Brevet de base: programme de formation (1) La partie théorique

Pour obtenir le brevet et la licence de base de pilote d’avion, le candidat doit, outre les conditions d’aptitude physique exigées, remplir les conditions suivantes :
1) Être âgé de 15 ans révolus ;
2) Avoir suivi une instruction au sol1

Cette instruction au sol se fera chez L8 Flight school essentiellement par la lecture des manuels et des articles de ce site étiquetés formation initiale. Il faut donc prévoir un travail personnel significatif. Lors de chaque séance d’instruction, je vous poserai des questions, en relation avec la leçon du jour, qui me permettront de vérifier que vous progressez de façon satisfaisante dans votre apprentissage théorique. Je répondrai aussi, bien entendu, aux questions que vous vous serez posés.
En outre, que vous soyez ou non élève de L8 Flight School, n’hésitez pas à poser vos questions sur le théorique Brevet de Base ou PPL en commentaire de cet article.

Vous pouvez vous présenter à l’examen du brevet de base en candidat libre, sans passer par une école, et donc je n’aurai pas d’opinion formelle à donner sur votre niveau, mais je vous la donnerai quand même si vous me la demandez.

Je recommande de préparer l’examen théorique PPL plutôt que celui du brevet de base car il est plus actuel, et aussi parce qu’aucun manuel ne prépare spécifiquement au brevet de base, tous préparent au PPL. Pour se présenter à l’examen théorique PPL vous aurez besoin de mon autorisation formelle et je vérifierai de façon formelle votre progression, car c’est obligatoire.

Le programme du brevet de base date de 1984, plus de dix ans avant que l’internet ne devienne accessible au public, et donc certaines choses, dont la façon d’obtenir des renseignements, ne sont plus à jour. Par exemple on vous demande de savoir ce qu’est le VDF mais l’utilisation du GPS n’est pas prévue.
Je demande à tous mes élèves de lire ce programme (cf. ci-dessous), et de cliquer sur les liens qui pointent vers mes articles pour les lire et les assimiler. Vous constaterez que le programme du brevet de base n’est pas réellement beaucoup plus léger que le programme du PPL.

Voici le programme d’instruction au sol du brevet de base (cf. L’arrêté du 12 janvier 1984)

1. L’avion et son équipement.
1.1. Cellule :
Aile et empennage ;
Fuselage ;
Circuit carburant ;
Circuit électrique ;
Éclairage.
1.2. Moteur :
Principe du moteur à explosion ;
Système d’allumage ;
Système d’alimentation en essence, carburant utilisé ;
Réchauffage carburateur;
Réglage du mélange air-essence ;
Principe de l’hélice ;
Puissance délivrée (pression d’admission, tours par minute) ;
Effet de l’altitude sur le rendement du groupe motopropulseur ;
Instruments moteur.
1.3. Équipement :
Indicateur de virage ;
Altimètre ;
Variomètre ;
Anémomètre ;
Compas magnétique ;
Indicateur de dérapage (bille).
2.Technique du vol
2.1. Aérodynamique :
Résultante aérodynamique ;
Principe de la sustentation;
Variation de la portance en fonction
du vent relatif et de l’incidence ;
Traînée d’une aile d’avion ;
Tourbillons marginaux ;
Hypersustentateur, aérofrein.
2.2. Forces agissant sur l’avion :
Portance ;
Traînée ;

