En observant les débuts de l’aviation, on ne peut que s’amuser de l’imagination fertile, voire débridée, des inventeurs et de leurs tâtonnements pour le plus lourd que l’air : avion à ailes, multiples et superposées (X20), circulaires en entonnoir et à pompage vertical (principe de la méduse en accéléré), battantes comme celles d’un oiseau, en forme de chauve-souris et à moteur à vapeur (Ader), avion catapulté pour l’envol sur un chariot (frères Wright), etc.

 

C’est ainsi que des essais tous azimuts, effectués de manière empirique, peuvent aboutir à des inventions géniales, même si beaucoup d’entre elles ont été abandonnées parce qu’elles n’étaient pas en phase avec les besoins du moment.

 

Tout a commencé au siècle des Lumières avec Montesquieu, Voltaire, Diderot, d’Alembert (et leur encyclopédie), qui combattaient l’obscurantisme religieux en participant au développement de l’esprit critique de « l’homme éclairé ».

 

En ce XVIIIe siècle, la technique prédominait sur la science ; les inventions, issues de cette libération, étaient perçues comme des curiosités par un public enthousiaste, attiré par l’audace et la prise de risque des présentateurs. Ces démonstrations, parfois spectaculaires, apportaient leur lot d’innovations que les scientifiques se devaient ensuite d’expliquer. Certaines d’entre elles ont façonné notre mode de vie actuel, comme l’électricité.

 

En 1783, c’est un ballon d’air chaud qui a donné le coup d’envoi de la conquête de l’air. Parce que simple à mettre en œuvre, le globe des frères Montgolfier a été le premier des nouveaux moyens de locomotion à préfigurer la révolution industrielle. Il a devancé de peu le ballon à gaz (1785), mais largement les autres moyens de transports comme le chemin de fer (1811), l’automobile (1880) ou l’aviation (1903).

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Le roi Louis XVI, passionné d’horlogerie – technologie de pointe de l’époque –, s’est volontiers prêté au jeu des nouveautés et des expériences promues par une révolution scientifique, précédant la révolution sociale qui lui a été fatale. Il avait cependant refusé que le premier envol à bord de l’aérostat se fasse avec des hommes, même condamnés à mort. Ce sont finalement trois animaux (coq, canard et mouton) qui se sont envolés à Versailles, le 19 septembre 1783, devant une assistance émerveillée.

 

Après la Première Guerre mondiale, l’aviation civile a acquis ses lettres de noblesse avec les grands raids aériens qui ont forgé la légende du pilote de ligne. Les premières liaisons commerciales régulières ont permis à la France de se distinguer avec la légendaire Aéropostale de Latécoère et Bouilloux-Lafont, dont les principaux acteurs, Daurat, Mermoz et Guillaumet, ont été immortalisés, entre autres, par les récits de Saint-Exupéry, Kessel et Fleury.

 

Puis l’ère de l’avion à réaction est arrivée dont le premier vol régulier a eu lieu, en 1952, entre Londres et Johannesburg, avec un De Havilland 106 Comet 1 de la British Overseas Aircraft Corporation (BOAC), ancêtre de la British Airways. Cet appareil anglais de conception aérodynamique traditionnelle (comme les avions à hélices) a été condamné après une série d’accidents dus à l’explosion en vol de ses fuselages. De Havilland a payé le prix fort pour son manque d’expérience dans les domaines du vol en haute altitude et des vitesses élevées.

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La France a redressé la tête avec la Caravelle, œuvre de la Société Nationale de Constructions Aéronautiques du Sud-Est (SNCASE), qui a effectué son premier vol en 1955 et qui est entrée en service chez Air France quatre ans plus tard.

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De l’autre côté de l’Atlantique, Boeing a acquis sa renommée mondiale avec son 707, issu du transporteur et ravitailleur militaire en vol C/KC-135, lui-même une évolution de l’avion expérimental Dash 80 (1954). Le B707 a effectué son premier vol commercial en 1958 entre New York et Paris, sous la bannière de la Pan Am. Contrairement au Comet et à la Caravelle, c’était un avion résolument moderne avec son aile en flèche prononcée, ses becs de bord d’attaque mobiles, ses moteurs suspendus aux ailes et son empennage horizontal arrière monobloc entièrement mobile.

