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Hélicoptère

Un hélicoptère est un aéronef à voilure tournante dont le ou les rotors procurent à eux seuls la propulsion et la sustentation pendant toutes les phases du vol.

Le rotor dit de sustentation, dont l'axe est sensiblement vertical, est une sorte de grande hélice à pas variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle est utilisée pour marquer un rôle dans une formule, un prédicat ou un algorithme. En...), et comporte de deux à huit surfaces aérodynamiques appelées pales, qui servent (Servent est la contraction du mot serveur et client.) à déplacer l'appareil à la fois dans les plans vertical (Le vertical (rare), ou style vertical, est un style d’écriture musicale consistant en accords plaqués.) et horizontal (Horizontal est une orientation parallèle à l'horizon, et perpendiculaire à la verticale. Une ligne horizontale va « de la gauche vers la droite » ou...).

Comparé aux aéronefs classiques à ailes fixes, l'hélicoptère est d'une conception plus complexe, il est plus onéreux à l'achat et à l'usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.), reste relativement lent, possède un rayon d'action réduit et ne peut pas emporter de très lourdes charges.

Bell 206B Jet Ranger III au décollage
Bell (Bell Aircraft Corporation est un constructeur aéronautique américain fondé le 10 juillet 1935. Après avoir construit des avions de combat durant la Seconde Guerre mondiale, mais aussi le premier avion à avoir...) 206B Jet Ranger III au décollage

Comparaison avec l'avion (Un avion, selon la définition officielle de l'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI), est un aéronef plus lourd que l'air, entraîné par un organe moteur (dans le cas d'un engin sans moteur, on...)

L'hélicoptère possède un avantage considérable sur l'avion : son aptitude à effectuer un vol stationnaire (maintenir une position fixe en vol -ou sustentation-) qui lui permet d'atteindre des endroits inaccessibles à son homologue à voilure fixe qui doit presque toujours utiliser une piste. En contrepartie, l'hélicoptère a besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les besoins primaires, les besoins secondaires et les...) d'un moteur (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie mécanique ou...) bien plus puissant afin de se soulever du sol, limitant en cela sa capacité d'emport.

Les particularités qui font l'intérêt de l'hélicoptère sont sa capacité à décoller et atterrir verticalement, son accès possible aux lieux étroits et la possibilité de se déplacer lentement et dans tous les axes (en particulier latéralement et à reculons).

Utilisations

L'hélicoptère est donc doué d'une manœuvrabilité adaptée à un certain nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de situations spécifiques comme :

  • le combat militaire : reconnaissance, lutte anti-chars, lutte anti-aéronefs, appui-protection aux troupes au sol ou aux autres hélicoptères, transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies...) de troupes ou de matériel, etc. ;
  • la lutte contre les incendies ;
  • le transport civil (vol touristique) ;
  • l'évacuation de personnes en détresse, que ce soit sur terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus...), en mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) ou en montagne (Une montagne est une structure topographique significative en relief positif, située à la surface d'astres de type tellurique (planète tellurique, satellites comme la Lune), et faisant...) (voir Recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique,...) et sauvetage, treuil) ;
  • l'assistance de personnels pour la réalisation de travaux (sur des lignes à hautes tension (La tension est une force d'extension.) ou en montagne) ;
  • le relevé de données servant à calibrer des stations pour l'émissions d'ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle...) hautes fréquences ;
  • la surveillance des services de police et douanier, ainsi que l'observation ;
  • le transport de marchandises (Le transport de marchandises, ou fret, est une activité économique réglementée, à la fois au niveau d'un pays et au niveau...) (ou levage de matériel de construction et de travaux) ;
  • l'épandage agricole ;
  • l'utilisation pour des prises de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) spécifiques au cinéma, à la télévision ou encore en photographie.

Étymologie

Le mot hélicoptère a été inventé[1] par Gustave Ponton d'Amécourt, à partir du grec helikos (hélice) et pteron (aile). Ce terme est apparu pour la première fois le 3 août 1861 dans une demande de brevet déposée en Angleterre (L’Angleterre (England en anglais) est l'une des quatre nations constitutives du Royaume-Uni. Elle est de loin la plus peuplée, avec...), puis le 16 juillet 1862 dans le certificat d'addition (L'addition est une opération élémentaire, permettant notamment de décrire la réunion de quantités ou l'adjonction de grandeurs extensives de même nature, comme les longueurs, les...) au brevet 49.077 initialement déposé le 3 avril 1861 en France. Cet inventeur construisit avec Gabriel de La Landelle un petit prototype d'hélicoptère à moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif qui déplace de la matière en apportant de la puissance. Il effectue ce travail à...) à vapeur (), dont la chaudière fut une des premières utilisations de l'aluminium (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13. C’est un élément important sur la Terre avec 1,5 % de la masse totale.).

Histoire (Les Histoires ou l'Enquête (en grec ancien Ἱστορίαι / Historíai) sont la seule œuvre connue de...)

Dessin de Vis aérienne de Léonard de Vinci (machine volante à voilure tournante)
Dessin de Vis aérienne de Léonard de Vinci (machine volante à voilure tournante)

Depuis le IVe siècle av. J.-C., les Chinois faisaient voler de petits jouets sur le principe de l'hélicoptère pour fasciner les enfants. Par l'intermédiaire du commerce, on sait que ce jouet est arrivé jusqu'en Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme l’extrémité occidentale du continent eurasiatique, voire comme une des...). En effet, ce type d’hélicoptère est représenté dans une peinture du IVe siècle de l'ouvrage intitulé Pao Phu Tau (???). Le livre Pao Phu Tau du IVe siècle trace (TRACE est un télescope spatial de la NASA conçu pour étudier la connexion entre le champ magnétique à petite échelle du Soleil et la géométrie du plasma coronal, à travers des...) également l'ébauche d'un aéronef à ailes rotatives.

