Geekbusters : l'héliporteur d'Avengers est-il vraiment capable de voler ?

Après s'être penché sur le cas du marteau de Thor et de l'armure d'Iron Man, on va aujourd'hui s'intéresser à l'héliporteur des Avengers. Est-il vraiment capable de voler ? Vous le saurez très vite !

Dans le premier film Avengers, nous découvrions avec grande stupéfaction le Quartier Général du SHIELD qui n'est autre qu'une base volante appelée Héliporteur. Il s'agit en fait d'un gros porte-avions qui est capable de voler grâce à d'énormes propulseurs. Il est d'ailleurs proposé en version LEGO depuis quelques semaines à environ 310 euros. Cet Héliporteur est vraiment impressionnant, car malgré sa taille et son poids, il est tout de même capable de décoller alors qu'il navigue sur l'océan. Après avoir revu Avengers, on s'est tous demandé si cela serait possible dans la vraie vie. Nous allons le voir tout de suite.

Une machine de guerre de 487 000 tonnes !

L'Héliporteur est une grosse machine de guerre, et même si les dimensions n'ont jamais été dévoilées, on se doute bien qu'il est gigantesque et extrêmement lourd. Pour répondre à cette fameuse question, 4 étudiants du Department of Physics and Astronomy à l'Université de Leicester (Ashley Clark, Kate Houghton, Jacek Kuzemczak et Henry Simms) se sont tout d'abord intéressés aux dimensions et au poids de cet Héliporteur. En se penchant sur une image de l'Héliporteur, et plus particulièrement sur un avion de chasse furtif Lockheed Martin F-22 Raptor qui était posé dessus, ils ont estimé que la longueur et la largeur de l'Héliporteur sont respectivement de 583m et 134m. La longueur des 10 pales des propulseurs a été calculée en utilisant la même méthode, et estimée à 30m. En comparant l'Héliporteur à la classe de porte-avions géants Nimitz (dimensions : 74m x 77m x 333m et un poids de 9,07 x 10⁷ kg), les étudiants ont pu déterminer son poids approximatif. Il est estimé à 4,87 x 10⁸ kg (4,87 avec 8 zéros derrière !).

Maintenant que nous avons le poids de l'Héliporteur, il faut désormais s'intéresser à la force de portance (FL) nécessaire pour décoller. Pour que cela soit possible, il faut que FL > P (P = m.g, P étant le poids, m la masse et g l'accélération de la pesanteur). Selon les étudiants et la page Wikipédia de la portance, la force FL = 1/2 x ρ x V² x A x n_b x C_L (où ρ est la masse volumique de l'air, V la vitesse moyenne de la pale par rapport à l'air qui l'entoure, A la surface de référence de chaque pale, nb le nombre de pale de chaque propulseur et C_L le coefficient de portance). Après quelques étapes de calculs, on arrive au final à calculer la fréquence f de chaque propulseur nécessaire à l'envol de l'Héliporteur.

Il est incapable de voler !

La formule finale est la suivante : f = ((3 x M x g) / (2 x Π² x ρ_air x A x n_b x n_p x C_L x R²))^1/2 où n_p est le nombre de propulseurs et R est la longueur de chaque pale. Oui c'est vrai, la formule est vraiment compliquée, mais c'est pour la bonne cause. Vous avez déjà beaucoup de chance car on vous épargne les différentes étapes de calculs ! Nous allons bientôt savoir si l'Héliporteur est vraiment capable de voler ! Après la dernière étape de calcul, on se retrouve avec une fréquence f de 5,40 Hz pour les quatre propulseurs. Ce qui revient à une vitesse de rotation de 324 tours par minute (ou 374 tours par minute lorsque Hawkeye tire accidentellement dans l'un des propulseurs. Oui, car avec 3 propulseurs au lieu de 4, il faut une vitesse de rotation encore plus élevée !). En comparant ces données à celles des hélicoptères les plus puissants (258 tours par minutes au maximum avec des hélices de 16,5m), on se rend compte qu'il est complètement impossible que l'Héliporteur démarre avec seulement trois ou quatre propulseurs de cette taille. En effet, la fréquence f est beaucoup trop élevée pour les propulseurs. Si on estime que la puissance des moteurs de l'Héliporteur est plus élevée qu'un simple hélicopter, on pourrait imaginer que cela suffirait pour que l'Héliporteur s'envole. Malheureusement, nous n'avons aucune information sur ces détails techniques. Mais, alors que faudrait-il changer à cet Héliporteur pour qu'il puisse décoller dans la vraie vie ?