Poids ;
Traction ;
Équilibre des forces en palier, en virage, en montée.
2.3. Gouvernes et commandes de vol (profondeur, ailerons, puissance, direction):
Effets des gouvernes ;
Effets parasites.
2.4. Symétrie du vol :
Détection et correction ;
Décrochage, autorotation.
2.5. Stabilité de l’avion :
Définition ;
Influence du centrage.
3. Utilisation de l’avion
3.1. Utilisation de l’avion :
Actions avant le vol ;
Chargement de l’avion ;
Décollage et atterrissage normal et par vent de travers ;
Turbulence de sillage, causes, précautions ;
Surveillance extérieure ;
Décollage et atterrissage courts et sur terrain mou ;
Atterrissage d’urgence ;
Utilisation des volets ;
Roulage au sol et vent fort.
3.2. Performances :
Tableau de décollage ;
Tableau de taux de ;
Tableau de croisière ;
Tableau d’atterrissage ;
Tableau de vitesses de décrochage ;
Effet de l’altitude et de la température sur les performances ;
Vitesses caractéristiques (VNE, VNO, VFE, VLE, VS) ;
Effet du vent sur les performances ;
Relation inclinaison/vitesse sur le rayon et le taux de virage ;
Décollage et atterrissage sur terrain mal dégagé ;
Meilleur angle de montée, meilleur taux de montée ;
Calcul de chargement et de centrage.
3.3. Utilisation du moteur :
Procédure du démarrage et d’arrêt du moteur ;
Givrage carburateur et effet du réchauffage ;
Limitations moteur ;
Utilisation des commandes de gaz et de richesse ;
Interprétation des instruments moteur.
4. Navigation
4.1. Orientation :
Unités usuelles de distance et de vitesse.
4.2. Cartes aéronautiques :
Propriétés des cartes aéronautiques utilisées (cartes type OACI 1/500000, radionavigation et vol à vue 1/1000000) ;
Représentation symbolique de la topographie et du relief ;
Cartes d’aérodromes.
4.3. Navigation :
Identification des repères terrestres ;
Gonio (VDF) ;
Principe ;
Conditions et précautions d’utilisation ;
Procédure d’utilisation ;
Interprétation des indications ;
Précision.
4.4. Informations aéronautiques
Manuel d’information aéronautique (AIP);
Notams.
5. Réglementation
5.1. Réglementation du personnel navigant :
Brevets, licences et qualifications du personnel navigant privé (avion seulement) :
Conditions de délivrance ;
Conditions de renouvellement ;
Privilèges ;
Carnet de vol :
Tenue ;
Décompte du temps de vol.
5.2. Réglementation du matériel volant :
Nationalité et immatriculation des aéronefs :
Certificat de navigabilité;
Certificat d’immatriculation;
Carnet de route;
Certificat d’exploitation radio;
Licence PTT de station d’aéronef;
Manuel de vol (connaissance approfondie);
Équipement de sécurité et sauvetage;
Entretien des aéronefs.
5.3. Dispositions diverses :
Réserves de carburant ;
Transport interdit ou réglementé ;
Police, contrôle sanitaire ;
Balisage des obstacles et des aérodromes ;
Transport des enfants ;
Notions sommaires d’aéromédecine ;
Précautions à prendre pour les vols en altitude.
5.4. Réglementation de la circulation aérienne :
5.4.1. Règles de l’air :
Domaine d’application ;
Choix des règles à appliquer ;
Autorité du commandant de bord ;
Protection des personnes et des biens ;
Prévention des abordages et priorité de passage ;
Signaux lumineux, feux des aéronefs ;
Règles de vol à vue.
5.4.2. Circulation aérienne :
Organisation générale
Espaces aériens contrôlés et non contrôlés ;
Service du contrôle de la circulation aérienne pour les vols VFR ;
Service d’information de vol ;
Service d’alerte ;
Procédure d’utilisation des aérodromes non contrôlés ;
Espaces aériens à statut particulier ;
Procédures de radiotéléphonie.
5.4.3. Incidents de contrôle, infractions :
Airmiss
( ce terme a été remplacé par Airprox), incidents de contrôle, réclamations ;
Infractions.
5.4.4. Incidents et accidents d’aviation :
Dispositions à prendre en cas d’irrégularité, incident ou accident.
6. Météorologie
6.1. L’atmosphère :
La pression atmosphérique: unités de mesure, variations avec l’altitude ;
La température de l’air: unités de mesure, variations en un lieu et avec l’altitude ;
L’humidité atmosphérique: notion de saturation.
6.2. Le vent :
Mesure: direction, vitesse ;
Variations avec l’altitude ;
Représentation graphique ;
Effets du relief sur le vent au sol et en altitude locaux.
6.3. Nuages et systèmes nuageux :
Les nuages: les différents types, description sommaire ;
Stabilité et instabilité de l’atmosphère ;
Notions sur les précipitations et leurs dangers aéronautiques ;
Nébulosité, plafond: définition, relation avec les conditions de vol ;
Notions élémentaires sur les fronts et les systèmes nuageux (en Europe).
6.4. Phénomènes dangereux pour l’aéronautique :
Brume et brouillard: définition, notions sur le mécanisme de formation ;
Orages: notions sur la formation des orages, dangers liés aux cumulonimbus ;
Turbulence: origine, effets sur l’avion, précautions à prendre ;
Givrage: définition, processus de formation, effets sur l’avion; détection, protection.
6.5. Assistance météorologique à l’aviation légère
Diffusion des renseignements: notions sur les réseaux d’observation, cartes synoptiques, symboles ;
Protection météorologique des vols: dispositions à prendre par le pilote avant le départ, nature des renseignements fournis (prévision de vol, exposé verbal), exploitation des renseignements pour la préparation du vol, informations météorologiques en vol.

1.cf. Arrêté du 31 juillet 1981 relatif aux brevets, licences et qualifications des navigants non professionnels (par. 4.6.1.1.)

Influence du vent sur le temps de vol (1)

Les règlements EASA imposent au commandant de bord de s’assurer qu’il dispose du carburant nécessaire avant le vol, et de gérer son carburant en vol (cf. articles NCO.OP.125, NCO.OP.125, NCO.OP.185, SERA.2010, SERA.11012).
Il faut donc notamment tenir compte de l’influence du vent sur le temps de vol. Voici une formule simple que je n’ai jamais vue dans les manuels, ainsi qu’un tableau qu’on pourra consulter pour avoir une idée des ordres de grandeur.

Soient
-Vp votre vitesse propre, par exemple 100 kt;
-W la composante de face de la vitesse du vent, par exemple 20 kt.
On note q={\frac{W}{V_p}} , soit avec les données de l’exemple q=0.2 ou 20% ou {\frac{1}{5}} .
Si vous n’aimez pas les formules, allez directement au tableau en fin d’article.
La majoration du temps de vol due au vent est donnée par la formule
\frac{1}{1-q}-1 qu’on peut aussi écrire sous la forme
\frac{q}{1-q} , soit avec les données de l’exemple:
\frac{0.2}{1-0.2}=\frac{0.2}{0.8}=\frac{2}{8}=\frac{1}{4} ou 25%, ou encore 15 minutes par heure. (J’ai détaillé pour aider ceux de mes lecteurs qui auraient oublié comment manipuler des fractions).
Ce qui veut dire qu’au lieu de mettre une heure pour un trajet de 100NM sans vent, il vous faudra une heure et quart en tenant compte du vent.
Cette formule donne la majoration pour un trajet avec du vent de face.
Elle donne aussi la minoration si le vent est favorable, il suffit d’inverser le signe de q. Si le même vent est de dos la variation de temps de vol sera de
\frac{-0.2}{1+0.2}=-\frac{0.2}{1.2}=-\frac{2}{12}=-\frac{1}{6} ou 10 minutes par heure ou environ 17%.
Ce qui veut dire qu’au lieu de mettre une heure pour un trajet de 100NM sans vent, en tenant compte du vent favorable il vous faudra 10 minutes de moins, c’est à dire 50 minutes.