En Europe, le premier à s'intéresser au concept d'hélicoptère fut le savant et ingénieur italien Léonard de Vinci. Un de ses dessins, daté de 1486, montre une machine volante à aile tournante (vis aérienne) basée sur le principe de la vis d'Archimède. Cependant, en l'absence de connaissances en aérodynamique et sans motorisation adéquate, il restera à l'état de projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande...).

Il faudra attendre la fin du XVIIIe siècle pour qu'une véritable avancée se produise : en 1754 le Russe Lomonossov essaie devant un aréopage scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les...) un modèle complexe à deux rotors coaxiaux contrarotatifs, mûs par un mécanisme d'horlogerie, et démontre l'existence d'une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale...) de sustentation. Le 26 avril 1784, les Français Launoy et Bienvenu font voler devant l'Académie royale des sciences un petit modèle très simple mû par un mécanisme de ressort à arc. En 1877, un autre Italien, Enrico Forlanini parvient à faire voler un petit hélicoptère à vapeur. Dix ans plus tard le Français Trouve fait décoller un modèle doté d'un moteur électrique, dont l'alimentation est obtenue depuis le sol par de fins fils de cuivre (Le cuivre est un élément chimique de symbole Cu et de numéro atomique 29. Le cuivre pur est plutôt mou, malléable, et présente sur ses...). En 1905 les frères Henri et Armand Dufaux font décoller verticalement un appareil à moteur à explosion (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un volume plus grand, généralement sous forme...) emportant sa propre énergie ainsi qu'une charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice...) de 6 kg.

La grande avancée significative se produisit en 1907, année du premier vrai décollage au monde (Le mot monde peut désigner :). Il aurait réussi, en Normandie à Coquainvilliers, près de Lisieux. Cet engin de 203 kilos est inventé et piloté par Paul Cornu. Pour la première fois, une machine s'est affranchie du sol sans élan avec un homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme ». Par distinction, l'homme...) à bord. Cette date du 13 novembre 1907 est citée dans toutes les histoires de l'aviation (L'aviation est une activité aérienne définie par l'ensemble des acteurs, technologies et règlements qui permettent d'utiliser un aéronef dans un but particulier. Ces diverses...), comme étant celle du premier vol (Le premier vol ou vol inaugural d'un avion est la première occasion pour celui-ci de prendre les airs par ses propres moyens. C'est l'équivalent en aéronautique du voyage inaugural pour un bateau.) libre d'un hélicoptère avec son pilote. D'autres essais significatifs d'hélicoptères emportant un homme sont réalisés la même année, par Louis Breguet (Louis Breguet est un horloger et physicien français. Il est né à Paris en 1803 et mort à Paris en 1883.) et Charles Richet à Douai. C'est également l'époque des essais de Maurice Léger.

C'est la bascule (Une bascule ou un basculeur est un circuit intégré logique doté d'une sortie et d'une ou plusieurs entrées. La sortie peut...) historique entre des modèles de petite taille et des machines faites pour emporter leur pilote. Puis le Danois Jens Christian Ellehammer en 1912, l'Argentin Raoul Pateras Pescara (Pescara est une ville de 120 000 habitants, au centre d'une zone métropolitaine de 400 000 habitants environ, de la province du même nom, dans les Abruzzes en Italie.) de Castelluccio, marquis Pateras-Pescara (1890 - 1966), et le Français Étienne Oehmichen à partir de 1920, réussissent à voler de mieux en mieux. Le marquis Raoul Pateras Pescara en particulier, est passionné par l'aviation.Tous ses appareils sont de véritables hélicoptères, pour être équipés de deux rotors coaxiaux contrarotatifs ( le Larousse de 1922 illustre le mot hélicoptère avec la photo du Pescara de 1919 à Barcelone (Barcelone (Barcelona en catalan et en castillan) est une commune de Catalogne - Espagne, située dans la province de Barcelone. Elle est la capitale historique,...) accompagnée du texte : "Système Pescara"). Pour assurer les déplacements, le pilote dispose d'un manche à balai qu'il peut incliner dans la direction qu'il veut suivre. Il en résulte une variation cyclique du pas de chaque pale (Une pale d'hélice (avion) ou de rotor (hélicoptère) est une surface portante en rotation autour d'un axe. C'est un dispositif...) à chaque rotation. Son hélicoptère 2F boucle le kilomètre le 16 janvier 1924 en 10 minutes 33 secondes fortement secoué par des rafales. Une rafale plus forte fit qu'à 850 m, la béquille arrière toucha le sol ; il obtint le record du monde de distance en hélicoptère le 18 avril 1924[2]

Dans les années trente, une machine nommée « gyroplane de laboratoire » réussit à voler à 100 km/h pendant une heure (L'heure est une unité de mesure  :). L’hélicoptère reste une machine encore expérimentale jusqu’en 1940.

