L’Air et la Vitesse/02
La roue est, par excellence, l’organe de sustentation du véhicule terrien. L’aile est-elle l’organe de sustentation du véhicule aérien ?
Malgré les apparences, entre la surface portante de l’aéroplane et l’aile de l’oiseau, il y a un abîme : c’est la distinction entre les procédés de construction de l’homme et ceux de la nature. La nature est un constructeur merveilleux, mais qui procède par des moyens d’une subtilité, d’une délicatesse, qui nous échappent et dont il est vain de tenter l’imitation. Au contraire, les mécaniques créées par l’homme sont toujours simples, rigides, animées de mouvements toujours identiques dans leur répétition dont la roue est précisément un exemple remarquable.
La roue est tout un symbole, c’est le mouvement circulaire complet, c’est la synthèse de la mécanique humaine.
L’ancêtre inconnu qui a inventé la roue était certainement hanté par le souci de vaincre une difficulté bien définie. Il avait constaté que les procédés de transport à la surface de la terre (portage et traînage) qu’il employait étaient difficultueux, fatigants, qu’ils avaient un faible rendement et il eut l’idée de glisser quelques rondins sous sa claie, substituant le roulement au glissement. Le principe de la roue était trouvé.
Celui qui songea le premier à voyager dans l’atmosphère ne paraît pas avoir eu de but bien défini. Le prestige de la chose l’attirait, il la considérait pour elle-même : voler d’abord, comme l’oiseau ; il serait temps de rechercher ensuite l’application pratique.
Alors il imagina l’aile à la mesure de l’homme, il imagina l’oiseau géant.
Ayant imaginé, il faut construire et c’est alors que l’ère des difficultés commence.
Il est, en construction, une notion jusqu’ici assez confuse, sans doute parce que sa considération ne s’est pas impérieusement imposée jusque-là : c’est la notion de l’échelle de construction.
Instinctivement, pourrait-on dire, nos constructeurs établissent leurs œuvres à l’échelle : c’est que des conditions d’adaptation imposent a priori certaines dimensions, et qu’en général les lois de la Résistance des matériaux permettent l’exécution sans difficultés spéciales. C’est ainsi qu’en locomotion, par exemple, la voie d’un matériel de chemin de fer, le gabarit sont définis a priori. Ce sont des données qui peuvent varier entre des limites très étroites pour rester à l’adaptation pratique de l’homme. Toutes les autres dimensions ou données techniques en découlent et tout cela se concilie parfaitement avec les exigences de la construction.
Lorsqu’un architecte bâtit une maison, elle peut être une simple cabane ou un palace, avoir un ou trente étages ; les procédés de construction, le choix des matériaux évoluent, mais la construction reste à l’échelle. Lorsqu’un ingénieur naval construit un navire, celui-ci, par ses dimensions, va du simple canot au vapeur de plusieurs milliers de tonneaux et, toujours, pour des raisons d’adaptation, d’aménagement, la construction reste à l’échelle.
Il ne faudrait pas croire cependant que l’on pût multiplier, à l’infini, le nombre des étages du bâtiment ou le nombre de tonneaux du navire. Il y a une limite qui est imposée par la résistance des matériaux employés ; nos moyens à ce sujet sont connus, ils peuvent être améliorés ; mais dans une certaine limite seulement.
Ce qu’il faut bien faire ressortir, c’est que le constructeur ne fait jamais semblable : s’il a exécuté un pont de 10 mètres de portée et qu’il ait à faire un pont de 100 mètres destiné au passage des mêmes charges, il ne lui suffit pas de prendre les plans du premier projet en spécifiant que l’échelle est dix fois plus petite ; ce procédé expéditif le conduirait certainement à une catastrophe.
L’homothétie, la similitude géométriques n’existent pas, ne peuvent pas exister en construction et cela, au point de vue statique d’abord, en ne faisant intervenir que les facteurs espace et masse et aussi le facteur pratique résistance des matériaux et a fortiori, au point de vue dynamique, en faisant intervenir le facteur temps.
Ces considérations prennent une importance considérable en aéronautique où aucun repère sérieux ne vient déterminer et fixer les conditions de la bonne échelle de construction. Pour bien marquer cette incertitude, faisons un voyage dans le domaine de l’utopie. Suivons Swift chez les Lilliputiens, ensuite dans le monde des Géants.
Lilliput est un pays merveilleux. C’est le véritable pays de l’aviation. Constatons tout d’abord que cette pratique n’y est pas dangereuse : sauter d’un cinquième étage est un jeu ; on court le risque d’une souris tombant du haut d’une table.
À Lilliput, on chevauche l’oiseau, on fait de l’aviation au sens propre du mot, tout comme nous faisons de l’équitation, en admettant qu’il y existe des oiseaux de la taille des nôtres, ce qui est possible, si Lilliput fait partie de notre planète ou d’une planète similaire, soumise aux mêmes lois de la gravitation.
À Lilliput, l’hélicoptère est pratique ; à Lilliput, les avions volent à la vitesse de quelques mètres à la seconde.
