L'incidence du Concorde
Regardez un avion de ligne en courte finale : son nez pointe à peine au-dessus de l'horizon, trois ou quatre degrés tout au plus. Regardez maintenant un Concorde au même instant : le fuselage est dressé comme un cobra, le nez basculé pour que les pilotes aperçoivent la piste, et l'aile aborde l'air sous une incidence que le manuel d'utilisation chiffre sans détour : à VREF, l'indicateur affiche 13 à 14 degrés. Aucun avion commercial conventionnel ne s'approche de ces valeurs. Pour comprendre pourquoi, il faut accepter une idée contre-intuitive : le Concorde ne volait pas malgré ces incidences extrêmes, il volait grâce à elles.
L'aile qui fabrique ses propres cyclones
Une aile classique porte par la différence de pression entre son intrados et son extrados, et cette mécanique s'effondre brutalement quand l'écoulement décolle de la surface : c'est le décrochage. L'aile delta néo-gothique du Concorde obéit à une autre physique. Dès que l'incidence augmente, l'air contourne son bord d'attaque effilé et s'enroule en deux immenses tourbillons coniques qui s'étendent de la pointe avant jusqu'aux extrémités. Au cœur de ces vortex, la vitesse de l'air est considérable et la pression chute : l'extrados se trouve coiffé de deux dépressions tourbillonnaires qui aspirent l'aile vers le haut. C'est le vortex lift, la portance tourbillonnaire. Plus l'incidence croît, plus les tourbillons se renforcent, et plus cette portance supplémentaire augmente.
Cette physique a une conséquence opérationnelle que le manuel décrit avec flegme : au-delà d'environ 7 degrés d'incidence, les tourbillons engendrent un léger buffeting, comparable à celui d'un avion subsonique volets sortis. Sur un avion classique, ce tremblement annoncerait l'approche du décrochage. Sur Concorde, c'était simplement la signature des vortex au travail, ressentie à chaque approche.
Des chiffres sans équivalent
Le manuel donne les incidences lues en vol horizontal aux masses d'atterrissage usuelles : 6 à 7 degrés à 250 kt, 9 à 10 degrés à 200 kt, 13 à 14 degrés à VREF. On remarque le paradoxe apparent : plus l'avion ralentit, plus l'incidence grimpe, car il faut des tourbillons toujours plus puissants pour compenser la vitesse perdue. La limite supérieure du domaine est fixée à 16,5 degrés d'incidence positive maximale en vol stabilisé, le seuil d'activation du vibreur de manche.
Ce comportement explique deux singularités visibles du Concorde. L'absence totale d'hypersustentateurs d'abord : ni becs ni volets, car l'aile génère elle-même son supplément de portance en se cabrant, et toute surface mobile aurait perturbé les vortex qu'elle était censée aider. Le nez basculant ensuite : à 14 degrés d'incidence en finale, un fuselage rigide aurait masqué la piste aux pilotes. La pointe avant s'abaissait donc de 12,5 degrés pour l'atterrissage, articulation devenue l'emblème de l'avion alors qu'elle n'était que la conséquence géométrique de sa façon de voler.
Un avion qui ne décroche pas, mais qui s'enfonc
Le revers de cette physique est connu des aérodynamiciens sous le nom de second régime. La portance tourbillonnaire se paie d'une traînée induite qui croît férocement avec l'incidence : voler lentement coûte énormément d'énergie, et le manuel rappelle qu'à haute incidence et masse élevée la consommation impose d'accélérer vers la vitesse économique dès que possible. Surtout, l'aile delta ne décroche pas au sens classique. Pas de rupture franche, pas d'abattée salutaire qui rendrait la vitesse. L'avion s'enfonce progressivement, incidence croissante, traînée dévorante, dans une descente dont rien, naturellement, ne le ferait sortir.
C'est pourquoi les concepteurs ont dû inventer ce que la nature refusait de fournir. Le manuel le formule remarquablement : sur les avions classiques, l'incidence maximale est marquée par un comportement naturel, le décrochage. Sur Concorde, il a fallu recourir à un ensemble de solutions originales regroupées sous l'appellation anti stall system. Des dispositifs préventifs d'abord, trims électriques et superstabilisateurs, qui créent une stabilité statique artificielle, une tendance au retour spontané vers les incidences normales, d'autant plus énergique que la manœuvre du pilote est brutale. Puis un dispositif actif, le pulseur de manche, qui oppose au pilote une augmentation discontinue et violente de l'effort à tirer. Le manuel emploie une expression saisissante : c'est ce dispositif qui remplace la notion de décrochage.
Au-delà de 13,5 degrés, l'autostabilisation en tangage augmente son autorité à piquer pour contrer toute évolution rapide vers la limite absolue de 19 degrés. Si cette limite était atteinte, la consigne tenait en une ligne : pleine poussée et élevons à piquer, l'avion redevenant docile dès que l'incidence repassait sous environ 12 degrés. En exploitation normale, grâce à l'étagement des alarmes, cette frontière ne devait jamais être approchée.
La philosophie d'un compromis assumé
L'incidence du Concorde raconte, en creux, toute sa conception. Une aile dessinée pour Mach 2, fine et lisse, qui a trouvé dans ses propres tourbillons le moyen de se poser à 160 kt sans le moindre volet. Un comportement aux limites si étranger aux avions classiques qu'il a fallu construire un décrochage artificiel, codifié dans les ressorts d'un pulseur de manche. Et un nez qui s'incline, non par coquetterie, mais parce que voler suspendu à deux cyclones impose de se cabrer face au ciel, quitte à devoir baisser la tête pour retrouver la terre.
Sources :
Les valeurs d'incidence en vol horizontal aux masses d'atterrissage (13 à 14 degrés à VREF, 9 à 10 degrés à 200 kt, 6 à 7 degrés à 250 kt) figurent au Manuel d'utilisation Concorde d'Air France, procédures de descente et d'approche (TU 02.01.52). L'incidence positive maximale de 16,5 degrés en vol stabilisé est donnée aux limitations générales (TU 01.00.10). Le buffeting tourbillonnaire au-delà d'environ 7 degrés et son incidence sur la consommation figurent aux procédures de montée (TU 02.01). L'ensemble de la description du système anti-stall, dispositifs préventifs, pulseur de manche, limite de 19 degrés, manœuvre de récupération et restrictions d'entraînement, provient de la section Conduite du vol, vols basses vitesses et hautes incidences (TU 02.05.40).