La NASA et Boeing testent des ailes longues et fines qui pourraient changer les avions de ligne
Les avions de passagers du futur pourraient sembler radicalement différents de ceux d'aujourd'hui : au lieu d'ailes classiques, relativement courtes et larges, ils recevraient des ailes beaucoup plus longues et plus fines qui consomment moins de carburant et offrent aux passagers un voyage plus calme. Derrière ce changement se trouve un programme de recherche conjoint de l'agence spatiale américaine NASA et du constructeur aéronautique Boeing, qui a terminé en décembre 2025 une série clé d'essais en soufflerie au centre de recherche de la NASA Langley en Virginie.
Le programme porte le nom d'Integrated Adaptive Wing Technology Maturation (IAWTM), et son but est de développer des technologies qui permettront l'utilisation d'ailes avec un rapport d'allongement beaucoup plus grand – donc des ailes plus longues et plus étroites – sans compromettre la sécurité et la durabilité structurelle de l'avion. La NASA et Boeing veulent ainsi ouvrir la voie à une nouvelle génération d'avions commerciaux qui seraient à la fois plus économes, plus silencieux et plus confortables pour les passagers.
Pourquoi l'industrie aéronautique se tourne vers des ailes longues et étroites
L'industrie aéronautique cherche depuis des années des moyens de réduire la consommation de carburant et les émissions, non seulement en raison de la hausse des prix du carburant mais aussi en raison d'objectifs climatiques et environnementaux de plus en plus stricts. La majeure partie des pertes aérodynamiques sur les avions de passagers provient de la traînée induite – des turbulences aux extrémités des ailes qui se créent lors de la génération de la portance. Une aile plus longue et plus fine, c'est-à-dire une aile avec un plus grand rapport d'allongement, réduit cette traînée induite et augmente le rapport portance/traînée, ce qui se traduit directement par une consommation de carburant moindre.
La tendance est déjà visible sur le marché : les avions gros-porteurs modernes ont un rapport d'allongement des ailes nettement plus élevé que les anciennes générations. Le centre de recherche aérospatial allemand DLR indique que, par exemple, l'Airbus A300 des années 1970 avait un rapport d'allongement d'environ 7,7, tandis que l'Airbus A350, présenté en 2013, a un rapport d'environ 9,3 – une géométrie d'aile nettement plus grande et plus élancée à l'aide de matériaux composites et de solutions aérodynamiques avancées.
Les recherches montrent qu'une telle géométrie peut apporter des économies mesurables. Une étude récente sur l'exemple de l'avion de passagers long-courrier Boeing 777-300ER a montré que l'augmentation du rapport d'allongement de l'aile d'environ 1,5 fois peut réduire la traînée induite d'environ 23 pour cent et la traînée totale de l'aile d'environ 13 pour cent – ce qui représente une économie de carburant considérable au niveau de l'avion entier.
Une aile qui se plie de plus en plus : risques aéroélastiques et « flottement »
Cependant, des ailes plus longues et plus fines viennent avec un défi technique sérieux. À mesure que l'envergure augmente, et que la structure s'efforce simultanément de rester aussi légère que possible, l'aile devient plus flexible. En vol, cela signifie de plus grandes flexions et torsions, surtout lors de rafales de vent, de changements d'altitude ou de manœuvres brusques. Dans des cas extrêmes, un phénomène dangereux connu sous le nom de flottement (flutter) peut apparaître – une instabilité aéroélastique où l'écoulement de l'air sur l'aile se « synchronise » avec les fréquences propres de vibration de la construction, de sorte que l'oscillation s'amplifie et peut croître de manière exponentielle.
Dans le pire scénario, un flottement incontrôlé peut conduire à des dommages structurels ou même à la rupture de l'aile. C'est pourquoi l'objectif du programme de la NASA et de Boeing n'est pas seulement de « déterminer » les limites de telles instabilités, mais de développer des systèmes actifs de contrôle de l'aile qui empêcheraient le flottement avant qu'il n'apparaisse. Cela est obtenu par une combinaison de capteurs dans la construction, de modèles informatiques et de surfaces de contrôle mobiles sur l'aile qui réagissent en temps réel aux charges et aux déformations.
Le programme IAWTM : un laboratoire commun pour les ailes du futur
C'est précisément ce dont traite le programme Integrated Adaptive Wing Technology Maturation, situé au sein du projet NASA Advanced Air Transport Technology (AATT), qui fait partie du programme Advanced Air Vehicles. Son objectif stratégique est de permettre l'augmentation du rapport d'allongement chez les avions de transport d'environ 1,5 à 2 fois par rapport aux configurations d'aujourd'hui, tout en maintenant la sécurité et la maniabilité.
Dans le cadre du programme, sont développées et testées des lois de contrôle dites multi-objectifs : des algorithmes qui tentent simultanément de réduire la traînée (optimisation de la traînée), d'atténuer les charges lors des manœuvres, d'amortir les rafales de vent et de supprimer activement le flottement. Une telle approche combine l'aérodynamique, la dynamique des structures et l'automatique en un tout – une discipline que les ingénieurs aéronautiques appellent aéroservoélasticité.
