Des ailes contre le mur du son
Pourquoi l’avion supersonique est-il différent des avions qui ne le sont pas ? Parce qu’à une vitesse inférieure à celle du son, l’air s’écoule comme l’eau d’une rivière, il contourne les obstacles comme de l’eau, or l’eau est incompressible et l’air se comporte comme s’il l’était. Mais, à la vitesse du son, l’air paraît redevenir compressible et ne se comporte plus de la même façon: devant et sur l’obstacle, il se comprime avant de se détendre bruyamment dans une onde de choc; les propriétés aérodynamiques de “l’obstacle” sont perturbées. C’est ce que l’on appelle le passage du mur du son. L’expression fait sourire les spécialistes qui ajouteraient avec condescendance qu’elle ne veut rien dire parce que ce mur n’existe pas, ce qui est exact quoiqu’il ait une origine parfaitement datée. Voici cette histoire.
Relation entre vitesse du son et onde de choc
Le vol à très haute vitesse fit, en 1935, pour la première fois, l’objet d’une conférence internationale réunissant les plus brillants aérodynamiciens du monde occidental. C’était prématuré; il n’en sortit pas grand-chose, même si cet aréopage longeait un domaine supersonique qui lui était déjà familier. Car le sujet n’avait en soi rien de neuf. Les physiciens se sont intéressés à la vitesse du son au XVIIe siècle. En 1738, l’Académie royale des sciences à Paris lui trouva une valeur assez juste, mais c’est en juin 1822, dans le sud de Paris, qu’avec des chronomètres plus précis, le Bureau des longitudes mesura à 341 m/s la vitesse du son dans une atmosphère à 15 °C – étant par ailleurs établi que cette vitesse varie non selon l’intensité du son, mais selon la densité du milieu où il se propage (pression et température pour l’air), comme une onde dans l’eau.
Vers 1850, de nouvelles armes à feu dont la vitesse initiale dépassait 340 m/s produisirent des blessures inhabituelles imputées à une onde de choc dont l’existence fut ainsi confirmée; sa nature (transformation brutale des états de l’air à travers une onde conique formée devant le projectile) avait été annoncée puis précisée de manière théorique par des mathématiciens et physiciens depuis 1827.
La relation entre vitesse du son et onde de choc fut formellement établie en 1887 par le physicien et philosophe austro-hongrois Ernst Mach qui, associé à Peter Salcher, photographia en strioscopie (1) l’onde de choc formée sur le nez d’une balle projetée par une arme à feu plus vite que le son.
En 1893, l’ingénieur suédois Carl Gustav de Laval présenta à Chicago une tuyère à convergentdivergent qui augmentait sensiblement la puissance délivrée par les turbines à vapeur. Convenablement dimensionnée, elle pouvait accélérer un gaz siècle, les premiers intéressés par les travaux sur l’écoulement supersonique furent, après les balisticiens, les fabricants de turbines à vapeur, lesquelles, paradoxalement, perdaient du rendement quand leur vitesse de rotation augmentait.