Voici un tableau des valeurs remarquables :

Quotient du vent par la vitesse propre {\frac{Vent}{Vitesse}} Augmentation du temps de vol en % en cas de vent de face Perte de temps en minutes par heure en cas de vent de face Diminution du temps de vol en % en cas de vent de dos Gain de temps en minutes par heure en cas de vent de dos
{\frac{1}{10}}=10% {\frac{1}{9}}≈11% ≈7 {\frac{1}{11}}≈9% ≈5
{\frac{1}{9}}≈11% {\frac{1}{8}}=12½% {\frac{1}{10}}=10% 6
{\frac{1}{8}}=12½% {\frac{1}{7}}≈14% ≈9 {\frac{1}{9}}≈11% ≈7
{\frac{1}{7}}≈14% {\frac{1}{6}}≈17% 10 {\frac{1}{8}}=12½%
{\frac{1}{6}}≈17% {\frac{1}{5}}=20% 12 {\frac{1}{7}}≈14% ≈9
{\frac{1}{5}}=20% {\frac{1}{4}}=25% 15 {\frac{1}{6}}≈17% 10
{\frac{1}{4}}=25% {\frac{1}{3}}≈33% 20 {\frac{1}{5}}=20% 12
{\frac{1}{3}}≈33% {\frac{1}{2}}=50% 30 {\frac{1}{4}}=25% 15
{\frac{1}{2}}=50% 100% (doublement du temps) 60 {\frac{1}{3}}≈33% 20
1= 100% {\frac{1}{2}}=50% 30

Vous constatez que le gain par vent favorable est toujours inférieur, et ce d’autant plus si le vent est fort, que la perte par vent de face.
Maintenant supposons que vous alliez à la verticale de la destination, puis vous revenez sans vous arrêter. À l’aller vous avez souffert du vent de face, mais au retour vous bénéficierez d’un vent favorable. Cependant ceci ne compense jamais cela. Dans notre exemple au lieu de mettre deux heures pour un trajet aller-retour de 100NM sans vent, il vous faudra 1h15 + 50 minutes = 2h05.

La majoration du temps de vol dans un aller-retour peut-être calculée directement en faisant le produit du pourcentage d’augmentation par vent de face et du pourcentage d’augmentation par vent favorable, dans notre exemple \frac{1}{4} \cdot \frac{1}{6}=\frac{1}{24} soit 2½ minutes par heure ou environ 4%. Un trajet aller-retour de 100NM, soit 2 heures sans vent sera ainsi majoré 2 x 2½ = 5 minutes, on retrouve bien les 5 minutes de majoration du paragraphe précédent.

Comment exécuter une manœuvre?

Pour toute manœuvre que vous voulez exécuter précisément et rapidement, et c’est d’autant plus vrai que l’avion est lourd, vous devez connaitre les pré-affichage. C’est à dire quelle assiette dois-je afficher? Quelle puissance dois-je afficher?
Vous devez aussi compenser l’avion une fois un premier résultat obtenu, regarder les instruments seulement à ce moment, et recommencer le processus pour affiner ce résultat. Cette méthode est générale pour toute les manœuvres, je donne ici le détail pour une réduction de vitesse en palier, à vous d’extrapoler cette méthode pour les autres manœuvres.

Réduction de vitesse en palier.
Avant toute manœuvre, faites un contrôle anti-collision.
0 Prendre un repère au loin vers lequel le nez de l’avion pointe.
1 Noter l’assiette.
Vous ne devez pas quitter l’assiette des yeux jusqu’au point 4
2 Réduire la puissance en maintenant l’assiette.
– il faut s’attendre à devoir exercer un effort à cabrer pour maintenir l’assiette,
– la réduction de puissance se fait sans quitter l’assiette des yeux, l’amplitude du mouvement sur la commande de puissance et le son du moteur doivent permettre de réduire la puissance de ce qu’il faut, typiquement environ 1800 t/mn. La réduction de puissance n’a pas besoin d’être très précise, il suffit qu’elle soit franche.
– Il faudra un peu de pied gauche, ou un peu moins de pied droit pour maintenir le repère pris en 0.

3 Ajuster le compensateur grossièrement, mais en maintenant un léger effort à cabrer.
Plus l’effort est important, moins la main est précise, il faut donc ajuster le compensateur. Cependant, comme l’avion est en régime transitoire, il est impossible de compenser précisément, donc on compense grossièrement, mais pour ne pas perturber le geste, on garde un léger effort à cabrer.

4 Continuer à maintenir l’assiette en jetant des coups d’œils réguliers à l’altimètre. C’est un circuit visuel, terme qui reviendra souvent au cours de votre formation.
On reste concentré sur l’assiette, on jette un coup d’œil à l’altimètre, on revient immédiatement à l’assiette. Alors seulement on analyse ce qu’on a vu lorsqu’on a jeté un œil sur l’altimètre. Il ne faut pas rester hypnotisé par un instrument.

5 Dès que l’altimètre ou la barre de tendance annonce une descente, afficher progressivement la nouvelle assiette et la figer.
-Les yeux sur l’assiette, on se rappelle l’image de l’altimètre, si l’altitude a baissé ou si la barre de tendance montre une descente, on affiche l’assiette cible.
-Cette assiette cible doit être connue. Au début on se fait aider par l’instructeur. On n’a pas besoin de la connaître précisément. On affiche celle que l’on pense être correcte, mais on doit la tenir avec précision.
-L’augmentation d’assiette jusqu’à l’assiette cible ne doit pas être brutale.

6 Ajuster à nouveau grossièrement le compensateur au besoin, et commencer un circuit visuel sur la vitesse. On doit ajuster le compensteur pour maintenir une légère pression à cabrer, et maintenir cette nouvelle assiette en jetant des coup d’œils à la vitesse.
7 Dès que la vitesse cible est atteinte, afficher la nouvelle puissance en maintenant l’assiette.
-l’affichage de la nouvelle puissance réduira l’effort à cabrer, c’est une des raisons pour laquelle on a maintenu un léger effort à cabrer, pour ne pas se retrouver à devoir exercer un effort à piquer.
-Le déplacement de la commande de puissance doit être connu. On ne doit pas quitter l’assiette des yeux, on utilise l’index comme butée pour déplacer la commande de la distance voulue, le son du moteur pour vérifier que la puissance souhaitée est atteinte.
8 Compenser précisément.
On ne regarde plus les instruments tant qu’on n’est pas stabilisé. Le but est d’arriver à un état stable, vitesse constante, assiette constante, aussi proche que possible que ce qu’on veut et à compenser précisément.
9 Une fois ce nouvel état atteint et l’avion compensé, on évalue l’erreur faite.
Mon altitude est-elle constante?
Est-elle égale à celle souhaitée?
Ma vitesse est elle correcte? (Pour une réduction de vitesse en pallier, il faut être précis sur l’altitude, mais on n’a pas besoin d’une grande précision sur la vitesse.)
10 En fonction de l’erreur, commencer un processus de correction selon le même principe: connaître les pré-affichages, ne regarder les instruments que pour apprécier le résultat qu’une fois l’avion compensé.

