Facteur de charge

En aéronautique, le facteur de charge est le rapport entre la charge totale supportée par la structure d’un appareil (qui est égale à la force de portance) et le PTV de cet appareil, ou encore le rapport entre le poids apparent (ressenti) et le poids réel du pilote. On l’appelle également « G ».

En vol stabilisé, le facteur de charge est de 1. Lorsqu’un appareil effectue un virage ou sort d’un piqué, le facteur de charge augmente. Cette augmentation du facteur de charge implique que le pilote subit une accélération ayant tendance à la plaquer au fond de son siège et que la force de portance de l'aéronef augmente.

Une variation du facteur de charge entraine une variation de la vitesse de décrochage. Un aéronef volant à vitesse constante et voyant son facteur de charge augmenter peut donc subir un décrochage dynamique.

En parapente

Le facteur de charge en vol droit stabilisé est de 1. En virage, lors d'une ressource ou 360 (manoeuvre de descente rapide) le facteur de charge augmente. La tension dans les suspentes augmente donc en conséquence (elles sont plus chargées) et le pilote est plaqué dans sellette. Au contraire, au début d'une abattée le facteur de charge est inférieur à 1 (le pilote se sent plus léger).

En virage

File:Virage en parapente.svg

Le facteur de charge en virage est supérieur au facteur de charge en vol droit car au poids réel s'ajoute une force centrifuge

Le facteur de charge est égal au poids ressenti divisé par le poids réel (P), ou encore a la résultante des forces aérodynamiques divisé par le poids réel. Or au cours d'un virage établi (virage parfaitement circulaire avec un taux de chute, un angle de roulis Ф et une vitesse angulaire constants) une force d'inertie centrifuge s'ajoute au poids réel. Le poids apparent vaut alors P / cos Ф.

Par conséquent, le facteur de charge en virage stabilisé vaut G = 1 / cos Ф.

Ceci est vrai pour des virages lents (à faibles angles). Lorsque le pilote accèlère la rotation et se met dans une configuration de descente rapide en spirale (360 engagés) l'axe de roulis n'est plus horizontal, un mouvement de lacet et de tangage s'ajoute au roulis. L'équation du facteur de charge reste identique mais l'angle Ф à prendre en compte sera l'angle entre l'axe vertical et l'axe qui passe entre le centre de gravité (~torse du pilote) et le centre de portance (~centre de l'aile).

Angle Ф	Facteur de charge
10⁰	1.01 G
30⁰	1.15 G
45⁰	1.41 G
60⁰	2 G
70⁰	2.9 G
75⁰	3.9 G
80⁰	5.7 G
85⁰	11.5 G

Effets sur le corps humain

Le corps humain est capable d'encaisser des accélérations conséquentes pendant un temps bref (sauts, chocs...), mais résiste difficilement à des accélérations prolongées subies lors de certaines manœuvres aériennes telles que les 360 engagés (manœuvre de descente rapide courante en parapente).

Symptômes

Le principal problème, qui affecte les pilotes lorsqu'ils subissent des accélérations dirigées dans l'axe du corps vers le bas (G_z positifs), est que le cœur devient rapidement incapable d'alimenter le cerveau et les yeux en sang et donc de leur amener de l'oxygène (hypoxie). Il en résulte les symptômes suivant (dans l'ordre d'apparition) :

1. viscosité mentale : les temps de réaction du pilote augmentent, ce dernier réfléchit moins vite et devient moins attentif, il perd progressivement ses sensations ; cet état s'accompagne aussi souvent d'une euphorie ;
2. voile gris : le champ de vision s'assombrit progressivement (de la périphérie vers le centre) et devient donc plus étroit ; lorsque le pilote s'en rend compte, il a déja perdu 75% de son champ de vision ;
3. voile sombre : le pilote ne voit plus rien ;
4. perte de conscience : le pilote perd conscience ; si l'accélération diminue rapdiment suite à la perte de conscience, le pilote reprend ses esprits au bout d'une quinzaine de secondes tout en restant dans un état de confusion mentale (désorientation, lenteur) pendant une quinzaine de secondes supplémentaires ; lors d'une augmentation rapide de l'accélération, le pilote peut perdre connaissance avant même d'avoir perçu les autres symptômes.

Les troubles visuels apparaissent en moyenne entre 3 et 4 G_z<ref name="vol libre">Valeurs extraites du graphique en page 4 du document Pas LÉGERS les G !, Yann Le Moël.</ref> lors d'une accélération durant plus de 5 secondes<ref>valeur moyenne, ces symptômes peuvent déja apparaitre avec un seuil mini de 1,5 G)</ref>. La perte de connaissance survient en moyenne aux alentours de 4-5 G<ref name="vol libre" /><ref>avec un seuil minimal de 3 G</ref>. Si l'accélération persiste aprés la perte de connaissance, elle peut provoquer la mort.

Les G_z négatifs - accélération vers le haut - provoquent d'autres troubles liés à un excès de sang dans la tête : voile rouge, mal de tête, saignements, confusion, convulsions. Contrairement aux G_z positifs, l'entrainement ne permet pas d'augmenter son seuil de tolérance à ces accélérations. En parapente, aucune manœuvre ne provoque de G_z négatifs à moins d'être suspendu à l'envers, tête vers le bas et pieds vers la voile.

Limiter les effets

Ces symptômes surviennent plus tôt chez les pilotes non entrainés à subir les accélérations et les pilotes fatigués, malades, n'ayant pas mangés. Un autre facteur aggravant est que le pilote néophyte retient souvent sa respiration pendant que l'accélération augmente. Essayez de vous concentrer sur votre respiration.

Si l'accélération est progressive, le corps peut s'adapter pour pomper plus de sang au cerveau et donc supporter un peu plus de G : entre 5 et 10 secondes d'accélération les seuils moyens de troubles visuels et de perte de connaissance sont respectivement de l'ordre de 3 et 4 G<ref name="vol libre" /> alors qu'après 15 secondes ils sont de 4 et 5 G<ref name="vol libre" />.

Les pilotes d'avions de chasse qui doivent supporter de fortes accélérations durant des périodes prolongées utilisent des combinaisons anti-G à air comprimé qui en se gonflant compriment les membres inférieurs et le bassin. Le sang continue ainsi à irriguer la tête plus longtemps. De telles combinaisons nécessitent un équipement lourd (soit un compresseur soit une bouteille d'air comprimé) et leur utilisation pour en vol libre n'est donc pas à l'ordre du jour. Contracter ses muscles (surtout les abdominaux) aurait le même effet bénéfique et permettrait de supporter jusqu'à 2 G supplémentaires<ref>FAQ de fr.rc.aviation</ref>.

Dangers des 360

Un pilote de parapente pratiquant les 360 engagés peut facilement se mettre en danger en s'exposant aux symptômes décrit plus haut, surtout en cas de neutralité ou d'instabilité spirale. S'il perd connaissance, il peut rester dans une configuration de spirale avec un taux de chute très rapide jusqu'à l'impact avec le sol. Cette perte de connaissance peut arriver à un pilote qui est supris par le caractère neutre spirale de son parapente et ne sait pas comment en sortir, ou à un pilote parfaitement informé de ce danger mais qui, la viscosité mentale aidant, n'a pas le temps de se rendre compte de la situation avant que ce soit trop tard pour réagir.

Références

<references />

Liens externes

• 360 et nombre de G (pdf 320ko) - Article de Yann Le Moël publié dans Vol libre, disponible en ligne dans la partie Technique et Sécurité Parapente du site web de la FFVL
• FAQ de www.aviation-fr.info