a. Les origines, l'évolution, et les limites de l'avion en bois

La première matière qu'on utilisa pour construire des avions fut le bois. C'était le matériel le plus abondant, avant la révolution du métal qui commenca vers le début du 20ème siècle. On utilisait le bois pour construire la structure des avions, qu'on recouvrait ensuite de toile. En fait, dans la construction des avions, on choisi un matériau afin d'allier résistance et grande légèreté.  Le bois correspondait justement à ces attentes: résistant, et très léger, et facile d'accès. Au niveau des densités, celles du bois varient selon les espèces. Si le bois est très dur et lourd, comme l’if, sa densité sera de 0.85 environ, tandis qu’à l’extrême opposé, bois très léger, elle sera de 0.35, comme le pin de Weymouth, environ.  L’Homme utilisera surtout le pin d'Orégon, le sapin blanc, le mélèze, car ils sont de bonne qualité. Sinon, le contreplaqué qui est souvent de bouleau est une invention de l’aéronautique. 

Mais avant de construire le premier avion en bois, il a fallut passer par quelques étapes, car il ne s'agit pas de construire un simple objet en bois, qu'on recouvre de toile et qu'on lance en haut d'une tour. Voici la chronologie qui ménera à la construction du premier avion:

•          DEDALE ET ICARE : Depuis l'Antiquité, les hommes ont envie de voler et les premiers rêves d’envol de l'Homme remontent à l’ancestrale légende de Dédale et Icare. En observant les oiseaux, Dédale décida de se confectionner des ailes. Il se mit à l'ouvrage en assemblant des plumes avec des fils de lin, l’ensemble fut fixé avec de la cire et courbé pour imiter la forme des ailes. Il se les attacha, les agita et s'éleva dans les airs. Lorsque l’Homme voulu reproduire la même chose, ce ne fut couronné que d’échecs. En effet, avant de maîtriser certains concepts physiques comme la pesanteur, l'aérodynamique, les hommes ont eu recours à des idées parfois farfelues comme coller des ailes en plumes sur leurs dos ou encore tester de nouveaux procédés, sur des prisonniers en leur attachant une dizaine d'oiseaux aux vêtements puis les précipiter dans le vide. 

•       LEONARD DE VINCI : Ce n'est qu'en 1500 qu'il va réellement se pencher sur le problème, scientifiquement, de faire voler un « plus lourd que l'air ». Il sera constitué essentiellement de bois, car il est très utilisée à l'époque. Il se base sur des études sur les oiseaux et les chauves-souris. Pour lui « l’homme est capable de se maintenir dans l’air par moyen d’ailes battantes. ». Le génie de la Renaissance lutta vainement pour vérifier son hypothèse.

•         ISAAC NEWTON et GEORGES CAYLEY : Vers la fin du 17^ème siècle, Newton découvrit le principe de la pesanteur.  On commença  à s’intéresser de nouveau à l’aviation. Puis l’aristocrate anglais et inventeur, Georges Cayley, décrivit les forces de traînée et portance sur les ailes, ainsi que l’importance de la poussée : c’est l’aérodynamisme. Effectivement, quand un avion vole, quatre forces agissent sur lui, et sans elle, il ne pourrait voler:

C'est aussi lui qui découvrit le système d'empennage, qui a permis aux avions de connaître une stabilité. 

•      FRANCESCO LANA , BESNIER, FRERES MONGOLFIER, JACQUES CESAR : Bien sûr les Hommes ont réussi à s'élever dans les airs, mais à bord de « plus légers que l'air » . Le jésuite Francesco, en 1670 , invente un petit bateau (1ère image), quatre boules de cuivre, il imagine qui si on y fait le vide, on va faire élever le bateau. Il a une voile, il a des rames en forme de voiles également et il espère se déplacer, mais ce fut en vain. Ensuite, l'Homme revient à l’imitation de l’oiseau : 1678, Besnier, serrurier, il pense qu’on peut nager dans l’air comme on nage dans l’eau (2ème image). Il vole au-dessus de la Seine, et s’écrase sur un bateau.

Un autre exemple de personnes ayant trouver un plus léger que l'air: Les frères Mongolfier ont conçu le ballon à air chaud en 1783, la mongolfier, et le physicien Jacques César à lui conçu le ballon à hydrogène, même année.

