Eloge de la légèreté (1/4)

Article paru dans ULMiste n°20, août 2015

La spirale vertueuse, chapitre 1

Thierry Pujolle


Lorsqu'un concepteur souhaite créer un avion, il commence par définir un cahier des charges qui comprendra entre autre :
La catégorie règlementaire (ULM) et les contraintes qui lui sont imposées
La masse utile
L'autonomie voulu pour cette charge
La vitesse de croisière (associée éventuellement à une altitude)
Et d'autres qualités comme :
Les qualités tout terrain
La repliabilité
La visibilité, le confort ...etc...
Il faudra ensuite chiffrer tout cela par une pré-étude, et l'on va se rendre compte que chaque paramètre est lié aux autres, autrement dit que tous les éléments se mordent la queue (Ils sont en interaction).
On résout ce problème en fixant certains paramètres arbitrairement pour calculer les autres, ces paramètres vont permettre à leur tour de recalculer ceux que l'on s'était fixés arbitrairement, et là il serait étonnant de retomber sur les mêmes valeurs, on reprend donc les nouvelles valeurs et on recommence, nous appelons cela des itérations.
Au bout d'un certain nombre d'itérations, soit les valeurs convergent vers ce que seront les caractéristiques de l'avion, soit elles divergent, et il faudra revoir sa copie, car cela débouche sur une impossibilité.
Au cas où les itérations convergent, celles-ci peuvent le faire de deux façons différentes :

Soit par augmentation des masses, par exemple :
Hypothèse de départ 450kg pour la Md (Masse maxi décollage)
Itération 1 : Md = 470kg
Itération 2 : Md = 480kg
itération 3 : Md = 485kg
C'est la spirale infernale, car les surpoids qui ne manqueront pas de survenir durant la conception génèreront à cause de la cascade d'itérations des surpoids beaucoup plus importants jusqu'à peut-être la divergence (impossibilité).

Soit par diminution des masses, par exemple :
Hypothèse de départ 450kg pour la Md
Itération 1 : Md = 430kg
Itération 2 : Md = 420kg
itération 3 : Md = 415kg
C'est la spirale vertueuse. Il faudra toutefois rester prudent car les surpoids qui ne manqueront pas de survenir là non plus, peuvent inverser le sens de la spirale.

Tout cela peut se représenter simplement par les schémas ci-dessous (chaque tour de spirale représente une itération)
Même si ce schéma est simplifié à l'extrême, il est très représentatif du raisonnement ci-dessus.

Le sens de cette spirale est redoutable, rien que sur l'exemple précédent, nous avons un écart de masse de 70kg, soit presque la masse du passager et pourtant il en faut peu pour inverser son sens.

Mais comment faire tourner la spirale dans le bon sens ? Il y a trois solutions qui sont cumulatives :


1 - Le "jus de cervelle"


C'est ce qui était le plus utilisé par nos ainés, car au début de l'aviation les moteurs étaient lourds et peu puissants, il fallait compenser par une cellule légère et aérodynamique, c'était une nécessité sous peine de ne pas pouvoir décoller
Les concepteurs devaient être excellents, ils y étaient contraints.
Les concepteurs actuels ne sont pas moins intelligents, mais on leur sert sur un plateau des moteurs de 80 ou 100ch avec des rapports puissance/ poids sans commune mesure avec ceux de l'époque, forcement la tentation est grande de ne pas faire d'effort.
L'administration a sa part de responsabilité en ayant autorisé 100ch, car un tel moteur peut emmener nettement plus de 450kg et cette règlementation ne met pas la pression sur les concepteurs pour construire léger.
Le fait de demander l'emport de 2 personnes de 78kg + 1h d'autonomie, soit environ 165kg est insuffisant et n'oblige pas les constructeurs comme obligeaient les faibles performances des premiers moteurs,


2 - Profiter du progrès technologiques


Nous avons la chance de bénéficier de nombreux progrès technologiques, par exemple :
Les logiciels de CAO (Conception Assisté par Ordinateur) comme RDM6 (logiciel gratuit) qui, grâce à la technique des éléments finis est capable de calculer avec une grande précision les contraintes dans une structure triangulée avec son module ossature (y compris le flambage) ce qui permet d'optimiser le dimensionnement et de gagner beaucoup de masse (car amplifié par la spirale vertueuse)
Les nouveaux matériaux comme la fibre de verre et surtout de carbone qui sont maintenant à la portée de tous. Ces produits sont distribués sous forme de produits finis (profilés, tubes) ou sous forme de tissus, ruban, roving que l'on lie avec de la résine époxy. Ces nouveaux matériaux peuvent eux aussi faire gagner beaucoup de masse.


3 - Le rasoir d'Ockham


Du philosophe franciscain Guillaume d'Ockham (XIV° siècle) appelé aussi principe de simplicité :
Il s'énonçait : Pluralitas non est ponenda sine necessitate
C'est à dire : Les multiples ne doivent pas être utilisés sans nécessité.
Qui est devenu : Les hypothèses suffisantes les plus simples sont les plus vraisemblables
Puis : Pourquoi faire compliqué quand on peut faire simple ?
Ou : Tout ce qui n'est pas strictement indispensable est inutile

 

A méditer longuement !

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