L’effet COANDA. Où il est question de soucoupes volantes - Par Denis MICHEL

L’effet COANDA                                      

Je vous ai parlé dans mes précédents articles des profils Kline-Fogleman, inspiré d’un Science et Vie de 1974. La même année sortait également un article de Jean-Pierre Petit, astrophysicien et spécialiste en mécanique des fluides, physique des plasmas, magnétohydrodynamique et en physique théorique. Il détaillait l’effet aérodynamique Coanda. Je vais vous donner un petit cours sur son effet dans la mécanique des fluides.

Attendez ! ne vous sauvez pas ! Je vais aussi vous parler de soucoupes volantes.

Ah là, tout de suite, quand on annonce autre chose que des concepts sérieux et rébarbatifs, il y a du monde.

Les soucoupes volantes ont toujours stimulé l’imagination. C’est une forme pure, lisse, qui semble faite pour voler. De nombreux inventeurs, qui ne sont pas forcément verts à tentacules, se sont dit « pourquoi pas ? ».

Une des plus célèbres tentatives fut l’Avrocar, une soucoupe américano canadienne sortie à une époque où les crédits pleuvaient pour explorer les frontières du possible (un peu) et donner à l’US air force les moyens de damer le pion aux communistes (beaucoup) :

L’essentiel de la portance reposait sur une bonne grosse turbine au centre, censée propulser l’engin à haute altitude et 550 km/h.

En réalité ça donnait ça :

Ce n’était manifestement pas la bonne solution.

Il reste donc deux possibilités pour le vol stationnaire à décollage vertical si on élimine toutes les autres issues des romans de SF :

-Supprimer la soucoupe. Après tout ce qui compte c’est le rotor. Ce pragmatisme l’a emporté partout : hélicos, autogyres, drones pilotés par des droniste (dronien ? dronautes ?). On souffle vers le bas, et c’est tout.

-L’autre voie, c’est l’effet coanda. La meilleure, n’en déplaise aux dronaticiens, quand cette technique sera maitrisée.

Qui était Henri Coandă ?

C’était un homme impossible qui avait la désagréable manie de devancer tout le monde de quelques générations, d’être difficile à suivre et de rester inclassable. Bref, tout ce que les gens bien détestent. Les spécialistes et historiens en parlent avec circonspection. Quand ils en parlent.

Ce Roumain fils de premier ministre fit ses études en France et devint diplômé de la première promotion d’ingénieur aéronautiques.

En 1910, il présentait au salon de l’aéronautique de Paris le premier avion à réaction de l’histoire.

Lors du premier essai, à l’aéroport d’Issy-les-Moulineaux, de longues flammes sortent de la tuyère d’échappement. Henri Coandă coupe immédiatement le moteur, mais celui-ci a une inertie bien plus forte qu’un moteur à hélice : il continue un instant à délivrer une force propulsive, suffisante pour faire décoller l’avion (alors que ce n’était pas son intention). Le moteur étant coupé, l’avion s’est écrasé contre un mur. Henri Coandă s’en est tiré avec quelques brûlures et contusions. Gustave Eiffel qui soutenait le jeune inventeur, lui dit en l’extirpant des décombre fumantes : « Jeune homme, vous êtes né 30 ans trop tôt ! ».

Cet inventeur fou a inventé toute sa vie.

Beaucoup.

De tout.

Dans tous les domaines.

Citons en vrac :

– Premier traîneau-automobile propulsé par un moteur à réaction

– Premier train aérodynamique du monde.

– 1914 le canon sans recul pour les avions.

– Plateforme pour des expériences aérodynamiques monté sur un train, sur la ligne Paris-Saint-Quentin. Il a pu ainsi mesurer des constantes aéronautiques, en employant une soufflerie à fumée, une balance aérodynamique et une caméra photographique spéciale de sa conception.

– Invention d’un nouveau matériau de construction, le béton-bois, employé pour la décoration

– Bec à fente fixe pour le bord d’attaque de l’aile de son avion à réaction.

– Le Coandă-1916, avec deux turbines placées à l’arrière de la queue de l’avion. L’avion de transport Caravelle, pour lequel il est consultant technique, en est une retombée.

– Un dispositif de détection des liquides dans le sous-sol. Ce dispositif est employé dans les prospections des gisements pétrolifères.

– Equipement océanique de stockage du pétrole extrait loin du littoral de la mer.

Surtout, il a donné son nom à l’effet coanda, qui s’écrit sans le petit signe sur le «ă» parce que bon, on n’allait pas s’embêter des années avec ça et il aurait fallu rajouter une touche spéciale sur le clavier des ingénieurs.

Qu’est-ce que l’effet Coanda ?