Les Hélicoptères du Marquis de Pescara des années 1921 à 1925
Les Hélicoptères du Marquis de Pescara des années 1921 à 1925

Le n° 142 du 18 mai 1922 de Sciences et voyages, dans un article de 4 pages de P. James intitulé : « L'Hélicoptère supplantera-t-il l'avion ? » démontre qu'il n'y a aucune ambiguïté pour caractériser les différents modèles d'appareils. Il situe dans la même catégorie : Pateras-pescara, Crocker-Hewitt, Petrozy et Karman, Douhéret etc. et « il peut y avoir intérêt, surtout lorsque l'hélicoptère est combiné avec un aéroplane, à employer des hélices à axe séparés, solution adoptée par Cornu, Bréguet, Lacoin, etc. » Il nous informe sur ce qu'est un hélicoptère par rapport à un avion et son historique commence par les jouets de Delannoy et Bienvenu, en 1784, Philip en 1842, Coson en 1854, Bright en 1859, Landelle en 1861, etc. Pour entrer dans la période des essais d'hélicoptères en grandeur réelle, il faut s'intéresser en 1906 aux premiers essais du Léger (hélices de 6,25 m de diamètre commandées par un moteur électrique qui restait au sol, voir schéma) dans les hautes salles du Musée océanographique de Monaco. Il poursuit l'histoire par des photos du Cornu (1906), Lamé, l'appareil de M. Oemichen « une sorte d'hélicoptère, suspendu sous un ballon dirigeable », l'appareil d'étude construit à Douai en 1908 par Bréguet-Richet, l'avion-hélicoptère de Decazes et Besançon de 1910. Le Pescara 2R comportant 4 photos de détail et une complète de l'appareil en vol dans le hangar (Un hangar est un bâtiment souvent réduit à une couverture et servant à abriter des véhicules, des aéronefs, à stocker des récoltes, des...). En 1924, l'Aérophile publie pour le Pescara 2F, les performances suivantes : le 16 janvier 1924, vol de 1160 m, en 8 mn 13 sec et le 29 janvier 1924, vol en circuit fermé de 750 m, en 10 mn 10 sec. Tous les appareils Pescara répondent à la définition de l'hélicoptère. Ses appareils sont équipés de deux rotors coaxiaux contrarotatifs. Pour assurer les déplacements, le pilote dispose d'un manche à balai qu'il peut incliner dans la direction qu'il veut suivre. Il en résulte une variation cyclique du pas de chaque pale à chaque rotation. Les rotors produisent une poussée aérodynamique dissymétrique qui incline l'appareil dans la direction choisie. Une manette commande (Commande : terme utilisé dans de nombreux domaines, généralement il désigne un ordre ou un souhait impératif.) la variation globale du pas des rotors, permettant à l'hélicoptère de monter ou descendre verticalement. Cette innovation des commandes se retrouvent dans les appareils actuels sous les noms respectifs de commande de pas cyclique et de pas collectif. Un volant situé sur le manche à balai fait varier différemment le gauchissement des pales de chaque rotor, ce qui engendre un couple de rotation permettent le virage sur place. Le 4S qui évolue en 1931 pesant 400 kg muni d'un moteur de 40 CV dispose à l'avant d'une hélice débrayable. Le 4S peut donc fonctionner en hélicoptère ou en Autogire (L'autogire est un aéronef à voilure tournante libre. Inventé en 1923 par l'Espagnol Juan de La Cierva qui l'a nommé autogiro, il est parfois appelé gyrocoptère, par imitation de l'appellation...)[3].

Les revues de l'Aérophile et l'AÉRONAUTIQUE des années 1919 à 1931 permettent de suivre les essais des appareils à voilure tournante (La voilure est l'élément sustentateur d'un aérodyne. Elle peut être fixe (aile d'avion) ou tournante (rotor principal...). La description du 4S se trouve dans l'AÉRONAUTIQUE n° 143 d'avril 1931. Un schéma ayant son échelle démontre que l'appareil bien que plus léger a les mêmes dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une pièce de...) que les précédents.

Il y aura un 3F en 1925 dont la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) fut portée à 280 CV. Le Larousse de 1922 mit à l'honneur le « système Pescara » en incluant la photo de l'appareil de Barcelone dans la définition du mot « hélicoptère ». Son appareil, provenant de Barcelone, transformé en 2R va être remis en état afin d'être exposé en 2007 au Musée de l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser les cabines des avions et autres...) et de l'espace du Bourget. L'hélicoptère PESCARA type 2R comprend 2 hélices de 6,4 m de diamètre, à 6 paires de pales de 0,4 m de large, tournant en sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie...) inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que x·y = y·x = 1, si 1...) sur axes verticaux. La longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet,...) de la nacelle est de 5 m et la hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) est d'environ 3,2 m. Le moteur est un Rhône de 160 ch.

Le Gyroplane-laboratoire, à deux rotors superposés.
Le Gyroplane-laboratoire, à deux rotors superposés.

Finalement, Étienne Oehmichen couvre un kilomètre en circuit fermé le 4 mai 1924 à Arbouans (près de Montbéliard). Son appareil est le n° 2 qui se présente avec quatre hélices sustentatrices, quatre hélices d'évolution, une hélice tractive. Un article de 4 pages avec photos « L'Hélicoptère supplantera-t-il l'avion » de P. James dans le n° 142 du 18 mai 1922 de Sciences et voyages. L'appareil d'Oehmichen est décrit comme une sorte d'hélicoptère car il n'a pu être classé par l'auteur dans les deux catégories de véritables hélicoptères.

En 1927, est publié une étude expérimentale des voilures tournantes par l'Ingénieur de l'Aéronautique M. Lapresle. En effet le Laboratoire Eiffel est chargé par le Service Technique et Industriel de l'Aéronautique pendant les années 1924, 1925 et 1926 d'étudier par l'essai de maquettes de voilures d'autogires, de gyroptères et d'hélicoptères leurs comportements. Le recueil des essais a été publié en avril 1927. Il est rappelé qu'ils entendent un fonctionnement en hélicoptère celui relatif au cas où la voilure doit assurer à elle seule la sustentation et la translation.

Le VS-300 de Igor Sikorsky , le premier appareil de configuration moderne (1939), avec son hélice verticale contra-rotative de queue.
Le VS-300 de Igor Sikorsky , le premier appareil de configuration moderne (1939), avec son hélice verticale (La verticale est une droite parallèle à la direction de la pesanteur, donnée notamment par le fil à plomb.) contra-rotative de queue.

