Une nouvelle étude, publiée dans le Journal of Applied Physicsutilise une loi de physique désormais célèbre, appelée loi de construction, pour observer l’évolution de la conception des avions dans le temps et prédire l’avenir de la conception aérospatiale.
Selon le professeur Adrian Bejan, l’avion supersonique transatlantique Concorde a suivi le chemin du dodo – il a atteint un cul-de-sac évolutif. Cette image montre le Concorde de British Airways en 1986. Crédit photo : Eduard Marmet / CC BY-SA 3.0.
L’un des arguments traditionnels contre l’évolution darwinienne est que personne ne peut confirmer l’existence du processus parce qu’il se déroule sur une échelle de temps immensément plus grande qu’une vie humaine.
Le professeur Adrian Bejan de l’université de Duke n’est pas d’accord avec cette notion depuis 1996, date à laquelle il a découvert un principe fondamental de la physique qui sous-tend l’évolution des systèmes d’écoulement lorsque leur conception change au fil du temps – la loi de la construction.
Dans la nouvelle étude, le professeur Bejan et ses co-auteurs ont appliqué la loi de construction aux avions, montrant “que nous pouvons être témoins de l’évolution au cours de notre vie en documentant l’évolution d’un système d’écoulement vieux d’un peu plus d’un siècle”.
“L’évolution des espèces terrestres s’est produite sur une échelle de temps bien trop grande pour que les humains puissent en être témoins. Mais l’évolution de notre utilisation de la technologie et des avions pour transporter les personnes et les marchandises s’est déroulée en un peu plus d’une seule vie, ce qui la rend visible pour ceux qui regardent. L’évolution est un phénomène universel qui englobe aussi bien la technologie que les bassins fluviaux et la conception des animaux, et elle est ancrée dans la physique sous la forme de la loi de la construction”, a expliqué le professeur Bejan, qui est l’auteur principal de l’étude.
Dans le cas des avions, les conceptions ont évolué pour permettre à davantage de personnes et de marchandises de circuler sur la surface de la Terre.
La loi de la construction a également dicté les principales caractéristiques de conception nécessaires au succès des avions – la masse du moteur est restée proportionnelle à la taille du corps, la taille de l’aile a été liée à la longueur du fuselage, et la charge de carburant a augmenté en même temps que le poids total.
L’évolution des principaux modèles d’avions au cours des 100 ans d’histoire de l’aviation. Crédit image : A. Bejan et al.
“Nous avons montré que les grands avions sont plus rapides, plus efficaces en tant que véhicules, et ont une plus grande autonomie. La masse du moteur est proportionnelle à la masse corporelle, une caractéristique de conception qui est la même chez les animaux où la masse des organes moteurs – muscles, cœur et poumons – est proportionnelle à la masse corporelle”, a déclaré le professeur Bejan.
Les scientifiques ont également identifié une aberration : le Concorde, un avion de ligne supersonique à turboréacteur hors service.
“Le Concorde était trop éloigné des ratios que l’évolution a produit dans les avions de passagers”, a déclaré le professeur Bejan.
“L’avion condamné avait une capacité limitée en passagers, un faible rapport masse/vitesse, un rapport fuselage/envergure hors normes, des moteurs massifs et une faible économie de carburant. Pour réussir, il aurait fallu qu’il adhère aux règles de conception constructives.”
Comme les données de l’étude montrent que la conception des avions a suivi une évolution dictée par la loi constructive, le professeur Bejan estime qu’il devrait être facile de prévoir les prochaines étapes.
“Cette étude donne un aperçu des conceptions d’avions qui vous permettront d’être dans le jeu. Pour les sociétés de conception, c’est de l’argent à la banque”, a déclaré le professeur Bejan.