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Boeing est devenu le leader mondial en produisant quatre nouveaux modèles (707, 727, 737, 747) en l’espace de douze ans, du jamais vu dans l’histoire de l’aviation moderne. C’est le 747 qui a démocratisé le transport aérien, permettant un transport de masse.

 

Cependant le B747-8, dernier modèle en date et concurrent de l’Airbus 380, est en fin de cycle, car ses commandes ne décollent pas. Il a effectué son premier vol en 2010, soit 41 ans après celui du premier 747-100.

 

Puis, l’Angleterre et la France – les deux puissances aéronautiques européennes « vainqueurs » de la guerre  – se sont lancées dans l’épopée du Concorde. Le supersonique s’est envolé pour la première fois de Toulouse en 1969, mais, compte tenu de la complexité du programme, il n’est entré en service qu’en 1976. L’aventure a été un gouffre financier, et l’avion produit à seulement vingt exemplaires. Cependant, le Concorde a permis l’acquisition d’un savoir-faire d’avant-garde, qui a profité à la British Aircraft Corporation et Sud-Aviation (devenu Aérospatiale) qui ont ensuite intégré Airbus. En 1974, l’A300 fut le premier bimoteur gros porteur mis en service, bimoteur qui deviendrait la norme, même pour les long-courriers d’aujourd’hui.   

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Voici neuf grandes ruptures technologiques, dont certaines militaires, qui ont servi les innovations civiles :

• 1914 : passage à l’ère industrielle de l’aviation militaire, production de dizaines de milliers d’exemplaires par types d’avions ; 

• 1930 : utilisation de l’aluminium pour la fabrication d’avions comportant un habitacle fermé, des volets d’atterrissage et un train rentrant (DC-3, 1936) ;

• 1950 : avions à hélices à long rayon d’action avec des moteurs turbocompressés, une cabine pressurisée, un pilote automatique performant, un radar météo de bord (Lockheed Constellation, Douglas DC-6, à partir de 1946). Initialement, ces avions coast to coast étaient capables d’effectuer un vol sans escale de New York à Los Angeles. Puis, les dernières versions intercontinental, pouvaient relier New York à Paris sans escale (Lockheed Super Constellation, DC-7) ;

• 1960 : avion à réaction (Comet de Havilland, Boeing 707, Caravelle, Douglas DC-8) ;

• 1970 : gros porteurs (Boeing 747, Douglas DC-10, Lockheed Tristar, Airbus 300), et rupture avortée de l’avion supersonique (Tupolev 144, Concorde) ;

• 1990 : avion électronique avec commandes de vol électriques (Airbus 320 à partir de 1987);

• 2010 : généralisation des matériaux composites qui dépassent 50 % de l’ensemble de la structure, ce qui diminue sensiblement la masse de l’avion, permettant une meilleure charge offerte et une consommation de carburant moindre (B787 à partir de 2009);

• 2030 : avion sans pilote ? La prochaine rupture devrait être majeure. Il devrait s’agir d’un avion extrêmement automatisé voire autonome, avec ou sans pilote à bord, dont la forme devrait être nouvelle pour l’aviation civile, comme une aile volante avec des moteurs placés à l’arrière et de nouveaux moteurs, comme l’open rotor (voir Le manuscrit).

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Historique de l’évolution des équipements embarqués des avions civils

 

Comparons trois avancées historiques pour la conquête de l’air et de l’espace :

• 1783 : première ascension en ballon (frères Montgolfier). Les essais ont été effectués sans démarche scientifique, mais avec prudence. Les vols se sont réalisés sans passager, avec des animaux, puis des humains, mais par une ascension contrôlée de quelques mètres, où le ballon était retenu par des cordes, et enfin en ascension libre.