La période 1919 à 1924 voit donc les réussites d'Étienne Oehmichen et Raul Pateras Pescara. En effet, en 1924 la France, détenait avec ce dernier, le 18 avril le record de distance en véritable hélicoptère enregistré par la Fédération aéronautique internationale (FAI) et avec Oehmichen, ceux de distance en circuit fermé et d'altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et...) avec un combiné.

Louis Breguet et René Dorand réussirent à faire voler durant les années trente un appareil très réussi, le « Gyroplane Laboratoire », qui atteignit 100 km/h et vola plus d'une heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur elle-même, l'instant (l'« heure qu'il est »), y compris en sciences (« heure solaire »...). Cependant, l'hélicoptère restera un véhicule expérimental jusqu'aux années 1940.

Entre temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), de nombreux pionniers se sont lancés à leur tour dans l'aventure, dont les Allemands Heinrich Focke en 1937, Anton Flettner en 1939 et l'américain d'origine russe Igor Sikorsky en 1939 avec son VS-300.

La mise en œuvre opérationnelle

Double rotors ou simple rotor

Un CH-47 Chinook à double mat, et double rotor contra-rotatif.
Un CH-47 Chinook (Le CH-47 Chinook est un hélicoptère de transport lourd d'origine américaine. Ses deux rotors en tandem et sa forme en font un...) à double mat, et double rotor contra-rotatif.
Une maquette du Kolibri allemand de la seconde guerre mondiale, avec ses deux rotors  côte à côte se croisant lors de la rotation des pales.
Une maquette du Kolibri allemand de la seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. ...) guerre mondiale, avec ses deux rotors côte à côte se croisant lors de la rotation des pales.

Dès le début, les hélicoptères ont été handicapés par la question du couple : si un seul rotor soutient l'appareil, celui-ci tournera dans le sens inverse de la rotation du rotor, rendant l'appareil incontrôlable.

Des années 1900 aux années 1940, la seule solution retenue a été celle de l'utilisation de 2 rotors de sustentation, l'un tournant de gauche à droite, et l'autre de droite à gauche, ces rotations inversées neutralisant l'effet de couple.

Trois configurations ont été mises en œuvre pour ces doubles rotors :

  • deux rotors séparés, montés sur deux mâts distant l'un de l'autre.
  • deux rotors montés l'un au dessus de l'autre sur un même mât.
  • deux rotors "engrenants" montés à quelques centimètres l'un de l'autre, côte à côte, mais légèrement inclinés et se croisant en sens inverse (un système qu'on trouve sur le kolibri allemand).

Ces configuration à double rotors restaient complexes et coûteuses, et jusqu'aux années 1940, l'hélicoptère n'est resté qu'au stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι istêmi, « se tenir droit et ferme ») est un équipement sportif.) des projets ou des prototype, sans jamais connaître de production de série.

La percée est venue d'un ingénieur américain d'origine russe, Igor Sikorsky. Le 14 septembre 1939, il réalisa le premier vol (au bout d'un câble) de son VS-300 (Vought-Sikorsky 300), un appareil équipé d’un seul rotor principal (Le rotor principal est l'élément composé de plusieurs pales qui par sa rotation permet la sustentation, le pilotage et la propulsion d'un...) tripale entraîné par un moteur de 75 cv (56 kW). Afin de permettre l'existence d'une seule hélice, l'effet rotatif du couple était compensé par une petite hélice anti-couple placée au bout d'un queue. Cette innovation permit de simplifier les structures et d'alléger les coûts, et c'est cette configuration qui s’imposa par la suite chez la plupart des constructeurs, même si dans les années 40, les premiers hélicoptères à connaître une (petite) production en série, les hélicoptères allemands Flettner Fl 282 Kolibri (Le Flettner Fl 282 Kolibri était un hélicoptère de reconnaissance et d’observation réalisé en Allemagne pendant la Seconde Guerre mondiale par Anton Flettner.) et Focke-Achgelis FA 223 Drache (Le Focke-Achgelis Fa 223 Drache (Dragon) était un hélicoptère développé par la Sté Focke-Wulf pendant la Seconde Guerre...) auront encore la configuration bi-rotors (côte à côte).

Utilisations militaires

Durant la Seconde Guerre mondiale, les Allemands s'intéressèrent à ce type d'appareils. Ils mirent notamment au point (Graphie) un hélicoptère léger de reconnaissance, le Flettner Fl 282 Kolibri, ainsi qu'un hélicoptère de transport, le Focke-Achgelis (La société allemande Focke, Achgelis & Co., GmbH. avait son siège à Delmenhorst entre Brême et Hambourg. Elle avait des usines à Hoyenkamp...) FA 223 Drache. Ces appareils étaient tous deux équipés de 2 rotors contra-rotatifs, empêchant l'appareil de tourner sur lui-même. Ces appareils furent très peu utilisés durant le conflit.

Le premier véritable engagement opérationnel d'hélicoptères eut lieu durant la guerre de Corée. Il servait alors essentiellement à évacuer rapidement des blessés de positions difficilement accessibles. Ce fut également le cas durant la guerre d'Indochine. Durant la guerre d'Algérie, il sera massivement utilisé par l'armée française pour déplacer rapidement de petits contingents sur les lieux des combats, leur procurant ainsi une mobilité incomparable ; procéder également à de nombreuses évacuations sanitaires ; certains seront armés de canon, de mitrailleuses et même de lance roquettes (Sikorsky H-34) et missiles (Sud-Aviation Alouette II).

