Comment la technologie du vol hypersonique passe du laboratoire au ciel

Imaginez que vous pourriez voler d’une partie du monde à une autre en une heure, au lieu de prendre une journée entière. N’est‑ce pas excitant ?

Bien que cela puisse sembler du rêve, cela se rapproche de devenir possible dans un avenir proche, alors qu’une nouvelle étude rapproche davantage les vols hypersoniques de la réalité.

Publié dans Nature Communications, l’étude détaille une percée dans la compréhension de la turbulence hypersonique¹ qui pourrait transformer les voyages long‑courriers. 

En ce qui concerne les vols hypersoniques, la conception de l’appareil est cruciale pour son succès. Pour concevoir un tel véhicule à grande vitesse, il est important de prédire avec précision la traînée aérodynamique et le transfert de chaleur, ce qui nécessite une compréhension physique de la turbulence à ces vitesses extrêmes.

Pour acquérir cette compréhension, des chercheurs de l’université privée Stevens Institute of Technology ont mené des expériences laser à base de krypton, suggérant que la turbulence à des vitesses hypersoniques se comporte davantage comme un écoulement plus lent que prévu. 

Les résultats montrant que la turbulence à des vitesses extrêmes ne diffère peut‑être pas beaucoup de celle à des vitesses plus faibles, cela pourrait simplifier et rationaliser la conception des véhicules hypersoniques et accélérer les progrès vers la réalisation de voyages ultra‑rapides.

Et si cela dépasse le domaine de la science‑fiction pour devenir réalité, les vols hypersoniques pourraient transformer complètement les déplacements mondiaux. Les liaisons long‑courriers qui prennent actuellement 10 à 20 heures de vol peuvent se transformer en courtes navettes qui ne dureraient qu’une heure. 

« Cela réduit vraiment la planète », a déclaré le co‑auteur de l’étude, Nicholaus Parziale, du département de génie mécanique du Stevens Institute of Technology, Hoboken, NJ, USA. « Cela rendra les déplacements plus rapides, plus faciles et plus agréables. »

L’objectif de la recherche de Parziale est de rendre le vol hypersonique réel. Cela signifie un vol à travers l’atmosphère en dessous d’environ 56 miles (≈ 90 km) à une vitesse supérieure à cinq fois la vitesse du son, ce que l’on désigne sous le nom de Mach 5.

Mach 1 est simplement la vitesse du son, soit 761 miles à l’heure. Les chercheurs tentent de faire voler des avions jusqu’à Mach 10 pour réduire drastiquement le temps, mais bien sûr, à de telles vitesses, l’air ne se comporte pas autour de l’avion comme à basse vitesse.

Scientifiquement, à basse vitesse, sous 1 Mach, l’écoulement est incompressible. Cela signifie que la densité de l’air reste presque constante, et la conception d’avion est simple.

Mais cela change à des vitesses plus élevées, où l’écoulement compressible apparaît, car le gaz peut se comprimer. Cela signifie que, en raison des variations de pression et de température, la densité de l’air change de façon significative, et cette compression affecte la façon dont un avion vole.

« La compressibilité affecte la façon dont l’écoulement d’air entoure le corps, et cela peut modifier des éléments comme la portance, la traînée et la poussée nécessaires au décollage ou au maintien en vol, », tous essentiels à la conception de l’avion.

À des nombres de « Mach bas », les ingénieurs comprennent bien comment cet écoulement agit sur les avions. Mais pas autant à des nombres de Mach plus élevés.

Il existe cependant l’hypothèse de Morkovin. Cette hypothèse est fondamentale pour notre compréhension de la turbulence compressible supersonique et hypersonique. Selon l’hypothèse, « nous pouvons nous attendre avec confiance à ce que la dynamique essentielle de ces écoulements de cisaillement supersoniques suive le modèle incompressible. »

Formulée il y a plus d’un demi‑siècle par Mark Morkovin, l’hypothèse suggère qu’à Mach 5 ou 6, le comportement de la turbulence n’est pas très différent de celui à des vitesses plus faibles. Bien que la densité de l’air et la température varient davantage dans les écoulements plus rapides, l’hypothèse indique que le mouvement « choppy » de base de la turbulence reste majoritairement le même. 

