Volerons-nous un jour de manière supersonique au-dessus de la terre ?

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En 1947, Chuck Yeager, le pilote d’essai de l’Air Force, est devenu la première personne à franchir le mur du son. Il l’a fait dans un petit avion de couleur orange appelé Bell X-1, essentiellement un cockpit et deux ailes reliés à un moteur de fusée. Comme tous les avions supersoniques, Yeager a traîné un bang sonique derrière lui. Le principe du boom est simple : le son se propage dans l’air sous forme d’ondes de compression, ainsi appelées parce qu’elles se produisent lorsque l’air devient plus dense et plus clairsemé ; lorsqu’un avion vole, les ondes se propagent dans toutes les directions à la vitesse du son. Mais lorsque l’avion lui-même dépasse cette vitesse – à environ sept cent soixante-dix milles à l’heure au niveau de la mer, ou environ six cent soixante à l’altitude de croisière – il rattrape les vagues qui s’étendent devant lui. Ils commencent à s’accumuler et cette vague unique et fusionnée atteint le sol d’un seul coup, créant un boom. Une zone de basse pression suit – le creux de la vague – puis la pression atmosphérique normale revient, créant son propre son. (Souvent, les bangs soniques font boum-boum.) Ce n’est pas un hasard si les bangs soniques sonnent comme le tonnerre ; le tonnerre est un bang sonique, causé par des ondes de choc qui s’étendent autour des éclairs. Les balles se déplacent assez vite pour provoquer des bangs soniques, tout comme les queues des fouets. Contrairement à ce que vous pourriez imaginer, un avion provoque un bang sonique non pas une seule fois, lorsqu’il franchit le mur du son, mais continuellement pendant tout le temps qu’il est supersonique. La flèche balaie tout ce qui se trouve en dessous – une sorte de balai sonique d’environ un mile de large pour chaque mille pieds d’altitude de l’avion.

Les plans de l’avion qui allait devenir le Concorde – le premier « transport supersonique » commercial ou SST – ont commencé dans les années cinquante. Nasa a commencé à travailler sur le transport supersonique dès sa fondation, en 1958, pour finalement s’installer sur un design de Boeing. Mais ces initiatives ont commencé avant que les bangs soniques ne soient pleinement compris. Dans un résumé technique rédigé en 1960, Nasa les scientifiques ont averti que les « pressions sonores des ondes de choc » pourraient être « d’une intensité suffisante pour endommager des parties des structures de construction au sol telles que les fenêtres, en plus de causer des désagréments ». Cependant, il faudrait un certain temps pour évaluer l’ampleur de cet agacement. Pendant dix mois en 1961 et 1962, l’Air Force et la Federal Aviation Administration (FAA) ont mené l’opération Bongo, pilotant des bombardiers B-58 au-dessus de Saint-Louis et interrogeant les citoyens sur les cent cinquante booms créés par les avions ; les auteurs ont seulement conclu qu’après des booms répétés, « une certaine réaction peut être attendue ». (« Le bang sonique est un problème de relations publiques de première priorité », a déclaré un major de l’Air Force Le new yorker, en 1962.) Une image plus claire a émergé en 1964, lorsque l’opération Bongo II a créé plus d’un millier de bangs soniques au-dessus d’Oklahoma City. Les gens se plaignaient d’interruptions de leur sommeil, de leurs conversations et de leur tranquillité d’esprit, ainsi que des fissures occasionnelles dans le plâtre ou le verre. À la fin, environ une personne sur quatre a déclaré qu’elle ne pouvait pas apprendre à vivre avec le bruit. Ces études, ainsi que des dizaines de milliers de réclamations contre l’Air Force pour des dommages matériels – des chevaux et des dindes seraient morts ou devenus fous – ont conduit la FAA à interdire les vols supersoniques terrestres civils, en 1973.

Il existe de nombreuses raisons pour lesquelles le Concorde, qui a volé pour la première fois en 1969, a cessé de voler en 2003. Parmi elles, le fait que le service n’a été autorisé à atteindre des vitesses supersoniques qu’au-dessus de l’océan. Ce mois-ci, United Airlines a annoncé son intention d’acheter des avions à Boom Supersonic, une startup de Denver qui vise à produire un nouvelle génération d’avions de passagers supersoniques. Mais l’avion de Boom, l’Overture, continuera à exploser et restera donc une bête d’outre-mer, du moins à plein régime. Les voyages supersoniques par voie terrestre – de JFK à SFO en trois heures, plus ou moins – dépendent de l’invention d’une flèche plus silencieuse.

