Le vol parabolique

Les vols paraboliques sont effectués à bord d'avions, tel l'Airbus A310-0G, exploités par Novespace, filiale du CNES, qui suivent un profil de vol alternant des manœuvres de montées et de descentes espacées de courts paliers.

Ces manoeuvres, appelées paraboles, permettent chacune d'obtenir jusqu'à 22 secondes de pesanteur réduite ou micropesanteur.
Pendant ces périodes de pesanteur réduite, des chercheurs, des lycéens ou étudiants dans le cadre de l'activité Parabole proposée par le CNES, effectuent des expériences et obtiennent des données dans des conditions impossibles à reproduire sur Terre.

La technique du vol parabolique

L'environnement dit de micropesanteur n'est accessible que dans l'état de chute libre, c'est-à-dire lorsque un objet n'est plus soumis qu'à une seule force : son poids.

  • linéaires verticales dans les puits, les tours et les tubes à chute libre,
  • paraboliques pour les avions effectuant des paraboles et les fusées-sondes,
  • circulaires ou plus généralement elliptiques pour les
    satellites en orbite autour de la Terre,
  • paraboliques ou hyperboliques quand la vitesse initiale est supérieure à la vitesse de libération.

Dans le cas des vols paraboliques, la durée est limitée par la vitesse initiale de l'avion.

Selon le type d'avion utilisé, la durée de micropesanteur est comprise entre 5 secondes (avion à hélice) et une minute (chasseur hypersonique). Pour les avions du gabarit de l'Airbus Zéro g, la durée de micropesanteur est de 20 à 25 secondes par arc parabolique.

Avec l'A300-0G, on obtient un environnement à pesanteur réduite en décrivant une série d'arcs paraboliques qui produisent des périodes d'impesanteur à "0 g" (en fait de l'ordre de 10-2 g) de 20 à 25 secondes. Chaque parabole commence et se termine par une ressource (station d'hyperpesanteur) à 1,8 g. Un vol typique dure 2 à 3 heures et comprend 30 arcs paraboliques

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Une campagne de vol paraboliques - © CNES

La manoeuvre parabolique

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Afin de créer des périodes d'e micropesanteur de 20 secondes environ, l'avion doit suivre la trajectoire présentée dans le schéma ci-contre. Cette trajectoire est dite parabolique car sa forme est celle de la figure mathématique du même nom.

La manœuvre conduisant à la micropesanteur débute par un vol en pallier horizontal à 6000 m d'altitude environ et se découpe en 3 phases :

Phase d'hyperpesanteur

La puissance des moteurs est alors poussée au maximum. Lorsque la vitesse maximale de l'appareil est atteinte (830 km/h), le pilote annonce le début de la ressource. L'appareil se cabre peu à peu jusqu'à 45°. Ses occupants sont alors plongés dans une phase d'hyperpesanteur d'une vingtaine de secondes. Le facteur de charge atteint 1,8 g (chacun ressent presque deux fois son poids).

Phase de micropesanteur

A 47° d'inclinaison précisément, le pilote annonce l'injection, le moment où l'avion débute la parabole. En 1 seconde, la pesanteur passe de 1,5 g à une valeur proche de 0 g. Le but de cette manœuvre est de compenser le plus exactement possible les forces qui agissent sur l'avion (la poussée -donnée par les moteurs- et la traînée aérodynamique -le frottement de l'air sur l'avion-) et d'annuler la portance (cette force qui lui permet de voler). La seule force qui ne peut être annulée est le poids. Pendant une vingtaine de secondes l'avion ne vole donc plus… il "tombe" comme une pierre lancée en l'air. Il culmine à près de 8 500 m où sa vitesse est alors de 400 km/h. Il retombe ensuite et prend une assiette à piquer inclinée de 42° par rapport à l'horizontale. Les pilotes doivent réagir rapidement pour sortir de cette situation pour le moins inconfortable. La manœuvre de sortie consiste à redresser la trajectoire pour la ramener à l'horizontale.

Nouvelle phase d'hyperpesanteur

Elle est symétrique à la manœuvre de cabré, et plonge de la même manière les occupants de l'avion dans une période d'hyperpesanteur à 1,8 g.
2 minutes sont nécessaires entre deux paraboles pour des raisons de pilotage et pour permettre aux scientifiques de reprendre leurs esprits et de préparer une nouvelle série de mesures.

Voir l'animation de la manoeuvre parabolique présentée sur le site de Novespace.

La technique de pilotage

Piloter un avion n'est pas simple. Et piloter dans ces conditions extrêmes requiert des compétences exceptionnelles.
Les pilotes "flottent" eux aussi sur leur siège pendant les paraboles, même s'ils sont attachés. C'est pourquoi ces professionnels ont tous une qualification d'aptitude au vol en condition d'essai, signe de leur grande expérience en la matière !

Pour réaliser des paraboles de qualité, de nombreux paramètres sont à maîtriser :

  • le régime des moteurs (leur puissance) ;
  • la position de l'avion en tangage (le mouvement en tangage est produit par une action sur le manche à balais en avant ou en arrière) ;
  • la position de l'avion en roulis (qui désigne l'inclinaison de l'appareil à gauche ou à droite, c'est ce qui permet à un avion de se mettre en virage) ;
  • la surveillance des paramètres vitaux de l'avion (moteurs, gouvernes, commandes, structure…) et de la cabine (alimentation électrique, température…).

Ainsi, 4 personnes sont nécessaires :

  • 2 pilotes, l'un pour contrôler l'avion en tangage, l'autre en roulis ;
  • 2 mécaniciens, l'un pour contrôler le régime des moteurs l'autre pour assurer la surveillance générale.

Voir aussi

Approfondir

  • Voir le site de Novespace, filiale du CNES et exploitant de l'Airbus A-300 OG
  • Les paramètres du vol parabolique sur le site Educnet