Par Lauren Nagel
Les souffleries sont des équipements précieux pour caractériser l’aérodynamique des objets. Il en existe plusieurs types, qui fonctionnent de différentes façons.
Dans cet article, nous aborderons :
- Le fonctionnement des souffleries
- Les types de souffleries (vitesse, circuit ouvert ou fermé, à ciel ouvert et CFD)
- Comment les souffleries sont utilisées pour concevoir des aéronefs
- Comparaison des types de souffleries
1. Fonctionnement des souffleries
Les souffleries sont un excellent outil pour produire des flux d’air dans un environnement contrôlé et reproduire les conditions de vol.
En utilisant un ou plusieurs ventilateurs pour faire circuler l’air autour d’un objet, on peut visualiser l’interaction entre l’objet et l’écoulement d’air environnant afin de prévoir son comportement aérodynamique.
Figure 1 : Installation d’une maquette d’aéronef dans la zone d’essai d’une soufflerie
Dans les essais classiques en soufflerie, un ventilateur génère le vent et le fait passer dans une zone d’essai où est installé l’objet étudié. Les souffleries varient en taille et en forme.
La plupart des souffleries ont un circuit de retour ouvert ou fermé. Pour certains essais supersoniques, on peut aussi utiliser des souffleries à détente, qui reposent sur une différence de pression entre un réservoir haute pression en amont de la zone d’essai et un réservoir basse pression en aval.
Les essais en soufflerie peuvent combiner des capteurs de pression d’air, des balances de mesure des forces et des indicateurs physiques comme la fumée, l’huile et la peinture pour caractériser l’interaction entre un objet et un flux d’air.
Les méthodes avancées comprennent la peinture sensible à la pression, qui change de couleur en fonction des variations de pression, ainsi que la vélocimétrie par images de particules, qui utilise une nappe laser pour suivre la vitesse des particules traversant un plan de la zone d’essai.
Figure 2 : Essai d’un aéronef de l’US Navy en taille réelle dans une soufflerie
2. Types de souffleries
On peut distinguer les différents types de souffleries selon plusieurs critères, notamment la vitesse, la configuration, le type et les résultats obtenus.
Vitesse de la soufflerie
Les souffleries classiques sont classées selon la vitesse de l’air dans la section d’essai par rapport à la vitesse du son (Mach 1). Elles se répartissent en quatre catégories : subsonique (Mach <0,8), transsonique (Mach 0,8 – 1,2), supersonique (Mach 1,2 – 5,0) et hypersonique (Mach >5,0).
Les limites entre les catégories dépendent de l’importance des effets de compressibilité à prendre en compte pour les vols à cette vitesse.
À mesure que les objets accélèrent, ils compriment les gaz environnants, ce qui modifie la densité du fluide et change l’intensité des forces exercées sur l’aéronef.
Cet effet ne se produit pas à des vitesses subsoniques, mais il a des conséquences particulières à des vitesses transsoniques, supersoniques et hypersoniques, d’où cette classification.
Circuit de retour ouvert ou fermé
Les souffleries se déclinent en de nombreuses configurations, mais celles à circuit de retour ouvert ou fermé sont les plus courantes. Elles diffèrent par leur forme et la manière dont l’air y circule.
Les souffleries à circuit ouvert ont des extrémités ouvertes de part et d’autre de la section d’essai et puisent l’air dans l’environnement où elles se trouvent.
Après avoir traversé la section d’essai et être sorti par une extrémité de la soufflerie, l’air recircule dans la pièce jusqu’à l’entrée de la soufflerie, où il peut y pénétrer de nouveau (figure 3).
Une soufflerie à circuit ouvert dont la section d’essai est ouverte est également appelée « soufflerie Eiffel », du nom de Gustave Eiffel, qui a utilisé sa soufflerie parisienne pour étudier les propriétés de portance d’un profil aérodynamique.
Une soufflerie à circuit ouvert dont la section d’essai est fermée est également appelée « soufflerie NPL », du nom du National Physical Laboratory, où elle a été utilisée pour la première fois.
Figure 3 : Soufflerie à circuit de retour ouvert (grc.nasa.gov)
Les souffleries à circuit fermé utilisent un circuit autonome qui fait recirculer l’air dans la soufflerie, à travers la section d’essai (figure 4).
La soufflerie n’est pas ouverte sur l’environnement d’essai entourant l’installation : le même air y circule donc en boucle. Des aubages directeurs contribuent à rendre plus progressifs les changements de direction de l’écoulement d’air dans la soufflerie.