Un hélicoptère d'attaque Mil Mi-24 d'origine soviétique
Un hélicoptère d'attaque Mil Mi-24 (Le Mi-24 (code OTAN Hind) est un hélicoptère de combat soviétique du constructeur Mil avec une capacité de transport...) d'origine soviétique

De même, durant la guerre du Viêt Nam, les États-Unis en feront un emploi systématique au point que l'on surnommera cette guerre «la guerre de l'hélicoptère». C'est au cours de cette guerre que naîtra le concept d'hélicoptère de combat avec le Bell AH-1 Cobra (Le AH-1 Cobra, aussi appelé HueyCobra, Cobra, SeaCobra, Super Cobra, Whiskey Cobra, Zulu Cobra, Viper ou Snake en fonction du modèle, est un...). Désormais, l'hélicoptère ne sert plus seulement au transport : équipé de mitrailleuses, de canons, et de missiles, il apporte un appui appréciable aux troupes au sol et s'avère également redoutable dans la lutte anti-char.

De fait, jusqu'au milieu des années 1950, les hélicoptères étaient propulsés par des moteurs à explosion (même principe que ceux équipant les automobiles) en étoile ou en ligne. Il faut attendre 1955 et la mise en service de l'Alouette II (L'Alouette II est un type d'hélicoptère produit par le constructeur aéronautique français Sud-Aviation, l'une des sociétés...) de Sud-Aviation (Sud-Aviation est un constructeur aéronautique français né le 1er mars 1957 de la fusion entre la société nationale des constructions aéronautiques du sud-ouest (SNCASO) et de...) pour voir apparaître le premier hélicoptère de série propulsé par une turbine (Une turbine est un dispositif rotatif destiné à utiliser la force d'un fluide (eau, vapeur, air, gaz de combustion), dont le couple est transmis...). Bénéficiant d'une grande souplesse et d'une forte puissance, ce type de moteur est particulièrement bien adapté aux hélicoptères.

Utilisations civiles

On appelle activités civiles tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) ce qui n'est pas expressément militaire. Elles comprennent donc, en plus des hélicoptères privés et des sociétés de transport de passagers ou de travail aérien. Les activités dites « parapublic » comme les services :

  • de police et de gendarmerie,
  • du SAMU ou aide médicale d'urgence par hélicoptère,
  • de lutte contre les incendies (voir aussi avions bombardiers d'eau),
  • la sécurité civile.

Mais aussi, les activités de l'aviation civile :

  • du transport de passagers sur des lignes régulières (comme Nice-Monaco),
  • du transport à la demande, et/ou VIP (dont le baptême de l'air),
  • du transport off shore (activité spécifique bien différente du transport à la demande),
  • du levage et du transport de charge,
  • de l'épandage agricole,
  • dépose de pilote de port (généralement sur des navire (Un navire est un bateau destiné à la navigation maritime, c'est-à-dire prévu pour naviguer au-delà de la limite où cessent de s'appliquer les règlements techniques de sécurité de...) pour l'accostage (En anglais, le terme correspondant est soft docking.) de ces derniers au port),
  • de l'école (pour former des pilotes privées et professionnels),
  • des vols techniques (relevé topographiques, relevé électrique (l'appareil doit être alors spécialement équipé pour ces relevés),
  • des vols de prises de vues (photos, vidéos...).

Aspects techniques de la construction

Un Bristol Type 192 Belvedere utilisant des rotors de sustentation dits
Un Bristol Type 192 Belvedere utilisant des rotors de sustentation dits "en tandem"

Il existe plusieurs formules de construction d'hélicoptères. Le premier à breveter un projet qui l'utilisait a été l'allemand Heinrich Focke est composé de deux parties essentielles :

  • le rotor principal, dont l'axe est vertical, assure la sustentation (la portance venant de la vitesse (On distingue :) de rotation et de l'incidence des pales), le vol en translation dans toutes les directions : verticale, longitudinale (avant, arrière) et latérale. Il assure également le contrôle d'attitude en tangage et en roulis de l'hélicoptère
  • le rotor de queue ou rotor anti-couple (Le rotor anticouple est un rotor auxiliaire de petite taille situé à l'arrière d'un hélicoptère et dont le pas des pales est actionné par les...), appelé habituellement RAC par les pilotes d'hélicoptère, dont l'axe est sensiblement horizontal. Il empêche l'hélicoptère de tourner sur lui même lorsque le rotor principal tourne et permet d'assurer le contrôle en lacet.

Voici quelques autres formules de construction d'hélicoptères :

  • avec deux rotors de sustentation en tandem (l'un derrière l'autre, leur principal promoteur a été l'Américain Frank Piasecki. Ce système dans lequel les rotors tournent en sens inverse permet d'annuler le couple de réaction du rotor sur la cellule
  • avec deux rotors de sustentation coaxiaux (tournant autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit...) du même axe) comme les appareils du constructeur russe Kamov (Kamov (en russe ?????) est une société par actions de droit russe Kamov JSC (Joint Stock Company) qui a pris la suite de l'ancien bureau d'études (OKB, en russe ??????...)
  • avec des rotors de sustentation dits "engrenants", dont la rotation est synchronisée de manière que leurs pales se croisent sans se toucher (Le toucher, aussi appelé tact ou taction, est l'un des cinq sens de l'homme ou de l'animal, essentiel pour la survie et le développement des...) pendant la rotation, comme les machines du constructeur allemand Anton Flettner reprises par l'Américain Kaman (Kaman est une société américaine créée en 1945 par le pionnier de l'aéronautique Charles H. Kaman et spécialisée entre autres dans la construction d'hélicoptères et...) réalisateur du K-Max (Hélicoptère monoplace à rotors engrenants spécialisé dans le transport de charges à l'élingue (troncs d'arbres, structures pour...) qui de par leur conception font également l'économie d'un rotor anti-couple.