« En gros, l’hypothèse de Morkovin signifie que la façon dont l’air turbulent se déplace à basse et haute vitesse n’est pas tellement différente. Si l’hypothèse est correcte, cela signifie que nous n’avons pas besoin d’une toute nouvelle façon de comprendre la turbulence à ces vitesses supérieures. Nous pouvons utiliser les mêmes concepts que nous utilisons pour les écoulements plus lents. »

– Parziale

Cela signifie également qu’il n’est pas nécessaire d’adopter des approches de conception radicalement différentes, simplifiant ainsi les avions hypersoniques.

Jusqu’à présent, cependant, il n’y a pas eu de preuves expérimentales suffisantes pour soutenir l’hypothèse. Ainsi, Parziale et son équipe ont relevé le défi et ont passé plus d’une décennie à construire l’appareil pour cela.

Dans leur étude intitulée « Hypersonic Turbulent Quantities in Support of Morkovin’s Hypothesis », son équipe a utilisé le krypton, un gaz noble incolore, insipide, inodore et le plus léger, présent uniquement en traces dans l’atmosphère.

En utilisant des lasers, l’équipe de Parziale a d’abord ionisé le krypton. Le gaz a été injecté dans le flux d’air à l’intérieur d’une soufflerie, provoquant temporairement la formation d’une ligne lumineuse. Bien que d’abord droite, la ligne fluorescente de krypton s’est courbée et tordue en traversant l’air de la soufflerie. L’équipe a utilisé des caméras ultra‑haute résolution pour capturer son mouvement.

« Lorsque cette ligne se déplace avec le gaz, vous pouvez voir des plis et une structure dans le flux, et à partir de cela, nous pouvons apprendre beaucoup sur la turbulence, » a déclaré Parziale. « Et ce que nous avons découvert, c’est qu’à Mach 6, le comportement de la turbulence est assez proche de l’écoulement incompressible. »

Selon l’étude, leurs données expérimentales soutiennent l’hypothèse de Morkovin, qui est fondamentale pour notre compréhension de la turbulence compressible hypersonique et supersonique.

Bien que l’hypothèse de Morkovin ne soit pas entièrement confirmée, c’est une avancée. En suggérant que les avions n’ont pas besoin d’une toute nouvelle approche de conception pour voler à des vitesses hypersoniques, cela simplifie les choses et nous rapproche d’un pas majeur vers le vol hypersonique.

« Aujourd’hui, nous devons utiliser des ordinateurs pour concevoir un avion, et les ressources informatiques nécessaires pour concevoir un avion qui volera à Mach 6, en simulant tous les petits détails, seraient impossibles, » a déclaré Parziale. « L’hypothèse de Morkovin nous permet de faire des hypothèses simplificatrices afin que les exigences computationnelles pour concevoir des véhicules hypersoniques deviennent plus réalisables. »

Selon Parziale, qui a reçu le Presidential Early Career Award for Scientists and Engineers pour ses recherches sur la mécanique des fluides affectant le vol à grande vitesse, les conclusions de l’étude peuvent aider à transformer le transport spatial. Il a déclaré :

« Si nous pouvons construire des avions qui volent à vitesse hypersonique, nous pourrons également les faire voler dans l’espace, plutôt que de lancer des fusées, ce qui faciliterait le transport vers et depuis l’orbite terrestre basse. Ce serait un changement de jeu pour le transport non seulement sur Terre, mais aussi en orbite basse. »

The Race to Unlock Hypersonic Flight, Mobility & Defence

Bien que le vol hypersonique ne soit pas encore une réalité, le premier jet passager supersonique a effectué son premier vol commercial en 1976. Le Concorde, effort conjoint du Royaume‑Uni et de la France, était le transporteur commercial supersonique capable de voler plus vite que le son. Il était connu pour son luxe et sa vitesse, opérant des liaisons transatlantiques et réduisant les temps de vol de moitié. 