Erreur courante: à l’issue de la manœuvre, si vous constatez que le variomètre n’est pas nul, ne corrigez pas l’assiette en gardant les yeux sur le variomètre! Faites un circuit visuel assiette/variomètre en gardant l’assiette bien constante. Une fois que vous êtes sûr que le variomètre est stable, alors cessez le circuit visuel, corrigez l’assiette de ce que vous pensez être correct, compensez l’avion en gardant les yeux sur l’assiette, et une fois l’avion compensé de nouveau recommencez votre circuit visuel.

Théorie: pour garder l’altitude constante, il faut garder la portance constante. Après la réduction de puissance, votre vitesse commencera à diminuer, et on devrait commencer à augmenter progressivement l’assiette pour garder la portance constante. L’expérience montre que le geste est dans ce cas difficile, car il faut augmenter au cours du geste le taux d’augmentation d’assiette. En laissant l’avion commencer à descendre et ensuite en affichant la nouvelle assiette progressivement, mais avec un taux de variation constant, on arrive a un résultat satisfaisant pour le Cessna 172S et pour tous les avions un peu lourd. La méthode ne sera pas adaptée à un avion très léger et peu aérodynamique comme certains ULM 3 axes.

Anémométrie

L’anémomètre de bord, qu’on appelle aussi badin, vous indique la vitesse. De quelle vitesse s’agit-il, et comment la mesure-t-on?

Vous verrez sur tous les avions un ensemble pitot-statique
Principe du Tube Pitot

La pression qu’on mesure dans le tube de pitot aligné avec le flux d’air s’appelle pression totale pt.
La pression mesurée à la prise de pression statique perpendiculaire au flux d’air s’appelle pression statique ps.
La différence pt-ps est appelée souvent dans les manuels (par exemple le manuel Cepaduès bien connu) pression dynamique.
Dans mon article sur la portance, je vous disais que ½ ρ V² est souvent aussi appelé pression dynamique.
Pour les basses vitesses, typiquement moins de 300kt, on peut considérer que les valeurs de ½ ρ V² et de pt-ps sont, à toutes fins pratiques en aviation, égales et donc le fait de les appeler par le même nom n’est pas trop gênant.
L’égalité de ces valeurs aux basses vitesses est une propriété qu’on peut vérifier expérimentalement, et qui peut être expliquée théoriquement par le théorème de Bernoulli, qui exprime la conservation de l’énergie pour un fluide lorsque certaines hypothèses, et notamment la non compressibilité, sont réunies (à grande vitesse, les deux valeurs ne sont plus égales. Il existe une formule, dite de Saint-Venant, qui relie pt-ps à V, mais qui demande en plus de connaitre la température).

Considérons donc que pt-ps=½ ρ V² pour nos avions légers.

Contrairement à la formule de la portance, qui est une définition et donc ne véhicule pas de savoir, cette formule pt-ps=½ ρ V² est établie par la théorie et confirmée par l’expérience: elle contient donc du savoir qui va nous être utile pour mesurer notre vitesse en avion.
Si nous mesurons pt-ps grâce à notre ensemble pitot-statique, nous pouvons,en résolvant pour V l’équation pt-ps=½ ρ V², en déduire la vitesse V=√2 (Pt-Ps)/ρ.
La masse volumique de l’air ρ dépend de la température et de la pression, ce n’est pas une grandeur fixe, donc notre ensemble pitot-statique n’est pas suffisant pour nous donner la vitesse, puisqu’il nous faudrait connaitre ρ.

La vitesse dont nous parlons depuis l’article sur la portance est la vitesse de l’avion par rapport à l’air. On l’appelle vitesse propre Vp. Dans les manuels anglophones elle est notée TAS, True AirSpeed.
Nous allons maintenant définir une autre vitesse, appelée vitesse conventionnelle, et notée Vc. Dans les manuels anglophones elle est notée CAS, Calibrated AirSpeed.
La définition officielle dit que Vc est égal à Vp si la température est de 15°C et la pression de 1013¼ hPa, c’est à dire si on est dans les conditions de l’atmosphère standard à l’altitude pression nulle. La masse volumique de l’air dans ces conditions est notée ρ0 et est égale à environ 1.225 g/l ou kg/m³.
Pour les vitesses inférieures à 300kt, on peut définir Vc par la formule suivante
Vc=   √ρ/ρo Vp, ou autrement écrit ½ ρ Vp²= ½ ρ0 Vc²
Vous constatez que si ρ=ρ0, autrement dit si la température est de 15°C et la pression de 1013¼ hPa, on a bien Vc=Vp, comme le commande la définition officielle de Vc.

En reprenant notre formule du début pt-ps=½ ρ Vp², et en remplaçant ½ ρ Vp² par ½ ρ0 Vc², notre formule devient pt-ps=½ ρ0 Vc². En résolvant cette équation pour Vc on trouve Vc=√2 (Pt-Ps)/ρo. Il n’est plus nécessaire de connaitre la masse volumique au moment de la mesure, on prend une valeur constante ρ0=1.225 kg/m³.
Notre ensemble pitot-statique, nous permet donc de connaitre directement Vc, alors qu’il ne pouvait pas nous permettre de connaitre Vp sans donnée suplémentaire.