Principe de fonctionnement

Les pales du rotor principal sont généralement entraînées par le moteur au moyen d'une boîte de transmission, appelée par son acronyme BTP (Boite de Transmission Principale). Cette boîte de transmission, élément primordial de l'hélicoptère, permet la transmission de la puissance des moteurs vers le rotor principal, ainsi que vers le Rotor Anti Couple. Elle est composée généralement de plusieurs engrenages permettant de réduire les vitesses de rotations de sortie moteur (plusieurs milliers de tours par minute ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain...) pour les moteurs à turbine ) et de transmettre la puissance au rotor principal (généralement aux alentours de 200 à 400 tr/mn selon le diamètre rotor). La BTP comporte également une ou plusieurs roues (La roue est un organe ou pièce mécanique de forme circulaire tournant autour d'un axe passant par son centre.) libres, pour désolidariser le rotor du moteur en cas de panne et de permettre l'autorotation. Cependant on a aussi essayé d'utiliser la force de réaction des gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume...) d'échappement en extrémité des pales comme sur le Djinn.

Elles ont un profil asymétrique ou symétrique et agissent en rotation suivant le même principe que les ailes d'un avion. Le rotor tournant toujours à vitesse angulaire (En physique, et plus spécifiquement en mécanique, la vitesse angulaire ω, aussi appelée fréquence angulaire, est une mesure de la vitesse de rotation.) constante, c'est la variation de l'angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts apparentés.) d'incidence des pales (angle formé entre la corde de la pale et le vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface d'une planète. Les vents les plus violents connus ont lieu sur Neptune et sur Saturne. Il est essentiel à tous les...) relatif) qui provoque une modification du comportement du rotor, et par conséquent de la position de l'aéronef. Pour cabrer par exemple, il faut que le rotor ait un moment à cabrer. On modifie donc l'incidence de la pale de sorte que la portance de celle-ci soit maximale au passage à l'avant de l'appareil, et minimale à l'arrière de l'appareil. L'incidence de la pale varie donc de manière sinusoïdale en effectuant un tour rotor. Cette variation d'incidence est réalisable dans n'importe quelle direction. Elle est contrôlée par le pilote à l'aide du manche cyclique (l'équivalent du "manche à balai" sur avion. L'autre manière de contrôler l'incidence des pales est réalisée au moyen de la commande de pas général (aussi appelée pas collectif) tenue par la main (La main est l’organe préhensile effecteur situé à l’extrémité de l’avant-bras et relié à ce dernier par le...) gauche du pilote. Cette variation d'incidence est identique sur chacune des pales (modification générale de l'incidence - appelé ou encore le pas - des pales) et permet de contrôler la portance générale générée par le rotor (pour prendre de l'altitude ou descendre).

Le rotor de queue

Toute rotation du rotor principal entraîne un couple de réaction qui a tendance à faire tourner la cellule autour de lui et en sens inverse (3e loi de Newton). Pour contrer cet effet indésirable, on place (pour les hélicoptères à un seul rotor principal), à l'extrémité de la poutre de queue (La poutre de queue est la partie d'un hélicoptère à l'extrémité de laquelle est disposé le rotor anti-couple.) un rotor secondaire plus petit et tournant dans un plan sensiblement vertical appelé rotor anti-couple( la presence de ce RAC est inutile sur helicoptère a principe contrarotatif c'est à dire constituer de deux rotor principaux l'un au dessus de l'autre tournant en sens opposé, annulant ainsi l'effet de couple. C'est appareil sont toutefois rare.). Le couple de réaction variant en fonction de l'incidence des pales du rotor principal (la résistance au vent est d'autant plus grande que l'angle que forme celui-ci avec la corde des pales augmente), la force à appliquer doit elle aussi pouvoir être réglée par l'intermédiaire du rotor anti-couple qui est commandé par deux pédales (le palonnier) situées aux pieds du pilote. Selon le sens dans lequel le pilote agit sur le palonnier (enfoncement de la pédale gauche ou de la pédale droite) il augmente l'incidence des pales du RAC, ce qui va davantage contrer le couple du rotor principal (« tirer » la queue), ou il diminue cette incidence et qui aura pour effet de laisser « filer » celle-ci. Le mouvement de giration en vol stationnaire est commandé à l'aide du palonnier. Selon que le rotor principal tourne dans le sens horaire comme sur les hélicoptères de conception française ou en sens anti-horaire (hélicoptères de conception américaine ou allemande avant la fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur,...) avec Aérospatiale pour créer Eurocopter), le rotor anti-couple sera situé d'un côté ou de l'autre de la poutre de queue ou bien son souffle sera dirigé dans un sens ou dans l'autre, s'il est encastré dans un fenestron.

Schéma du système NOTAR
Schéma du système NOTAR (Le NOTAR (NO TAil Rotor) est une formule de dispositif anti-couple pour hélicoptères mise au point par McDonnell Douglas. Elle consiste à prélever les gaz d'échappement de...)

Le rotor anti-couple conventionnel peut être remplacé pour des questions de sécurité par le système NOTAR (pour NO TAil Rotor) qui effectue la même action au travers d'une turbine entraînée par le moteur soufflant de l'air dans la queue éjecté par des fentes(McDonnell Douglas MD-520N). Cette solution possède néanmoins l'inconvénient de ne pas atteindre l'efficacité d'un RAC de conception plus classique. Une autre solution, afin d'éviter l'emploi d'un rotor anti-couple, consiste à placer un deuxième rotor principal à l'arrière tournant à l'inverse du premier et qui contre le couple de celui-ci (Boeing CH-47 Chinook). Une troisième possibilité consiste à utiliser deux rotors l'un au-dessus de l'autre et tournant aussi en sens inverse, appelé rotor contra rotatif, chacun annulant le couple de réaction de l'autre (Kamov Ka-50) ou encore deux rotor contrarotatifs engrenants situés côte-à-côte sur des mâts rotor en "V" comme sur le Flettner Fl 282 Kolibri ou le K-Max de Kaman.

