La soufflerie transsonique et la culture technique NACA
Histoire de la soufflerie
Pour maitriser le vol, préserver la vie des pilotes et des passagers et limiter les risques d’accidents il aura fallu tester encore et encore. A la fin du XIXème siècle, l’arrivée des premières souffleries aérodynamiques va permettre à l’aéronautique de réaliser des progrès considérables, ces installations joueront un rôle déterminant dans l’aviation moderne.
Qu’est-ce qu’une soufflerie [« wind tunnel »]
Une soufflerie est une installation permettant d’étudier les effets d’un écoulement d’air sur un corps. Cette installation aérodynamique se compose d’un tunnel (rectangulaire, circulaire ou elliptique) dans lequel le vent est produit généralement par des ventilateurs. Le corps à étudier (ex : maquette d’avion réduite) est disposé dans une chambre qu’on nomme « veine d’essai ». Pour augmenter la vitesse de l’air et l’efficacité de la soufflerie, le tunnel dispose d’un collecteur en amont de la chambre/veine d’essai et d’un diffuseur en aval. Le collecteur est une sorte d’entonnoir qui va permettre d’accélérer le flux d’air dans la veine d’essai, le diffuseur quant à lui récupère le flux à la sortie de la veine pour l’élargir et le distribuer de façon optimale aux ventilateurs.
En français, le terme de «soufflerie» a été gardé, pourtant, il fait référence aux toutes premières installations, le terme anglais «wind tunnel» semble tout même plus indiqué.
En effet, dans les premiers modèles, qui n’ont finalement pas perduré, le ventilateur était disposé en amont de la veine d’essai (fonctionnement par soufflage), alors que très vite on s’est aperçu qu’en disposant le ventilateur en aval de la veine (fonctionnement par aspiration) le résultat était bien meilleur = plus de perturbation sur le corps à étudier.
Types de souffleries
On distingue les différents types de souffleries en fonction de leurs architectures, leurs diamètres ou section utile, leur usage et de la vitesse du vent qu’il est possible d’atteindre.
Les deux grands types de souffleries
Soufflerie à veine ouverte (type Eiffel): L’air entre dans la structure et est rejeté à l’extérieur de la structure.
Soufflerie à retour (type Prandlt) – circuit fermé: L’air est guidé et réinjecté en boucle dans la structure.
Autres types de souffleries :
climatique: vent avec reproduction de conditions climatiques (pluie, sable..)
pressurisée: augmentation de la masse volumique de l’air par la pression
cryogénique: augmentation de la masse volumique de l’air par diminution de la température
à rafale: génération de rafales par détente du gaz
à arc: variante de la soufflerie à rafale par déclenchement d’arc électrique
à choc: variante de la soufflerie à rafale par onde de choc
Types de souffleries selon la vitesse du vent généré :
Subsonique : jusqu’à environ 130 m/s (470km/h)
Transsonique : de Mach 0,5 à Mach 1,5
Supersonique : de Mach 1,5 à 5
Hypersonique : de Mach 5 à 20 et plus
Malgré les avancées technologiques dans le numérique et les capacités de calcul du plus puissant des ordinateurs, il n’est pour l’instant pas encore envisageable de réaliser des tests fiables en aérodynamique ailleurs qu’en soufflerie.
Achèvement de la première soufflerie à réaction à grande vitesse Langley Field, Californie
Lorsque la physique nucléaire est devenue un domaine incontournable de la recherche scientifique fondamentale dans les années 1920, elle avait besoin de nouveaux outils de recherche, en particulier l’invention d’accélérateurs pour sonder les noyaux avec des particules subatomiques artificiellement énergisées. 1 De même, lorsque les États-Unis ont commencé à développer un effort national de recherche aéronautique appliquée dans les années 1920, cela aussi avait besoin de nouveaux outils de recherche, en particulier des souffleries améliorées pour les expériences utilisant des flux d’air artificiels. Les progrès ultérieurs dans les deux domaines ont régulièrement résulté des progrès des outils de recherche – comme les prix Nobel ultérieurs l’ont régulièrement reconnu, et pas les trophées Collier ultérieurs.
Au milieu du siècle, ce contraste pouvait être compté avec les dissemblances les plus évidentes entre les deux domaines. Bien que la physique nucléaire et l’aéronautique américaine aient continuellement exigé de nouvelles connaissances empiriques, leurs prix prééminents depuis les années 1920 avaient montré une estime très différente pour les progrès dans les moyens de les générer. En 1951, lorsque les pionniers de l’accélérateur de particules, Sir John Cockroft et Ernest TS Walton, ont remporté le prix Nobel de physique, ils ont rejoint d’anciens lauréats qui avaient fait progresser la science nucléaire en inventant l’accélérateur de type cyclotron, la chambre à brouillard pour rendre visibles les traces de particules subatomiques, le méthode d’expérience de résonance magnétique, perfectionnements supplémentaires de la chambre à brouillard et technique photographique pour étudier les processus nucléaires générés par les accélérateurs. 
