Un sport planant
Vol en combinaison ailée au-dessus du Massachusetts (Richard Schneider, Wikimedia Commons)
Vol en combinaison ailée au-dessus du Massachusetts (Richard Schneider, Wikimedia Commons)
Quels sont les liens avec mon programme d'études?
As-tu déjà rêvé de défier la gravité et de t’envoler? Grâce à l’aérodynamique, les sauteurs en combinaison ailée réalisent ce rêve.
As-tu déjà rêvé de sauter d’un immeuble et de t’envoler?
Malheureusement, les humains n’ont pas d’ailes. Mais les sauteurs en combinaison ailée ne se laissent pas abattre par ça! Ils portent des combinaisons qui imitent la peau d’un écureuil volant pour les aider à voler!
Le savais-tu?
Selon l’association des parachutistes des États-Unis, l’on doit effectuer au moins 200 sauts en chute libre (parachute) sur une période de 18 mois avant de pouvoir effectuer un saut en combinaison ailée.
Quatre forces agissent sur un avion en vol. Ce sont la gravité, la portance, la traînée et la poussée. Mais contrairement aux avions, les sauteurs en combinaison ailée ne volent pas. Ils planent! Cela signifie qu’ils ne subissent que trois des quatre forces qui s’appliquent au vol. Examinons chacune de ces trois forces.
La gravité
La gravité est ce qui attire le sauteur en combinaison ailée vers la Terre. Cette force agit sur les sauteurs parce qu’ils possèdent une masse. Plus la masse d’un objet est grande, plus la gravité agit sur cet objet.
Une façon pour les sauteurs de ralentir leur descente est de maintenir leur masse la plus petite possible. Pour ce faire, ils portent des combinaisons ailées en tissu léger. Mais le tissu doit aussi être solide. Parce qu’à mesure que le sauteur tombe, l’air exerce une grande force vers le haut sur le tissu. C’est ce qu’on appelle la portance.
Le savais-tu?
Les parachutistes tombent en chute libre à une vitesse d’environ 200 kilomètres à l’heure. Le port d’une combinaison ailée peut les ralentir à environ 60 kilomètres à l’heure!
La portance
La portance est une force ascendante causée par le déplacement (dynamique) de l’air (aéro) au-dessus d’une aile lorsque l’air la dépasse. Si tu regardes une aile sur le côté, tu peux voir une forme particulière appelée surface portante. Le corps et la combinaison ailée d’un sauteur agissent également comme une surface portante.
Lorsqu’une aile (ou une combinaison ailée) traverse l’air, l’air se fend et s’écoule à la fois au-dessus et au-dessous de la surface portante. Lorsque l’air est poussé vers le bas par l’aile (l’action), l’aile est poussée vers le haut (la réaction). Cette force ascendante est appelée portance. La portance est toujours à angle droit (perpendiculaire) à la direction du mouvement.
Le savais-tu?
La troisième loi de Newton stipule que pour chaque action, il y a une réaction égale et opposée.
Contrairement à une brique, les sauteurs en combinaison ailée ne tombent pas tout droit à partir de l’endroit d’où ils se lancent. Ils avancent plutôt d’environ 2,5 mètres à chaque mètre de leur chute. Cela signifie qu’ils peuvent couvrir beaucoup de terrain avant d’ouvrir leurs parachutes.
Alors, pourquoi se déplacent-ils aussi loin?
Un objet qui plane se déplace vers l’avant en même temps qu’il se déplace vers le bas. Le rapport entre la distance parcourue vers l’avant et la distance parcourue vers le bas est appelé finesse. La finesse aérodynamique est liée à la portance. Plus la portance est grande, plus un sauteur à combinaison ailée peut planer.
Le savais-tu?
Le pilote américain Kyle Lobpries détient le record mondial de la plus grande distance horizontale parcourue en combinaison ailée. En 2016, il a parcouru 30,4 km en moins de huit minutes et demie!
La traînée
Lorsqu’un sauteur tombe, son corps pousse l’air hors de son chemin. C’est ce qu’on appelle la résistance de l’air ou la traînée. La traînée est ce que tu ressens lorsque tu sors ta main par la fenêtre d’une voiture en mouvement. Quand tu sautes d’un avion, la résistance de l’air n’est pas suffisante pour t’empêcher de tomber au sol. Mais plus tu crées une traînée, plus tu ralentis ta chute.
Lorsqu’un sauteur en combinaison ailée plane, le principal type de traînée qui agit sur lui est la traînée induite par la portance. « Induite par la portance » signifie que ce type de traînée est directement lié à la portance. Plus la portance est grande, plus la traînée induite est importante.
Lorsqu’une surface portante est presque parallèle au flux d’air, l’air circule très doucement autour d’elle. Toutefois, si tu augmentes l’angle d’attaque, l’air derrière l’aile devient moins stable.
Le savais-tu?
L’angle d’attaque est l’angle entre la ligne de corde et la direction du mouvement.
Lorsque tu augmentes l’angle d’attaque, tu augmentes également l’aire de surface que l’air doit repousser. Si un sauteur à combinaison ailée veut planer sur une longue distance, il pointera son corps en direction du flux d’air et étendra les bras et les jambes pour générer de la portance. À mesure qu’il approchera du sol, il tournera son corps vers le haut afin que la plus grande partie possible de la combinaison ailée soit orientée en direction du flux d’air. Cela augmentera la traînée et ralentira le sauteur avant qu’il ne déploie un parachute ordinaire.
Le savais-tu?
Les sauteurs à combinaison ailée n’utilisent pas seulement leurs ailes pour ralentir. Ils utilisent aussi des parachutes.
