hélicoptère - transports. 1 PRÉSENTATION hélicoptère, véhicule de locomotion aérienne (aéronef) plus lourd que l'air, dont la portance n'est pas assurée par des ailes fixes comme celles des avions classiques, mais par un ou plusieurs rotors motorisés, mis en rotation autour d'un arbre vertical au-dessus du fuselage. Les hélicoptères peuvent s'élever ou descendre à la verticale, rester stationnaires, et évoluer vers l'avant, vers l'arrière, ou latéralement. L'hélicoptère a été le premier type d'appareil plus lourd que l'air capable de décoller et de voler verticalement. Il diffère de l'autogire, autre type d'appareil à voilure tournante, en ce que son rotor fournit la portance, la propulsion, et l'essentiel des forces contrôlant le vol. 2 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT Le rotor d'un hélicoptère se constitue d'ordinaire de deux pales (ou davantage), disposées symétriquement ou en étoile autour d'un moyeu central. Il se comporte précisément comme une hélice de grand diamètre, l'incidence des pales correspondant au pas de l'hélice : la portance est la poussée de réaction vers le haut, répondant à l'action du rotor sur l'atmosphère, qu'il refoule vers le bas. Le rotor est entraîné par un moteur (le plus souvent disposé dans la carlingue, ou fuselage) par l'intermédiaire d'organes de transmission comprenant des engrenages, qui réduisent la vitesse de rotation à une valeur inférieure à celle de l'arbre moteur. Un élément important dans la conception d'un hélicoptère est la réalisation de dispositifs servant à compenser le couple, réaction produite par la mise en rotation du rotor par le moteur, qui, faute de point d'ancrage, tendra à faire tourner le fuselage en direction inverse. La forme la plus courante de dispositif anticouple est un petit rotor, semblable à une hélice d'avion, monté à la queue de l'hélicoptère sur un arbre orienté perpendiculairement sur un côté, de manière à repousser la queue latéralement ; ce rotor est souvent caréné (fenestron). D'autres appareils utilisent un jet d'air comprimé éjecté latéralement en bout de queue, ce qui supprime les pièces en mouvement et l'arbre de transmission de queue. D'autres types d'hélicoptère utilisent une paire de rotors de sustentation contrarotatifs, c'est-à-dire tournant en directions opposées, la transmission répartissant l'énergie pour que les couples se neutralisent constamment. Sur certains hélicoptères, les deux rotors appariés sont montés l'un au-dessus de l'autre sur un même axe (rotors coaxiaux) ; sur d'autres, ils sont montés sur des mâts de part et d'autre du fuselage (rotors transversaux), ou encore à l'avant et à l'arrière du fuselage (en tandem). Certains appareils utilisent des buses éjectant de l'air sous pression, ou de petits moteurs à réaction ( voir Propulsion à réaction), montés en bouts de pales de rotor, pour fournir la puissance nécessaire sans transmettre de couple au fuselage. Si l'hélicoptère s'élève ou descend verticalement, la portance est la même pour toutes les pales, car elles se déplacent toutes dans l'air à la même vitesse. Cependant, quand l'appareil évolue vers l'avant (ou dans n'importe quelle direction à l'horizontale), la portance est plus importante pour certaines pales que pour d'autres. Au cours de chaque cycle, la vitesse des pales dans l'air varie, selon que la rotation induit une vitesse de sens identique ou opposé à celle du déplacement de l'hélicoptère. Pour un point donné d'une pale, la vitesse par rapport à l'air est égale à la vitesse de ce point due à la rotation s'additionnant à la vitesse de translation de l'hélicoptère durant un demi-cycle (pale avançante), mais diminuée de cette vitesse de translation pendant l'autre moitié du cycle (pale reculante). De sorte que, si les pales étaient fixées dans le plan horizontal, la portance assurée par chaque pale varierait au cours d'un cycle avec la variation de la vitesse dans l'air, et l'hélicoptère basculerait de côté. Pour éviter ce type d'instabilité, les hélicoptères dans leur ensemble -- et spécialement les modèles monorotor -- sont dotés de pales articulées en battement et dont l'incidence (le pas) est variable au cours du cycle (commande de pas cyclique). Les pales sont articulées sur le moyeu de façon à ce que chaque pale s'élève, tout en réduisant son incidence, lorsque sa vitesse dans l'air est plus grande, de manière à en réduire la portance, et s'abaisse, en augmentant la portance, quand sa vitesse dans l'air diminue. Ainsi, les effets dus à la variation de la vitesse dans l'air se trouvent annulés. Un hélicoptère peut évoluer dans toutes les directions dès lors que l'on incline le rotor dans la direction voulue. L'inclinaison du rotor modifie sa poussée qui, au lieu d'être purement verticale, présente une composante de poussée verticale (portance) et une autre, de poussée horizontale. Pour