Pour déplacer l'hélicoptère dans une direction ou une autre, on bascule légèrement la composante de portance du rotor principal dans la direction souhaitée. La force de sustentation, perpendiculaire (En géométrie plane, on dit que deux droites sont perpendiculaires quand elles se coupent en formant un angle droit. Le terme de perpendiculaire vient du latin per-pendiculum (fil à plomb)...) au plan formé par le rotor en rotation vu de côté et auparavant verticale, va donc être inclinée et « tirer » l'hélicoptère dans le sens désiré. Ceci est obtenu en augmentant de façon sélective l'incidence des pales : celle qui aura une incidence plus grande aura aussi une portance plus importante et aura tendance à se soulever par rapport aux autres, provoquant par là l'inclinaison (En mécanique céleste, l'inclinaison est un élément orbital d'un corps en orbite autour d'un autre. Il décrit l'angle...) du rotor.

Pour une pale donnée, au cours de sa rotation, son incidence va donc varier d'un angle donné au départ pour augmenter puis revenir à cette même valeur quand la pale aura terminé un tour complet. Puisqu'à chaque tour les pales connaîtront une modification de leur incidence de façon récurrente, on nomme ces changements d'état la variation cyclique et c'est pour cette raison que la commande qui provoque ces modifications est appelée commande de pas cyclique et tenue par la main droite du pilote (voir plateau cyclique). En complément, la force de sustentation ainsi inclinée garde la même valeur et voit sa composante verticale, servant effectivement à la sustentation de l'aéronef, diminuer ce qui provoque un enfoncement de celui-ci. Ceci est compensé en augmentant légèrement l'incidence générale des pales (main gauche), action qui demandera aussi une correction au niveau du palonnier.

Les pales sont de plus animées de deux types de mouvements au cours d'une rotation complète du rotor : le battement (En acoustique, le battement est une interférence entre deux sons de fréquences légèrement différentes, laissant percevoir des pulsations. En acoustique...) ( "flapping" en anglais dans le sens vertical) et la traînée (lead/lag en anglais) dans le sens horizontal. Il s'agit de déplacements angulaires de la partie courante de la pale par rapport au pied de pale qui est fixé au niveau du moyeu rotor. Ces mouvements sont dûs aux forces aérodynamiques s'exerçant pendant le vol d'avancement : la dissymétrie de portance est la différence de portance qui existe entre la moitié avançante du disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une forme ronde et régulière, à l'image d'un palet — discus en latin.) rotor et la moitié reculante. Elle provient du fait que dans la direction du vol, le vent relatif s’ajoute au vent relatif rotatoire de la pale avançante et se soustrait de la pale reculante. La pale qui passe la queue et qui avance du côté droit de l’hélicoptère possède une vitesse air qui atteint son maximum sur la position 3 de l’horloge. Lorsque la pale continue, la vitesse air est essentiellement réduite à la vitesse rotatoire de l’air sur le nez (Le nez (du latin nasus) est chez l'homme la saillie médiane du visage située au-dessus de la lèvre supérieure et qui, en le surplombant, recouvre l'orifice des fosses nasales, qui constituent le...) de l’appareil. En quittant le nez, la vitesse air décroît progressivement pour atteindre son minimum à 9 heures. La vitesse air ensuite augmente progressivement et atteint de nouveau la vitesse rotatoire en passant sur la queue.(voir photos de l'amortisseur (Un amortisseur est un système destiné à limiter voire supprimer les oscillations d'un objet ou à isoler un objet de vibrations par dissipation...) entre les pales dans l'article plateau cyclique). Pour éviter une rupture de la pale aux points sollicités en flexion, celle-ci est équipée d'articulations et de butées ou amortisseurs spéciaux. Les pales modernes en matériau composite s'affranchissent de ces articulations. Le premier hélicoptère sans articulations fut le Bo 105 (Le Bo 105 est un hélicoptère léger bimoteur polyvalent allemand développé à partir de 1961 par Ludwig Bölkow et Emil Weiland.) de Ludwig Bölkow.

Il est utile de préciser qu'il est possible d'identifier l'origine des hélicoptères en vol. Vu de dessus, le rotor d'un hélicoptère de conception française ou russe (ainsi que soviétique) tourne dans le sens des aiguilles d'une montre (ou horaire), tandis qu'un hélicoptère construit en Italie, au Royaume-Uni, en Allemagne ou aux États-Unis tourne dans le sens contraire des aiguilles d'une montre.

Principe du vol de l'hélicoptère

Aspects physiques

Comme pour l'avion, la vitesse relative de l'air et de la voilure génère une action mécanique qui permet à l'engin de voler. On distingue deux composantes de cette action aérodynamique:

  • la traînée qui est la résistance à l'avancement. De son action sur le rotor de l'hélicoptère, il résulte un couple tendant à faire tourner l'appareil autour de son axe, d'où la nécessité d'un dispositif anti-couple.
  • la portance qui soulève l'appareil.

Animation (L'animation consiste à donner l'illusion du mouvement à l'aide d'une suite d'images. Ces images peuvent être dessinées, peintes,...)

Le contrôle d'un appareil repose alors sur la gestion de cette portance. Alors que sur les avions, des volets permettent de modifier la portance des ailes pour virer monter... sur l'hélicoptère, comme sur les éoliennes, on modifie le pas et l'inclinaison des pales. Cependant, il existe une différence. Si sur l'avion on agit individuellement sur chaque gouverne (Une gouverne est une surface mobile agissant dans l'air ou dans l'eau servant à piloter un mobile selon un de ses trois axes :), sur l'hélicoptère on contrôle la portance d'une pale suivant sa position par rapport à l'appareil. C'est le rôle du plateau cyclique (Le plateau cyclique est l'élément essentiel permettant de piloter un hélicoptère.), pièce principale du dispositif de commande de vol.

