Le décollage, pour un aéronef ou un véhicule spatial, est l'action de quitter le sol et, par extension, la phase transitoire pendant laquelle il réunit les conditions nécessaires pour entamer son vol dans les conditions optimales de performances et de sécurité.
Dans le cas le plus courant, celui de l'avion, la phase de décollage se situe entre le roulage au sol et la montée à l'altitude opérationnelle. C'est une phase critique car le pilotage peut être compliqué par la faible manœuvrabilité à basse vitesse, la présence d'obstacles ainsi que par les phénomènes météorologiques ou les incidents techniques d'autant plus gênants que l'avion est proche du sol.
Pour les autres types d'aéronefs les particularités sont détaillées ci-dessous.
Le décollage s'effectue le plus souvent à partir d'infrastructures concentrant un grand nombre d'aéronefs. Il est donc l'objet de procédures particulières de la part du contrôle aérien.
Généralités
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L'exécution d'un vol comprend cinq phases principales :
- roulage ;
- décollage, puis montée à l'altitude de croisière ;
- croisière ;
- atterrissage, précédé de la descente à partir de l'altitude de croisière ;
- roulage.
Au sens le plus strict, le décollage est un évènement instantané, celui où l'aéronef n'est plus en contact avec le sol. Cet évènement se produit lorsque la portance, nulle à l'arrêt, atteint une valeur qui équilibre le poids de l'appareil. Au décollage la portance résulte de la composition vectorielle de trois forces : portance de l'aile, composante verticale de la poussée des moteurs, effet de sol.
Pour le pilote, le décollage est une suite d'actions qui inclut l'alignement sur la piste, l'accélération, la rotation, le décollage proprement dit, la montée initiale accompagnée de la rentrée du train et des éléments hypersustentateurs. Cette phase du vol est critique en raison du grand nombre d'actions à effectuer, de la manœuvrabilité de l'appareil limitée par la faible vitesse et l'absence de réserve de puissance, des obstacles au sol, des phénomènes météorologiques tels que les cisaillements dus au vent, etc. La perte de puissance due à une panne de propulseur est probablement le risque le plus important.
Pour le contrôle aérien, et particulièrement celui des grands aéroports, le décollage est une phase particulière qui commence avec l'autorisation d'alignement sur la piste et se termine au point de sortie de zone d'aéroport. Cette phase peut être critique en raison de la présence de nombreux aéronefs dans la même zone, de la gestion simultanée de plusieurs appareils suivant des trajectoires identiques avec des performances différentes, etc.
L'ordre de grandeur de la vitesse de décollage est de :
- 20 à 65 km/h pour les planeurs ultra-légers motorisés (ULM).
- 80 à 120 km/h pour les avions monomoteurs de loisir ou les bimoteurs à hélices d'affaire.
- 240 à 280 km/h pour les avions de ligne selon leur taille (A320, A380).
La distance de décollage est définie comme étant la distance entre la mise des gaz et le moment où l'aéronef atteint une hauteur de 15 mètres.
Pilotage en phase de décollage
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Pour décoller, l'avion doit acquérir une vitesse suffisante par rapport à l'air. Il s'aligne donc à l'extrémité de la piste qui fait face au vent. Grâce aux abaques fournies par le constructeur et en fonction de la masse de l'appareil, de la densité de l'air (fonction de l'altitude, de la pression et de la température) et des conditions locales (longueur de la piste, obstacles), le pilote détermine les vitesses V1 au-dessous de laquelle il peut encore arrêter l'avion en cas de panne d'un moteur, VR à laquelle il effectue sa rotation, et V2 à partir de laquelle il peut décoller en toute sécurité même en cas de panne d'un moteur. La rotation, manœuvre qui relève le nez de l'appareil, a pour effet d'augmenter l'angle d'incidence, donc la portance, et introduit une composante verticale de la traction qui s'ajoute à la portance. Dès le décollage effectué le pilote rentre le train d'atterrissage et les dispositifs hypersustentateurs pour diminuer la traînée. L'avion peut alors commencer sa montée vers son altitude de croisière.
Lorsque l'avion accélère la portance s'accroît ce qui diminue la pression sur le train directeur (roulette de nez ou de queue). La gouverne de direction n'étant pas encore pleinement efficace l'avion traverse une phase où il est difficilement contrôlable.
Avion monomoteur
Sur les monomoteurs à hélice, le couple moteur crée par réaction une force qui tend à faire tourner l'avion en sens inverse. Une correction de l'axe moteur permet d'annuler cette force en régime normal. Au décollage à plein régime la correction est insuffisante et doit être assurée par le pilote.
Planeur
Le décollage d'un planeur est assuré par traction d'un avion remorqueur. La vitesse de décrochage du planeur étant inférieure, il décolle avant son remorqueur. Pour réduire les coûts de mise en œuvre, il peut aussi s'effectuer par treuillage[1]. D'autres techniques existent, comme le décollage au Sandow, c'est-à-dire avec des élastiques faisant office de catapulte, par voiture, ce qui implique d'avoir des sources d'ascendances proches du lieu de largage, ou bien encore le "gravity take off", technique consistant à faire rouler le planeur sur une surface pentue jusqu'à ce qu'il atteigne une vitesse suffisante pour décoller.
