Le futur avion supersonique

Dans un exercice posé au Bac  S  Métropole 2012, l'élève est surpris d'apprendre que le claquement d'un fouet est un bang supersonique, l'extrémité du fouet atteignant une vitesse supérieure à la vitesse du son. Cherchons à comprendre comment est produit ce bang par un avion supersonique.

Le bang d'un avion supersonique

Les réacteurs d'un avion émettent des ondes de pression. Une onde de pression est une onde sonore, une perturbation brutale de la pression de l'air qui se propage dans toutes les directions à la vitesse du son (340 m/s environ, soit 1224 km/h).Trois cas peuvent se présenter, illustrés par les trois images ci-dessous (images du blog "Sens Physique"):

1. L'avion se déplace à une vitesse inférieure à la vitesse du son

Les ondes de pression entourent l'avion.

2. L'avion se déplace à la vitesse du son

                                                      

L'avion rattrape les ondes de pression qui s'accumulent à l'avant de l'avion pour former un mur: le mur du son.











3. La vitesse de l'avion dépasse la vitesse du son

L'avion franchit le mur du son, les ondes de pression se trouvent derrière l'avion et engendrent un cône de pression, le cône de Mach, on entend un bang retentissant.

Le futur avion supersonique

Au début des années 1970, les Américains avaient interdit les vols supersoniques sur leur territoire en raison du bruit insupportable émis lors du franchissement du mur du son. Cette décision visait essentiellement à brider le développement du Concorde.

Le majestueux Concorde

En 2003 ce fut l'arrêt du Concorde, aujourd'hui un regain d'intérêt pour les avions supersoniques se manifeste. Pour des raisons d'ordre militaire (la rapidité d'atteinte des objectifs), d'ordre économique (le transport de passagers et de fret en réduisant considérablement la durée de la traversée des Etats- Unis), de nombreux projets sont en cours. La NASA en particulier cherche à construire des avions supersoniques en diminuant le niveau sonore du bang afin de le rendre acceptable aux populations. La NASA affirme que son futur jet X-Plane "volera à Mach 1,4 (1,4 fois la vitesse du son) à 16 800 m d'altitude en émettant le son d'une portière de voiture qui claque". Ce jet sera commercialisé en 2035.
En attendant, la NASA fait des simulations avec un prototype le F/A-18. La carlingue de ce dernier est optimisée afin de réduire les ondes de choc, le pilote d'essai multiplie des passages à différentes altitudes, des vols en piqué, pour déterminer le niveau sonore du bang le plus faible possible.

Une pollution gigantesque de l'air !

Bien des découvertes ou avancées technologiques présentent des dangers (la bombe atomique, l'intelligence artificielle, les manipulations génétiques,....). Il en sera de même, hélas, pour le futur avion supersonique. Le Conseil International pour le transport propre émet de grandes inquiétudes: les avions supersoniques provoqueraient une augmentation exponentielle des émissions de CO2. Ils pourraient brûler cinq à sept fois plus de carburant par passager que les avions subsoniques classiques.

C'est la rançon du progrès!