Pourquoi un avion reste-t-il en l'air ?

Une aile est façonnée et inclinée de sorte que l'air qui la traverse soit dévié vers le bas. Dévier un flux d'air nécessite une force exercée sur cet air, et selon la troisième loi de Newton, l'air repousse l'aile avec une force égale et opposée : cette réaction est la portance. Du point de vue de la pression, le même phénomène apparaît comme un air circulant plus vite sur la surface supérieure courbée et plus lentement en dessous, laissant une pression plus faible au-dessus qu'en dessous. Les deux descriptions relèvent de la même physique vue sous des angles différents ; aucune n'est complète sans l'autre. Ce qui compte, c'est que l'aile envoie une grande masse d'air vers le bas chaque seconde, et le déséquilibre de pression qui en résulte, cumulé sur toute l'envergure, suffit à porter l'avion.

La quantité de portance dépend de trois éléments que le pilote ressent directement : la vitesse air, l'angle d'incidence (l'angle entre l'aile et l'air qui arrive) et la densité de l'air. Doubler la vitesse quadruple la portance, c'est pourquoi un avion de ligne a besoin d'une longue piste pour atteindre la vitesse à laquelle ses ailes peuvent porter 300 tonnes. Augmenter l'angle d'incidence ajoute de la portance jusqu'à un certain point ; au-delà d'un angle critique, l'écoulement se détache de la surface supérieure et la portance s'effondre, c'est le décrochage. L'air raréfié en altitude ou par temps chaud réduit la portance, les avions doivent donc voler plus vite dans ces conditions pour compenser, et les volets sont sortis à basse vitesse pour agrandir et courber l'aile lorsqu'il n'y a pas assez de vitesse disponible.

La portance seule n'explique pas un vol soutenu. Pousser l'air le long de l'aile coûte de l'énergie, car l'aile produit de la traînée en même temps que de la portance, et parce que les tourbillons qui se forment derrière les extrémités des ailes représentent de l'énergie dépensée dans l'air. Les moteurs fournissent la poussée qui compense cette traînée. En vol de croisière stabilisé, la portance égale le poids et la poussée égale la traînée : rien n'accélère, et l'avion poursuit simplement sa route. Un planeur fait le même compromis en utilisant la gravité au lieu de moteurs, descendant doucement dans l'air pour conserver sa vitesse. La flottabilité ne joue aucun rôle dans un appareil plus lourd que l'air ; il ne reste en l'air que tant qu'il continue à se déplacer suffisamment vite pour faire travailler l'air.