faire virer l'hélicoptère, le rotor est d'abord incliné dans la direction vers laquelle on veut virer, puis la poussée du rotor de queue est modifiée de manière à orienter le fuselage dans la direction voulue. On règle l'ascension et la descente de l'appareil en augmentant ou en réduisant la vitesse du rotor, le pas de ses pales (commande de pas collectif), ou les deux. En cas de panne de moteur, le rotor est découplé et se met en autorotation, à la manière de celui d'un autogire, ce qui maintient une portance suffisante pour permettre à l'appareil de descendre à allure assez faible pour qu'il puisse se poser sans dommage. On notera encore que le rotor, avec ses dimensions et sa masse importantes en rotation, présente des effets de giroscope : les modifications d'inclinaison induisent une précession marquée, que l'articulation en battement des pales permet d'amortir, tout en soulageant le moyeu et les organes de transmission. 3 UTILISATIONS L'hélicoptère présente deux avantages majeurs par rapport aux aéronefs classiques : la possibilité d'évoluer à faible vitesse ou en vol stationnaire, et celle de décoller et d'atterrir sur un espace restreint. L'une des principales utilisations non militaires de l'hélicoptère est la recherche et le sauvetage des personnes en détresse, particulièrement en mer et en montagne. Si l'espace disponible est suffisant, l'hélicoptère pourra se poser pour embarquer la victime. Sinon, on peut descendre une échelle de corde, ou hisser la victime à l'aide d'un treuil, d'une élingue et d'un harnais depuis l'appareil en vol stationnaire. L'hélicoptère peut assurer un transport rapide et sûr vers un hôpital, et atterrir et décoller sur un toit au centre d'une ville, se jouant des embouteillages. Par ailleurs, ce type d'appareil peut également opérer à partir du pont d'unités navales ou de bateaux, même de faible tonnage. Du fait que l'hélicoptère peut rester en vol stationnaire et évoluer aussi lentement que l'on veut, il constitue un moyen efficace d'inspection aérienne des oléoducs et des lignes électriques, et il est particulièrement avantageux pour l'approvisionnement des plates-formes de forage en mer. Comme sur les appareils conventionnels, le pilote d'un hélicoptère peut avoir recours aux instruments en cas de mauvaise visibilité, de nuit ou par mauvais temps. Il possède l'avantage supplémentaire d'une plus grande sécurité du fait de sa maniabilité et de sa vitesse parfaitement contrôlable. Les hélicoptères sont mis en oeuvre pour la surveillance des feux de forêt, la pulvérisation d'insecticide sur les récoltes, la prospection aérienne, et pour le reboisement et le contrôle de l'érosion ; ils servent également au transport des passagers et, dans quelques grandes villes, pour le service postal, acheminant même parfois le courrier directement de l'aéroport au centre de tri ou au bureau central. Les hélicoptères actuels vont du petit modèle monoplace jusqu'à l'appareil multimoteur, transportant 50 passagers ou plus, et à l'hélicoptère-grue ou au cargo lourd, permettant de mettre en place des éléments d'infrastructure (pylônes, segments d'oléoducs) en des points peu accessibles. Les hélicoptères militaires sont utilisés pour des missions semblables, notamment l'observation et la liaison, auxquelles s'ajoutent le combat (spécialement dans un rôle antichar ou dans les opérations aéroportées ou d'appui-feu) et la lutte anti-sousmarine. Les appareils lourds servent à amener personnels et matériels à proximité des zones de déploiement opérationnel, et à récupérer du matériel endommagé près du front. Économiquement, les principales limitations de l'hélicoptère, outre sa complexité mécanique, tiennent à sa vitesse maximale assez faible, limitée, du fait de la composition des vitesses de translation de l'appareil et de rotation du rotor, à 320 km/h environ : au-delà, l'extrémité des pales avançantes dépasserait la vitesse du son. Un coût d'exploitation élevé au passager-kilomètre résulte à la fois de ces contraintes et des dépenses importantes d'énergie que réclame la sustentation, imposant une forte consommation de carburant : aussi les vols commerciaux par hélicoptère sont-ils d'ordinaire limités à des trajets de moins de 150 km. 4 HISTORIQUE Il semble que ce sont les Chinois qui inventèrent un jouet mis en rotation par une ficelle, dit « toupie volante « ou « toupie chinoise «, qui s'élevait en tournant rapidement. Il est probable, cependant, que la première personne à avoir envisagé la possibilité d'un hélicoptère assez puissant pour soulever un être humain, -- et à avoir effectivement procédé à des expériences avec des maquettes de sa conception -- fut Léonard de Vinci, qui fit des dessins représentant un appareil à rotor hélicoïdal aux environs de 1500. Léonard de Vinci comptait sur l'énergie musculaire pour faire tourner le rotor, ce