Les fun facts du départ en vacances – FF#02

Aujourd’hui, un billet fun fact spécial départ en vacances, plutôt détente, qui vous permettra de pouvoir frimer dans les transports ! Alors si vous partez en train ou en avion, restez bien attachés. Si vous partez en voiture, ou faites un tour dans l’espace (chanceux !), restez quand même, et faites aussi un tour ici et  !

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Chacun son bolide pour partir en vacances ! Ici, un Thrust SSC, un véhicule terrestre hypersonique à double turboréacteurs avec postcombustion.

Les rails de train, comment ça marche ?

Ne vous êtes-vous jamais demandé à quoi servent les cailloux, appelés ballast, qui sont présents entre les rails de chemin de fer ? D’ailleurs, les rails sont-ils attachés au sol ou juste posés sur le ballast ? On va essayer de répondre à toutes ces questions !

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Comme vous le savez, les rails constituent la voie qui permet de guider le train. Ils sont généralement reliés à des traverses qui sont disposés perpendiculairement aux rails. Ils permettent notamment d’assurer l’écartement entre les deux rails, variant selon les réseaux (l’écartement standard étant de 1435 mm). L’ensemble rails/traverses reposent sur un lit compact mais perméable de ballast, pierre de 20 à 30 cm. Le ballast permet principalement d’amortir les vibrations causées par le passage des trains. L’énergie est dissipée par le mouvement des granulats de ballast entre eux. C’est particulièrement utile lorsque les voies de chemin de fer passent proches des habitations ! Le ballast permet aussi de drainer l’eau en cas de fortes intempéries. Enfin, c’est principalement le ballast qui supporte les efforts exercés par le train lors de son passage, ces efforts étant transférés par les traverses.

Néanmoins, ce ballast est parfois remplacé, particulièrement dans les tunnels, par une dalle de béton armé pour des contraintes de maintenance notamment. En effet, il est nécessaire de le changer tous les 40 ans, mais aussi de réinjecter du ballast plusieurs fois pendant la durée de vie du lit de ballast afin de contrer tout tassement et déformation verticale de la voie. Malgré cela, le ballast reste très utilisé, car il est assez facile d’accès (extrait depuis des carrières).

Pourquoi les bouts des ailes d’avion sont-ils courbés ?

Vous l’avez surement déjà remarqué. De plus en plus d’avions, et notamment les plus récents d’entre eux, ont les bouts d’ailes courbées. Mais pourquoi ?

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Winglet d’un Airbus A350 (© Airbus)

Comme on l’avait vu ici et ou encore par-là, l’air se déplaçant autour d’une aile crée une force, qui peut se notamment séparer en deux composantes : la portance et la traînée. On va se concentrer sur la force de portance, sans expliquer précisément d’où elle vient (pour cela, vous pouvez aller voir le très bon billet de Science Étonnante).

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La force de portance est la force qui permet à l’avion de voler. Globalement, cette force vient d’une dissymétrie de la distribution de pression exercée par l’air entre la face inférieure et la face supérieure de l’aile : on constate que la pression exercée par l’air sur l’aile est plus importante sur la partie inférieure de l’aile que sur la partie supérieure de l’aile.

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Représentation schématique de la distribution de pression autour d’une aile. Les + et – représentent schématiquement la distribution de pression.

Ainsi, si la pression de l’air est plus importante au niveau de la face inférieure de l’aile, l’air va donc avoir tendance à se diriger vers la face supérieure de l’aile, formant ainsi un tourbillon en bout d’aile, souvent appelé tourbillon marginal.

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Tourbillon formé en bout d’aile (© NASA)

Ce tourbillon a plusieurs conséquences. La première est la création d’une force appelée traînée induite. On l’appelle ainsi car elle est induite par la force de portance, et on peut même montrer qu’elle est proportionnelle au carré de la force de portance. On cherche globalement à minimiser le plus possible toute force de traînée car cette force s’oppose au mouvement de l’avion.

La deuxième conséquence est que ces tourbillons, formés à chaque bout d’aile, peuvent créer des turbulences dangereuses pour les avions qui suivent, d’autant plus si l’avion qui créent les turbulences est beaucoup plus « imposant » que l’avion qui les subit.

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Notons que les tourbillons formés à chaque bout d’aile sont contrarotatifs, c’est-à-dire qu’ils tournent dans des sens opposés.

Comme on peut le voir, les tourbillons créés par un avion engendrent une modification des flux d’air dans son sillage, pouvant entraîner une perte d’altitude ou un mouvement forcé de roulis à l’avion qui suit. Pour éviter ces dangers, des réglementations fixent les distances minimales qu’il doit y avoir entre deux avions. Mais cela limite notamment les capacités des pistes de décollage dans les aéroports.

Une solution pour diminuer l’intensité de ces tourbillons est (on y vient enfin !) de courber le bout de l’aile grâce à des dispositifs qu’on appelle winglet ou sharklet. Le design des winglets est tel qu’il produise une portance orientée vers l’avant, compensant ainsi la traînée induite. On trouve toujours des tourbillons  marginaux au bout des winglets, mais ceux-ci sont plus faibles.

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Voilà, c’est tout pour ce billet ! J’espère qu’il vous a plu, et n’hésitez pas à poster en commentaires toute remarque ou question que vous vous posez et que vous verriez bien apparaître comme sujet de fun fact !

Références

P. Chapas. Voie ferrée – Composants, construction et maintenance. Techniques de l’Ingénieur (2012).

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