Les souffleries à circuit fermé sont également appelées « souffleries Prandtl », du nom de Ludwig Prandtl, qui a élaboré les premières théories sur les ondes de choc supersoniques. On les appelle aussi « souffleries de Göttingen », du nom du laboratoire de recherche allemand où elles ont été utilisées pour la première fois.
Figure 4 : Soufflerie à circuit de retour fermé (grc.nasa.gov)
Les souffleries classiques de ce type présentent notamment l’avantage de pouvoir produire des écoulements à grande vitesse et de confiner la zone d’essai.
Cela dit, le fait de confiner la zone d’essai complique également les essais d’un aéronef en mouvement, car l’espace est limité. Les essais classiques en soufflerie se font souvent sur des maquettes, car les souffleries capables d’accueillir des aéronefs en taille réelle sont extrêmement coûteuses à construire.
La plus grande soufflerie du monde, qui mesure 80' x 120’ et se trouve au centre de recherche Ames de la NASA, en Californie, a été construite en transformant une soufflerie plus petite de 40' x 80’. En 1979, le budget du projet s’élevait à 85 millions de dollars américains, soit environ 350 millions de dollars américains aujourd’hui.
« Souffleries » à ciel ouvert / Windshapers
Les souffleries à ciel ouvert, ou Windshapers, constituent une alternative prometteuse aux souffleries classiques fermées.
Cette solution est particulièrement adaptée aux essais en vol libre d’aéronefs et de drones, car elle permet de tester sans les limites imposées par une soufflerie physique. Ces installations à ciel ouvert peuvent accueillir des aéronefs de même taille pour une fraction du coût d’une soufflerie classique.
Les souffleries à ciel ouvert diffèrent des souffleries classiques en ce que la zone d’essai est exposée à l’environnement et n’est pas enfermée dans une soufflerie (figure 7).
Un mur de ventilateurs produit un écoulement d’air 3D défini par une fonction à trois variables (x, y, z). Cette fonction transmet des informations à chaque ventilateur, qui peut produire toutes sortes de profils de vent, comme des vagues, de la turbulence, des rafales, etc.
Le flux d’air est dirigé à travers une zone d’essai ouverte où se trouve l’aéronef. Celui-ci peut ainsi voler librement sans avoir besoin d’être fixé en place.
Pour en savoir plus : Pourquoi tester les moteurs et les hélices de votre drone
Figure 7 : Essai d’un drone dans une soufflerie à ciel ouvert (Windshaper)
La visualisation de l’écoulement d’air dans un système à ciel ouvert est rendue possible par l’utilisation simultanée de technologies de suivi du mouvement et de sondes d’écoulement.
Un logiciel de visualisation des écoulements combine les données issues de ces deux sources, puis les traite, les interpole et les visualise (figure 8).
Les données recueillies peuvent être visualisées en temps réel ou analysées ultérieurement à l’aide d’outils standard de visualisation CFD.
Figure 8 : Visualisation de l’écoulement d’air autour d’un drone avec la technologie ProCap de Streamwise
La diversité des profils de vent produits par un ou plusieurs murs de ventilateurs est idéale pour simuler un vol par mauvais temps ou autour de bâtiments et de reliefs.
Cette vidéo du gouvernement du Canada illustre bien, par exemple, les difficultés du pilotage d’un drone en milieu urbain et les compétences que les pilotes en ville doivent acquérir.
Comme la zone d’essai n’est pas confinée, les souffleries à ciel ouvert permettent également de tester les configurations de décollage et d’atterrissage.
Les Windshapers sont inclinables jusqu’à 90 degrés. L’utilisateur peut ainsi s’exercer aux phases de vol les plus critiques en simulant l’effet de sol, les courants ascendants thermiques, les vents de travers, etc.
En outre, des phénomènes météorologiques peuvent être ajoutés à la zone d’essai, comme la pluie, la neige ou le brouillard (figure 9).
Figure 9 : Essai d’un drone sous la pluie
Les souffleries à ciel ouvert sont relativement peu coûteuses par rapport aux souffleries classiques de même section d’essai. Elles rendent donc les essais en vol libre plus accessibles.
À ce jour, aucune soufflerie à ciel ouvert n’a été construite pour atteindre des vitesses transsoniques, ce qui constitue un inconvénient de ce modèle.
Simulation informatique / CFD
La simulation informatique en soufflerie, ou dynamique des fluides numérique (CFD), peut être utilisée seule ou en complément d’essais physiques pour comprendre l’aérodynamique d’un objet.
Dans les projets soumis à des contraintes budgétaires, la simulation peut être la seule méthode d’évaluation d’un objet ; dans les projets de plus grande envergure, elle peut orienter et compléter les essais physiques en soufflerie.