Mais après seulement 50 000 vols, il a été retiré du service en 2003 suite à un accident mortel, à la faible fréquentation et aux coûts de maintenance élevés. Ce premier chapitre de l’aviation à grande vitesse a fixé à la fois le potentiel et les limites pour les efforts futurs.

Bien que le Concorde ait échoué, il a montré qu’il était possible de traverser l’Atlantique en quelques heures, et aujourd’hui les organisations se concentrent sur l’augmentation de l’efficacité énergétique et la conception d’avions capables d’atteindre des vitesses élevées. Une nouvelle génération de jets travaille également à tenir la promesse du vol hypersonique.

Alors que les avions commerciaux ne sont pas encore capables d’atteindre des vitesses extrêmes, les avions militaires volent déjà à environ trois fois la vitesse du son, c’est‑à‑dire Mach 3. Parallèlement, de nombreux vols hypersoniques ont été testés, à des vitesses bien supérieures à Mach 5 ou même Mach 10.

Ces jalons remontent aux premiers objets capables de mouvement hypersonique. Le premier construit pour le vol hypersonique était la fusée Bumper, qui, en 1949, a atteint une vitesse d’environ Mach 6. Elle n’a pas survécu à la rentrée, cependant.

Pour soutenir et contrôler de telles vitesses dans les aéronefs, de nouvelles solutions de propulsion sont devenues essentielles.

Une technologie clé pour le vol hypersonique a été le scramjet. Un supersonic combustion ramjet, ou scramjet, est une variante d’un moteur à ramjet à respiration d’air, qui réalise la combustion dans un écoulement supersonique, le rendant plus efficace pour le vol hypersonique qu’un ramjet traditionnel.

Un type avancé de moteur à respiration d’air, le scramjet fonctionne à Mach 5 et plus. Il n’a aucune pièce mobile et utilise le mouvement vers l’avant de l’avion pour comprimer l’air pour la combustion.  

Avant les scramjets, les ramjets offraient le chemin le plus efficace vers Mach 3 à Mach 5, servant de stade inférieur à de nombreux systèmes hypersoniques. Entre ramjet et scramjet se trouvent les ramjets à double mode qui permettent le vol de Mach 3 à Mach 8 dans un même moteur.

Il existe ensuite les moteurs à cycle combiné turbo‑based (TBCC), qui sont un hybride d’un turbo‑jet traditionnel et d’un ramjet/scramjet. Alors que les turbo‑jets peuvent fonctionner jusqu’à environ Mach 2 à Mach 3, pour des vitesses supérieures, ils passent en mode ramjet/scramjet.

D’autres types de moteurs comprennent les moteurs air‑turbo‑rocket (ATR) qui utilisent l’oxygène atmosphérique pour brûler le carburant, les moteurs à détonation rotative (RDE) qui utilisent une onde de détonation rotative continue pour la combustion, et les moteurs à cycle combiné de Reaction Engines (SABRE), qui sont un hybride air‑breathing et fusée avec un précooler qui refroidit l’air hypersonique entrant à température ambiante.
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Ces innovations ont ouvert la voie à des concepts commerciaux ambitieux. Par exemple, l’A‑HyM Hypersonic Air Master envisage un avion commercial fonctionnant à Mach 7.3. Ce concept de jet futuriste est conçu pour un transporteur commercial qui permettrait un trajet de Londres à Los Angeles en seulement 90 minutes. Il aurait une capacité d’environ 170 passagers.

Son système de propulsion combinerait un moteur à détonation oblique (ODE), un ramjet et un turbojet dans une configuration à cycle combiné. De plus, il serait propulsé par un moteur à hydrogène. En outre, l’A‑HyM aurait une structure en titane et fibre de carbone, et pour répondre aux préoccupations de bruit, il incorporera un Système d’atténuation du bang sonique.