Vol stationnaire.

Le rotor de l'hélicoptère étant entraîné à vitesse constante, les déplacements verticaux de l'hélicoptère sont obtenus par la seule modification du pas des pales. À ce stade du vol, la portance des pales reste identique sur un tour du rotor. Il existe une position où la portance globale s'oppose exactement au poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la Terre. Elle est égale à l'opposé de la...) de l'appareil : l'hélicoptère peut rester immobile. Si elle lui est inférieure, l'appareil descend. Si elle est supérieure, il monte.

Vol en translation.

Pour que l'hélicoptère avance il faut une force à composante horizontale. Si on augmente la portance des pales lorsqu'elles passent derrière le rotor, leur plan de rotation s'incline vers l'avant, grâce à une articulation en battement reliant chaque pale à l'axe de rotation, et l'inclinaison de la portance produit la composante horizontale nécessaire. Il reste toutefois une composante verticale principale qui s'oppose au poids permettant le maintien en l'air, et la composante horizontale motrice engendre le mouvement d'avancement, donc accélération jusqu'à une vitesse où la traînée globale (résistance à l'avancement de l'hélicoptère) s'équilibrera avec la composante motrice.

Le principe est le même quelle que soit la direction de déplacement souhaitée.

Un cas de vol particulier et spécifique, la panne moteur

En cas de panne du/des moteur(s), le pilote d'hélicoptère doit se poser en autorotation, c'est un cas de vol spécifique à l'hélicoptère mais aussi à l'autogyre. Cette manœuvre peut s'apparenter au vol plané en avion.

Il s'agit pour le pilote d'effectuer les actions suivantes :

Mise en autorotation

Il s'agit pour le pilote de baisser rapidement le pas général (jusqu'à la butée de plein petit pas si nécessaire), puis ensuite de maintenir un régime rotor dans la plage (La Plage est un film anglo-américain réalisé par Danny Boyle en 2000 et adapté du roman The Beach d'Alex Garland) autorisée (indiqué sur l'instrument tachymétrique correspondant) d'après le manuel de vol du constructeur de l'appareil.

Descente

Il faudra ensuite conserver une vitesse horizontale de l'ordre de 50 à 70 kt pendant la descente (vitesse, appelée Vy, variant selon les machines). Le pilote peut prendre la vitesse qu'il souhaite, mais c'est à Vy que la puissance nécessaire au vol en palier est la plus faible et que donc, en autorotation, le taux de chute sera le plus faible (le taux de chute sera tout de même de l'ordre de 1500 à 2000 ft/min). Le pilote devra alors choisir un secteur d'atterrissage (L’atterrissage désigne, au sens étymologique, le fait de rejoindre la terre ferme. Le terme recouvre cependant des notions...) adapté pour se poser avec une composante de vent de face (c’est-à-dire avec un vent de secteur avant de plus ou moins 30°).

Atterrissage

À une hauteur sol dépendant de plusieurs facteurs (le type d'hélicoptère, le taux de descente, de la vitesse propre et aussi de la vitesse sol finale recherchée), il faut ensuite réaliser un flare en cabrant plus ou moins la machine. Le flare va permettre de diminuer la vitesse horizontale et la vitesse verticale afin de pouvoir réaliser un atterrissage, soit glissé en sécurité, soit posé à plat si le sol ou l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement...) ne permet pas un posé glissé. Enfin à une hauteur comprise entre 3 ft et 10 ft (soit entre 1 m et 3 m) reprendre une assiette nulle ou très légèrement positive et soutenir la machine au pas général pour amortir le contact avec le sol en convertissant l'énergie cinétique du rotor en force de sustentation. L'art de l'autorotation réside dans le dosage (En chimie analytique, le dosage est l'action qui consiste à déterminer la quantité d'une substance précise (l'analyte) présente dans une autre ou dans un mélange (la matrice).) de cette mise de pas : effectuée trop haut, l'appareil se retrouve sans tours rotor et tombe comme une pierre, effectuée trop tard ou pas bien dosée et l'appareil heurte le sol avec une vitesse verticale importante et peut être endommagé.

Les commandes de vol

Commandes d'une Alouette III
Commandes d'une Alouette III

Le pilote possède 3 systèmes principaux de commandes : le levier de pas cyclique (manche), le pas général (ou collectif) et les palonniers (pédales). Le cyclique contrôle l’inclinaison du rotor principal en créant une modification de l'angle d'incidence des pales.

Le collectif contrôle l’angle de pas de toutes les pales, ce qui a pour conséquence de modifier la portance générée par le rotor.

Le palonnier augmente ou diminue l'incidence des pales du rotor de queue , et donc la force de poussée générée par celui-ci. Il faut bien avoir à l'esprit que la poussée du RAC doit permettre de compenser le couple généré par le rotor principal. Ainsi, toute variation de la puissance mise en jeu sur le rotor principal, donc de la position du collectif, nécessite une action au palonnier.

Tout ceci fait que l’hélicoptère est une machine incroyablement complexe du point de vue aérodynamique comme nous l'avons vu plus haut mais c'est aussi et de très loin la plus manœuvrable.

Aspect technologique

  • le dispositif anti-couple
  • le plateau cyclique
  • le rotor principal

Principaux constructeurs

  • Catégorie:Constructeur d'hélicoptères

Notes et références de l'article

  1. (fr) Thierry Le Roy, « L'hélicoptère : une invention prometteuse au XIXe siècle. », dans Pour la Science (ISSN 0153-4092), Les génies de la science, n°31, mai-juillet 2007.
  2. Voir les documents d'enregistrement à la FAI.
  3. Voir un article « Pionnier de l'aviation » par l'Ingénieur Christian de Pescara le n° 88 du Petit Cantonal de Navarrenx- Siret : 429 162 639 000 18
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