• 1903 : premier vol d’un avion ; les frères Wright, fabricants de bicyclettes, inventeurs et pilotes, ont construit une soufflerie et la maquette de leur Flyer pour valider leur concept, afin de s’assurer de la stabilité et du contrôle de leur aéronef. Cette fois-ci, la technique s’est appuyée sur la science. Dans le domaine technologique, la révolution industrielle du XIXe siècle a entraîné, tant en Europe qu’en Amérique, une forme d’émulation qui a favorisé ce premier vol.

• 1961 : premier humain dans l’espace avec une fusée soviétique (Vostok 1, lanceur militaire modifié). Le cosmonaute, Youri Gagarine, jeune pilote de chasse, n’avait pas la main sur le pilotage de sa capsule, comme l’éjection de la fusée en cas de perte de contrôle de celle-ci. Auparavant, en 1957, une fusée R-7 avait lancé Spoutnik 1, le premier satellite artificiel dans l'espace. Plusieurs lancements avaient eu lieu avant Gagarine, avec des animaux, démarche similaire à celle des frères Montgolfier. La science a alors largement précédé la technique, notamment pour tous les calculs de trajectoires, d’échauffements thermiques, d’accélérations, de propulsion, etc.

 

C’est la compétition entre deux superpuissances et deux idéologies opposées qui est à l’origine de la conquête spatiale. Cent vingt ans seulement séparent ces trois événements majeurs ; le XXe siècle, siècle des grandes guerres, a été d’une formidable fécondité technologique.

 

Depuis l’arrivée du Boeing 707, les avions à réaction ont conservé la même forme : un cylindre avec une paire d’ailes au milieu. Jusqu’alors les progrès et les ruptures techniques avaient été nombreux. Cette pause montre une arrivée à maturité aérodynamique qui, je l’espère, sera remise en cause par les remplaçants des B737 et A320, car ce concept aura plus de 75 ans en 2030, héritage du B52.

 

Initialement, les matériaux utilisés pour la construction des avions étaient le bois et la toile, matières végétales, légers et bon marché, mais peu résistants et se conservant mal. Aujourd’hui il n’existe plus d’avion d’origine dans ces matières. Puis, l’alliage d’aluminium est devenu le matériau principal, encore majoritairement utilisé aujourd’hui. Il faudra attendre l’arrivée des Boeing 787 et Airbus 350 pour qu’il cède la place aux matériaux composites qui existent pourtant depuis la Seconde Guerre mondiale. S’ils ont mis si longtemps à s’imposer, c’est parce qu’ils sont onéreux et demandent une grande maîtrise dans leur fabrication.

 

Les moteurs à pistons étaient peu fiables et peu puissants contrairement à ceux à réaction. Pour l’avenir, les open rotor sont testés depuis deux décennies, mais leurs handicaps  résident dans le bruit généré par leurs pales et leur intégration à la cellule. De plus, ils ne permettent pas d’atteindre les vitesses de croisière d’aujourd’hui. Initialement, la multiplication des moteurs se justifiait par la recherche d’une puissance totale plus importante. Autrement dit, c’est le moteur qui « fait » l’avion, et à chaque nouvelle génération de moteur, des avions plus lourds ont pu être conçus en même temps que le nombre de moteurs diminuait.

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Historiques de duels technologiques

 

Ballon à air chaud contre ballon à gaz

 

En 1785, Blanchard et Jeffries ont traversé la Manche à bord d’un ballon gonflé à l’hydrogène. Ainsi, à peine entrée dans l’histoire, la montgolfière est rapidement abandonnée au profit des ballons à gaz, moins dangereux, il n’y a pas de foyer à entretenir avec de la paille sous la nacelle pour gérer l’ascension et la descente et il est plus simple à mettre en œuvre. Il faudra attendre presque deux siècles – dans les années 1960 – pour qu’elle réapparaisse comme loisir aérien.