L’anémomètre de bord est conçu pour indiquer la vitesse la plus proche que possible de la vitesse conventionnelle Vc. Comme il y a toujours des erreurs de mesures, on désigne par Vi, vitesse indiquée, la valeur indiquée par l’anémomètre. L’écart entre Vc et Vi en fonction de Vi figure dans un tableau que vous trouverez dans le manuel de vol au chapitre 5, performance (page 5-10 dans le manuel de vol du Cessna 172 qu’utilisent mes élèves). Vous constaterez en général que le système est calibré pour que l’erreur soit minimale autour de la vitesse d’approche.

Donc notre anémomètre nous indique une bonne approximation de Vc ,mais ne nous donne aucun renseignement sur Vp.
De la définition de Vc on tire Vp= √ρo/ρ Vc. On en déduit que la vitesse propre est supérieure à la vitesse conventionnelle si la densité est plus petite que 1.225 kg/m³, ce qui est le cas par temps chaud ou en altitude. A titre de règle pratique, il faut ajouter à Vc  1% de Vc par 600ft d’altitude et par 5°C d’écart par rapport aux conditions ISA.Exemple: vous volez au FL60, il fait -2°C. FL60 c’est 10 x 600 ft, donc il faut rajouter 10% à cause de l’altitude. Au FL60 la température standard est de 3°C, on est donc en conditions ISA-5°C, il faut retrancher 1% à cause de la température, et donc au global ajouter 9%. Si votre vitesse indiquée est de 103kt dans le Cessna 172S, votre vitesse conventionnelle est de 100kt d’après le manuel de vol, votre vitesse propre est donc de 109kt. Ça vous parait peut-être compliqué mais en réalité on n’a pas besoin d’une telle précision et Vp n’est pas très utile au pilote, ainsi que vous le verrez quand vous étudierez la navigation.

En revanche Vc a un intérêt majeur ainsi que nous l’allons voir.

Reprenons la formule de la portance, vue dans cet article.
P = S Cz ½ ρ Vp²
Vous constatez que la portance dépend de ρ, de Vp et de Cz.
Pour obtenir une portance donnée à une vitesse propre donnée, l’incidence nécessaire dépend de la masse volumique, et donc de la température et de l’altitude du moment.
Si on remplace dans la formule de la portance ½ ρ Vp² par ½ ρ0 Vc², grandeurs qui sont égales par définition, on trouve

P = S Cz ½ ρ0 Vc²

Vous voyez alors que la portance ne dépend plus que de Vc et de Cz et ne dépend plus ni de l’altitude, ni de la température.
Ça veut dire que pour un poids donné de l’avion, il existe une unique vitesse conventionnelle de décrochage en palier, et donc une unique vitesse indiquée de décrochage en palier, qui ne dépend pas de la densité du jour, de même qu’il existe une unique vitesse indiquée de rotation qui ne dépend pas de la densité du jour.
Plus généralement, pour obtenir une portance donnée à une vitesse indiquée donnée, l’incidence nécessaire ne dépend pas de la température du jour ni de l’altitude. Cette propriété très utile n’aurait pas été obtenue si l’indicateur de vitesse indiquait la vitesse propre.
Vc est donc  bien plus utile au pilote que Vp.

Conversion Brevet de base LAPL en pratique

J’ai recherché pour vous les textes applicables afin de vous permettre de convertir votre Brevet de base efficacement. Il s’agit surtout de vous donner les éléments pour décider s’il vaut mieux convertir votre brevet de base immédiatement, ou s’il vaut mieux obtenir des autorisations additionnelles sur votre brevet de base avant de convertir.

Pour ceux qui n’auraient pas obtenu leur brevet de base avant le 8 avril prochain, je rappelle que  les heures effectuées par les candidats en cours de formation pour la délivrance de la licence de base de pilote avion (BB) sont intégralement portées au crédit pour la formation LAPL (A).

Vous pouvez obtenir une LAPL(A) par équivalence avec votre brevet de base. Vous pouvez obtenir directement un LAPL(A)  non restreint en passant un examen en vol avec un examinateur, mais vous pouvez éviter l’examinateur en acceptant un LAPL(A) restreint.
Celle licence LAPL(A) obtenue sans examinateur, par simple conversion administrative, sera en principe soumise à 4 restrictions. Ci-dessous, pour chaque restriction, j’expose comment
-éviter la restriction en obtenant préalablement une autorisation additionnelle sur son brevet de base,
– lever la restriction si on n’a pas obtenu cette autorisation avant l’obtention de la LAPL.

1 restriction au vol local (30km de l’aérodrome de départ)
Vous ne serez pas soumis à cette restriction si vous êtes titulaire sur votre brevet de base de l’une des deux autorisations additionnelles suivantes:
Vol VFR contact, hors des espaces contrôlés ou réglementés et atterrissage sur un autre aérodrome que celui qui a été utilisé pour le décollage.
Extrait de la circulaire relative à l’obtention de cette autorisation additionnelle: L’instructeur délivre cette autorisation après avoir dispensé au pilote une formation en vol lui permettant de parcourir ce type d’itinéraire en naviguant par cheminement. Elle concerne des itinéraires d’une longueur inférieure à 100 km. L’autorisation est délivrée sous la forme: autorisation de vol entre les aérodromes de… et de…
-Accès à des aérodromes spécifiés dont l’espace aérien associé est contrôlé, réglementé ou contrôlé et réglementé
.
Extrait de la circulaire relative à l’obtention de cette autorisation additionnelle: L’instructeur délivre cette autorisation après avoir accompagné le pilote dans une reconnaissance en double commande des cheminements d’arrivée et de départ, à l’occasion de chacune des cinq premières autorisations de cette nature.
Je pense qu’il faut avoir l’accès à plusieurs aérodromes pour ne pas subir la restriction.
Si vous n’avez pas une des autorisations additionnelles ci-dessus, votre LAPL sera restreinte, et la restriction sera levée si vous répondez aux exigences prévues au FCL. 110. A a, 2 de l’annexe I (Partie FCL) du règlement (UE) n° 1178/2011 du 3 novembre 2011 modifié, c’est à dire après avoir effectué 6 heures de vol en solo supervisé (par moi par exemple), dont un minimum de 3 heures de vol en campagne en solo avec au moins 1 vol en campagne d’un minimum de 150 km (80 NM), au cours duquel 1 atterrissage avec arrêt complet sera effectué sur un aérodrome autre que l’aérodrome de départ et, uniquement pour ceux qui ne sont titulaires que du théorique spécifique au BB, si vous réussissez une interrogation orale théorique portant sur les différences entre le théorique BB et le théorique LAPL (notamment facteurs humains et navigation).