Le programme s'appuie sur des projets antérieurs d'avions « verts », parmi lesquels se trouve aussi le Subsonic Ultra Green Aircraft Research (SUGAR), dans lequel une aile haubanée à grand allongement a déjà été testée, mais avec un plus petit nombre de surfaces de contrôle actives. IAWTM va maintenant un pas plus loin : au lieu de deux surfaces mobiles par aile, comme c'était le cas dans SUGAR, le nouveau modèle utilise dix de ces éléments afin de gérer plus finement le comportement de l'aile en vol.
Transonic Dynamics Tunnel : un grand tunnel pour un demi-avion
Les essais qui ont culminé en décembre 2025 ont été menés dans le Transonic Dynamics Tunnel (TDT) de la NASA au Langley Research Center à Hampton, état de Virginie. Il s'agit d'une soufflerie qui participe depuis plus de six décennies au développement d'avions civils et militaires américains, de fusées, de véhicules spatiaux et de configurations expérimentales. Le tunnel a une section d'essai haute et large d'environ 4,9 mètres (16 pieds), assez grande pour des modèles qui représentent fidèlement le comportement aérodynamique et structurel des grands avions de passagers.
Puisque tout un véritable avion de passagers ne peut pas tenir dans la soufflerie, la NASA et Boeing ont commandé un modèle spécial de la moitié d'un avion qui a été fabriqué par l'entreprise NextGen Aeronautics. Le modèle ressemble à un fuselage et une aile d'avion « coupés au milieu » et fixés au mur du tunnel. L'aile d'une envergure d'environ 13 pieds (un peu moins de quatre mètres) a une géométrie à grand rapport d'allongement, avec une corde relativement petite et un profil mince qui se plie considérablement en vol.
Le long du bord de fuite de l'aile sont placées dix surfaces mobiles similaires aux volets et ailerons classiques, qui servent de « muscles » au système de contrôle actif. Des centaines de capteurs sont intégrés dans l'aile et le longeron pour mesurer les charges, les déformations et les vibrations, tandis qu'une série de systèmes de mesure dans le tunnel surveille la vitesse et la direction de l'écoulement de l'air. Toutes ces informations sont envoyées en temps réel à des ordinateurs qui contrôlent le déplacement des surfaces de contrôle selon des algorithmes prédéfinis.
De SUGAR à l'aile adaptative avancée
Le nouveau modèle d'aile représente une avancée significative par rapport aux configurations de recherche antérieures. Dans le programme SUGAR, qui incluait également Boeing, une aile avec deux surfaces de contrôle actives a été testée, ce qui permettait de gérer partiellement les charges et les vibrations. Dans IAWTM, avec dix surfaces séparées le long du bord de fuite, les ingénieurs obtiennent beaucoup plus de degrés de liberté : ils peuvent cibler différentes parties de l'aile, modifier la répartition de la portance et ajuster finement la réponse aux rafales de vent.
Une telle approche ouvre la possibilité que l'aile se « comporte » différemment dans différentes phases de vol. Par exemple, pendant la croisière, l'accent peut être mis sur la minimisation de la traînée et de la consommation de carburant, tandis que pendant les turbulences, la priorité passe à l'amortissement des vibrations et à la protection de la structure. Au décollage et à l'atterrissage, les surfaces de contrôle peuvent aider à une répartition plus uniforme des charges sur l'envergure, ce qui facilite les exigences structurelles et peut permettre des longerons plus minces et plus légers.
Tests en 2024 et 2025 : d'abord le calibrage, ensuite le contrôle actif
Le programme d'essais s'est déroulé en deux campagnes principales. Au cours de l'année 2024, la NASA et Boeing ont mené la première série de tests dans le TDT afin de collecter des données de base sur le comportement de l'aile sans algorithmes complexes de contrôle actif. Ces résultats ont été comparés à des simulations informatiques avancées, et les différences entre les mesures et les modèles ont servi à ajuster finement les outils numériques.
La deuxième campagne, menée en 2025, a utilisé les dix surfaces de contrôle dans différentes combinaisons. Les chercheurs ont testé des algorithmes pour la réduction des charges lors des manœuvres, pour l'atténuation des rafales de vent ainsi que pour la suppression active du flottement. Dans ces tests, le tunnel a généré des conditions similaires aux rafales de vent et à la turbulence qu'une aile subirait en vol réel, tandis que les systèmes de contrôle répondaient en temps réel aux changements de charge.
Selon les premières analyses, les systèmes de contrôle actif développés à la NASA et chez Boeing ont montré de « grandes améliorations de performance ». Les tests dans lesquels des rafales de vent ont été simulées se distinguent particulièrement : par rapport au cas sans contrôle actif, l'amplitude de secousse de l'aile a été visiblement réduite, ce qui signifie moins de charge sur la structure et des conditions plus calmes pour les passagers. Bien que des données quantitatives détaillées n'aient pas encore été publiquement divulguées, la NASA indique que les algorithmes aéroservoélastiques ont réussi à amortir significativement les vibrations indésirables.
