Échauffement aérodynamique

L’échauffement aérodynamique (ou échauffement cinétique) est l’échauffement subi par un objet qui se déplace rapidement dans une atmosphère (ou qui fait l’objet d’essais dans une soufflerie ou une torche à plasma). Il peut se manifester sur les aéronefs en vol ainsi que sur les engins spatiaux et les météorites qui pénètrent dans l'atmosphère terrestre. La compréhension des processus régissant l'échauffement dynamique est nécessaire pour la maîtrise des technologies employées dans la conception des engins spatiaux destinés à revenir sur Terre et pour prévoir l'évolution des objets célestes dont la trajectoire les destine à pénétrer dans l'atmosphère terrestre. Lorsqu'un objet se déplace à grande vitesse dans l’air (ou tout autre atmosphère), une partie de son énergie cinétique est convertie en chaleur par compression de l’air et par frottements visqueux entre la surface de l’objet et l’air. Les transferts thermiques au sein de la couche limite (d’une épaisseur de quelques μm à quelques cm) sont importants, car l’énergie cinétique y est transformée en énergie thermique sous l’effet de la dissipation visqueuse. L'échauffement et le transfert de chaleur qui en résultent dépendent de la densité de l'air (et donc de l'altitude), de la vitesse relative de l’objet par rapport à l’air, ainsi que des propriétés physiques de la surface de l'objet (capacité thermique massique, conductivité thermique, épaisseur), mais aussi de sa composition et de sa structure dans le cas où le matériau subit une ablation. L’échauffement aérodynamique augmente avec la vitesse de l’objet. Il est minimal aux vitesses subsoniques, mais devient suffisamment important aux vitesses supersoniques pour nécessiter des structures et des matériaux spécialement adaptés. Les frottements deviennent significatifs à partir de 100 km d'altitude ou moins, lorsque l'atmosphère devient assez dense. Les effets thermiques sont maximaux sur les bords d’attaque, mais l’ensemble de l’objet se réchauffe.