2 restriction aux espaces aériens non contrôlés et non réglementés
Vous ne serez pas soumis à cette restriction si vous êtes titulaire sur votre brevet de base de l’autorisation additionnelle Accès à des aérodromes spécifiés dont l’espace aérien associé est contrôlé, réglementé ou contrôlé et réglementé.
Je pense qu’il faut avoir l’accès à plusieurs aérodromes pour ne pas subir la restriction.
(Voir plus haut comment l’obtenir).
Si vous n’avez pas cette autorisation additionnelle, votre LAPL sera restreinte, et la restriction sera levée de la même façon que la restriction au vol local.

3 sans emport de passager
Vous ne serez pas soumis à cette restriction si vous êtes titulaire sur votre brevet de base de l’autorisation additionnelle Emport de passagers.
Extrait de la circulaire relative à l’obtention de cette autorisation additionnelle:
L’instructeur délivre cette autorisation à un pilote âgé d’au moins seize ans, ayant une expérience du vol seul à bord d’au moins vingt heures, dont cinq dans les deux derniers mois. L’emport de plusieurs passagers n’est autorisé qu’en vol local.
L’autorisation est délivrée sous la forme: autorisation d’emport d’un passager ou autorisation d’emport de … passagers, en vol local.
Si vous n’avez pas cette autorisation additionnelle, votre LAPL sera restreinte, et la restriction sera levée dès lors que vous répondrez aux exigences prévues au FCL. 105. A b de l’annexe I  » Partie FCL  » du règlement (UE) n° 1178/2011 du 3 novembre 2011 modifié, c’est à dire après avoir effectué 10 heures de vol en tant que commandant de bord sur avions ou TMG après la délivrance de la licence LAPL.

4 sans atterrissage sur un aérodrome autre que celui de départ.
Les titulaires de licences BB avec autorisations additionnelles d’accès à des aérodromes spécifiés dont l’espace aérien est contrôlé ou réglementé (autre que l’aérodrome de départ) se voient délivrer une licence LAPL (A) sans restriction interdisant l’atterrissage sur un aérodrome autre que celui de départ. Je pense qu’il faut l’accès à plusieurs aérodromes pour ne pas subir la restriction.
Si vous n’avez pas cette autorisation additionnelle, votre LAPL sera restreinte, et la restriction sera levée de la même façon que la restriction au vol local.

Vous avez maintenant tous les éléments pour décider, en fonction de votre situation, s’il est plus avantageux d’obtenir des autorisations additionnelles avant de convertir votre BB en LAPL, ou de convertir maintenant et lever ensuite les restrictions après conversion.  
Par exemple si vous passez les quelques heures nécessaires pour obtenir l’autorisation additionnelle Accès à des aérodromes spécifiés dont l’espace aérien associé est contrôlé, réglementé ou contrôlé et réglementé, pour autant qu’elle porte sur au moins deux aérodromes différents, avant de convertir, votre LAPL ne sera restreint que pour l’emport passager, et vous devrez faire 10 heures de solo avant de lever cette dernière restriction.
Si vous convertissez sans cette autorisations additionnelle, certes il vous faudra 6 heures de solo supervisé ensuite pour lever les 3 restrictions, et probablement de la double commande pour être lâché sur la navigation de 80NM, mais ces heures de solo supervisé compteront pour la levée de restriction emport passager, elles ne sont donc pas perdues, et ça vous fera une expérience sécurisante d’être supervisé par un instructeur pour vos premières navigation, il ne vous restera que 4 heures de solo à faire pour lever la dernière restriction.
C’est donc à vous de choisir, il n’y a pas de solution qui soit optimale pour tout le monde, bien que dans la plupart des cas, convertir un BB sans autorisation additionnelles, puis lever les restrictions LAPL me semble la solution plus efficace.
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Sources de cet article:

La partie FCL du règlement européen n°1178/2011 relatif aux licences européennes;
l’arrêté du 31 juillet 1981 relatif aux licences non professionnelles;
l’instruction du 7 octobre 1985 relative aux autorisations additionnelles.
EDIT L’instruction du 7 octobre 1985 a été abrogée fin décembre 2017, puis intégrée en février 2018, à l’identique en ce qui concerne les autorisations additionnelles BB, à l’arrêté du 31 juillet 1981 précité.

Que se passera-t-il le 8 avril 2018?

Le règlement européen n°1178/2011, connu sous le nom de règlement AIRCREW est entré en vigueur le 8 avril 2012 et a pour objectif d’harmoniser les licences de pilote en Europe. Un règlement européen a force de loi partout en Europe, sans nécessiter de textes d’application.
Ce règlement notamment

  • rend inutilisables les licences nationales sur les avions certifiés. Certains pays comme le Royaume Uni ont décidé de garder leurs licences nationales et d’en accepter les restrictions d’utilisation aux ULM et aéronefs de construction amateur ou de collection. La France a décidé de ne plus avoir de licence nationales pour les aéronefs autres que les ULM (arrêté du 26 mars 2013):contrairement à ce qu’on lit parfois, la fin du brevet de base est une décision française et non pas européenne.
  • impose à tous les organismes de formation, du plus petit aéroclub à l’organisme professionnel
    • d’obtenir un agrément ATO (Aviation Training Organisation) à la suite d’un processus administratif long et couteux;
    • une gestion administrative d’une telle lourdeur qu’aucun petit aéroclub ne pourrait en supporter le coût.