Mais jusqu’au Collier Trophy de la même année – à l’exception du cas particulier de 1947 – le comité d’attribution du Collier avait complètement ignoré les outils de recherche, citant à la place comme les plus grandes avancées de l’aéronautique américaine uniquement l’équipement aéronautique, les opérations aériennes, les vols héroïques et les nouveaux avions. . Pourtant, les chercheurs en aéronautique, avec leurs outils de recherche en constante amélioration, en particulier les ingénieurs et les souffleries du Comité consultatif national de l’aéronautique, ont contribué de manière importante à bon nombre de ces avancées. 
Ainsi, le comité d’attribution de 1951 a ajouté de manière importante à la portée du Collier en reconnaissant les nouvelles souffleries transsoniques de la NACA et les vingt membres du personnel technique de la NACA les plus étroitement associés à leur avènement au lieu de cela, nommer comme les plus grandes avancées de l’aéronautique américaine uniquement l’équipement aéronautique, les opérations aériennes, les vols héroïques et les nouveaux avions. Pourtant, les chercheurs en aéronautique, avec leurs outils de recherche en constante amélioration, en particulier les ingénieurs et les souffleries du Comité consultatif national de l’aéronautique, ont contribué de manière importante à bon nombre de ces avancées. 
Ainsi, le comité d’attribution de 1951 a ajouté de manière importante à la portée du Collier en reconnaissant les nouvelles souffleries transsoniques de la NACA et les vingt membres du personnel technique de la NACA les plus étroitement associés à leur avènement au lieu de cela, nommer comme les plus grandes avancées de l’aéronautique américaine uniquement l’équipement aéronautique, les opérations aériennes, les vols héroïques et les nouveaux avions. Pourtant, les chercheurs en aéronautique, avec leurs outils de recherche en constante amélioration, en particulier les ingénieurs et les souffleries du Comité consultatif national de l’aéronautique, ont contribué de manière importante à bon nombre de ces avancées. Ainsi, le comité d’attribution de 1951 a ajouté de manière importante à la portée du Collier en reconnaissant les nouvelles souffleries transsoniques de la NACA et les vingt membres du personnel technique de la NACA les plus étroitement associés à leur avènement en particulier les ingénieurs et les souffleries du Comité consultatif national de l’aéronautique, avaient largement contribué à bon nombre de ces avancées. 
Ainsi, le comité d’attribution de 1951 a ajouté de manière importante à la portée du Collier en reconnaissant les nouvelles souffleries transsoniques de la NACA et les vingt membres du personnel technique de la NACA les plus étroitement associés à leur avènement en particulier les ingénieurs et les souffleries du Comité consultatif national de l’aéronautique, avaient largement contribué à bon nombre de ces avancées. Ainsi, le comité d’attribution de 1951 a ajouté de manière importante à la portée du Collier en reconnaissant les nouvelles souffleries transsoniques de la NACA et les vingt membres du personnel technique de la NACA les plus étroitement associés à leur avènement.
Le besoin du milieu du siècle pour les tunnels transsoniquesDans le cas spécial de 1947, l’aviateur de combat Chuck Yeager a piloté le nouvel avion X-1 du fabricant Lawrence Bell plus vite que la vitesse du son. Yeager a ainsi non seulement percé le soi-disant mur du son, mais a aidé à faire fonctionner un outil de recherche transsonique conçu principalement par John Stack, chercheur et gestionnaire vétéran de la NACA à grande vitesse.
Le Collier qui en a résulté a cité non seulement le dépliant héroïque et le constructeur d’avions, mais également l’innovateur d’outils de recherche NACA. 2 Stack lui-même n’était pas présent dans le désert californien sous le X-1 lors de ses vols de recherche transsoniques, mais certains de ses collègues du NACA l’étaient. Un détachement d’ingénieurs du Langley Memorial Aeronautical Laboratory en Virginie a orchestré le fonctionnement de l’avion expérimental. 3Ils l’ont instrumenté pour la collecte de données, ont planifié puis observé chaque vol en détail, et évalué ce qui a été mesuré et enregistré. Ils voulaient de nouvelles connaissances empiriques sur la plage de vitesses de l’air incroyablement complexe, parfois littéralement dangereuse, proche de la vitesse du son, qui varie avec la température de l’air et peut dépasser 740 milles à l’heure.
Leurs patrons NACA à Langley Field et à Washington voulaient également des avancées dans la recherche transsonique. La vitesse de l’air s’était avérée cruciale pendant la Seconde Guerre mondiale et les jets commençaient à remplacer les avions de guerre à hélices. 
