Rhode-Saint-Genèse, le 31 janvier 2008. L'Institut Von Karman (VKI) est un établissement fédéral d'enseignement et de recherche à but non lucratif. Il comprend trois départements principaux : Aérospatiale, Turbomachines et Propulsion, et Flux environnementaux et applications industrielles. Le projet Hangar Flying a été visité par le professeur-directeur italien Mario Carbonaro et le professeur Herman Deconinck.
 | Le professeur Mario Carbonaro, directeur de la Station de recherche Princesse Élisabeth en Antarctique, présente les recherches menées pour sa construction. Du sable coloré a été utilisé pour simuler l'accumulation de neige autour de la station. Des vents soufflant à 375 km/h sont dominants en Antarctique. La neige est soufflée par l'espace entre le sol et la base de la station, afin de ne pas bloquer l'entrée. Pour ancrer correctement la station, cet espace devait être réduit, car il était important d'éviter qu'elle ne soit soulevée par les fortes rafales. Une maquette de la voiture solaire Umicore, construite par le Groupe T de Louvain, a également été testée ici. La voiture a obtenu une honorable deuxième place au Panasonic World Solar Challenge australien en 2007. |
Les premières années
En 1919, la Direction générale de l'aviation civile belge fut créée, avec le colonel Van Crombrugge comme premier directeur général. Pour établir une industrie aéronautique à part entière dans notre pays, un institut de recherche scientifique était nécessaire. Un terrain fut acheté à Rhode-Saint-Genèse. En 1922, la construction du premier institut de recherche aérodynamique, l'actuel Institut Von Karman, fut achevée. Au début, le centre était sous la responsabilité du ministère de la Défense, et son personnel était principalement composé de militaires. Plus tard, il fut transféré au ministère des Communications, aujourd'hui ministère des Transports. Depuis plusieurs années, le VKI dépend de la Politique scientifique fédérale. Un deuxième bâtiment fut inauguré en 1935, suivi d'une troisième extension en 1949. Au milieu des années 1950, les étudiants et le personnel eurent également accès à une zone de loisirs adjacente, propriété du ministère des Transports. Le terrain de sport fut démantelé à la fin des années 1990 et est aujourd'hui à l'abandon. La direction espère agrandir les laboratoires du VKI à l'avenir. Grâce à sa renommée internationale, le centre peut mener de nombreux projets de recherche spécialisés. Les demandes de recherche proviennent d'entreprises aéronautiques telles qu'Embraer, MTU, Rolls-Royce, Snecma, Sonaca et Techspace Aero.
 | La centaine d'étudiants et de chercheurs est soutenue par un nombre équivalent de permanents. La plupart des composants des dispositifs d'essai sont fabriqués par des professionnels qualifiés dans les ateliers du VKI. Il va sans dire que ces professionnels maîtrisent également la manipulation de divers matériaux. Ils travaillent le plastique, l'acier et l'aluminium. |
Pionniers
L'histoire du centre de recherche est liée à celle de pionniers de l'aviation dont les noms résonnent avec leur époque. Le professeur Émile Allard (1883-1950) en fut le premier directeur. Avec Henri Farman, il apprit à piloter en 1909 à Mourmelon, en France. Le 31 mars 1910, il devint le quatrième pilote à obtenir une licence belge. Avec Léon de Brouckère, Allard construisit leur propre biplan. Pendant la Première Guerre mondiale, il devint pilote militaire. Allard allait jouer un rôle majeur dans le développement de l'aviation au Congo belge. Le professeur dispensa les premiers cours d'aérodynamique dans les universités belges. Lors du vol de livraison d'un Handley Page W8f en 1924, un assistant l'entendit dire : « On se demande comment un appareil pareil vole. »
Nicolas Florine (1891-1972), deuxième pionnier de l'aviation, a marqué ce centre de son empreinte. Ce jeune mathématicien et ingénieur d'origine russe, naturalisé belge, fut chargé de développer le laboratoire. Florine se passionna pour les hélicoptères. Le pilote et ingénieur Robert Collin réalisa un vol record officieux avec le Florine II le 25 octobre 1933. Le vol dura près de dix minutes. Une petite plaque commémorative se dresse sur le lieu du vol, à l'entrée actuelle du VKI.
 | Le prince Nicolas de Roumanie visitant le laboratoire de Rhode-Saint-Genèse (1933). Remarquez la grande soufflerie ; au premier plan, le Florine II. (Archives Alphonse Dumoulin) |
Theodore von Karman est né à Budapest en 1881 de parents juifs. Dès son plus jeune âge, il fut inculqué à l'Université technique d'Aix-la-Chapelle l'idée d'une collaboration internationale entre scientifiques. Après un bref passage comme professeur à l'Université technique d'Aix-la-Chapelle, il émigra aux États-Unis et fut nommé directeur du Laboratoire aéronautique Guggenheim, récemment créé au California Institute of Technology (Los Angeles), en 1930. En 1955, von Karman recommanda la création d'un centre ouvert à une communauté internationale de chercheurs. Sous l'égide de l'AGARD (Groupe consultatif pour la recherche et le développement aérospatiaux, aujourd'hui Organisation de l'OTAN pour la recherche et la technologie), ce centre de Rhode-Saint-Genèse fut créé en 1956 en tant qu'institution internationale d'enseignement et de recherche. Von Karman resta président du conseil d'administration de l'institut jusqu'à sa mort en 1963. Dès lors, l'institut porta également le nom de ce célèbre scientifique.
