Brevet de pilote d'aéronef/Décollage

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Le décollage est la phase transitoire pendant laquelle un aéronef passe de l'état statique au sol vers le vol. 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. 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.

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Décollage d'un McDonnell Douglas F-15 Eagle.

Décollage d'un B777-200ER de Vietnam Airlines à CDG, Paris

Généralités

Au sens le plus strict, le décollage est un évènement instantané, celui où l'aéronef n'est plus en contact avec le sol. Dans la pratique on inclut l’ensemble des actions qui permettent à l'avion d'accélérer jusqu'à une vitesse suffisante pour que les forces de sustentation (portance de l'aile, composante verticale de la poussée des moteurs, effet de sol) soient supérieures au poids. La phase de décollage se termine lorsque l'avion est à une altitude et une vitesse suffisante pour pouvoir manœuvrer ; il se trouve alors en configuration de montée : train rentré, volets ou dispositifs hypersustentateurs en position lisse, puissance moteur inférieure au maximum utilisé pour le décollage.

Pour le pilote l’ensemble de ces actions fait partie de la check-list du décollage. 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.

Décollage d'un avion

Lors de la phase de décollage, l'avion prend de la vitesse grâce à son propulseur. Une fois que la vitesse engendre une portance suffisante pour quitter le sol, l'avion cabre, ce qui augmente encore la portance. La poussée du groupe propulseur est alors inclinée par rapport à l'horizontale : elle apporte donc sa contribution, plus ou moins grande, au décollage de l'avion. Sur les monomoteurs à hélice, l’augmentation de la puissance peut entraîner un effet de couple : l'avion a tendance à virer lors de l'accélération sur la piste. On utilise le palonnier pour maintenir l'avion sur la bonne trajectoire.

La portance est la force principale permettant le décollage d'un avion. Elle dépend de la vitesse de celui-ci, de l'angle d'incidence de l'avion ainsi que la masse volumique. Elle dépend également de la surface porteuse de l'avion, et du profil de l'aile. Pour augmenter la portance, les avions ont donc parfois leur dispositif hypersustentateur déployé au décollage, ou pour un avion à géométrie variable les ailes dans la position où l'angle de flèche est le plus grand.

Lors du décollage, l'avion prend de l'incidence juste avant de quitter le sol. En supposant que les réacteurs produisent une force de norme F, et que l'avion s'incline d'un angle d'incidence i, on obtient :
R_normale=F × sin(i)

Application numérique :
Dans le cas d'un F-15 comme sur la photo ci-dessus, on peut supposer que :
- l'avion est à sa puissance maximale (postcombustion), soit pour le F-15 212 kN
- son inclinaison par rapport au sol est de 30 %

Alors l’on a : R_normale=212 × sin(30°)=106kN

La masse de cet avion étant d'environ 25 t au décollage, soit un poids de 245 kN, la poussée des réacteurs dans le cas présent est responsable de 43 % de la puissance nécessaire à maintenir l'avion en l'air.

Décollage d'un aérostat

Pour ce type d'aéronef, le décollage se fait sans vitesse horizontale : la portance n’est pas utilisée. Un aérostat décolle uniquement grâce à la poussée d'Archimède. Une montgolfière au décollage est donc soumis à deux forces :

• Au poids ${\vec {P}}$, de Norme P = m.g ;
• À la poussée d'Archimède, de norme Π_A = ρ.V.g ;

Avec :

• m la masse du ballon en kg ;
• ρ la masse volumique du liquide déplacé en kg/m³;
• V le volume de liquide déplacé (autrement dit le volume du ballon) en m³;
• g la constante de gravité (g = 9,81 m.s⁻² ou N/kg)

Pour que le ballon décolle, on doit donc s'assurer que Π_A>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 : Π_A>P

Décollage d'un hélicoptère

Le décollage d'un hélicopète utilise la force produite par son rotor principal. Son fonctionnement est le même qu'une hélice d'avion : elle crée une dépression au dessus de l'hélicoptère. Celle-ci entraîne l' « aspiration » de l'appareil.

