Concevoir des avions plus économes en énergie
La réduction des émissions de dioxyde de carbone et d’oxyde d’azote des aéronefs est directement liée à la consommation de carburant, à la traînée et à la masse de l’engin. Par conséquent, réduire la traînée de surface, qui empêche le déplacement vers l’avant pendant le vol, aiderait à diminuer les impacts environnementaux découlant des émissions nocives. «La cellule de l’avion n’est pas la seule à agir sur le champ d’écoulement qui détermine la traînée. Certains dispositifs entrent également en jeu», explique Gabriel Bugeda, coordinateur du projet DRAGY, professeur en génie civil et environnemental au Centre international de méthodes numériques en ingénierie (CIMNE) de l’Université technique de Catalogne (UPC), à Barcelone en Espagne. Certains des dispositifs les plus prometteurs identifiés au début du projet ont été étudiés dans le cadre d’expériences en laboratoire réalisées à l’aide d’une analyse numérique reposant sur les nouvelles technologies de simulation informatique destinées à l’examen des structures d’écoulement. «Nous avons analysé différentes solutions de réduction de la traînée en utilisant des dispositifs actifs qui nécessitent de l’énergie pour fonctionner, comme les disques rotatifs, les jets pulsés et même les riblets», explique Gabriel Bugeda. Les riblets sont des surfaces nervurées disposées dans le sens de l’écoulement de l’air, qui peuvent réduire la résistance par comparaison aux surfaces lisses.
Des dispositifs susceptibles de réduire la traînée
Les riblets et d’autres dispositifs, tels que les actionneurs à plasma, qui permettent l’injection d’une petite quantité d’air dans le champ d’écoulement à l’aide de plasma, peuvent réduire la traînée. «Ce sont les deux dispositifs les plus prometteurs», souligne M. Bugeda, ajoutant que les jets pulsés, qui injectent une quantité spécifique de fluide dans une action pulsatoire plutôt que dans un flux régulier, et les disques rotatifs, qui ajoutent de l’élan aux fluides, ont aussi du potentiel. «Nous sommes parvenus à la conclusion que certains de ces dispositifs peuvent réduire la traînée en surface de 40 %, c’est donc une nouveauté, bien qu’elle soit encore à un niveau de développement technologique très faible», note Gabriel Bugeda. Néanmoins, le coût du carburant représentant au moins 30 % des frais d’exploitation d’un avion commercial, cela pourrait permettre de réaliser des économies significatives. «Un grand nombre de ces dispositifs seraient placés en divers endroits sur le fuselage ou l’aile de l’avion», explique M. Bugeda. Mais il y a aussi une contrepartie dans la mesure où «ces dispositifs ont un poids certain et ont donc besoin d’énergie pour fonctionner. Nous n’avons pas encore évalué le “coût” de ces derniers, mais cela reste néanmoins une découverte significative». Outre les moteurs et certaines autres parties des aéronefs, les configurations conventionnelles sont maintenant presque entièrement optimisées. «Mais nous avons confirmé en laboratoire qu’en travaillant sur ces dispositifs, des améliorations peuvent encore être apportées», note Gabriel Bugeda.
Passer à l’échelle supérieure
Le passage à l’échelle supérieure reste un défi majeur. «Ces appareils agissent sur le champ d’écoulement dans une très petite zone», note M. Bugeda. «Il n’est pas facile d’extrapoler les résultats de ces expériences [réalisées à l’échelle du laboratoire] pour les appliquer à des aéronefs de taille réelle. Les expériences doivent donc être aussi proches que possible de la taille réelle, ce qui n’est pas toujours évident en laboratoire.» Comme le projet est une collaboration entre les institutions européennes et la Chine, et que les coûts en Chine sont supportés par le Ministère de l’industrie et des technologies de l’information à Pékin, le projet a pu bénéficier des installations expérimentales à grande échelle des universités de Zhejiang et de Pékin, de l’Université polytechnique du Nord-Ouest et de l’Université d’aéronautique et d’astronautique de Pékin. Pour l’analyse numérique, la principale difficulté concerne l’ampleur de la puissance de calcul nécessaire, explique Gabriel Bugeda. «Ce n’est pas encore prêt pour la commercialisation», indique-t-il, soulignant que les futurs projets de collaboration permettront de développer davantage ces technologies afin de pouvoir les mettre en pratique dans des avions réels.
Mots‑clés
DRAGY, aéronef, Chine, trainée, efficacité énergétique, émissions, riblets, aérodynamique, écoulement d’air, jets pulsés, dioxyde de carbone, oxyde d’azote