 

Avion inspiré de la nature contre avion académique

 

S’inspirant des travaux de l’Allemand Lilienthal et de ceux de l’Américain Chanute, les frères Wright sont entrés de plain-pied dans l’histoire en effectuant le premier vol motorisé avec virage contrôlé, près de Kitty Hawk en Caroline du Nord. Leur Flyer, était équipé d’un moteur à explosion, entraînant deux hélices propulsives et contrarotatives, équipé d’une dérive lui donnant une grande stabilité. Toutefois l’avion devait être catapulté au décollage et n’avait pas de train d’atterrissage, mais deux patins.

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Contrairement aux frères Wright, Clément Ader, inventeur moins académique, est parvenu, en 1897, à soulever son Avion III, sur environ 300 mètres, par la seule force de son moteur à vapeur. L’évènement a eu lieu en présence de la commission de l’Armée pour être validé.

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Il est dommage que « l’exploit » d’Ader n’ait pas été officialisé par un photographe, cela aurait levé toute polémique, car, à l’époque, seule l’armée qui avait compris l’intérêt d’un tel engin avait subventionné le projet. Ader s’était inspiré de la chauve-souris, or « la technologie est souvent contre-intuitive et doit surmonter l’obstacle épistémologique de l’imitation intuitive de la nature pour arriver vraiment à ses fins » (Gingras, 2004).

 

Dirigeable contre avion, ou la première confrontation entre deux modes de transport aérien

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Le dirigeable avait quelques atouts : il était capable de décoller ou d’atterrir sans espace dégagé et de vols à long rayon d’action – ses passagers disposaient d’un espace supérieur à celui de l’avion. En revanche, il avait des difficultés à épauler un vent fort, ce qui rendait parfois son utilisation impossible. De plus, l’utilisation d’hydrogène – gaz hautement inflammable – rendait l’appareil très vulnérable au feu.

 

En 1937, le Zeppelin Hindenburg, le plus grand dirigeable du monde, s’est embrasé en quelques secondes lors de son atterrissage à la base navale de Lakehurst, dans le New Jersey, aux USA, où 36 personnes ont péri. La cause de l’incendie n’a pas été identifiée (peut-être une décharge électrostatique au moment de l’accrochage au mât d’ancrage), mais certains ont évoqué un attentat contre le régime nazi qui faisait alors de la propagande à travers une tournée mondiale de démonstration. Le point faible des dirigeables allemands était l’utilisation d’hydrogène à la place de l’hélium (gaz inerte). Étonnamment, l’Allemagne n’avait pas la technologie pour produire de l’hélium, contrairement aux États-Unis.

 

Ainsi, un accident spectaculaire, filmé en direct et largement diffusé par les médias (cinémas à l’époque) a signé la fin de ce mode de transport. 

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Hydravion contre avion terrestre

 

Le premier vol transatlantique commercial avec passagers a eu lieu sur un hydravion quadrimoteur Boeing 314 de la Pan American Airways, en 1939, entre Port Washington, à New York, et l’étang de Berre, près de Marseille, via les Açores et Lisbonne. Aujourd’hui l’époque des hydravions est révolue, car ils étaient trop lourds, trop lents et ne pouvaient desservir les villes à l’intérieur des terres dépourvues d’une grande étendue d’eau à proximité.

 

Mermoz, ardent défenseur des avions terrestres pour la traversée des océans, avait compris, avant les autres, que l’avenir n’appartenait pas aux hydravions, « ces mauvais avions et mauvais bateaux ». En effet, à puissance égale les appareils à train classique étaient moins lourds et plus rapides que les hydravions ; ils pouvaient ainsi emporter une charge marchande plus importante, tout en passant moins de temps au-dessus des océans – une menace majeure pour les avions de l’époque –, car les frêles hydravions ne résistaient jamais longtemps à une mer déchaînée.

