Plus lourd que l'air
(a) Comment un objet plus lourd que l'air peut-il voler ? Il n'y a pas de miracle. Le vol est possible tant qu'une force ascendante porte ce solide (glace, planeur, poussière) ou ce liquide (goutte d'eau) dans l'air.
(b) Trois grandes catégories de situations sont possibles.
(c) Cas 1, caïn, cahin ou cas A. Le corps, inspiré par une intention, animé d'une volonté, s'efforce de se déplacer par rapport à une masse d'air que l'on peut considérer comme homogène. C'est le cas de l'homme qui imite l'oiseau (dans son vol battant ou dans son vol plané) .
- <<Considérons la description de cet essai par Clément Ader lui-même : "L'homme se plaçait dans le corps de l'oiseau, ses bras et ses jambes étaient employés à actionner les ailes. L'oiseau était attaché par son centre de gravité à quatre points d'équerre, en croix de Saint-André, éloigné du centre d'environ 15 mètres. Ces cordes tendues l'immobilisaient mais le laissant libre dans le sens vertical. L'essai se fit en 1873, par vent d'Autan modéré. L'oiseau me souleva, m'enlevant à environ 1,50 m et se maintint à ma volonté. Je pouvais le faire monter ou descendre selon l'inclinaison des ailes." Le vent d'Autan et ce premier "Oiseau" permirent de démontrer l'importance de la poussée de l'air et que la sustentation n'est possible que si le déplacement horizontal est suffisant. Autrement dit aujourd'hui, la première phrase de tous les manuels d'instruction au pilotage s'énonce de la façon suivante : "Comme l'oiseau, le planeur est plus lourd que l'air. Pour qu'il vole, il faut faire apparaître une force capable de s'opposer à son propre poids". Il est donc apparu très rapidement à nos précurseurs que le déplacement génère ce que l'on appelle vulgairement un vent relatif. Ce vent relatif passant au-dessus et au-dessous de l'aile génère la portance, et un profil d'aile correctement orienté dans le vent relatif présente donc l'avantage de réunir ces deux poussées en une seule appelée résultante aérodynamique de l'aile. L'angle d'incidence (la position de l'aile dans le plan) permet par la modification de cette résultante, la montée ou la chute de l'aéronef. Ainsi pour voler il faut :
- une surface de forme étudiée,
- un angle d'incidence adéquat,
- une vitesse suffisante par rapport à l'air.
Et c'est là que l'aéronautique va connaître sa première divergence : le vol à voile va suivre sa propre route, et le vol à moteur va connaître le développement que l'on sait, poussé notamment par les besoins militaires (1914-1918) et les besoins commerciaux. ("Le vent, les planeurs et le patrimoine aérien", document du web)>>.
(d) Cas 2 ou K2 (pour Walter Bonatti). La masse d'air n'est pas homogène ni stable. C'est ainsi que l'atmosphère du globe terrestre est brassée par des vents, dans diverses directions. Un objet peut être soulevé par la force de l'air qui le porte et l'emporte (toiture dans un ouragan). Plus grande sera sa surface par rapport à sa masse, plus il sera emporté. C'est pourquoi, dans la cours de l'école, les feuilles mortes s'envolent plus facilement que les billes des enfants. Le phénomène n'est pas éternel. C'est pourquoi <les feuilles mortent se ramassent à la pelle (Jacques Prévert)>. C'est pourquoi les chapeaux, les jupons, les poètes, les albatros et les toitures finissent par retomber.
- <<Si, par hasard,
Sur l'Pont des arts
Tu crois's le vent, fripon,
Prudence prend garde à ton jupon !
Si, par hasard
Sur l'pont des Arts
Tu crois's le vent,
Le vent maraud,
Prudent prend garde a ton chapeau !
(Georges Brassens, "Le Vent", chanson)>>.
- <<Et je m'en vais
Au vent mauvais
Qui m'emporte
Deçà, delà,
Pareil à la
Feuille morte.
(Paul Verlaine, Poèmes saturniens, Chanson d'automne)>>.
