Pourquoi y a-t-il parfois du brouillard sur les ailes d’avions ?

Lorsque l’air est suffisamment saturé en eau gazeuse, et que la température de cet air est naturellement basse et fixe, on peut parfois observer un phénomène de condensation se créant sur certaines surfaces d’un avion.

Comment expliquer cela ?

Considérons une masse d’air qui se prépare à croiser le chemin d’un avion. Cette masse d’air va subir des transformations thermodynamiques, notamment adiabatiques (sans transfert de température). En effet l’air est un très mauvais conducteur thermique.

En réalité quand un nuage se forme, c’est parce que la masse d’air concernée subit une détente (diminution de la pression) due au gain d’altitude. C’est cette détente adiabatique qui refroidit la masse d’air, pas le fait qu’elle monte vers un environnement froid pour y subir un refroidissement et une condensation (pas de transfert thermique cf adiabatique).

En effet si l’on faisait regagner exactement la pression perdue à cette masse d’air, elle retrouverait son état initial en pression et température. (Preuve qu’il n’y a pas eu d’échange thermique)

détente adiabatique

Remarque : Naturellement, la masse d’air peut de base, être configurée telle que sa température, sa pression et sa saturation en eau amènent à la formation d’un nuage. Dans ce cas il n’y a eu ni détente par gain d’altitude, ni transfert de température… C’est le brouillard (un nuage au niveau du sol). L’explication sur la formation d’un brouillard pourrait être approfondie avec les notions de point de rosée etc.

Il va se passer la même chose avec l’avion, les transformations thermodynamiques seront fonction des variations de pression. La masse d’air qui servira de cobaye ne subira pas de transfert thermique (cf. adiabatique) durant tout son voyage au contact de l’avion.

Ici la masse d’air humide est fraîche et n’est pas saturée en eau (il n’y a pas de brouillard). Cela veut dire qu’elle n’est naturellement pas assez froide pour faire condenser l’eau gazeuse. Pour faire varier la température de la masse d’air sans réaliser de transfert thermique avec l’environnement, il faut jouer sur la pression. (Ces grandeurs sont reliées par la loi des gaz parfaits)

L’aile de l’avion va pénétrer dans la masse d’air à haute vitesse. Cette dernière va donc subir une compression lors du « choc » avec le bord d’attaque. Immédiatement après, la masse d’air qui va se retrouver sur l’extrados (partie supérieure de l’aile), va subir une dépression (donc détente) à cause du profil de l’aile conçu pour créer sa portance. La masse d’air se refroidit alors par détente adiabatique et diminue sa capacité à stocker l’eau gazeuse. La masse d’air rejette alors l’excédent d’eau sous forme de gouttelettes, c’est la condensation.

schema aile avion
Un nuage visible se crée littéralement sur l’aile. La forme de l’aile influe aussi sur le comportement mécanique de la masse d’air (en plus de son comportement thermodynamique), c’est de la mécanique des fluides ! En effet on peut également observer des vortex tubulaires… Pour faire simple, les tourbillons marginaux en bord de fuite des ailes ou au niveau des moteurs (qui sont présents tout le temps) deviennent simplement visibles puisque notre fameuse masse d’air s’est transformée en nuage.

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