 

Mermoz s’est battu contre une administration obtuse qui, au prétexte qu’elle subventionnait le transport aérien, avait décrété que l’hydravion était mieux adapté pour survoler les mers, notamment en cas de panne, mais aussi parce qu’il pouvait utiliser, sans aménagement spécifique, plus de 70 % de la surface du globe comme aire de décollage et d’amerrissage. Cette idée préconçue lui a coûté la vie ainsi qu’à son équipage après la panne d’un moteur de leur hydravion Latécoère 301, La Croix du Sud, qui sombra dans l’Atlantique sud au matin du 7 décembre 1936.

 

Les hydravions sont actuellement peu nombreux, mais ils sont efficaces dans la lutte anti-incendie (Canadair) grâce à leurs capacités de ravitaillement rapide en eau par écopage en mer, sur des lacs ou de larges rivières. Aujourd’hui le Canada, qui possède un grand nombre de lacs, utilise encore des petits hydravions comme moyen de transport de passagers.

 

Avion à hélice contre avion à réaction

 

L’arrivée des avions à réaction a très rapidement rendu les avions à hélice obsolètes. Même s’ils sont plus chers à l’achat et à l’entretien, ils représentent plusieurs améliorations importantes : le temps de vol est divisé par deux, ils ont une capacité plus importante, il y a moins de vibrations et de bruit en cabine, ils volent plus haut et peuvent s’affranchir des masses nuageuses dangereuses. Les moteurs à réaction ont une fiabilité très supérieure aux moteurs à piston (>50 fois) et leur durée de vie est équivalente à celle de l’avion. Le coût de revient par passager a chuté d’environ 30 % lors de leur introduction.

 

Toutefois les avions turbopropulseurs à hélice (turbogénérateur qui fait tourner l’hélice) continueront à être utilisés pour des modules inférieurs à 80 places et sur de faibles distances où la différence de temps de vol n’est pas significative, car leur consommation de carburant est nettement inférieure à celles des avions à réacteurs.

 

Subsonique contre avion supersonique

 

La logique du progrès technologique aurait dû imposer le supersonique par rapport à l’avion à réaction subsonique, comme celui-ci s’est imposé face à celui à hélice.

 

Faire voler un avion demande beaucoup d’énergie, mais faire voler un supersonique demande une quantité d’énergie considérable. Après les chocs pétroliers des années 1970, la surconsommation de carburant est devenue dissuasive pour le transport aérien. Pour des raisons de prestige, seules trois grandes puissances s’étaient lancées dans l’aventure : l’URSS, avec le Tupolev 144, l’Angleterre et la France, avec le Concorde. Les USA, plus pragmatiques, y ont renoncé.

 

L’unique accident du Concorde, qui a fait 113 morts en 2000, a signé la fin de l’exploitation du supersonique. Après deux ans de modification, il avait retrouvé son certificat de navigabilité, mais les coûts d’exploitation étaient devenus prohibitifs, et la clientèle avait perdu confiance. En 2003, British Airways et Air France ont décidé d’arrêter cette Formule 1 des airs à qui l’on demandait d’être toujours sur le podium, plus de 30 ans après son début d’exploitation.

 

Avion avec pilotes contre avion sans pilote

 

Nous savons qu’en terme de sécurité, l’avion est le moyen de transport le plus sûr. Dans les années 1970, les gros-porteurs ont démocratisé les voyages, et depuis l’arrivée des low cost, à partir des années 1990, le prix du billet est devenu extrêmement compétitif, même sur des distances de moins de 1 000 km. La formule actuelle est donc très performante. Quelle sera la plus-value avec un avion sans pilote ?

 

Le nouveau système devra donc démontrer qu’il est plus sûr, ce qui pourrait prendre du temps. De plus, la suppression des pilotes risque de retirer de la flexibilité au système. En effet, l’homme possède par définition une capacité d’adaptation que la machine n’a pas, car son intelligence n’est pas pluridisciplinaire et porte sur un domaine précis (comme le jeu ou la navigation).

 

En revanche, au niveau des coûts de revient, une étude de la banque USB a montré que la suppression des pilotes pourrait faire économiser jusqu’à 35 milliards de dollars par an aux compagnies aériennes, ce qui est considérable.