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Profil d'une aile

Principe remis
          en cause



L'aile en tant
      que  pompe

La portance et
      l'angle d'attaque

Puissance induite
      et parasite



Bilan dynamique

Bilan énergétique


Thermiques

Orographiques

CONCLUSION

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     IV)    Ascendances naturelles :

         Pour répondre à ce problème, nous analyserons donc les diverses possibilités qu’offre l’énergie atmosphérique à un planeur pour lui permettre de prendre de l’altitude, malgré son taux de chute.

        
         1)   
Ascendances thermiques :


             Le sol ne réagit pas de la même manière face au rayonnement infrarouge du soleil, suivant sa nature. En effet lorsqu’il s’agit d’une zone sombre, par exemple une forêt, alors le sol absorbe ces rayons. A l’inverse quand la zone est dite clair, comme une prairie ou un champ, le sol réfléchit les rayons. C’est pourquoi l’air situé au-dessus de ces zones devient plus chaud, ce qui a pour conséquence la formation d’une bulle d’air chaud. Or nous savons que l’élévation de la température de l’air diminue sa masse volumique, donc il se forme une instabilité entre cet air chaud et l’air ambiant, plus froid.

Dès lors, à défaut de pouvoir colorer l’air, il est possible d’apparenter l'air à de l'eau, tous deux étant des fluide. C’est ce que nous avons fait pour prouver l'élévation dans l'atmosphère de la bulle d'air formée. En expérience, nous avons plongé une cartouche percée d’encre chaude dans de l’eau froide : l’encre monte. (Vidéo) Puis nous avons placé une cartouche d’encre froide dans de l’au chaude : l’encre descend. (Vidéo) En conclusion, l’ai chaud monte par rapport à l’air froid.


Mais la colonne d’air chaud n’existe que si plusieurs de ces bulles d’airs sont formées. En effet, dans le cas inverse, l’air froid du terrain voisin prendrait alors la place de l’air chaud qui est monté et l’ascendance n’existerait plus, du moins tant que le niveau d’ensoleillement reste faible.

Si cette bulle est chargée en humidité, du fait de son élévation, elle sera mise en contact avec l’air plus froid, ce qui entraînera la condensation de cette humidité. Ce changement d’état crée, au-dessus de l’ascendance thermique un cumulus, ce qui permet au pilote du planeur de la repérer plus facilement.


                  

Ascendances thermiques et leurs cumulus.

Pour que cette colonne d’air chaud soit réellement exploitable par le planeur, elle ne doit pas être brisée par des vents horizontaux irréguliers, voire violents. En effet dans ces conditions, l’ascendance thermique serait alors «hachée». Au contraire un vent régulier inclinera la montée d’air chaud par rapport à la verticale et le vélivole pourra ainsi l’utiliser facilement.

Ce gain d’altitude varie entre 1000 et 3000m au-dessus du sol. Mais il n’est réalisable que si le planeur est maintenu dans la colonne, Pour cela son pilote lui fait prendre une trajectoire en forme d’hélice sous le cumulus formé. Ainsi, en allant d’ascendances thermiques en ascendances thermiques, on peut parcourir de longues distances et rester en sustentation plus longtemps. Mais il se peut aussi que, grâce au relief, des colonnes apparaissent successivement formant une suite de cumulus. Ce phénomène est appelé «rue des nuages» et il suffit au planeur d’emprunter cette «rue» pour prendre de l’altitude en moins de temps.


         2)    Ascendances orographiques :

            Les ascendances orographiques regroupent deux types de vol :


  1. le vol de pente :

En région montagneuse, si la vitesse d’un vent est suffisamment importante (supérieure à 27km/h) et que sa direction soit contre un relief, alors ce dernier interagira avec celui-ci. En effet la trajectoire du vent va se distordre en passant au-dessus du sommet du relief, et former ainsi une composante verticale : c’est l’ascendance dynamique. Mais si le relief n’est pas assez imposant, le vent le contournera et aucun vol de pente ne sera possible.

De plus, lorsqu’un versant d’une montagne (falaise, …) est exposé au soleil, il apparaît alors une ascendance thermodynamique, combinant les deux ascendances précédemment décrites. En général ce genre de phénomène est violent et très turbulent.



Une ascendance dynamique.




  1. le vol d’onde :

Toujours en région montagneuse, nous pouvons également trouver une autre forme d’ascendance, dite d’onde. Elle se forme quand une masse d’air butte sur plusieurs obstacles terrestres (chaînes de montagnes, …). En effet l’air légèrement comprimée à sa redescente du premier relief, rencontre la base d'un second relief. L'impulsion ascendante arrive alors juste au même endroit que la détente de l'air : on dit que le vent est en phase avec le relief. L'ascendance qui en résulte devient alors beaucoup plus importante que ne le permettrait le simple effet dynamique du relief et l’effet prend de plus en plus d’ampleur par la suite. Cela ne se produit que lorsque la masse d’air est très instable, c'est-à-dire lorsque la différence de température pour une élévation de 1 000 m est supérieure à 8° C. Alors les différentes couches ne se mélangent pas et se repoussent donc les unes les autres (car l'air est mauvais conducteur de la chaleur).


Une ascendance d’onde.



            En conclusion sur cette partie, certes le planeur doit descendre à taux de chute fixe ; mais il peut reprendre de l’altitude au gré des ascendances que le vélivole peut rencontrer et en prenant une trajectoire de spirale à l’intérieure d’elles : le terme de « vol à voile » consiste justement à planer en passant d’ascendances en ascendances quelque soit son type.

Une animation Java que nous avons réalisée pour mieux comprendre l’utilisation d’une ascendance naturelle est disponible ici.







Trajectoire type d’un long vol stabilisé en planeur.



                            









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 Quelle énergie un planeur doit-il posséder pour se maintenir en sustentation et se déplacer une fois isolé?
Ce site a été réalisé dans le cadre d'un TPE au lycée Albert De Mun, Nogent sur Marne.
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