Ce règlement prévoyait un délai de transition, pendant lequel

  • les licences nationales qui continuaient à être délivrées restaient utilisables sur avions certifiés;
  • les organismes de formation sans agrément ATO déjà existants à l’entrée en vigueur du règlement pouvaient poursuivre leurs activités et donc former au PPL européen;
  • les organismes de formation sans agrément ATO créés après l’entrée en vigueur dudit règlement ne pourraient plus former aux licences européennes comme le PPL ou le LAPL.

La France de son coté a décidé que le brevet de base cesserait de pouvoir être délivré à l’issue de ce délai de transition. En outre une obtention du LAPL par équivalence du brevet de base était prévue.

Évidemment personne dans le monde de la petite aviation n’était satisfait de cette obligation d’agrément, et des discussions se sont engagées. Pendant les discussions des aménagements ont été consentis, notamment les organismes non ATO existant avant 2012 ont pu commencer à former au LAPL, et le délai de transition a été reporté plusieurs fois, le report actuel étant au 8 avril 2018.
Actuellement on en est là, c’est à dire qu’un organisme créé après 2012 et non ATO ne peut que former au brevet de base, et seulement jusqu’au 8 avril 2018 et donc ne peut présenter ses élèves ni à l’examen théorique PPL ou LAPL, ni à l’examen pratique.
Une modification au règlement est prête et est semble-t-il en cours d’approbation, mais je n’arrive pas à trouver ce texte à l’ordre du jour du parlement européen. Cette modification prévoit qu’à compter du 8 avril 2018 on pourra de nouveau, comme avant 2012, former aux licences non professionnelles sans agrément au sein d’une  DTO, et donc notamment au PPL et à la nouvelle licence LAPL.
Je ne sais pas si un élève qui aurait passé son théorique brevet de base devra le déchirer s’il n’a pas eu le temps de passer son pratique brevet de base avant l’échéance du 8 avril prochain. Le texte dit que la formation pratique faite pour le Brevet de base n’est pas perdue, qu’elle compte donc pour le LAPL, mais ne dit rien sur la formation théorique.

La portance et la trainée

La totalité des manuels destinés aux futurs pilotes que j’ai consultés s’évertuent à vouloir expliquer d’où vient la portance. Je trouve que c’est malhonnête de la part des auteurs des manuels que j’ai consultés car toutes les explications données sont fausses, fantaisistes ou incomplètes. La Nasa a publié un petit recueil des explications fantaisistes qu’on trouve dans les manuels:
Fausse explication n°1
Fausse explication n°2
Fausse explication n°3
Je ne connais aucune façon simple d’expliquer rigoureusement l’origine de la portance. La seule façon d’expliquer la portance que je connais est d’aligner des hypothèses et de se lancer dans des développements mathématiques extrêmement complexes à l’issue desquels apparaît enfin la propriété expérimentale connue depuis longtemps relative à la variation linéaire du coefficient de portance en fonction de l’incidence. Mais les calculs sont tellement complexes qu’on, en tous cas je, ne retire pas de satisfaction intellectuelle particulière une fois arrivé au bout.

En réalité le pilote n’a pas besoin de comprendre d’où vient la portance. Il suffit de savoir s’en servir et une méthode expérimentale rigoureuse permet de déterminer les propriétés de la portance et de la traînée d’une façon parfaitement opérationnelle. Les ingénieurs ont très longtemps fait des avions qui volaient très bien en étant uniquement munis du savoir expérimental. Le but de cet article est d’introduire rigoureusement les formules dites de la portance et de la traînée qu’on trouve dans les manuels, sans explications fausses ou fantaisistes.

Cette image (empruntée ) vous montre une aile d’avion dans le vent.

L’angle entre le vent relatif et la corde de l’aile s’appelle en français l’incidence, en anglais on dit angle of attack, on trouve parfois dans les traductions de manuels anglais l’expression angle d’attaque, qui est plus imagée que l’incidence, car c’est l’angle sous lequel le vent attaque l’aile. La corde de profil ou corde de l’aile est le segment de droite qui joint le bord d’attaque de l’aile au bord de fuite.

L’effet de ce vent relatif sur l’aile est une force appelée  résultante aérodynamique, FR sur le schéma.
L’intensité d’une force se mesure en kg.m.s-2 ou Newton. Une force d’un Newton, soit un kg.m.s-2, appliquée à une quantité de matière au repos d’un kg pendant une seconde fera passer sa vitesse de zéro à 1 m.s.-1

Remplacez en pensée cette aile par votre main à la fenêtre d’une voiture.

Lorsque votre main est parallèle au vent relatif, c’est à dire horizontale, ou encore si l’incidence est faible, la force du vent tire votre main en arrière. La résultante aérodynamique est alors pratiquement horizontale.
Lorsque vous augmentez l’incidence de votre main, vous sentez que la résultante aérodynamique tire toujours en arrière, mais aussi vers le haut. Si vous augmentez davantage, la résultante aérodynamique cessera de soulever votre main, mais la force vers l’arrière sera maximale.
C’est évidemment lorsque la résultante aérodynamique tire peu vers l’arrière et beaucoup vers le haut qu’un avion s’envolera facilement. C’est pourquoi on décompose cette résultante aérodynamique en deux composantes, la traînée qu’on veut en général minimiser, et la portance qu’on veut maximiser.
La projection de la résultante aérodynamique parallèle au vent relatif s’appelle la traînée, la projection perpendiculaire s’appelle la portance. La traînée est horizontale et la portance verticale sur le schéma car le vent relatif est horizontal, mais pour un avion en montée par exemple, la traînée sera légèrement orientée vers le bas et la portance vers l’arrière.
Si vous habitez Paris, essayez de visiter la soufflerie créée par Gustave Eiffel qui existe encore et est toujours en activité.
En soufflerie, on va placer une aile ou un modèle réduit d’avion, et mesurer la traînée et la portance lorsqu’on fait varier certains paramètres.

