Charge alaire
Site de Elefante, Mexique

Pour bien comprendre la charge alaire, je pose souvent cette question lorsque j’aborde la mécanique de vol en parapente :

Obélix et Astérix vole sous la même voile en parapente (même taille), qui va le plus loin ?

Définition de la charge alaireAstérix et la charge alaire

La charge alaire est un rapport entre le PTV (poids total volant) et la surface de la voile.

=  PTV / Surface

Elle s’exprime donc en kilogramme/m2.

La charge alaire moyenne d’un parapente solo est d’environ 3.5 kg/m2.
Si on vole en biplace, la charge alaire est alors supérieure, de l’ordre 5 kg/m2… et ça se sent dans les commandes, particulièrement si le passager est lourd !

En delta, elle est même supérieure, à partir de 5 et jusqu’à 10 pour les modèles les plus performants.
La raison est simple : à poids égal du pilote, la surface de la voile en delta est bien moindre qu’en parapente.
Le delta créé moins de traînée, donc il n’a pas besoin de créer autant de portance qu’un parapente.

Charge alaire et vitesse

Pour un PUL donné (Planeur ultra léger, donc delta ou parapente), le constructeur établit une plage de poids.
Par exemple, pour un modèle de parapente donné et une taille donnée, elle pourrait être 75-95 kg.

Selon que l’on soit en haut de la plage de poids (ici 95 kg) ou en bas (75), le comportement de l’aile va être différent, car la charge alaire va varier , essentiellement en raison de la variation de poids du pilote.

Si Obélix pèse le double du poids d’Astérix, et qu’Astérix vole à 35 km/h, quelle sera la vitesse d’Obélix, s’il lui emprunte son parapente ?

Rappelons deux équivalences permettant d’obtenir la RFA (Résultante des Forces Aérodynamiques) :

  • RFA = 1/2 C ρ S V2
  • RFA = Poids

On peut donc en déduire que :

  • 1/2 C ρ S V2= Poids

Donc, pour revenir à nos gaulois, la différence de vitesse varie en fonction de la variation de poids :
Avec Po = Poids d’Obélix,
Pa = Poids d’Astérix,
Vo = Vitesse d’Obélix,
et Va = Vitesse d’Astérix

  • (1/2 C ρ S Vo2)/ (1/2 C ρ S Va2 )= Po/Pa
  • (1/2 C ρ S Vo2)/( 1/2 C ρ S Va2 ) = Po/Pa
  • Vo2/ Va2 = Po/Pa

ou encore Vo/Va = √(Po/Pa)

Conclusion : la vitesse de la voile varie avec la racine carré (√) de son PTV

Si le PTV double, comme c’est le cas dans cet exemple, en admettant qu’Obélix pèse le double du poids d’Astérix, le gain en vitesse n’est “que” 41% supérieur (√2, soit 1.41).
Si le PTV d’Astérix est de 65 kilos et qu’il emporte 5 kilos de lest, sa vitesse n’augmente que de 0.37%. √(70/65). Bref, il irait alors à 36.3 km/h, au lieu de 35…

A noter que toutes les vitesses augmentent, la vitesse horizontale, comme la vitesse verticale (taux de chute).
Et comme la finesse est le rapport

  • Distance horizontale / Distance verticale

ou encore

  • Vitesse horizontale / Vitesse verticale
  • Portance / Traînée

On peut donc conclure,  pour revenir sur la question initiale, qu’Obélix et Astérix arriveront au même endroit (même finesse). Mais Obélix arrivera plus tôt (taux de chute supérieure), et plus vite (vitesse horizontale supérieure). Je vous laisse calculer à quelle vitesse arrivera Obélix.

Charge alaire et comportement de l’aile

Ici on va prendre la fable “Le chêne et du roseau” pour expliquer le propos.

Un pilote “en bas de fourchette” (de poids) va être comme le roseau :  Il sera plus sensible aux turbulences, donc son parapente plus enclin à fermer, mais sans trop de conséquences. Comme le roseau, il plie mais ne rompt pas.

Celui en haut de fourchette subira moins les fermetures, mais lorsqu’elles surviennent, elles seront plus violentes.
Cela pour deux raisons. D’abord la pression interne dans la voile augmente (avec l’augmentation de la vitesse). Ensuite le pilote plus chargé vole généralement plus freiné, pour ne pas tomber du ciel. Il en résulte une incidence plus grande. Ces deux facteurs expliquent que la voile est dans ce cas moins sujette aux fermetures. Par contre elles seront plus violentes pour les mêmes raisons : Plus de vitesse, plus d’inertie, incidence largement négative…

Plus un parapente est chargé, plus il aura de vitesse…horizontale, mais aussi un taux de chute moins bon, plus grand. C’est bien de gagner en vitesse, mais si on monte moins bien, et moins haut.

En général, on passe un tiers du temps de vol en thermiques, ça laisse songeur. Bref, tout dépendra des conditions du jour.

Taille de l’aile et performance

On dit souvent que les pilotes les plus lourds sont avantagés, car si Obélix vole avec une voile adaptée à sa taille (ou plutôt son poids), il volera mieux qu’Astérix avec sa voile plus petite.

Le nombre de Reynolds qui dépend en partie de la surface exposée au flux (envergure * épaisseur du profil), explique qu’une voile plus grande vole généralement mieux. On peut aussi dire plus simplement que la traînée induite diminue. Celle-ci est notamment due aux tourbillons marginaux qui se forment sur les stabilos, mais comme la “surface utile” de la voile augmente proportionnement, la portance augmente, donc la finesse aussi.
C’est ainsi que des pilotes légers en compétition se lestent pour voler sur un modèle plus grand…jusqu’à 33 kilos (22 en 2020). Une véritable aberration !
Mais le “poids total volant” augmente avec la surface de la voile, la charge alaire est donc respectée.

C’est pour lutter contre cette injustice que Bruce Goldsmith a créé une compétition spécifique : la BGD-Weightless, en 2020 à Roldanillo.

Et au Mexique ?

A Valle de Bravo, en pleine saison, les conditions sont plutôt musclées : thermiques puissants, brise assez forte, convergences, en général je prends un peu plus de lest que d’habitude pour aller voler en parapente, j’augmente donc ma charge alaire.