Dans une évaluation très médiatisée du programme de défense nationale de 1946, la commission d’enquête spéciale du sénateur James M. Mead avait sévèrement réprimandé la NACA, accusant les échecs passés de « vision et imagination » concernant les « développements aéronautiques révolutionnaires » comme la technologie des missiles de l’Allemagne nazie et les avions à réaction que la Grande-Bretagne et l’Allemagne s’étaient développées dans les années 1930, lorsque l’establishment aéronautique américain pensait encore que les jets étaient irréalisables. 4En conséquence, le rapport annuel de 1946 de la NACA au Congrès affirmait sa résolution «de faire face à la nécessité urgente de renouveler l’accent sur la recherche fondamentale», comme la NACA appelait habituellement ses études d’ingénierie à l’esprit pratique mais scientifiquement fondées. « Sans certaines données de conception essentielles », poursuit le rapport, « le développement d’avions à très grande vitesse et de missiles guidés ne peut pas continuer. » fraîches, les inquiétudes de la guerre froide s’intensifiaient et les stratégies de guerre bureaucratique de la NACA commençaient à cibler l’armée de l’air. Comme la NACA, l’AAF – qui deviendra bientôt l’Air Force –
De la science de l’ingénieur à la grande science
Aspirait à créer et à contrôler de nouveaux outils de recherche aéronautique nationaux coûteux : de grandes souffleries pour des expériences utilisant des écoulements d’air artificiels transsoniques et supersoniques.
En tant que motivation pour la recherche à grande vitesse, l’urgence de la concurrence militaire internationale – mais pas celle de la concurrence politique de Washington – apparaît dans des déclarations distinctes et représentatives des directeurs de recherche de la NACA et de l’AAF en 1947. L’urgence de la recherche aéronautique résulte de la relation de la puissance aérienne à la sécurité nationale.
Exemples de dossiers pour les essais en soufflerie en laboratoire
La NASA maintient douze souffleries majeures dans trois centres de terrain capables de fournir des débits à 0,1 M 10 et des nombres de Reynolds jusqu’à 45106 m. La maintenance et l’amélioration de ces installations sont gérées par une structure de gestion unifiée dans le cadre du projet Aeronautics and Evaluation and Test Capability (AETC) de la NASA. Les installations de l’AETC sont ; les souffleries transsoniques 11×11 et supersoniques 9×7 de la NASA Ames ; les souffleries supersoniques 10×10 et 8×6, le tunnel à basse vitesse 9×15, le tunnel de recherche sur le givrage et le laboratoire de simulation de propulsion, tous à la NASA Glenn ; et la National Transonic Facility, Transonic DynamicsTunnel, laboratoire d’aérothermodynamique LAL, tunnel haute température 8 et tunnel basse vitesse 14×22, tous à la NASA Langley. Cette présentation décrit les principales installations de l’AETC et leurs capacités actuelles, ainsi que les améliorations prévues au cours des cinq prochaines années. Ces améliorations se répartissent en trois catégories. Les premières sont des améliorations de l’exploitation et de la maintenance destinées à accroître l’efficacité et la fiabilité des souffleries. Il s’agit notamment de nouvelles pales de ventilateur (éventuellement composites) dans plusieurs installations, de nouveaux systèmes de contrôle de la température et de nouveaux systèmes de données d’installation beaucoup plus performants.
La deuxième catégorie d’améliorations concerne les progrès de la capacité des installations. Celles-ci comprennent des améliorations significatives de l’accès optique dans les sections d’essai en soufflerie à Ames , des améliorations de l’acoustique des sections d’ essai à Glenn et Langley, le développement d’une capacité de grosses gouttelettes surfondues pour la recherche sur le givrage et le développement d’une capacité de givrage pour les essais de gros moteurs . La dernière catégorie d’améliorations consiste en des tests améliorations technologiques qui apportent de la valeur à plusieurs installations. Il s’agit notamment de projets visant à augmenter la précision de l’équilibre, à fournir une caractérisation d’étalonnage traçable au NIST pour les souffleries et à faire progresser les instruments optiques pour la validation de la dynamique des fluides computationnelle (CFD). Pris dans leur ensemble, ces projets individuels apportent d’importantes
En 1929, la première soufflerie à réaction à grande vitesse a été achevée à Langley Field, en Californie, le laboratoire de terrain du National Advisory Committee for Aeronautics. Les travaux de conception préliminaires avaient commencé le 14 novembre 1928. Une vitesse de vent d’environ 600 mph a été atteinte, ce qui a permis de tester les aérodynamiques à cette vitesse. Le tunnel a depuis été désactivé.
https://www.onera.fr/en/history/onera-70-years-the-facts-prior-to-its-creation
https://www.science.gov/topicpages/l/laboratory+wind-tunnel+tests
http://www.simulateur-chute-libre.fr/histoire-de-la-soufflerie/