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Un précurseur de l'aérodynamique : Gustave Eiffel

Un précurseur de l'aérodynamique : Gustave Eiffel

Messagepar Laurent » 06 Avr 2013, 23:14


La soufflerie du laboratoire Eiffel




Bonjour,

l'excellente revue V&V nous a encore concocté un article très intéressant en ce mois d'avril 2013, puisqu'abordant le sujet Gustave Eiffel, un pionnier de l'aérodynamique, au tout début du 20ème siècle.
Ce fut donc l'apparition des premiers essais en soufflerie.

Image

…«Au cours de ma carrière d’ingénieur, le vent a toujours été pour moi un sujet de préoccupation, confiait Gustave Eiffel à la fin de sa vie. C’était un ennemi contre lequel j’avais à prévoir une lutte constante, soit pendant la construction, soit après.» Certes, l’amplitude de l’oscillation du sommet de la tour Eiffel – 70 centimètres maximum fut soigneusement calculée, mais ponts, viaducs, charpentes métalliques et jusqu’à l’ossature de la statue de la Liberté conçue dans ses ateliers eurent un même impératif : résister au vent.…

Gustave Eiffel,
le père de l'aérodynamique moderne, par V&V


En complément, la page de Wikipédia consacrée au même personnage


Bonne lecture,


Laurent
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Re: Un précurseur de l'aérodynamique : Gustave Eiffel

Messagepar Laurent » 06 Avr 2013, 23:55

Jean-François Prevéraud, journaliste à Industrie & Technologies et l’Usine Nouvelle, suit depuis plus de 30 ans l’informatique industrielle et plus particulièrement les applications destinées au monde de la conception (CFAO, GDT, Calcul/Simulation, PLM…). Il est à l’origine de la lettre bimensuelle Systèmes d’Informations Technologiques, qui a été intégrée à cette lettre Web hebdomadaire, dont il est maintenant le rédacteur en chef :


"Rares sont les équipements industriels centenaires et encore plus rares ceux servant à la mise au point de produits high tech. Pourtant la soufflerie de Gustave Eiffel, située en plein Paris, fait toujours office de référence et participe à l’élaboration de programmes de haut niveau comme la DS3 WRC de Sébastien Loeb.

C’est un joli petit bâtiment en pierres de taille situé aux pieds d’immeubles haussmanniens dans le 16e arrondissement de Paris. Sa silhouette est certes désuète, fleurant bon le 19e siècle, mais rien ne laisse deviner ce qui se passe à l’intérieur et encore moins que l’on y travaille sur des projets novateurs, bien en prise avec notre 21e siècle. Bienvenue au Laboratoire Aérodynamique Eiffel.

Tout le monde connait Gustave Eiffel, le grand ingénieur dont les structures métalliques ont révolutionné le monde de la construction. Mais ce génie avait un ennemi, le vent ! « Le vent a toujours été pour moi un sujet de préoccupation. Il était mon ennemi », disait-il régulièrement quand on l’interrogeait sur son œuvre. Aussi, dès la Tour Eiffel construite sur le Champs de Mars à Paris, l’a-t-il utilisée pour mener des études sur la résistance de l’air. Des essais perfectionnés de 1903 à 1906 grâce à un appareil de chute libre glissant sur un câble vertical reliant le 2e étage au sol. Des essais qu’il a ensuite poursuivis de 1909 à 1912 dans une petite soufflerie abritée dans un baraquement en bois au pied de la Tour. Il y mettra au point des profils d’ailes et d’hélice pour des aéroplanes. Au total 4 000 essais y seront menés, lui apportant une réputation internationale.

Contraint de démolir cette construction jugée inesthétique, mais toujours persuadé de l’intérêt des recherches aérodynamiques, notamment pour l’industrie aéronautique en plein essor, il s’exila à quelques kilomètres vers la Porte d’Auteuil, alors presque à la campagne, où il fit construire en 1912 la soufflerie que nous allons visiter.

La chambre Eiffel :

Ce bâtiment comporte une halle de 30 mètre de long par 13 de largeur et 10 de hauteur, plus quelques pièces annexes servant de bureaux, ainsi qu’un logement pour le gardien. La halle abrite la soufflerie, qui comporte une innovation majeure : la chambre Eiffel.

Alors que les autres souffleries étaient constituées d’un simple tube de diamètre constant, Gustave Eiffel eut l’idée de réduire progressivement le diamètre du tube en amont de la chambre d’expériences, puis de le faire augmenter en aval. Ce qui avait pour effet d’accélérer localement la veine d’air dans la chambre d’expériences et de la ralentir en sortie De plus, cela demandait un ventilateur de moindre puissance donc plus économique à l’achat et à l’utilisation.

Avec un simple moteur de 50 CV, Gustave Eiffel pouvait ainsi obtenir dans cette chambre d’expériences, disposant d’une buse d’entrée de 2 mètres de diamètre, un flux d’air d’une vitesse de 30 m/s (108 km/h). Une petite soufflerie auxiliaire latérale permettant les 40 m/s fut rapidement démontée car n’apportant pas de résultats plus précis.

Notons que la première soufflerie du Champs de Mars, pour une même puissance installée de 50 CV ne pouvait produire qu’un flux d’air de 18 m/s sur un diamètre de 1,5 m. Eiffel calcula que s’il avait gardé le même principe constructif pour sa soufflerie d’Auteuil, il lui aurait fallu disposer d’un moteur de 400 CV pour obtenir le flux de 30 m/s sur un diamètre de 2m. L’efficacité énergétique était déjà une préoccupation importante pour les ingénieurs voici un siècle !