Pour éviter de comparer des choux et des carottes, les ingénieurs font attention à comparer des grandeurs homogènes, c’est à dire qui se mesurent dans la même unité. Familiarisons nous avec les unités.
La force se mesure en Newtons 1N= 1 kg.m.s-2
L’énergie se mesure en Joules, 1J=1 kg.m2.s-2. Il faut une énergie d’un Joule pour déplacer le point d’application d’une force d’1 Newton sur 1 mètre. 1 Joule, c’est donc aussi 1 N.m
La pression se mesure en hPa. 1hPa= 1 N.m-2= 1 kg.m-1.s-2.

Si on considère une masse d’air de densité ρ kg.m-3  lancée à une vitesse V, son énergie cinétique notée souvent q est \textbf q=\frac{\textbf 1}{\textbf 2} \boldsymbol\rho \textbf V^2 Joules par mètre cube. Développons par un petit calcul ces Joules par mètre cube: J.m-3 = kg.m2.s-2.m-3 = kg.m.s-2.m-2 = N.m-2 = hPa.
Le Joule par mètre cube est donc une pression. Cette grandeur \textbf q=\frac{\textbf 1}{\textbf 2} \boldsymbol\rho \textbf V^2 est appelée souvent pression dynamique1. La pression dynamique s’interprète comme la cause de la portance et de la traînée.
La portance P (ou la traînée T) divisée par la surface de l’aile S est aussi une pression qui mesure l’effet de la pression dynamique.
On est alors amené naturellement à définir le coefficient de portance Cz (ou de traînée Cx) comme le rapport entre l’effet et la cause, c’est dire entre la portance (ou la traînée) par mètre carré d’aile et la pression dynamique. C’est un rapport entre deux grandeurs homogènes, il n’a donc pas d’unité, on dit parfois que c’est un nombre sans dimension.

C_z=\frac{\frac{P}{S}}{\frac{1}{2}\rho V^2}

C_x=\frac{\frac{T}{S}}{\frac{1}{2}\rho V^2}

Ce sont des définitions, l’égalité est donc exacte. Comme toute définition, ces formules n’apportent en elle-même aucun savoir. Nous allons voir maintenant ce qui rend ces définitions utiles.

En soufflerie, on va tracer pour différents angles d’incidence le coefficient de portance et le coefficient de trainée, tracé qu’on peut recommencer à différentes vitesses, températures ou densité de l’air. C’est la qu’un résultat expérimental très important est apparu: l’expérience montre que dans les conditions habituelles d’utilisation de nos petits avions, les coefficients de portance et de traînée ne dépendent pratiquement pas de la vitesse, de la densité de l’air, ni de la température, mais uniquement de l’angle d’incidence α et de l’état de surface de l’aile. Vous comprenez maintenant l’intérêt des ces coefficients de portance et de traînée.

L’ancêtre de la NASA, le National Advisory Committee for Aeronautics (NACA) a depuis longtemps publié un catalogue de profils d’ailes. avec le résultat des études en souffleries.
Par exemple, sur cette page vous pouvez voir (page 100 du catalogue, page 104 du PDF) les caractéristiques géométriques de l’aile NACA2412 (c’est l’aile du Cessna 172 de l’école).
Ci-dessous la page 136 du catalogue NACA qui montre les résultats obtenus en soufflerie par cette aile (page 138 du PDF) :

Aile 172

En Anglais portance se dit lift et le coefficient de portance se note CL, trainée se dit drag et le coefficient de traînée se note CD.
Vous voyez qu’on a tracé les coefficients de portance et de traînée pour différents angles d’incidence. Notez que coefficient de portance croit sensiblement linéairement jusqu’à son maximum, appelé angle de décrochage. Les manuels mentionnent souvent une valeur de 15° pour l’angle de décrochage, mais cette valeur dépend de l’aile, et dépend aussi de l’état de surface comme vous voyez sur les graphiques. Le coefficient de portance par exemple, à l’approche de l’angle de décrochage varie très différemment si l’aile est lisse ou rugueuse. C’est pour ça que les pilotes soigneux nettoient après chaque vol les bords d’attaque de l’aile de leur avion pour les débarrasser des insectes. Vous voyez aussi que le coefficient de traînée est très affecté par l’état de surface.
Une autre conclusion qu’on peut tirer à ce stade est qu’on ne pourra pas avoir en même temps le plus petit coefficient de traînée obtenu pour une incidence comprise entre 3° et 4° et le plus gros coefficient de portance, obtenu plutôt vers 16°.
Le concepteur d’avion choisira dans le catalogue NACA son aile en fonction de la mission dévolue à son aéronef, une aile avec faible traînée pour voler vite et économiquement, une aile avec fort coefficient de portance pour voler lentement, etc.

On présente en général dans les manuels les définitions des coefficients de traînées et de portance sous le nom de « formule de la portance » ou « formule de la traînée » et sous la forme suivante, rigoureusement équivalente aux formules précédentes donnant la définition des coefficients de portance et de trainée.

P=S C_z\frac{1}{2}\rho V^2

T=S C_x\frac{1}{2}\rho V^2

Ces formules vous montrent qu’en vol portance et traînée dépendent du carré de la vitesse, c’est à dire que toutes choses égales par ailleurs une augmentation de 10% de la vitesse augmentera de 21% la portance et la traînée, et de la densité de l’air (qui diminue quand il fait chaud et en altitude).
Les coefficients de portance et de trainée dépendent essentiellement de l’incidence: le pilote pourra les faire varier en levant ou baisant le nez de l’avion.

Vous pouvez maintenant retourner à votre manuel habituel.
1. Le manuel Cepaduès, par exemple, donne une signification différente à l’expression « Pression dynamique ». Il ne semble pas qu’il y ait de consensus sur la question