Vol parabolique

L'avion se positionne tout d'abord similairement à un vol commercial de voyage, à une altitude d'environ 6 000 mètres à vitesse constante de 800 km/h.

Dix minutes au plus tard avant la première parabole, les participants sont invités à quitter leur siège pour rejoindre la zone expérimentale recouverte de tapis mousse, de « free-floating »). Les annonces informent le décompte à rebours avant l'injection.

L'avion effectue une phase de propulsion en se cabrant vers le haut, puis en s'inclinant de plus en plus, procurant ainsi une accélération positive constante d'environ 0,8 g, soit 8 m/s², appelée « ressource », durant environ 20 secondes de montée.

Les passagers et le matériel sont en hyperpesanteur, très alourdis à une force de 1,8 g, pesant 1,8 fois leur poids par rapport au sol de l'avion et tenus ou « collés » sur le plancher de l'avion par la force centrifuge due à l'augmentation continuelle d'inclinaison. Il leur est conseillé de rester assis voire allongés, la position debout étant presque impossible sans fléchir les jambes, en maintenant la tête droite pour éviter l'écœurement du « mal des transports ».

Le pilote annonce l'inclinaison de 30°, puis 40° enfin « injection » vers 47°.

Ayant atteint un angle d'environ 47°, subitement l'avion coupe les gaz, puis les remet progressivement vers le bas pour compenser le freinage de l'air en restant à 0 g (en chute libre), durant une phase d'airtime en « micropesanteur », proche de l'apesanteur, durant environ 25 secondes, correspondant à 12 secondes de chute libre en montée, puis 12 secondes de chute libre en descente. C'est la phase d'injection. Puis le pilote annonce de nouveau 20°, 30°, puis « ressource ».

Les passagers sont allégés à 0 g (d'où l'appellation « avion zéro g ») et de poids nul, par rapport à l'avion et se mettent à flotter à l'intérieur, en quittant le sol à la moindre impulsion d'élan par leur bras ou jambes. Les passagers peuvent s'amuser aussi à tourner sur eux-mêmes, ou diverses autres expériences liées aux sensations fortes de ces airtimes prolongés. Plusieurs expériences d'apesanteur sont réalisées, la première étant bien sûr celle d'un liquide sortant d'un verre se mettant en boule par force capillaire, en l'avalant ensuite.

Une campagne consiste en quinze paraboles et dure trois heures. La première simule la pesanteur martienne à environ 0,38 g, la seconde la pesanteur lunaire à environ 0,165 g (le 1/6^e de la pesanteur terrestre) et les treize suivantes proches de 0 g.

Avant cette phase, les passagers sont prévenus de rejoindre le plancher de l'appareil afin d'éviter le choc éventuel d'une chute de toute la hauteur.

L'avion remet les gaz vers le haut en effectuant une nouvelle phase de propulsion d'accélération positive constante d'environ 0,8 g, soit 8 m/s², durant environ vingt secondes de freinage de descente, afin de poursuivre sa trajectoire horizontalement avant la parabole suivante. Les passagers et le matériel sont de nouveau alourdis à une force de 1,8 g, pesant 1,8 fois leur poids par rapport au sol de l'avion.

À la fin de la « ressource », le pilote annonce « une minute », temps total approximatif de toute la parabole.

L'avion a alors repris une trajectoire horizontale sans accélération, permettant de laisser un laps de temps de « trêve » de repos aux passagers entre chaque parabole. Celle-ci est d'environ cinq minutes.

Si l'on considère que la composante horizontale de la vitesse de l'avion est constante, y compris durant toutes ses accélérations verticales, la trajectoire décrite est donc similaire à celle de la courbe d'un corps en accélération constante au cours du temps. Verticalement, en positif comme en négatif, la vitesse augmente donc proportionnellement au temps et le trajet parcouru augmente proportionnellement au carré du temps.

La courbe du trajet vertical en fonction du temps et donc aussi la trajectoire décrivent donc pour chacune des phases une parabole incurvée vers le haut lors des deux accélérations positives à +0,8 g, et une double parabole incurvée vers le bas avec un sommet lors de l'accélération négative à −1 g, d'où l'appellation de « vol parabolique ».

La composante horizontale de la vitesse reste à peu près constante durant toute la phase à 0 g, soit environ 370 km/h.