Ce n’est qu’au cours des vingt dernières années, avec des modèles informatiques améliorés de l’aérodynamique, qu’une sorte de bruit sourd est devenu possible. « La théorie de base de la mise en forme du boom sonique existait en fait pendant le développement du Concorde, dans les années soixante », m’a dit Michael Buonanno, responsable des véhicules aériens chez Lockheed Martin. Malheureusement, a-t-il poursuivi, « les ordinateurs n’étaient pas assez puissants à l’époque pour exécuter les simulations avancées nécessaires pour vraiment définir » la forme idéale. En 2003 et 2004, grâce à de meilleures simulations, Nasa a volé le Shaped Sonic Boom Demonstrator, un Northrop Grumman F-5 avec un travail de nez; les chercheurs ont économisé de l’argent en greffant une partie amovible sur le dessous d’un jet préexistant, en appelant l’avion résultant le Pélican, en raison de son profil bulbeux. En 2006 et 2007, Nasa a poursuivi une idée similaire en partenariat avec Gulfstream, en équipant un McDonnell Douglas F-15 d’un « Quiet Spike », qui dépassait de vingt-quatre pieds de son nez.

Dans les deux cas, l’idée était d’arrondir le pic de la vague de compression principale, transformant un tsunami à arêtes vives en une houle plus progressive. Les avions, avec leurs formes distinctives, provoquent en fait de nombreuses ondelettes distinctes ; à mesure que les vaguelettes s’approchent du sol, elles se fondent dans les vagues d’étrave et de queue qui provoquent les bangs. Si vous pouvez modifier la forme de l’avion pour que les vagues ne se combinent pas – en les étalant, disons, au moyen d’un nez extra-long – alors les bangs soniques seront d’une intensité plus faible. À cet égard, le Pélican et le Quiet Spike ont été des succès modestes; leurs booms n’étaient pas aussi tonitruants. En 2015, JAXA, l’Agence japonaise d’exploration aérospatiale, a confirmé la conclusion de base avec un projet à plus petite échelle, appelé D-ENVOYER. L’agence a largué un planeur non motorisé élégant de vingt-six pieds d’un ballon à dix-neuf milles au-dessus de la Suède. Il a atteint Mach 1,39, c’est-à-dire 1,39 fois la vitesse du son, et a produit une onde relativement aplatie.

NasaLe projet actuel de , le X-59 QueSST (pour Quiet SuperSonic Technology), vise à la fois à explorer la technologie low-boom et à étudier la réponse de la communauté aux booms étouffés. « L’avion n’est essentiellement qu’un boom, ou, dans ce cas, un générateur de bruit sourd », David Richwine, Nasaa déclaré le chef de projet adjoint de la technologie sur QueSST. Les acoustiques ont de nombreuses mesures d’intensité sonore ; Nasa utilise le niveau de décibels perçu, ou PLdB. Le boom du Concorde était d’environ cent trois PLdB, à peu près le volume du tonnerre à proximité, ou une porte de voiture qui claque pendant que vous êtes à l’intérieur de la voiture; soixante-quinze PLdB, NasaL’objectif de QueSST est d’environ un huitième plus fort, l’équivalent d’un tonnerre lointain ou d’une portière de voiture qui claque à vingt pieds. (Comme les décibels ou les tremblements de terre, les PLdB sont mesurés sur une échelle logarithmique.) Lockheed Martin construit actuellement l’avion, qui survolera les villes américaines en 2024. (Buonanno est l’ingénieur en chef de l’entreprise sur le projet.)

Avec son nez pointu et ses ailes delta, le monoplace X-59 ressemble à un mini-Concorde à certains égards et diffère à d’autres. Il mesurera cent pieds de long, avec une envergure de trente pieds, un moteur centré sur l’empennage, et plus de surfaces qu’il n’y paraît nécessaire : stabilisateurs horizontaux en bas et en haut de l’empennage, et aussi sur le nez. « Tous ceux-ci sont utilisés pour régler ces chocs », a déclaré David Richardson, directeur du programme du X-59 chez Lockheed Martin. L’équipe espère étirer le front de la vague de boom d’une milliseconde à vingt ou trente. (« Je suis à Skunk Works depuis environ trente ans, je fais beaucoup de programmes différents », a ajouté Richardson. « C’est mon premier programme non classifié, donc c’est vraiment bien de pouvoir en parler non seulement au monde mais à ma famille. »)

En fin de compte, en exécutant une sorte d’opération Bongo III, l’équipe X-59 espère persuader la FAA de revoir son interdiction de 1973 sur le transport supersonique; l’agence pourrait accepter, à la place, de publier des normes de certification pour le SST commercial. L’avion contient d’autres technologies qui pourraient se traduire par une conception commerciale. Une caractéristique prometteuse est le système de vision externe, ou XVS. Le X-59 est trop pointu pour une verrière de cockpit, donc l’équipe l’a équipé de caméras et de moniteurs haute définition ; les pilotes regarderont des écrans leur permettant de regarder « à travers » l’avion, dans une sorte de réalité augmentée. Les concepteurs du Concorde, qui était tout aussi pointu, ont permis à ses pilotes de voir la piste au moyen d’un mécanisme élaboré qui a physiquement plié le nez de l’avion vers le bas avant d’atterrir, ajoutant un poids et des dépenses considérables à un avion déjà hors budget. Lockheed Martin ne fabriquerait probablement pas de version commerciale du jet, mais il pourrait s’associer à d’autres entreprises ; la compagnie prédit qu’une version passagers du X-59 mesurerait deux cent trente pieds de long, soit environ la longueur d’un Boeing 777, et transporterait une cinquantaine de personnes.