Autre innovation, la chambre d’expériences est une simple pièce ouverte, située entre le convergent et le divergent, que les visiteurs de l’époque baptiseront vite la ‘‘chambre Eiffel’’. Cette disposition remporta vite l’adhésion des spécialistes, car l’accès facile à la chambre d’expériences facilitait la mise en place des maquettes ou éléments à étudier, tandis que les résultats étaient tout aussi précis que ceux obtenus dans des veines fermées.

Et l’instrumentation permettant la mesure des effets aérodynamiques connut elle aussi des évolutions majeures.

La Guerre fut un formidable moteur de développement de cette industrie et les besoins d’analyse se firent de plus en plus précis.

Pour répondre à ces attentes, le laboratoire mis au point une ‘‘Grande Balance’’ supportant l’élément à étudier. Cette installation permet de ne pas avoir à manipuler de poids inférieurs à 10 grammes. Pour compléter l’établissement de l’équilibre, on se sert d’un ressort attaché au fléau dont le tarage est établi une fois pour toute, ce qui permet de gagner beaucoup de temps lors des essais. Gustave Eiffel mis aussi au point la ‘‘Balance Pendule’’ qui apporte la précision aux mesures sur les corps de faible résistance (sphère, fil…). L’expérimentateur placé au-dessus de l’équipement et de la veine d’air agit sur le fléau pour compenser la charge du plateau au gramme près.

Pour mesurer précisément la flexion imposée par la pression de l’air aux objets à tester, Gustave Eiffel invente aussi une lunette pour mesurer les variations d’incidence et les déformations des modèles, tout en restant en dehors de la veine d’air. Des équipements qui vont lui permettre de découvrir l’effet Reynolds montrant un brusque changement du coefficient de trainée qui est pour une sphère est à la fois dépendant du diamètre et de la vitesse de l’écoulement.


Valider les essais en vraie grandeur


Des innovations dont il faut bien valider les résultats. Pour cela, une maquette au 1/14,5 de l’avion laboratoire du Commandant Dorand fut réalisée et testée dans la soufflerie. Eiffel put ainsi comparer les résultats de ses essais en soufflerie sur modèle réduit par rapport aux essais menés en vrai grandeur avec l’avion laboratoire. La parfaite corrélation entre les deux apporta beaucoup de crédit à la soufflerie de Gustave Eiffel.

Celle-ci mena alors de nombreux essais pour le compte des militaires, à la fois sur des éléments d’avions, mais aussi sur des corps fuselés tels les dirigeables ou les bombes. Ce qui conduisit à mener parallèlement des essais sur les hangars à dirigeables, immenses nefs soumises aux assauts du vent sur les plateaux dégagés des champs d’aviation.

La encore, il s’agissait d’optimiser les constructions pour qu’elles résistent sans en alourdir le coût avec des renforts inutiles. Ces expérimentations mirent en lumière les effets de succion sur la face opposée au vent. Un premier pas vers une conception architecturale moins empirique.

A force d’essais aérodynamiques, Gustave Eiffel fini même par inventer un avion de chasse à grande vitesse : l’Avion L.E. (pour Laboratoire Eiffel) pour lequel il déposa un brevet de 16 ami 1917. Très novateur, ses principes architecturaux avec une naissance des ailes situées au bas du fuselage sont encore d’actualité sur la quasi-totalité des avions. Et en tant que spécialiste de la construction métallique, il chercha à utiliser le métal pour le réaliser alors que tous les constructeurs utilisaient des structures en bois entoilé. Pour des considérations de poids il fixa son choix sur le duralumin. Mais un crash et la fin de la guerre mirent fin au projet.

Toujours plus grand

Gustave Eiffel, voulant toujours aller plus loin dans ses essais, envisagea dès 1917 de construire une nouvelle soufflerie sur le terrain d’aviation d’Issy-les-Moulineaux. Il prévoit une veine d’air de 4 mètres de diamètre avec une vitesse de 63 mètres par seconde (227 km/h). Son principe de construction lui permet de limiter la puissance motrice à 800 CV, alors qu’une soufflerie traditionnelle en nécessiterait plus de 5 200. Il mena d’ailleurs de nombreux essais dans sa soufflerie d’Auteuil pour dimensionner les convergents, divergents et ventilateurs de l’installation dont il rêvait. Mais le retour de la Paix arrêta le projet.

Après guerre le laboratoire mena de nombreux essais sur les ailes de moulins à vents afin de mieux capter l’énergie éolienne. Il participa aussi à l’amélioration de l’aérodynamisme de carrosseries automobiles ou à la mise au point d’extracteurs de fumée à placer en haut des cheminées.

En 1921, Gustave Eiffel fit don de sa soufflerie au Service Technique de l’Aéronautique (STAé). Elle passa en 1945 dans le giron du Groupement des industries françaises aéronautiques et spatiales (Gifas), avant de devenir la Société Aérodynamique Eiffel en 1983. Son bâtiment classé à l’inventaire supplémentaire des Monuments Historiques et 1984, mais l’ensemble de l’installation fut classé Monument Historique en 1997.


Bref un centenaire qui a bon pied et bon œil et qui entend rester dans le vent !"
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Re: Un précurseur de l'aérodynamique : Gustave Eiffel

Messagepar Laurent » 07 Avr 2013, 00:10

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