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.

En avion

Pour décoller, le pilote doit d’abord signer certains documents qui stipulent le poids total de l'avion (nombre de passagers, poids total bagages, poids carburant etc..) ensuite, demander les autorisations requises, puis doit allumer différents feux, et activer certains dispositifs (pompe, dégivrages, etc.). Selon la masse de l'avion que le pilote entre dans le calculateur de bord, la vitesse à atteindre pour décoller est calculée. Il calcule aussi la vitesse V2, celle de la pente idéale pour atteindre le plus rapidement l'altitude nécessaire. Cela implique souvent une trajectoire courbe de l'avion.

Après obtention de la clairance (autorisation de vol selon la route prévue), le pilote entre en contact avec la tour de contrôle pour obtenir une autorisation de repoussage (en quelque sorte la marche arrière de l'appareil).

Après réglages de l'appareil selon la clairance, le pilote contacte le sol (appelé GND en langage aéronautique) pour obtenir son autorisation de roulage, afin de rejoindre les points d'arrêts des pistes. On dit généralement « XXX000, porte Y, prêt à rouler ». Le sol donne alors au copilote son trajet sur les chemins de roulement de l'aéroport (les voie de circulation) pour rejoindre les pistes.

Une fois arrivé au point d'arrêt de la piste assignée, le pilote fait connaître sa position « XXX000, point d'arrêt de la piste 00 ». Après autorisation de la tour, de s'aligner sur la piste, l'avion se place en position pour décoller.

Lorsque l'appareil est prêt à décoller, la tour délivre l'autorisation de décollage en rappelant le vent (direction, force), ainsi que la piste de décollage. Le copilote confirme ces paramètres et l'appareil peut décoller.

Pour réduire la distance de décollage et en conformité avec les consignes du manuel de vol, on peut sortir quelques degrés de volets, ou autres dispositifs hypersustentateurs. Après V2 au plus tôt, le pilote lâche les commandes et passe en mode automatique. Lorsque le pilote a obtenu l'autorisation de décoller, il effectue les actions suivantes :

1. On affiche et on maintient la pleine puissance (plein gaz) ou la puissance requise par le manuel de vol.
2. L'avion roule jusqu'à atteindre la vitesse V1 qui désigne la vitesse limite au-delà de laquelle le décollage doit obligatoirement avoir lieu, y compris en cas de dysfonctionnement majeur, en raison de la distance disponible sur la piste pour s'arrêter.
3. Lorsque l'appareil atteint la vitesse de rotation, appelée Vr, le pilote peut commencer à tirer sur le manche pour faire prendre à l'avion l’assiette de décollage, ce qui entraîne l'envol (les roues quittent le sol) et ensuite la montée.
4. V2 est la vitesse de sécurité au décollage : ce minimum de vitesse doit être atteint par l'appareil avant qu’il atteigne 35 pieds d'altitude. Elle garantit un gradient ascensionnel suffisant pour atteindre 1 500 pieds en toute sécurité.

Si l'avion subit un incident, Les risques sont importants au décollage car les réacteurs sont sollicités à pleine puissance, il peut y avoir des oiseaux aux alentours de la piste ou encore un débris peut percuter l'avion (comme lors de l'accident du concorde). Dans le cas où un incident quelconque empêcherait le décollage, deux cas sont à prévoir:
- La longueur de piste restante permet à l'avion de s'arrêter. Le pilote freine de manière à s'arrêter en toute sécurité. Il utilise généralement en plus des freins "classiques" (dans les roues) les aérofreins et les inverseurs de poussée si l'avion en est doté.
- La longueur de piste disponible est insuffisante pour effectuer un freinage d'urgence. Dans ce cas le pilote doit décoller pour se poser droit devant, ou effectuer un tour de piste si le problème n’est pas immédiatement critique.