 | La plus grande soufflerie de Belgique, d'un diamètre de trois mètres, a été construite par l'entreprise suisse Escher Wyss AG. Dotée de pales contrarotatives de 4,2 mètres de diamètre, elle peut générer un vent permanent de 220 km/h. L'écoulement turbulent de l'air autour des immeubles de grande hauteur y est également simulé. |
Seconde guerre mondiale
Sur le terrain du VKI, subsistent deux bâtiments construits pendant la Seconde Guerre mondiale pour loger les soldats allemands. Une partie importante de la plus grande soufflerie a été détruite par l'occupant allemand pour faire place à un centre radar. Juste avant la Libération, l'installation radar allemande a été en grande partie détruite. Je me demande si la station radar de Wurtzbourg, aujourd'hui désaffectée, à Humain (Marche-en-Famenne), ne serait pas un vestige de la station radar allemande de Rhode-Saint-Genèse. La station de Wurtzbourg appartient désormais à l'Observatoire royal de Belgique et a besoin d'être protégée.
 | Le professeur Herman Deconinck (à droite) dans la section d'essai d'une soufflerie allemande. |
Le VKI abrite également une section d'essai d'une soufflerie hypersonique (destinée aux très hautes vitesses supersoniques). Après le bombardement de Peenemünde, les Allemands ont transféré leurs recherches sur les fusées à Kochel, plus sûre, dans les Alpes bavaroises. Après la Seconde Guerre mondiale, les Américains ont récupéré ces souffleries de Kochel et les ont transférées au Naval Ordnance Laboratory (White Oak, Maryland). L'une de ces souffleries a été offerte au VKI en 1958 et est restée opérationnelle jusqu'en 1980. Des vitesses allant jusqu'à Mach 10 ont été atteintes dans la chambre d'essai. Les Allemands utilisaient ce type de soufflerie pour la recherche sur leurs armes de représailles. Debout à côté des vestiges de cette soufflerie, je réalise à quel point ils avaient progressé dans leurs recherches technologiques. Les souffleries actuelles fonctionnent toujours selon les mêmes principes.
 | Bien sûr, les chercheurs ont aussi quelques plaisantins. Un petit canon en bois a été fixé à la soufflerie du Longshot. Un coup de feu est tiré dans le tube de 27 mètres de long du Longshot, forçant un gaz à traverser une très petite ouverture. Une tuyère, située après cette ouverture, expose ensuite le modèle à des vitesses d'air hypersoniques. |
Heden
Le VKI abrite différents types de souffleries. Les configurations d'essai varient des basses vitesses aux vitesses hypersoniques. Outre les souffleries traditionnelles, on trouve également, par exemple, un plasmatron. Dans la torche à plasma générée à 6 000 °C, les tuiles du bouclier thermique d'un vaisseau spatial sont testées. Lorsque deux professeurs engagent une discussion animée sur la question de savoir si 10 000 °C sur Terre sont équivalents à 10 000 °C sur le Soleil, je ne m'implique guère dans le débat académique. En attendant, je constate que la section d'essai du plasmatron que je vois n'est en réalité qu'une petite partie d'un très grand dispositif. Du sous-sol au toit, des pompes à vide et des systèmes de refroidissement par eau sont installés pour refroidir la chambre d'essai relativement petite. Le VKI mène également des recherches fondamentales sur le bruit des avions et dispose de bassins d'eau pour simuler les écoulements, etc. Environ les trois quarts des travaux concernent le secteur aérospatial, notamment les moteurs et la propulsion d'avions.
 | La chambre d'essai d'une soufflerie hypersonique. Des vitesses allant jusqu'à Mach 14 y sont générées. La préparation de l'essai peut prendre une journée. La phase d'exposition du modèle à la vitesse hypersonique dure à peine 15 millisecondes. Les résultats sont filmés par une caméra à 70 000 images par seconde (IPS). Une caméra 16 mm standard atteint à peine 40 images par seconde. |
Les ordinateurs sont bien sûr omniprésents au VKI. La dynamique des fluides numérique est une branche relativement récente de la mécanique des fluides (née à la fin des années 60). Elle utilise des programmes de calcul complexes (développés notamment en interne au VKI) pour simuler les écoulements les plus complexes sur des plateformes de calcul parallèles. Celles-ci ne remplacent pas les essais en soufflerie, mais les complètent. Par exemple, les ordinateurs permettent d'abord de définir le dispositif d'essai avant de procéder aux essais en soufflerie. Les modèles informatiques complexes sont ensuite ajustés. Le centre de calcul est hébergé dans des bureaux temporaires en bois. Une extension est donc nécessaire de toute urgence.
 | Les modèles utilisés dans les grandes installations d’essai sont généralement très petits. |
 | Ce dispositif d'essai est utilisé, entre autres, pour tester les aubes de turbines de moteurs à réaction. Le transfert de chaleur entre les gaz chauds et les aubes froides est également simulé et mesuré à l'aide de capteurs de température. De fins tubes relient la pression exercée sur le modèle dans la chambre d'essai aux capteurs de pression. |
Le VKI est financé par le gouvernement fédéral belge et par d'importantes contributions de plusieurs pays de l'OTAN. Les 40 % restants proviennent de la collaboration avec des entreprises et du mécénat via des projets avec l'ESA (Agence spatiale européenne), l'Union européenne et l'IWT (Institut pour la promotion de l'innovation scientifique et technologique en Flandre). Ici, des étudiants internationaux peuvent poursuivre des études de troisième cycle (masters). De plus, les universitaires entretiennent des liens étroits avec le monde des affaires. En me promenant dans cet institut scientifique, je constate la passion des étudiants assis aux bancs d'essai et analysant les résultats. La science, c'est amusant, je trouve.
Frans Van Humbeek
Photos : Paul Van Caesbroeck