(e) Cas trois. Outre son déplacement global, la masse d'air peut connaître de forts mouvements internes. C'est ce qui se passe au sein d'un vent chaud qui transporte des poussières de loess de l'Afrique vers les sommets neigeux des Alpes ou sur les voitures des villes. Plus la chaleur est importante au sein de la masse d'air, plus sa diffusion dépasse les possibilités de la seule conduction thermique (par contact immédiat ou choc des molécules). Il se développe alors une diffusion plus rapide de la chaleur, par la convection. C'est ainsi que se forme un nuage dans une masse d'air. Mais le processus est fractal. Au sein du nuage, il y a à la fois des ascendantes et des descendantes. Ce sont ces mouvements qui donnent au cumulus congestus, ou autre nuage convectif, son aspect bourgeonnant de chou-fleur. L'importance du brassage interne donne une dynamique qui semble contradictoire avec le phénomène global. C'est ainsi que le cumulus est immobile dans l'air chaud de l'été, tandis qu'il est constitué par des flux contraires, rapides et violents. C'est ce que constate le passionné de deltaplane s'il se laisse attirer par la "pompe" d'un cumulo-nimbus. Un exemple d'un tel comportement contradictoire est donné par les coulées pyroclastiques. Composées d'un mélange dense d'air et de poussières, ces coulées sont plus lourdes que l'air ambiant. C'est pourquoi elles dévalent les pentes du volcan (le Vésuve, sur les épaules de Pline l'Ancien, sous les yeux de Pline le Jeune) ou se répandent dans les rues de Manhattan, à partir des Twin Towers ou du WTC7 (quelques heures plus tard). Comme tout corps pesant, les coulées pyroclastiques sont soumises aux lois de la chute des corps. Mais, dans le même temps, du fait de la chaleur de l'air, provoquée par l'explosion volcanique (ou par de la thermite), la coulée pyroclastique est le lieu de très forts courants de convection. Ces derniers sont capables de transporter des poussières plus lourdes que l'air, tant que la chaleur de la masse d'air locale est supérieure à celle de la masse d'air ambiante. Ces poussières peuvent être : des cendres volcaniques, du béton pulvérulent lors de la destruction contrôlée des tours de Vénissieux, des sphérules de fer si l'immeuble détruit aux explosifs avait une armature de fer. Après <le temps qu'il faut au canon pour refroidir>, tous les plus lourds que l'air finissent par retomber. C'est pourquoi on retrouve de telles sphérules de fer dans les rues de New York.
- <<Regardons les fronts plus en détail, car leur structure est très différente. Sur la figure le mouvement de l'air au voisinage de la dépression se fait globalement d'Ouest en Est. Au front chaud l'air chaud, plus léger que l'air froid, a du mal à se mélanger. Il cherche à s'échapper par le haut en grimpant sur l'air froid. La surface de contact entre les deux masses d'air est peu inclinée. A l'inverse au front froid, l'air froid poussé vers l'Est, qui pèse plus lourd que l'air chaud, reste près du sol. Il s'enfonce en coin sous l'air chaud. Ce front présente une surface nettement plus raide que le front chaud. (Benoit Leprettre, Mai 1995, "Météo")>>.
(f) La Chimie peut prolonger un mécanisme qui, du point de vue de la seule Physique, ne saurait se prolonger. C'est ce qu'illustre l'existence de la couche d'ozone dans les régions les plus hautes de l'atmosphère terrestre. Cette couche d'ozone d'altitude, qui nous protège des brûlures du rayonnement ultra-violet, n'a aucun lien avec la couche d'ozone des rues des villes, à laquelle, du fait de son poids, sont soumis prioritairement les chiens et les enfants dans leurs poussettes. Bien que plus lourde que l'air, la couche d'ozone stratosphérique ne descend pas. Il n'y a pas de miracle, mais une perpétuelle transformation de l'ozone (O3, un gaz instable) en oxygène (un gaz plus léger, puisqu'il comporte deux molécules au lieu de trois), rapidement suivie d'une retransformation de l'oxygène en ozone sous l'action des UV. Le même paradoxe apparent s'applique au petit nuage orographique qui reste "attaché" au sommet d'une montagne par un vent violent. C'est un aspect visible possible de l'effet de foehn.
(g) La compétence ou l'aptitude d'un nuage au transport peut être remplacée par une aptitude à l'inflammation.