qui de fait n'aurait jamais suffi pour faire voler un tel hélicoptère. De la fin du XVIIIe siècle au début du XXe siècle, tous les pionniers de l'hélice, expérimentateurs et théoriciens, se penchèrent sur l'hélicoptère : on citera les études et réalisations (modèles réduits en général) de Mikhaïl Lomonossov en Russie (1754), de George Cayley en Angleterre (1796) et de Enrico Forlanini en Italie (1877), la France se montrant particulièrement fertile en ce domaine, avec Jean-Pierre Blanchard (1781), Henri Giffard (1847), Félix Nadar et Gustave de Ponthon d'Amécourt (1861-1863), le colonel Charles Renard et bien d'autres. Parmi les expérimentateurs qui travaillèrent pendant le premier quart du XXe siècle, on remarque, dès 1907, les Français Maurice Léger, Louis Breguet, Étienne Oehmichen et Paul Cornu ; puis le Hongrois Theodore von Kármán, Jacob Christian Ellehammer au Danemark, et Igor Sikorsky en Russie. Dans l'entre-deux-guerres, on citera Raul Pateras Pescara en Espagne, et Emile Berliner et son fils Henry aux États-Unis ; George DeBothezat, originaire de Russie, et son collaborateur Ivan Jerome, qui réalisèrent un appareil à quatre rotors pour l'US Air Force. L'École centrale technique de Moscou (TsAGI) dans les années 1930, Corradino d'Ascanio en Italie, Oscar von Asboth en Hongrie, et d'autres encore s'attaquèrent aux nombreux problèmes du vol vertical. L'hélicoptère des Berliner fut probablement le premier à effectuer un vol contrôlé en assurant sa sustentation par des rotors motorisés (1924). La distance franchie n'était que de 90 m environ, à une altitude de 5 m, mais l'appareil montra sa maniabilité. Cependant, c'est l'invention du rotor à pales articulées en battement et en traînée, due à l'Espagnol Juan de la Cierva pour ses autogires, en 1922, qui allait permettre la réalisation d'hélicoptères fiables, mettant également à profit l'allègement des structures et des moteurs. Le premier hélicoptère digne de ce nom fut l'appareil expérimental de Louis Breguet et René Dorand, le Gyroplane-Laboratoire de 1936, à rotors coaxiaux, qui tint l'air 1 h 20 min et réalisa un circuit fermé de 44 km. La même année, l'ingénieur allemand Heinrich Focke mettait au point un appareil à rotors transversaux qui allait pulvériser tous les records, le Focke 61. En 1939, Igor Sikorsky, désormais naturalisé américain, fit voler le premier appareil monorotor fiable, le VS-300. Son successeur, le prototype XR-4, effectua le premier trajet longue distance, depuis Stratford dans le Connecticut, jusqu'aux environs de Dayton dans l'Ohio, soit une distance d'environ 1 225 km, entre le 13 et le 17 mai 1942. Il allait donner naissance au R-4, opérationnel dans l'US Air Force dès la fin de la Seconde Guerre mondiale. Dès l'après-guerre, l'hélicoptère connut un grand développement, particulièrement aux États-Unis, en France et en Union soviétique, avec la mise au point de systèmes de stabilisation et l'augmentation des puissances et des performances. L'hélicoptère allait faire ses preuves pendant la guerre de Corée, puis en Indochine et pendant la guerre d'Algérie. Quelque 2 000 hélicoptères furent utilisés par les forces américaines dans la guerre du Viêt Nam, pour l'évacuation des blessés, l'acheminement des personnels et des matériels, et l'observation. Dans les années 1960, l'utilisation de turbomoteurs pour la propulsion, réduisant les vibrations et la consommation, se généralisa, favorisant la diffusion de ce type d'appareil. D'autres perfectionnements portant sur les structures (alliages légers, pales en fibre de verre), l'aérodynamique et les têtes de rotor (articulations semi-rigides à élastomères), ainsi que les équipements (électronique en particulier) font de l'hélicoptère actuel un appareil particulièrement fiable et performant. En 1967, deux hélicoptères Sikorsky HH-3 effectuaient la première traversée transatlantique, de New York à Paris, en se ravitaillant en vol. Les appareils expérimentaux Lockheed AH-56A Cheyenne et Piasecki Pathfinder-3 furent les premiers modèles à dépasser 400 km/h. Cependant, en dépit de projets futuristes, l'hélicoptère ne saurait rivaliser avec l'avion pour des trajets commerciaux de plus de 400 km. Dans ce domaine, l'hélicoptère se heurte à la concurrence des projets d'appareils à décollage et atterrissage vertical (ADAV), qui restent cependant surmotorisés et donc peu économiques, et surtout des appareils à décollage court (ADAC). Quelques hélicoptères de conception avancée possèdent des moignons d'aile et un système de propulsion assurant une poussée horizontale, prenant la relève du rotor de sustentation et du rotor de queue. Si ces programmes aboutissent, de tels hélicoptères combinés pourraient emporter des passagers à des vitesses de croisière allant jusqu'à 425 km/h. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Tous droits réservés.