Hélicoptère Mil Mi 24 V

Des améliorations techniques pour décoller !

Pour décoller, il faudrait donc que la fréquence f soit au maximum de 4,3 Hz (258/60), comme celle des hélicoptères cités ci-dessus. Pour que cela puisse être possible, on pourrait par exemple imaginer que l'Héliporteur dispose de plus de propulseurs, ou de propulseurs avec des hélices plus longues. Cela permettrait d'avoir plus de puissance sans pour autant augmenter la fréquence des propulseurs. Nous avons effectué quelques calculs dans les bureaux (on s'est beaucoup creusé la tête je peux vous l'assurer) et nous nous sommes aperçus qu'il faudrait au minimum 7 propulseurs de la même taille avec des pales similaires pour qu'il puisse décoller. Ainsi, la fréquence pour chaque propulseur serait plus faible et cela permettrait donc à l'Héliporteur de décoller. Si on agit uniquement sur la taille des hélices, il faudrait ajouter 4 mètres à chaque hélice de chacun des 4 propulseurs. Oui, on a effectué les calculs nous-même et je tiens à préciser que c'était vraiment compliqué. En revanche, il est impossible de faire varier la fréquence f (et donc la vitesse de rotation par minute des propulseurs) en fonction du nombre d'hélices. En se penchant sur la formule établie par les étudiants, on se rend compte que le nombre d'hélices n'a pas d'influence sur la fréquence en question.

Mais finalement pas si loin de la réalité !

Dans un tout autre contexte, on pourrait imaginer que dans un futur proche nous pourrions utiliser un autre matériau pour construire l'Héliporteur. En effet, en utilisant un matériau plus léger, mais tout aussi solide que celui utilisé actuellement, il serait possible de faire décoller l'Héliporteur avec les caractéristiques proposées dans le film (4 propulseurs avec 10 pales de 30 mètres de long). Pour cela, nous pourrions imaginer un Héliporteur fabriqué en graphène. Le graphène est considéré à l'heure actuelle comme le matériau le plus résistant au monde (200 fois plus résistant et 6 fois plus léger que l’acier) comme nous l'avons expliqué dans le Geekbusters sur le bouclier de Captain America. Ce matériau serait donc idéal pour faire voler l'Héliporteur sans changer sa configuration.

Verdict

Tout au long de ce Geekbusters nous avons vu que l'Héliporteur des Avengers n'était pas capable de s'envoler avec les quatre propulseurs qu'il embarque. En effet, avec 40 pales (10 pales par propulseur) de 30 mètres de long, les quatre propulseurs atteignent une fréquence de 5,40 Hz, ce qui est beaucoup plus élevé que la fréquence maximum que l'on retrouve chez les hélicoptères les plus puissants. Ainsi, si le SHIELD voulait faire décoller son Héliporteur, il faudrait l'équiper avec non pas quatre, mais sept propulseurs ou avec des hélices de 34 mètres ! Une autre solution pourrait être d'utiliser un matériau beaucoup plus léger pour construire l'Héliporteur. Le graphène semble le candidat idéal, à condition que l'on puisse l'exploiter dans les années à venir ! Bien évidemment, nous sommes dans un film de science-fiction avec des personnages qui ont des pouvoirs alors on peut penser que cette incohérence n'est pas vraiment importante aux yeux des spectateurs !