Par contre, durant les propulsions à 1,8 g, la composante horizontale de la vitesse n'est pas constante, afin de maintenir les passagers sur le sol de l'avion sans glisser vers le fond lorsque l'avion est incliné, grâce à la force centrifuge due à la forme incurvée de la parabole qui s'ajoute à une décélération augmentant au cours de l'inclinaison : en effet, la vitesse linéaire (horizontale) au départ et à la fin de la parabole est de 825 km/h, puis décroit durant le cabrage de l'avion, n'étant plus que de 530 km/h à inclinaison maximale de 45°, la composante horizontale étant de (530 * sinus 45°) = 370 km/h.

L'avion passe en phase de 0 g, la vitesse linéaire décroissant, et celle horizontale restant à 370 km/h tout en réduisant naturellement son inclinaison jusqu'au sommet de la parabole (vitesse verticale devenue nulle), puis s'incline naturellement de plus en plus vers le bas. La vitesse linéaire réaugmente jusqu'à 530 km/h à son inclinaison maximale de 45° vers le bas, tout en conservant une vitesse horizontale de 370 km/h.

L'avion remettant les gaz, les passagers inclinés à 45° sont de nouveau soumis à une force positive constamment perpendiculaire à l'avion leur évitant de glisser vers le fond, en raison de la force centrifuge de la forme incurvée de la parabole, ajoutée à une accélération de l'avion repassant progressivement de 530 à 825 km/h, jusqu'à ce que l'inclinaison repasse à 0°.

La courbe est donc plus aplanie en bas qu'une parabole, et l'avion effectue donc horizontalement une décélération durant la montée et accélération durant la descente, cette force permettant justement d'être centrifuge pour permettre aux passagers d'être soulevés perpendiculairement au sol malgré l'inclinaison.

Dans la pratique, pour obtenir les accélérations désirées, les pilotes possèdent un accéléromètre d'indication afin qu'ils maintiennent l'avion à 1,8 g par rapport au sol puis à 0 g au cours de leur trajectoire.

Contrairement aux parachutistes durant leur chute, l'avion continue de cabrer à 0 g malgré la résistance de l'air arrivé à une certaine vitesse négative, en compensant par des gaz accélérant l'avion vers le bas. Les passagers n'ont quant à eux pas de résistance de l'air puisqu'ils sont à l'intérieur de l'avion pressurisé.

Ces chiffres sont indicatifs de valeur moyenne, car si le principe parabolique de la trajectoire reste identique, selon les avions toutes ces valeurs diffèrent un peu.

Certains « top hat » de montagnes russes, ont été profilés de manière ressemblante proche d'une double parabole pour procurer aux passagers des accélérations aux sensations similaires, en tenant compte aussi de la réduction de vitesse au sommet de la bosse.

L'altitude de l'avion à l'horizontale est d'environ 6 300 mètres (vitesse verticale = 0). Lors de sa première propulsion de ressource vers le haut à 0,8 g, soit environ 8 m/s², sa vitesse verticale atteint donc v = 8 t = 160 m/s, en pratique environ 590 km/h et il s'est élevé de h = 4 t² = 1 600 à 2 000 m, étant en pratique vers 7 700 mètres.

Débute la phase de 20 à 25 s en apesanteur : durant les douze premières secondes, l'avion décélère en montée de −1 g, et sa vitesse de montée se réduit jusqu'à 0, atteignant un sommet de hauteur environ 8 700 mètres, puis poursuit son accélération de −1 g cette fois en chute libre en descente.

La perte d'altitude étant proportionnelle au carré du temps (h = 5 t²), c'est la raison pour laquelle par sécurité, cette deuxième moitié à zéro g est limitée à environ douze secondes aussi, l'avion remettant ensuite les gaz de propulsion vers le haut freinant la descente jusqu'à retrouver l'altitude horizontale de départ, la hauteur totale de chaque parabole parcourue par l'avion étant donc d'environ 2 400 mètres.

• Franck Lehot, Voler en apesanteur - Un rêve désormais possible !, Éd. Vuibert, 2012, (ISBN 978-2-3110-1194-4), [présentation en ligne], 238 pages.

• Campagnes de vols paraboliques de l'ESA
• Airbus A300 ZERO-G
• Airbus A310 Zero G
• Novespace

• Site officiel du CADMOS - CNES (responsable des campagnes de vols paraboliques françaises).
• Novespace, filiale du CNES, exploitant l'AIRBUS A310 ZERO-G et proposant les vols pour le grand public sous la marque Air Zero G.
• AirZeroG, qui propose la réalisation de vols paraboliques Zero G au grand public.