Maintenant suit la phase d'étude détaillée des données collectées. Les ingénieurs analyseront comment différentes configurations de surfaces de contrôle et d'algorithmes se comportent à travers une large gamme de vitesses, de densités de l'air et de charges. Les résultats seront ensuite partagés avec les constructeurs d'avions et les compagnies aériennes, qui évalueront sur cette base quelles technologies il est sensé d'intégrer dans les futurs modèles de passagers.
Ce que gagnent les passagers et les compagnies aériennes
Pour les passagers, l'effet le plus visible de ces technologies pourrait être – ou pour mieux dire, à peine perceptible – la sensation d'un vol beaucoup plus calme. Des ailes plus longues et plus fines peuvent en elles-mêmes offrir un passage plus fluide à travers l'air, mais avec le contrôle actif de l'aile, la turbulence est davantage amortie. Un système qui « écoute » les rafales de vent et ajuste la géométrie de l'aile en une fraction de seconde peut considérablement réduire les secousses soudaines et les tremblements que de nombreux passagers ressentent comme une partie désagréable, voire effrayante, du voyage.
Pour les compagnies aériennes, le calcul économique est clé. Une consommation de carburant moindre signifie des coûts plus bas et une exposition réduite à la volatilité des prix des produits pétroliers. En combinaison avec des moteurs modernes et des structures composites légères, les ailes à grand rapport d'allongement peuvent aider à réaliser des économies de carburant à deux chiffres en pourcentage sur les routes commerciales typiques, surtout sur les vols long-courriers. Simultanément, une moindre consommation de carburant signifie moins d'émissions de CO2 par passager, ce qui s'inscrit dans les objectifs climatiques que se sont fixés tant les organismes de réglementation que l'industrie elle-même.
Il est aussi important que les technologies de contrôle actif puissent être introduites progressivement. Il n'est pas nécessaire que les premiers avions équipés d'un tel système aient immédiatement des ailes extrêmement élancées ; ils peuvent commencer avec un rapport d'allongement modérément augmenté, avec un système qui aide à l'atténuation des charges, et ensuite, à mesure que l'industrie acquiert de l'expérience, aller vers des géométries plus agressives. Cette gradualité réduit le risque technologique et réglementaire et facilite la certification de nouvelles solutions.
Un pas vers une aviation plus respectueuse du climat
Le travail de la NASA et de Boeing sur les ailes adaptatives à grand allongement s'inscrit dans le tableau plus large de la transformation du transport aérien. Alors qu'une partie de l'industrie se concentre sur de nouveaux carburants – carburants d'aviation durables (SAF), hydrogène ou propulsions électriques et hybrides-électriques – les améliorations aérodynamiques et structurelles restent un fondement nécessaire de toute stratégie de décarbonation. Toute réduction de la traînée et augmentation de l'efficacité réduit directement la quantité d'énergie nécessaire pour effectuer le même vol, peu importe d'où vient cette énergie.
Si les résultats du programme IAWTM se traduisent en avions de passagers concrets, les futurs passagers pourraient s'asseoir dans une cabine avec vue sur des ailes inhabituellement longues et élégantes qui se plient visiblement au décollage et aux atterrissages. Derrière cette vue se trouveront des systèmes sophistiqués de capteurs, d'actionneurs et d'algorithmes qui veillent à ce que le pliage reste dans des limites sûres, que les vibrations soient amorties, et que la consommation de carburant soit moindre que jamais auparavant. Cela, avec d'autres innovations, pourrait aider le transport aérien à maintenir son rôle dans la mobilité globale, mais avec une empreinte écologique nettement plus petite qu'aujourd'hui.
Bien que les essais en soufflerie soient terminés, le travail pour les scientifiques et les ingénieurs n'est pas encore fini. Les prochaines étapes incluent la diffusion des résultats à la communauté d'experts, la vérification de la manière dont les leçons apprises peuvent être appliquées à différents types d'avions – des avions à fuselage étroit pour les lignes courtes et moyennes aux grands appareils gros-porteurs – et enfin le développement d'un démonstrateur en vol réel. À quelle vitesse cela se produira dépendra de l'intérêt des constructeurs, des cadres réglementaires et de la préparation du marché, mais il est clair que l'idée d'ailes longues, étroites et activement contrôlées se rapproche sérieusement de l'application commerciale.
Sources :
- NASA – communiqué officiel sur les essais d'ailes longues et plus étroites dans le Transonic Dynamics Tunnel (lien)
- New Atlas – présentation de vulgarisation scientifique des tests de l'aile adaptative NASA–Boeing et de la réduction de la turbulence (lien)
- Flying / Flights – article analytique sur le projet IAWTM et les effets du contrôle actif sur le flottement et les charges de l'aile (lien)
- DLR – texte technique sur le développement d'ailes avec un plus grand rapport d'allongement dans l'aviation commerciale (lien)
- MDPI / Aerospace – travail scientifique sur l'impact d'un rapport d'allongement d'aile accru sur la traînée et l'efficacité, sur l'exemple du Boeing 777-300ER (lien)
- NASA NTRS – présentations sur les objectifs et méthodes du programme Integrated Adaptive Wing Technology Maturation et les lois de contrôle multi-objectifs (lien)
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