Après que l’avion à réaction eut décollé accidentellement en 1910, Henri Coandă observa que les flammes et les gaz incandescents jaillis des réacteurs tendaient à rester collés au fuselage. Ce qui prouve, d’une part, qu’un inventeur reste toujours curieux de tout et, d’autre part, qu’il ne faut jamais laisser ces gens-là conduire ou piloter. S’il avait regardé la route, il aurait évité de se fracasser contre le mur mais l’effet aurait porté un nom moins rigolo que le sien.

Cet effet décrit l’écoulement d’un fluide (air, eau, huile, miel…) au contact d’une surface. Coandă a montré que le flux suivait une surface si on lui en présente une sur son chemin.

Tous ceux qui ont essayé de verser de l’essence dans un réservoir de tondeuse sans en mettre à côté ont expérimenté l’effet coanda. Idem pour un récipient sans bec verseur. J’en fais l’expérience chaque matin en me versant du café.

A la réflexion, le miel n’a pas besoin de l’effet coanda pour coller à toutes les surfaces courbes. Cette abomination colle par nature sur tout ce qui passe à sa portée.

La déflection dépend de la largeur du flux. Plus il est fin, mieux il colle. Au-delà de 65°, le flux décroche.

Cet effet a plein d’application pratiques, et pas seulement dans l’aéronautique.

Comment ça marche ?

Le commun des mortels pense qu’un avion vole en appuyant ses ailes sur la couche d’air. Mais les gens de goût savent qu’en fait, la portance, que ce soit d’une aile, d’une hélice ou d’un rotor, vient majoritairement de l’aspiration de cette voilure par la dépression qui se crèe au-dessus.

Un flux d’air qui épouse une courbe parcourt plus de chemin qu’en ligne droite. Un flux d’air se sépare en deux au contact d’une aile pour passer en partie sur le dessus courbé et pour le reste par le dessous plat. Le flux qui passe dessus fait plus de chemin pour suivre la courbe. Donc il doit se presser, se détend, accélère et crèe une dépression qui aspire l’aile vers le haut comme un aspirateur les miettes de votre salon.

Cet effet explique pourquoi un truc volant vole.

L’effet Coanda permet, on l’a vu, de courber un flux d’air. Il permet donc aussi de générer des dépressions.

Faisons une expérience simple, d’abord avec une feuille de papier

 

Faisons une seconde expérience avec un tube de carton collé à un cercle de carton que l’on applique sur un objet léger comme une boîte d’allumettes vide.

Vous avez vu ? Dans les deux cas, l’objet sur lequel on souffle est attiré vers la direction du souffle. Etonnant non ? Le tube de carton reproduit le « Fix-Tromp », un dispositif de levage pneumatique.

Revenons à nos soucoupes

Si je ne vous ai pas perdu en route, continuons : un flux d’air qui épouse une surface courbe créera plus de portance que si le flux est éjecté en ligne droite. Une courbe uniforme qui dévie un flux d’air droit uniformément dans toutes les directions est un écoulement radial ou torique autrement dit, suit la forme…. d’une soucoupe. Bravo aux deux du fond de la classe !

Donc une pure soucoupe coanda doit éjecter un flux d’air sur le dessus de la soucoupe et pas par en dessous.

Les ingénieurs américains inventeurs de l’avrocar auraient mieux fait donc de s’inspirer des travaux sur les soucoupes à effet coanda, comme ceux des allemands durant la seconde guerre mondiale. Des gens charmants et inventifs quoiqu’un poil envahissants à l’époque.

Application en modélisme

On peut imaginer des vraies soucoupes pilotables par des petits spoilers qui perturberaient l’écoulement d’air pour la diriger.

Jean-Pierre Petit créait déjà dans les années 70 dans son labo des soucoupes qui volaient parfaitement. Mais il fallait pour cela un flux fin sortant de 10 kgs/cm2, que la technique de l’époque rendait impossible à embarquer à bord de l’engin.

On trouve sur le net d’autres personnes qui ont aussi fait des essais

J’ignore si les technologies modernes à notre disposition permettraient d’embarquer un moyen de compresser et d’éjecter un flux d’air avec cette force. Par contre une solution intermédiaire consiste à placer une soucoupe sous le flux sortant d’un rotor.

Des essais en modélisme ont déjà eu lieu. Cet article reprend l’étude d’un étudiant, Guillaume Bru qui a réalisé un drone soulevant 300 grs de plus que ne le ferait l’hélice seule.

Avis à tous les Dronisticiens : si vous cherchez à doper la capacité d’emport de vos engins : pensez aux soucoupes.

Nous avons les batteries pour l’énergie embarquée, nous avons les moteurs brushless. Qui sera le premier à tenter de faire une soucoupe Coanda  au Club?

Denis

Sources :

Science et Vie 1974- Jean-Pierre Petit

Guillaume BRU : étude sur l’effet Coanda et réalisation d’un drone

Wikipedia.org

JL Naudin