On entre ensuite dans le siècle des machines, le 19^ème siècle, et ce qu’il faut trouver, c’est la machine volante, celle qui pourra réellement voler en étant "plus lourde que l'air". Le bois reste le matériel utilisé pour la construction des avions : 

•   WILLIAM HENSON : Ce anglais, fait avancer les idées sur les structures. Il construit l’ « Ariel ». Cette machine était construite autour d’un squeltte en bois, recouvert de toile. Avec Ariel, Samuel Henson n’a pas pu décoller, car cette machin était trop lourde. Voici l'Ariel:

•     FELIX ET LOUIS DU TEMPLE : En 1857, Félix et son frère Louis font décoller le premier avion en modèle réduit motorisé, en bois, appelé « canot planeur ». Pesant 700 grammes et équipé d'ailes fixes, il est propulsé par un mouvement d'horlogerie et une hélice grâce à un moteur à vapeur.

• PENAUD : C’est à Alphonse Pénaud que l'on doit la définition des trois problèmes de base de l'aviation: résistance de l'air, résistance de la machine et légèreté du moteur. C'est lui qui inventa le train escamotable, qui peut être replié dans la carlingue ou les ailes d'un avion, après le décollage. En 1870, ce théoricien téchnicien inventa un hélicoptère en modèle réduit, d’une construction très légère car elle était en bois, qui pouvait monter et rester au plafond, avant de regagner le sol.  Deux enfants, aux U.S.A., s'étaient vus offrir par leur père l'hélicoptère-jouet de Pénaud dont ils étudieront les écrits: Orville et Wilbur Wright. 

•  CLEMENT ADER : La création du mot "avion" lui revient, il emploie ce terme dès 1875. L'origine de ce mot serait un sigle : Appareil Volant Imitant un Oiseau. Mais il peut également venir du latin "avis" qui signifie oiseau. Il servait à désigner les propres appareils à Ader, et en 1912 il fut décidé d'appeler aussi "avions" les appareils militaires. Le terme "aéroplane" qui désignait les appareils civils, est rapidement tombé en abandon pour laisser place à son tour à l' "avion" de Clément Ader.     Cet ingénieur français, étudia minutieusement le vol de roussettes des Indes vivantes qui sont des chauve-souris d'environ 1,30 m d'envergure, planant plus qu'elle ne vole. Il s’inspira de leurs ailes pour la conception de sa première machine volante : l' « Eole »., en 1886. Elle est équipée par un petit moteur à vapeur de son invention. En 1890, Clément Ader se souleva, à bord d'Éole, d'une vingtaine de centimètres : ce fut le premier décollage de l'histoire de l'aviation.                             En 1892, sa deuxième machine volante, l'Éole II vola plus longtemps, mais ce n’était toujours pas convaincant.                                                                                                                                            Ader construisit alors l'Éole III, qu'il baptisa : Avion. C’était une énorme chauve-souris de toile et de bois, équipée de deux hélices et de deux moteurs à vapeur. En 1897, c'est à bord de ce bimoteur Avion qui est le "père de l'aviation" qu’il quitta quelques temps le sol, et retomba. Clément Ader avait tout de même réalisé le premier vol mécanisé vérifié. Contraint au secret militaire, il ne parla de ses vols qu'en 1906 après celui de Santos-Dumont à Bagatelle, et donc bien après celui des frères Wright.

• LES FRERES WRIGHT : Orville et Wilbur Wright, deux frères inventeurs et pionniers de l'aviation. Ils voulaient être les premiers à faire voler un avion, et ils réussirent : le 17 décembre 1903, Orville et Wilbur sont prêts ; l'avion à armatures en bois recouvertes de toile et baptisé « The Flyer » est monté sur un chariot roulant guidé sur des rails afin de faciliter le décollage. Il est muni d'un moteur que les frères Wright construisent eux même en 1902, car les moteurs disponibles sont jugés trop lourds, et les ceux qu'on leur a fournit n’étaient pas bons. Ils exécutèrent le premier vol d’un « plus lourd que l’air », motorisé, transportant un pilote. Leur avion n’aura voler que 97 secondes, en tout.

Voici le panneau qui fut posé à la suite de leur vol :

 

Voici le Flyer des frères Wright : 

Effectivement, le bois avait été la source la plus utilisé dans l'aviation, même on ne sait pas qui des frères Wright ou de Clément Ader fut le tout premier a faire voler un avion, on sait que chacunes des deux machines furent réalisés à base de bois et de toile. Toutes les caractéristiques du bois, surtout sa légèreté, et son abondance, avait fait de lui la matière de réfèrence de l'époque de l'aéronautique du 19ème siècle - début 20ème siècle.

     En 1905, Robert Esnault-Pelterie invente l’aileron en modifiant un avion de sa construction conçu d'après le Flyer des frères Wright. En 1906, il invente le moteur en étoile.

