Ligne de Kármán

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Couches de l'atmosphère - Echelle fausse (NOAA) http://www.srh.noaa.gov/srh/jetstream/atmos/layers.htm

La ligne de Kármán s'étend, suivant les normes internationales, à 100 km au-dessus de la surface de la Terre. Elle définit la limite entre la Terre et l'Espace pour la Fédération aéronautique internationale[1].

Origine[modifier | modifier le code]

Le nom de cette ligne vient du nom du physicien hongro-américain, Theodore von Kármán, qui calcula l'altitude à partir de laquelle l'atmosphère devient trop ténue pour des applications aéronautiques. En effet, bien qu'il n'y ait pas de limite stricte au-delà de laquelle l'atmosphère de la Terre n'existe plus, plus l'altitude augmente, moins l'atmosphère est dense, et donc il existe une limite à partir de laquelle on peut négliger les effets de l'atmosphère (viscosité, frottements...).

Définition[modifier | modifier le code]

L'atmosphère d'une planète ne s'arrête pas subitement à une hauteur verticale donnée, mais se raréfie en fonction de la distance verticale. Par ailleurs, selon la définition des diverses couches qui composent l'espace autour de la Terre, la ligne délimitant cette frontière peut varier considérablement. Considérer la thermosphère et l'exosphère comme composants de l'atmosphère et non de l'espace, on devrait pousser la lisière de l'espace jusqu'à 10 000 km au-dessus du niveau de la mer. Ainsi la ligne Kármán prend le rôle d'une ligne arbitraire fondée sur les considérations suivantes :

Un avion ne reste en l'air que s'il avance constamment par rapport à l'air environnant, pour que la voilure assure la portance. Si le coefficient de portance d'une aile à un angle d'attaque donnée est connu, la portance produite dans un débit précis s'exprime de la manière suivante:

F\, = \frac{1}{2} \rho V^2 S C\,

Où :

  • \rho est la masse volumique, caractérisant le milieu dans lequel le déplacement a lieu,
  • V est la vitesse,
  • S est la surface de l'objet (dite surface alaire pour une aile d'aéronef),
  • C\, est le coefficient de portance.

La portance (C) générée est directement en fonction de la densité de l'atmosphère (ρ). Tous les autres facteurs inchangés, la vraie vitesse de l'avion (V) doit augmenter pour combler la faible densité de l'air aux hauteurs élevées.

Un vaisseau spatial en orbite dépend d'un équilibre entre la pesanteur et le component centre-fuyant de son mouvement autour de la Terre. S'il orbite moins vite, la pesanteur tirera progressivement le vaisseau vers le bas. Cette vitesse requise s'appelle la vitesse orbitale et varie selon la hauteur de l'orbite. Pour la station spatiale internationale ou la navette spatiale américaine en orbite terrestre basse, la vitesse orbitale avoisine 27 000 km/h.

Pour un avion qui essaie de voler de plus en plus haut, l'air raréfié fournit de moins en moins de portance, ce qui exige une vitesse de plus en plus grande pour générer suffisamment de portance. Finalement, à une certaine hauteur, il doit voler si vite pour générer assez de portance qu'il atteint la vitesse orbitale. Le concept de la ligne Kármán est de marquer l'altitude où la vitesse de vol exigée égalerait la vitesse orbitale.

À savoir[modifier | modifier le code]

  • Pour des raisons mnémotechniques, les États-Unis considèrent cette ligne à 80,5 km, ce qui correspond à 50 miles.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]

  1. (en) « The 100 km Boundary for Astronautics », Fédération aéronautique internationale