Pourquoi les avions flottent-ils ?

Un ballon à air chaud ou un dirigeable flotte réellement : il contient un gaz moins dense que l'air ambiant, si bien que la force de flottabilité d'Archimède dépasse son poids. Un avion, c'est l'inverse, une machine plus lourde que l'air. Un monocouloir pèse environ 70 à 80 tonnes au décollage, alors que l'air occupant son volume n'en pèse que quelques dizaines de kilos. Rien ne le soutient par flottabilité. Ce qui se passe, c'est qu'il se maintient en l'air par un travail constant : les moteurs le propulsent vers l'avant et les ailes convertissent cette vitesse en force verticale. Dès que la vitesse disparaît, la portance disparaît aussi, et l'appareil descend. L'impression de flotter, en croisière, vient de l'absence de repères visuels proches à cette altitude et de la stabilité du vol, mais l'aile travaille à chaque instant.

L'aile est un profil courbe qui avance avec un léger angle par rapport au flux d'air. L'air qui l'entoure se courbe et s'écoule vers le bas en quittant le bord de fuite ; selon la troisième loi de Newton, si l'aile pousse l'air vers le bas, l'air pousse l'aile vers le haut. Vu du côté des pressions, l'air s'accélère au-dessus de l'extrados et la pression y chute, tandis qu'elle augmente sous l'intrados : la différence, intégrée sur toute la surface, constitue la portance. Les deux descriptions relèvent de la même physique. Ce qui n'est pas correct, c'est l'explication populaire selon laquelle l'air du dessus devrait atteindre le bord de fuite en même temps que l'air du dessous ; en réalité il arrive plus tôt. La portance croît avec le carré de la vitesse, avec la densité de l'air, avec la surface de l'aile et avec l'angle d'incidence, jusqu'à ce que le flux se décolle et que l'aile décroche.

En vol horizontal, la portance équivaut au poids et la poussée à la traînée. Si les pilotes veulent monter, ils augmentent la puissance ou l'angle d'incidence ; s'ils veulent descendre, ils réduisent l'un ou l'autre. Un avion sans moteurs ne tombe pas non plus comme une pierre : il plane, échangeant de l'altitude contre de la vitesse, et un avion de ligne peut parcourir 15 à 20 km horizontalement pour chaque 1 000 m d'altitude perdus. C'est pourquoi les planeurs volent des heures sans moteur, en recherchant des ascendances. Ce que fait un avion, en somme, c'est tomber très lentement vers l'avant tandis que les moteurs compensent la perte d'énergie.

L'autre lecture de la question a elle aussi une réponse. Les avions terrestres ne sont pas conçus pour se poser sur l'eau, mais le fuselage pressurisé est un tube presque étanche, et les ailes contiennent des réservoirs qui, vides ou presque, ajoutent du volume. Les règlements de certification exigent d'analyser le comportement lors d'un amerrissage d'urgence et de prévoir des issues et des radeaux. En janvier 2009, un Airbus A320 d'US Airways, sans poussée sur aucun des deux moteurs, s'est posé sur l'Hudson et est resté à flot assez longtemps pour évacuer tous ses occupants. Les hydravions et amphibies, à flotteurs ou à coque en forme de bateau, sont eux conçus pour flotter et décoller depuis l'eau de façon habituelle.