 

L’hydravion :

Un hydravion est un avion qui attire et décolle de l’eau (hydre = eau).

Le premier vol autonome d'un hydravion fut réalisé par Henri Fabre, a décollé le 28 mars 1910 de l'étang de Berre, à Martigues, en France, avec son hydro-aéroplane « Canard » :

 

 

    

 

 

 

 

 

La Première Guerre mondiale :

La première utilisation excessive des avions en bois était en 1914 lors de la Première Guerre mondiale.

Ces avions de chasse utilisés avaient une hélice au nez de l’avion, mais comme les pilotes n’avaient pas encore des mitrailleuses, les allemands ont été les premiers à avoir des mitrailleuses mais qui ne pouvaient pas tirer vers l’avant à cause de l’hélice au nez de l’avion.

 

A cause de ce problème de ne pas pouvoir tirer vers l’avant avec une mitrailleuse normale, ils ont créé l’avion à mitrailleuse stable pour le tir en poursuite, la mitrailleuse placée sur l’aile supérieure tirant vers l'avant au-dessus du plan de rotation de l'hélice. Ce problème a aussi permit aux soldats d’inventer les avions à double ailes mitrailleuses (double mitrailleuse sur les ailes, contrôlées par le pilote).

 

     Malgré sa grande légèreté l’avion en bois fini par être de moins en moins utiliser dans l’aviation.

 Ces propriétés qui étaient au début attrayantes finissent par être délaissées à cause de ses inconvénients. Le bois utilisé en aéronautique peut être issu de n’importe quel arbre solide, comme par exemple le chêne ou le bouleau, mais c’est un matériau sensible aux variations climatiques. Lorsqu'il y avait des températures très élevées en vol, le bois subissait des fissures.  

 

Lorsqu’il était utilisé dans l’armée lors de la première guerre et début de la deuxième guerre mondiale il n’était pas rare qu’il se brise en vol, en particulier lors de violentes manœuvres de combat. Lors des combats les avions devaient être capables de porter des charges lourdes comme des missiles ou des bombes. Le problème du bois est qu'il n'était pas assez résistant et lorsque les charges étaient trop lourdes l'avion subissait des cassures. Les ingénieurs ont donc cherchés à construire des avions avec des matériaux plus résistant et capable de porter des charges plus lourdes. Ils se sont donc tournés vers de nouveaux materiaux, comme le cuivre ou l'alliage d'aluminium qui sera par la suite utilisé dans l'aviation. 

Les avions sont restés en bois jusqu'à la fin des années 1930.

Le dernier avion de masse produit en bois fut le ‘Mosquito’, un bombardier britannique utilisé pendant la deuxième guerre mondiale.Il est également connu comme "La merveille en bois" ou "La terreur de bois"  en raison de ses performances remarquables. Ce bombardier est doté d'une structure en bois de bouleau et de balsa. Sa conception en bois permet également de minimiser le recours à des matériaux stratégiques tels que l'aluminium et l'acier, précieux en temps de guerre, et se révèle un atout lors de l'apparition des premiers radars allemands, sa structure en bois le rendant difficilement détectable, contrairement aux structures métalliques. Il n’avait aucun armement sauf les bombes qu’il pouvait porter.  Sa construction en bois lui permit de voyager plus vite et plus loin que tous les autres avions de la Guerre, il n'avait donc pas besoin d'un armement fort avec lequel se défendre, puisqu'il pouvait facilement dépasser les avions ennemis. Sur un tres grands nombre de Mosquito et ses nombreuses variantes il n'en reste que 30 encore "vivants" exposé au musée canadien d'aviation à Ottawa. 

 

Le De Havailland Mosquito

L’apparition de la propulsion c'est a dire le fait d'aller toujours plus loins toujours plus haut avec des moteurs plus lourd et plus performant, leva le barème des forces auxquelles les matériaux devraient survivre.  Il était maintenant hors de question d’utiliser le bois pour la construction de l’armature, laissant l’acier et l’aluminium comme les seules possibilités.

 

 

[ BIBLIOGRAPHIE :

 

 

http://www.defl.ca/~sholiday/force/lecon10/lecon10.html

http://avion.chez.com/page1.html

http://planons.free.fr/histoire_aviation.htm

http://www.dailymotion.com/video/xby0si_histoire-de-l-aviation-ep01-voler-1_tech

http://rocbo.net/clio/tech/cayley/index.htm

http://guyal.chez.com/histoire.html

http://fr.wikipedia.org/wiki/Bois

http://aerostories.free.fr/precurseurs/penaud/index.html

http://www.nasa.gov