Figure 5 : Visualisation de l’écoulement d’air sur un volet d’aile par AirShaper
Les logiciels peuvent fonctionner à partir d’un minimum de données, comme une maquette 3D ou un scan 3D d’un aéronef. Le modèle est importé dans le logiciel d’essai et soumis à différentes conditions de vent simulées.
L’utilisateur peut contrôler la vitesse du vent, l’angle d’attaque, le mouvement de l’aéronef et les propriétés du fluide.
Les résultats de la simulation fournissent des informations essentielles telles que la forme du vent, la pression en surface et le décollement de l’écoulement sur certaines parties de l’aéronef (figure 6).
Pour les débutants en CFD, la NASA propose plusieurs logiciels gratuits de simulation en soufflerie, conçus pour enseigner les bases de l’aérodynamique et de la propulsion. Pour des applications commerciales plus avancées, des entreprises comme AirShaper et SimScale proposent des solutions qui permettent de créer des modèles détaillés et des profils de vent complets.
Figure 6 : Visualisation de l’écoulement autour du train d’atterrissage d’un aéronef grâce à la technologie CFD de SimScale
Dans l’ensemble, la CFD est un moyen économique de recueillir des données aérodynamiques théoriques, d’autant plus que la technologie devient plus avancée.
Cependant, au bout du compte, ces données restent théoriques.
Nous avons mené une expérience pour comparer les données CFD aux conditions réelles lors d’essais d’hélices, et les résultats étaient très intéressants.
Tendances émergentes et avenir des technologies de soufflerie
L’avenir des souffleries passe par la combinaison de la CFD et de l’IA avec les données expérimentales. Cette convergence technologique permet d’intégrer en temps réel les simulations expérimentales et numériques. Les souffleries intelligentes, comme les systèmes SMART d’Optomet, utilisent des outils laser pour mesurer les vibrations et les caractéristiques aérodynamiques sans toucher la surface de l’objet, afin de ne pas perturber l’écoulement d’air autour du véhicule testé. Le système intègre l’IA pour filtrer automatiquement le bruit du signal et ajuster les mesures en temps réel. Les données peuvent ainsi être recueillies avec davantage de précision lors d’essais à grande vitesse, sans recalibrage manuel.
Figure 7 : Soufflerie SMART d’Optomet
Les souffleries cryogéniques utilisent le refroidissement à l’azote liquide pour atteindre des nombres de Reynolds élevés. Elles permettent de simuler des environnements de vol hypersonique. La soufflerie cryogénique de Cologne est une soufflerie à circuit fermé qui utilise cette technologie. De l’azote liquide y est injecté afin d’abaisser la température du gaz à 100 K. La baisse de température augmente la densité de l’air et diminue sa viscosité, ce qui permet d’atteindre un nombre de Reynolds plus élevé sans modifier la taille du modèle ni la vitesse du vent [1].
Figure 8 : Soufflerie cryogénique à Cologne
3. Comment les souffleries sont utilisées pour concevoir des aéronefs
Les souffleries peuvent aider les constructeurs d’aéronefs à améliorer leurs conceptions en identifiant les points où l’aérodynamique peut être optimisée.
Les concepteurs peuvent ainsi améliorer le rapport portance/traînée, ce qui peut se traduire par une plus grande autonomie de vol et une meilleure résistance aux turbulences.
Les souffleries plus avancées peuvent également simuler des turbulences et des écoulements latéraux afin d’étudier les performances dans diverses situations de vol.
La taille de la soufflerie nécessaire dépend de celle de l’aéronef et du type d’essais réalisés. Certaines souffleries sont assez grandes pour tester des aéronefs en taille réelle, tandis que d’autres utilisent des maquettes pour tirer des conclusions sur les versions grandeur nature.
Par exemple, les essais en vol libre nécessitent une soufflerie plus grande que les essais sur une maquette d’aéronef montée sur support.
4. Comparaison des types de souffleries
Voici une comparaison de trois types de souffleries :
Conclusion
Pour en savoir plus sur les essais classiques en soufflerie et la CFD, consultez les sites des entreprises et les liens mentionnés dans le texte.
Pour en savoir plus sur les essais en soufflerie à ciel ouvert (Windshapers), consultez notre page consacrée aux essais en soufflerie.
Pour en savoir plus : Essais en soufflerie à l’Université d’Ottawa
Bibliographie
[1] D. K. Paul, H. M. Robin, N. Paul, M. M. Ahmed et M. H. Masud, « Progrès et applications des essais en soufflerie dans le développement des véhicules aériens : état de l’art », Eng. Sci. Technol. Int. J., vol. 72, p. 102244, déc. 2025, doi : 10.1016/j.jestch.2025.102244.