- <<Parce que le GNL est à -160°C, la première chose qu'il fait quand il s'échappe de son milieu fortement isolé est de commencer à «bouillir», (la température où que ce soit sur terre étant bien au-dessus de 100°C plus chaude que le «point d'ébullition» du GNL), un peu comme une goutte d'eau versée sur un poêle brûlant. Même au plus froid de l'hiver, la glace du fleuve ou le sol gelé font l'effet d'un poêle brûlant en ce qui concerne le GNL. Si déversé sur le sol, le GNL va descendre jusqu'au point le plus bas en continuant à «bouillir» et restera confiné à l'intérieur des «bassins» prévus à cet effet s'il s'agit d'une fuite venant d'un réservoir. Sur l'eau, le processus décrit précédemment est accéléré. Une aussi grande quantité d'eau agit comme une source de chaleur intense pour le GNL déversé. Il se réchauffe instantanément augmentant ainsi de volume de 200 fois ; ceci est une explosion sans source d'ignition - connue sous le nom d'explosion par phase de transition rapide, (rapid phase transition explosion). Cette explosion est spectaculaire, peut causer des dommages aux infrastructure avoisinantes et produit énormément de bruit. Contrairement à l'entourage des réservoirs, la surface plane de l'eau fait en sorte que le GNL forme une large nappe s'étendant rapidement sur la surface de l'eau. Le GNL en «ébullition» produit environ 90 % de méthane et 10 % de propane sous forme de vapeur qui apparaît d'abord comme un nuage blanchâtre alors que l'humidité atmosphérique se condense et forme une sorte de brouillard. Même si le méthane à température ambiante est plus léger que l'air, ce nuage de vapeur de GNL est plus lourd que l'air et se déplace horizontalement au niveau du sol ou de l'eau, se réchauffant et se mélangeant à l'air en se déplaçant. Puisque le GNL est du gaz naturel réduit de 600 fois son volume, le nuage de vapeur va rapidement devenir 600 fois plus grand que la quantité de GNL déversée et ne s'arrêtera pas là de grandir. Bien que le nuage se transforme en une brume moins opaque, la vapeur de GNL va continuer de s'élargir à mesure qu'il se mélange avec l'air. Ce mélange vapeur de GNL-air demeure plus lourd que l'air parce que l'air qui l'entoure et qui s'y mêle a été refroidi par le GNL. Une fois que la vapeur s'est mélangée à l'air pour atteindre un mélange d'environ une partie de méthane et dix parties d'air, le nuage devient alors inflammable. (Québec, revue, L'Action national, 2008, "Caractéristiques du gaz naturel liquéfié")>>.
(h) Vie courante et alpinisme. L'air froid étant plus lourd que l'air chaud, il fait plus froid sous la glace que sur la glace. C'est pourquoi il est déconseillé de tomber dans une crevasse.
(i) Géologie. Les dépôts pyroclastiques, résidus locaux des coulées pyroclastiques, sont comme les sédiments déposés par les cours d'eau quand diminue leur compétence alluviale ou comme les blocs erratiques laissés par la fonte d'un glacier.
- <<Les coulées pyroclastiques sont des avalanches denses de gaz chauds, de cendres chaudes et de blocs qui roulent le long des pentes d'un volcan durant une éruption. Elles sont le plus souvent associées à des éruptions explosives et se forment lorsque la colonne de cendres, qui s'élève du volcan, s'effondre. Elles se forment également quand une éruption moins forte s'écoule par le bord d'un cratère ou d'une caldeira, ou quand une coulée ou un dôme de lave, sur une pente abrupte, se désintègre. Les coulées pyroclastiques provenant de l'effondrement d'une colonne peuvent atteindre une vitesse considérable et voyager sur de grandes distances. On a enregistré des vitesses entre 50 et 150 km/h et les distances de trente km ne sont pas inhabituelles. Bien qu'extrêmement rares, les plus grosses éruptions ont engendré des coulées pyroclastiques qui se sont rendues jusqu'à 100 km du volcan. Toutes les coulées pyroclastiques sont extrêmement destructrices, détruisant les bâtiments, les arbres ou tout autre objet sur leur passage par choc, enfouissement ou incendie. Des gens pris dans une coulée pyroclastique ont peu de chances de survie. Les dépôts pyroclastiques sont peu nombreux dans les volcans canadiens en dormance, mais on en a trouvé au Mont Meager, au Mont Hoodoo et au Mont Edziza. (Commission géologique du Canada, Les volcans du Canada, "Risques associés aux volcans", document du web)>>.
(j) Autre compétence. De même, un dépôt de bilan marque la fin de l'aptitude d'une entreprise (à dire vrai, de ses dirigeants) à produire des bénéfices.
(k) Voir Anticyclone thermique. CO2. Parapente. Portance. Pyroclastique. Stabilité absolue.
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Mis en ligne le Samedi 7 Juin 2008
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