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La soufflerie Eiffel a 100 ans (2e partie)

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Par publié le à 16h39

Le divergent et le ventilateur de 50 CV.

Le divergent et le ventilateur de 50 CV.

Nous avons évoqué la semaine dernière la création de la soufflerie de Gustave Eiffel près de la Porte d’Auteuil en plein Paris, et sa conception innovante. Mais pour être performant ce laboratoire a dû au fil du temps créer des instruments de mesure tout aussi innovants. Une course à la performance qui se poursuit toujours et qui font que cet équipement historique est toujours à la pointe.

Nous avions laissé la semaine dernière le Laboratoire Aérodynamique Eiffel à l’aube de la Guerre de 14-18, menant des essais aérodynamiques sur les ailes et hélices d’une aéronautique naissante. 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.

En 2001, dans le cadre de sa mission d’accompagnement de l’innovation, le Centre scientifique et technique du bâtiment (CSTB) achète les locaux et la société, qui devient une filiale à 100 %, le Laboratoire Aérodynamique Eiffel.

Un laboratoire toujours à la pointe

Aujourd’hui ce laboratoire utilise toujours la soufflerie d’Eiffel, qui dispose d’une chambre d’expérience avec une veine non guidée de 2 mètres de diamètre et de 2,37 mètres de long, acceptant des flux jusqu’à 30 m/s (108 km/h). Il est équipé :

  • d’une balance-avion utilisée pour mesurer les forces de trainée, de portance et de tangage sur un objet suspendu ;
  • d’une balance dynamométrique 6 composantes montée sur plateau tournant pour mesurer le torseur des efforts dus au vent sur un objet ;
  • de 128 capteurs de pression synchrone utilisés pour mesurer des efforts locaux et par intégration les efforts globaux sur des surfaces ;
  • un système d’anémométrie à fil chaud pour mesurer les champs de vitesses dans des flux turbulents et en calculer la composante fluctuante.

Le tout est complété par des dispositifs de mesure de concentrations gazeuses, des dispositifs de visualisation des écoulements (générateur de fumée, enduit gras pariétal, fils de laine…) et un banc à air mobile de débit 6 m3/s.

Des équipements avec un tel niveau de performances qu’ils lui permettent de répondre à de très nombreuses problématiques dans de multiples domaines : architecture et urbanisme climatique ; ventilation naturelle ; environnement ; aérodynamique et aéraulique industrielles, génie civil et tenue au vent des ouvrages ; automobile…

Mais avec une équipe réduite, placée sous la responsabilité de Benoît Blanchard, qui comporte seulement un ingénieur d’études et bientôt un second, un technicien et un maquettiste.

Complémentaire des autres moyens du CSTB

Pour le CSTB ce moyen d’essais est très complémentaire de ceux déjà en place au sein de son département Climatologie – Aérodynamique – Pollution – Epuration (CAPE) basé à Nantes (44) autour de la Soufflerie Jules Verne. Dans le domaine automobile par exemple, le Laboratoire Eiffel peut mener des études d’aérodynamique externe ou de refroidissement sous capot sur des maquettes à échelle réduite, tandis que la Soufflerie Jules Verne peut mener des essais en vraie grandeur dans une veine thermique. Le tout permettant d’apporter des réponses globales, adaptées précisément aux contraintes et aux besoins spécifiques de chaque étude.

Une complémentarité qui s’étend aussi à d’autres départements du CSTB comme le Laboratoire européen d’acoustique du bâtiment (LABE) pour mesurer des bruits aéro-acoustiques.

100 ans et tout l’avenir devant lui

Loin d’être un musée, le Laboratoire Aérodynamique Eiffel est un équipement scientifique de haut niveau à la pointe de la technologie et il entend bien le rester. Pour cela, il va s’équiper d’ici 2015 de nouveaux outils de visualisation physique et pédagogique des vents et champs de vitesses autour des maquettes d’architecture, ainsi que d’outils de simulations d’exposition solaire.

Outre le renforcement de l’équipe par un ingénieur d’étude dès cette année, il entend aussi développer des partenariats, via des ateliers pédagogiques, avec les écoles d’ingénieurs et les Universités.

Bref un centenaire qui a bon pied et bon œil et qui entend rester dans le vent !

A la semaine prochaine

Pour en savoir plus : http://www.aerodynamiqueeiffel.fr

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 a été 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.

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