sur un bâton ; lorsqu'on donne à l'aérostat sa liberté, c'est-à-dire lorsqu'on le cJéleste de manière à ce que son poids total soit inférieur à celui de l'air qu'il déplace, il semble s'élever sans dépense de travail^ mais, en réalité, on ne lait que récupérer le travail emmagasiné pendant le gonflement. Le centre de gravité de l'atmosphère qui s'était relevé s'abaisse, et le travail procuré pa^* cet abaissement est égal à celui qui est nécessaire pour produire l'ascension de l'aérostat ;

(le même que rabaissement du niveau de l'eau dans le bassin produisait un travail équivalaut à Télévation de la planche.

Dans les appareils d'aviation, il ne se passe rien de semblable. Lorsqu'on veut les élever à une hauteur donnée, il faut que le moteur fournisse le travail mécanique nécessaire à cette élévation, c'està-dire égal au produit du poids de l'appareil par la différence de niveau entre le point d'arrivée et le point de départ. Sous ce rapport, les navires aériens plus lourds que l'air sont assimilables aux voitures, aux chemins de fer, aux bicyclettes, en un mot à tous les véhicules terrestres; mais en plus, lorsqu'ils veulent rester stationnaires à une hauteur déterminée, ils ne peuvent le faire que moyennant une dépense continuelle d'énergie, et, au point de vue mécanique, cette énergie est dépensée en pure perte, elle ne correspond à aucun travail utile. Elle est analogue, par exemple, au travail dépensé lorsqu'on essaie un moteur au moyen du frein de Prony; tout le travail fourni ne semble avoir d'autre effet utile que de maintenir à une hauteur donnée les poids suspendus au bras de levier du frein ^.

Ainsi, au point de vue du problème de la sustentation, les aérostats et les appareils d'aviation sont dans des conditions absolument différentes. Pour les premiers, ils se soutiennent sans aucune dépense de travail, ils paraissent même avoir le privilège de s'élever sans en dépenser davantage ; nous avons vu que ce privilège n'est d'ailleurs qu'une apparence^ et le résultat d'un emmagasinement préalable

1. M. Marcel Deprez a employé pour désigner les dépenses d'énergie en pure perte analogues à celle que nécessite la sustentation des appareils d'aviation l'expression très heureuse de prix de Ve/fort statique.

^T~f : -ji

l'aéronautique en général 17

d^énergie. Les appareils d'aviation, au contraire, doivent non seulement comme tous les véhicules possibles dépenser du travail pour augmenter leur altitude, mais ils doivent en dépenser constamment pour rester stationnaires. C'est là une sujétion à laquelle ils sont seuls soumis ; les appareils de loco- 'motion terrestre ou aquatique, les ballons euxmêmes n'ont aucun travail à dépenser pour se maintenir à une hauteur donnée.

De tout ce qui précède, il résulte que, sous le rapport de la sustentation, les appareils d'aviation sont beaucoup moins bien partagés que les aérostats. Malgré ce désavantage évident et considérable, il a existé de tout temps des appareils d'aviation ; les oiseaux, les chéiroptères, les insectes pratiquent ce genre de locomotion depuis des milliers d'années, et, grâce à ce procédé, évoluent dans l'atmosphère avec une aisance qui fait notre admiration. Après avoir vainement essayé de les imiter, l'homme vient enfin d'y parvenir, et, dès qu'il a pu prendre^ son essor aiï-dessus du sol, les progrès ont dépassé les prévisions les plus optimistes. Il faut donc qu'il y ait dans ce genre de locomotion quelque chose qui compense les difficultés que présente la sustentation. C'est ce que nous allons voir, en nous occupant maintenant du deuxième problème de la navigation aérienne, celui de la direction.