Quelques entreprises recherchent déjà des avions de passagers supersoniques à faible flèche. Gulfstream a obtenu des brevets dans le domaine, et une société appelée Spike Aerospace dit qu’elle utilise la « technologie de vol supersonique silencieuse » pour développer un jet d’affaires de dix-huit passagers avec un bang sonique de soixante-quinze PLdB. (Aucune entreprise n’a répondu aux demandes de renseignements.)

Exosonic, une startup californienne, effectue des essais en soufflerie à l’échelle de ce qui serait un avion supersonique de soixante-dix places. Son approche est similaire à Nasa‘s : « Ce que nous faisons, c’est changer la forme de l’onde de la flèche sonique en quelque chose de beaucoup moins audible », m’a dit John Morgenstern, responsable de l’aérodynamique et de la flèche chez Exosonic. (L’un des collègues de Morgenstern a décrit l’objectif d’Exosonic comme une « bouffée » sonore.) En septembre dernier, la société a reçu un contrat militaire d’un million de dollars pour explorer la possibilité d’utiliser l’avion comme un Air Force One. Morgenstern a rejoint Exosonic en avril, après avoir travaillé chez Lockheed Martin en tant que concepteur sur le X-59 ; dans son nouveau rôle, il a différentes variables à équilibrer. L’avion doit être plus qu’un simple générateur de bruit sourd : sa conception doit optimiser l’intensité de la flèche, la sécurité des passagers, le bruit du moteur au décollage et à l’atterrissage et l’efficacité énergétique. (L’International Council on Clean Transportation a estimé que les avions supersoniques consommeront de trois à neuf fois plus de carburant par passager que les avions ordinaires – une bonne raison, comme Bill McKibben a écrit, plus tôt ce mois-ci, pour avoir essayé Zoom, pas Boom.) L’avion d’Exosonic volera à Mach 1,8, ce qui est une vitesse idéale pour les SST : les avions plus lents réduisent insuffisamment les temps de vol, tandis que les plus rapides nécessitent des moteurs plus bruyants. J’ai demandé à Morgenstern s’il était risqué d’investir dans un avion commercial à flèche basse alors que le vol supersonique terrestre était encore interdit. « Je dirais que c’est moins risqué que d’aller là-bas avec un avion qui n’a pas cette technologie », a-t-il déclaré. Il a esquissé un scénario dans lequel la réglementation change vers 2028 et Exosonic commence des vols d’essai quatre ou cinq ans plus tard.

En 2016, le Mercatus Center, un groupe de réflexion libertaire de l’université George Mason, a publié «Refaire le boom de l’Amérique”, un livre blanc affirmant que, compte tenu des nouvelles technologies, nous devrions ramener le transport supersonique. Les auteurs de l’article, Eli Dourado et Samuel Hammond, ont déploré « la stagnation et la régression de l’aviation supersonique », qui avaient brisé « une tendance de progrès rapide » dans le transport aérien qui avait commencé avec les frères Wright. Et pourtant, il y a des raisons de croire que, même s’il était autorisé, le vol supersonique domestique aurait un attrait commercial limité. Richwine, de Nasa, m’a dit qu’il pense que SST pourrait réduire de moitié certains temps de vol. Mais, a-t-il dit, le vol supersonique ne réduirait pas proportionnellement le temps de trajet global jusqu’à ce que nous ayons réparé notre infrastructure : à quel point est-il meilleur de voler de LAX à JFK en deux ou trois heures si vous passez deux fois ce temps dans les aéroports et le trafic ?

Pendant la plupart des années de vol du Concorde, un voyageur pouvait entrer dans un aéroport et se rendre directement à la porte d’embarquement. En 2013, Doug Robinson, chroniqueur d’un journal de l’Utah, rappelé la vitesse des aéroports d’avant le 11 septembre : « Dans l’un des plus grands exploits sportifs de ma vie, je suis arrivé une fois sur le trottoir de l’aéroport trois minutes avant le départ prévu de mon avion et j’ai sprinté dans les escaliers et dans le hall pour la porte, ce qui en fait quelques secondes avant qu’ils ne ferment la porte de l’avion », a-t-il écrit. Aujourd’hui, avec une sécurité accrue, les compagnies aériennes recommandent aux passagers d’arriver deux heures plus tôt pour les vols intérieurs et trois heures plus tôt pour les vols internationaux, soit à peu près le temps que les vitesses supersoniques pourraient faire gagner. Et il y a donc plus d’un sens dans lequel le vol supersonique est un retour dans le passé. Avec Nasatechnologie sophistiquée, nous reviendrons là où nous étions il y a vingt ans.


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