Maintenant, tu en sais beaucoup plus sur le saut en combinaison ailée. Aimerais-tu l’essayer? Ou préfères-tu garder les deux pieds sur terre?
POINTS DE DÉPART
- Aimerais-tu essayer le saut en combinaison ailée? Pourquoi, ou pourquoi pas?
- Dans quelles situations as-tu déjà ressenti la résistance de l’air ou la traînée?
- Quels traits de personnalité associés-tu aux personnes qui pratiquent des sports extrêmes comme le saut en combinaison ailée?
- Pourquoi faut-il que les sauteurs en combinaison ailée aient accumulé beaucoup d’expérience en saut en chute libre avant de tenter de faire un saut en combinaison ailée?
- Quels sont les avantages du saut en combinaison ailée pour la société, l’économie et l’environnement? De quelle manière ce sport pourrait-il avoir des effets négatifs?
- Un sport potentiellement aussi dangereux que le saut en combinaison ailée devrait-il être autorisé?
- Quelles sont les principales forces qui agissent sur les sauteurs en combinaison ailée lorsqu’ils se déplacent dans les airs?
- Comment les sauteurs en combinaison ailée accélèrent-ils ou ralentissent-ils leur vol plané?
- Quelle variable a la plus grande répercussion sur la vitesse de vol? Comment pourrais-tu ralentir un saut en combinaison ailée? Comment pourrais-tu accroître ta vitesse?
- Qui a inventé le saut en combinaison ailée? Quel était son domaine d’expérience? (Cette question nécessite des recherches supplémentaires.)
- Comment les développements technologiques ont-ils contribué à l’essor du saut en combinaison ailée?
- Quel est l’intérêt d’avoir des commanditaires pour les sports extrêmes, comme les compétitions de saut en combinaison ailée? Quel est l’avantage des commanditaires de financer ces événements ou les concurrents?
Avant de lire cet article, les enseignants pourraient demander aux élèves d’utiliser la stratégie d’apprentissage Aperçu du vocabulaire afin de les aider à mettre à profit leurs connaissances antérieures et d’introduire de nouveaux termes. Les fiches reproductibles de l’aperçu du vocabulaire sont disponibles en formats [Google doc] et [.pdf].
Connecter et Relier
- Aimerais-tu essayer le saut en combinaison ailée? Pourquoi, ou pourquoi pas?
- Dans quelles situations as-tu déjà ressenti la résistance de l’air ou la traînée?
- Quels traits de personnalité associés-tu aux personnes qui pratiquent des sports extrêmes comme le saut en combinaison ailée?
Relier la Science et la Technologie à la Société et à l'Environnement
- Pourquoi faut-il que les sauteurs en combinaison ailée aient accumulé beaucoup d’expérience en saut en chute libre avant de tenter de faire un saut en combinaison ailée?
- Quels sont les avantages du saut en combinaison ailée pour la société, l’économie et l’environnement? De quelle manière ce sport pourrait-il avoir des effets négatifs?
- Un sport potentiellement aussi dangereux que le saut en combinaison ailée devrait-il être autorisé?
Explorer les Concepts
- Quelles sont les principales forces qui agissent sur les sauteurs en combinaison ailée lorsqu’ils se déplacent dans les airs?
- Comment les sauteurs en combinaison ailée accélèrent-ils ou ralentissent-ils leur vol plané?
- Quelle variable a la plus grande répercussion sur la vitesse de vol? Comment pourrais-tu ralentir un saut en combinaison ailée? Comment pourrais-tu accroître ta vitesse?
Nature de la Science / Nature de la Technologie
- Qui a inventé le saut en combinaison ailée? Quel était son domaine d’expérience? (Cette question nécessite des recherches supplémentaires.)
- Comment les développements technologiques ont-ils contribué à l’essor du saut en combinaison ailée?
Littératie Médiatique
- Quel est l’intérêt d’avoir des commanditaires pour les sports extrêmes, comme les compétitions de saut en combinaison ailée? Quel est l’avantage des commanditaires de financer ces événements ou les concurrents?
Suggestions d'enseignement
Avant de lire cet article, les enseignants pourraient demander aux élèves d’utiliser la stratégie d’apprentissage Aperçu du vocabulaire afin de les aider à mettre à profit leurs connaissances antérieures et d’introduire de nouveaux termes. Les fiches reproductibles de l’aperçu du vocabulaire sont disponibles en formats [Google doc] et [.pdf].
En savoir plus
Les forces aérodynamiques (1998) Fédération Française de Parachutisme -- Explication plus approfondie avec les formules mathématiques qui régissent le vol.
Les lézards volants font du Wingsuit (2016) Sciences Avenir -- Bref article assorti d’une vidéo en Anglais
Le wingsuit, un sport dangereux... mais pas plus que l’alpinisme (2014) Franceinfo -- Après quelques décès très médiatisés, cet article explore les risques inhérents à ce sport.
Un record impressionnant lors d’un saut en combinaison ailée (2015) Radio-Canada -- L’Italien Uli Emanuele réalise tout un exploit en réussissant à passer dans un trou d’à peine 2 mètres.
Ottawa et son petit côté fou : Jetez-vous dans le vide ou prenez votre envol Ottawa et son petit côté fou…Si vous êtes un parachutiste expérimenté, Go Skydive dispose d’une École de combinaison ailée.
Références
Hall, N. (2015, mai 5). Gliders. NASA.
Levin, D., & Hart, D. (2010, septembre 30). Lift and drag. NOVA.
Skybrary. (2017, juillet 29). Glide performance.
The Physics Classroom. (n.d.). Newton’s third law.