Qu’est-ce que Lilliput ? — Le petit modèle. — Que prouve le petit modèle ? — Pas grand’chose. Il présente un certain intérêt dans des cas bien définis, pour des déterminations bien limitées ; mais sa considération d’ensemble ne peut fournir d’enseignement ni sur la construction, ni sur le fonctionnement du modèle à l’échelle.
Le petit modèle a une caricature, qui est le jouet. Il est curieux de voir avec quelle facilité ceux qui ont pour tâche d’amuser les petits, créent de menus chefs-d’œuvre d’ingéniosité en appliquant toujours instinctivement un même principe de construction : la confusion de l’armature et du revêtement. Celles de ces œuvres qui veulent copier des créations mécaniques de l’homme, comme de petites locomotives, de petites machines-outils, donnent une illusion presque complète, mais celles qui veulent imiter la nature, copier des animaux, ne peuvent que tomber dans le grotesque. L’humour de ces œuvres n’est pas seulement voulu, il s’impose, et le talent de l’artisan est de dissimuler la nécessité sous l’apparence de la fantaisie.
Ainsi apparaît l’impossibilité de copier servilement la nature ; mais cette impossibilité est encore plus évidente lorsqu’on amplifie l’échelle. Imaginons un homme identique à nous-même, mais qui aurait la hauteur de la Tour Eiffel : son existence serait bien éphémère : au moindre mouvement, il casserait net, son squelette ne pourrait résister aux efforts auxquels il serait soumis ; quant à ses chairs, ses muscles, il s’en trouverait déshabillé en un rien de temps, elles s’arracheraient et tomberaient sous l’effet de leur propre poids.
La considération de cette utopie conduit à des constatations amusantes : c’est ainsi que chez les géants, il est très difficile de se mouvoir et impossible de courir. À la cadence du pas accéléré, la vitesse tangentielle du pied serait telle que la résistance de l’air dépasserait celle que nous éprouvons pour marcher dans l’eau.
Ce qu’il importe de retenir, c’est que le géant est fragile, statiquement fragile, dynamiquement fragile. Mais il y a plus : il est impotent ; l’inertie de ses masses s’oppose aux mouvements rapides et légers. Fragilité et impotence, telles sont les caractéristiques de la construction au delà de l’échelle.
Appliquons ces considérations aux constructions aéronautiques. Voyons d’abord si les constructions issues de l’idée géniale de Montgolfier, si les ballons sont à l’échelle.
Pour le sphérique, la répartition parfaite des pressions dans tous les azimuts, la symétrie des efforts qui en résulte font, comme conséquence, que la variation des dimensions homologues a une influence lente sur les conditions d’établissement, autrement dit, l’échelle possible subsiste dans des limites assez vastes et, au point de vue purement statique, le géant n’est pas bien caractérisé. Il faut faire intervenir la dynamique, les remous de l’atmosphère, pour trouver la limite du sphérique.
Quant au dirigeable, la question est entièrement différente. De par sa forme spéciale, la rigidité de la carène doit être maintenue par des procédés appropriés et avec des difficultés d’autant plus grandes que les dimensions homologues et la vitesse propre sont plus grandes. Pratiquement, il a été reconnu qu’au delà d’un certain cubage, le système souple est à rejeter. Et nous arrivons au rigide, au zeppelin. Est-il un type de construction géante plus caractérisé ? Combien, parce que géant, le zeppelin est-il fragile, impotent et grotesque !
Et maintenant, que peut-on dire, à ce sujet de l’aviation ?
Le docteur Pangloss trouvait que tout est bien dans la nature parce que tout y est logique, explicable. La nature est sage, elle sait s’arrêter quand il le faut ; elle a raté l’autruche et elle n’a pas insisté.
Ne cherchons pas à imiter la nature. Nous ne ferions que des monstres. Ne disons pas que l’aéroplane est un oiseau géant et efforçons-nous, au contraire, dans la conception, à nous évader de ce modèle.
Rompons franchement l’homothétie de l’oiseau qui mène hors de l’échelle et exige des artifices de construction, tels que les fils tendeurs, caractéristiques des constructions géantes. Il n’est même pas certain que si l’on trouvait des matériaux plus résistants que l’acier, plus léger que l’aluminium, les conditions du problème seraient sensiblement modifiées. Un seul élément du problème est en notre possession : la vitesse. Augmenter, augmenter toujours la vitesse. À chaque vitesse maxima propre d’avion, correspond une forme générale, une famille de plus en plus robuste, à mesure que la vitesse croît.
L’aéroplane vraiment solide, qui sera une construction, avec des matériaux de choix, sans fil tendeur d’aucune sorte, différera complètement de la forme de l’oiseau, il aura une forme propre, originale, rappelant plus celle du projectile, œuvre humaine, que celle de l’oiseau, œuvre de la nature.
En résumé, les conceptions aéronautiques présentent cette particularité curieuse que, presque toujours, elles conduisent à de très grandes difficultés de construction. Combien d’idées pourraient être rejetées a priori, avec la mention : inconstructible à l’échelle !
L’échelle, la bonne échelle existe cependant : c’est la vitesse qui la donne.