Hydravion
Le décollage sur flotteur nécessite un plan d'eau calme. Les redans (ou décrochements) que l'on voit sous la coque et sous les flotteurs permettent d'éviter une adhérence trop grande entre l'eau et le flotteur, et facilite ainsi leur séparation lors du décollage.
Décollage assisté par fusées
Décollage par catapultage à partir d'un porte-avions
L'avion est entraîné par un sabot. La vitesse de décollage est atteinte par l'addition de l'énergie de la catapulte, de la poussée des moteurs à leur régime maximum et de la vitesse du porte-avions.
Avions à décollage court
Hélicoptère
Risques particuliers liés à la phase de décollage
Le décollage est une phase de transition. L'avion commence par perdre une partie de sa manœuvrabilité en début d'accélération par diminution de l'adhérence de la roulette de direction ; il la regagne lorsque la gouverne de direction acquiert son efficacité liée à la vitesse.
Le vent de travers est d'autant plus pénalisant que l'avion est léger et que sa vitesse de décollage est faible. C'est pourquoi de nombreux aérodromes disposent de pistes dans plusieurs directions utilisées par les petits avions alors que les pistes utilisées par les avions de ligne sont construites dans la direction des vents dominants et, s'il y en a plusieurs, elles sont le plus souvent parallèles.
La charge de travail en cours de décollage est importante en raison des nombreux paramètres à vérifier et du temps limité pour la prise de décision en cas de problème.
À très basse altitude le risque d'ingestion d'oiseau par les réacteurs est important. La perte de puissance qui en résulte peut entraîner des situations rapidement critiques.
La présence d'obstacles dans l'axe de la piste (constructions, montagnes, villes) peut obliger l'avion à effectuer des manœuvres alors que sa vitesse est encore faible. La multiplication des zones urbanisées à proximité des aéroports entraîne la mise en place de procédures anti-bruit pénalisantes pour la sécurité.
Rôle du contrôle aérien
Le contrôleur aérien a pour principale mission d'assurer la sécurité entre les vols; il sépare ou cadence les flux des avions. Par convention, le minimum de séparation est de 1000 pieds verticalement et 5 milles nautiques horizontalement ; si ce minima n'est pas respecté, il y a ingérence, ce qui a pour conséquence le retentissement de deux alertes : filet de sauvegarde ou Conflict Alert chez le contrôleur et le TCAS (Traffic Collision Avoidance System) dans les cockpits des avions concernés.
Il existe plusieurs contrôleurs:
- le _DEL (Delivery), ou prévol, est le contrôleur qui donne l'autorisation de vol du point A au point B,
- le _GND (Ground), dénommé « sol », transmet les consignes de roulage à l'appareil. Après le repoussage, il transférera l'appareil en approche du seuil de piste ou point d'arrêt,
- le _TWR (Tower), dénommé « tour », est le contrôleur qui se charge des autorisations de décollage, d'atterrissage et de traversée de pistes.
Une fois que l'appareil a décollé, il est transféré au contrôleur _DEP (Departure).
Pendant la montée jusqu'à l'altitude de croisière, le pilote suit une procédure standard de départ aux instruments (Standard Instrument Departure donné par le prévol). Une fois l'altitude de croisière atteinte, l'avion est géré, soit par un centre de contrôle en route régional (ex: Reims (indicatif LFEE), Paris (indicatif LFFF), Marseille (indicatif LFMM), Brest (indicatif LFRR), ou Bordeaux (indicatif LFBB)), soit par un centre de contrôle d'information de vol comme Eurocontrol en Europe.
Le contrôleur _APP (Approach) d'approche guide les avions de la sortie de croisière vers l'interception ILS ou une autre procédure d'approche, telle que la VORa sur Nice. Dans ce cas-ci, le pilote suit une STAR (Standard Terminal Arrival Route).
Une fois les installations en vue, et lorsque la météo le permet, le pilote peut choisir de terminer son approche en visuel (exercice très formateur).
Décollage d'un aérostat
Un aérostat décolle uniquement grâce à la poussée d'Archimède.
Un ballon au décollage est donc soumis à deux forces :
- Au poids , de norme P = m g ;
- À la poussée d'Archimède, de norme ΠA = ρ V g ;
Avec :
- m la masse du ballon en kg ;
- ρ la masse volumique du fluide déplacé (autrement dit de l'air qui entoure le ballon) en kg/m3 ;
- V le volume de fluide déplacé (autrement dit le volume du ballon) en m3 ;
- g l'accélération de la pesanteur terrestre (g = 9,81 m s−2).
Pour que le ballon décolle, on doit donc s'assurer que ΠA > P, c’est-à-dire que ρ V > m.
En ce qui concerne une montgolfière, cette différence sera obtenue grâce au chauffage de l'air dans l'enveloppe. En effet, l'air chaud a une masse volumique inférieure à l'air froid : cela est formalisé par l'équation d'état des gaz parfaits. En supposant que la quantité d'air dans le ballon ne varie pas, il en résulte que le volume deviendra plus important avec la température. Le volume devenant plus important, la force d'Archimède augmentera aussi. Comme le poids ne varie pas, on arrive à obtenir : ΠA > P
Décollage d'une fusée
Une fusée décolle grâce à la poussée de ses réacteurs. Contrairement à un avion, ceux-ci sont dirigés directement vers le sol. La poussée qu'ils produisent est donc directement dirigée vers le haut.
Notes et références
Voir aussi
Aéronef à décollage et atterrissage verticaux