Un bang sonique est un bruit tonitruant causé par un objet se déplaçant plus vite que la vitesse du son. Ce n’est pas un simple « bang » mais un son continu émis tant que l’objet vole à des vitesses supersoniques. 

Ensuite, il y a le concept de spationef de vol hypersonique réutilisable appelé Stargazer, proposé par Venus Aerospace, qui cible des vitesses autour de Mach 9, une portée d’environ 5 000 miles, et des altitudes de croisière bien au‑dessus de 100 000 pieds — le positionnant comme une plateforme ultra‑rapide pour les voyages mondiaux.

Récemment, Lockheed Martin (LMT ) Ventures a acquis une participation stratégique dans la startup de propulsion de fusée dans un contexte de concurrence croissante pour accélérer le développement de missiles hypersoniques.

Venus Aerospace a développé un système de propulsion, un moteur à fusée à détonation rotative (RDRE), qui utilise une onde de détonation rotative continue pour générer la poussée et a terminé son test en vol d’un RDRE de 2 000 lb‑thrust plus tôt cette année. Le financement non divulgué aidera l’entreprise à faire progresser ses « capacités à livrer à grande échelle et à déployer le moteur ».

Ainsi, les entreprises aérospatiales privées accélèrent vers des plateformes hypersoniques réutilisables, mais elles ne sont pas seules ; des agences gouvernementales du monde entier investissent également dans la recherche hypersonique avancée.

Des ingénieurs de la NASA travaillent avec le Air Force Research Laboratory (AFRL) et le Defence Science and Technology Organisation (DSTO) australien sur le programme Hypersonic International Flight Research Experimentation Program (HIFiRE) qui testerait un ramjet/scramjet à double mode pour une vitesse cible de Mach 8. 

Le gouvernement australien a récemment engagé un investissement en capital de 10 millions de dollars dans la société aérospatiale locale Hypersonix Launch Systems (HLS), qui développe un aéronef qui volerait à plus de Mach 12 et sera propulsé par du carburant à hydrogène. Son moteur scramjet propriétaire s’appelle « SPARTAN », et il est réutilisable et imprimé en 3D.

Le mois dernier, GE Aerospace (GE ) a effectué un vol d’essai d’ATLAS, un démonstrateur propulsé par le nouveau ramjet à combustible solide de la société, dans le cadre du programme Title III du Defense Production Act du Département de la Défense des États‑Unis.

L’Agence spatiale européenne (ESA) a également lancé un programme de recherche appelé INVICTUS pour développer ses propres technologies de vol hypersonique. Il démontrera les technologies clés pour un vol hypersonique soutenu et sera un véhicule entièrement réutilisable capable de voler à Mach 5.

Investing in Hypersonic Flight Tech

Lockheed Martin Corporation est une entreprise aérospatiale et de sécurité qui conçoit, fabrique, intègre et soutient des systèmes technologiques avancés. Elle opère à travers:

• Aéronautique
• Missiles and Fire Control (MFC)
• Rotary and Mission Systems (RMS)
• Segments spatiaux

L’entreprise se consacre principalement au développement de avions militaires, systèmes de défense antimissile aériens, maritimes et terrestres, hélicoptères militaires et commerciaux, véhicules terrestres habités et non habités, satellites, systèmes de transport spatial, et solutions de gestion énergétique.

En partenariat avec la NASA, Lockheed Martin a développé le X‑59 pour répondre spécifiquement au problème du bang sonique.

Doté d’un fuselage allongé, le design du X‑59 vise à redistribuer l’onde de choc lors du franchissement du mur du son. Il a réduit le bruit perçu au sol à environ 75 dB, ne créant qu’un « boum » sonore, comparable à la fermeture d’une portière de voiture.

Fin du mois dernier, le X‑59 a effectué son tout premier vol, depuis l’installation Skunk Works de Palmdale jusqu’au Centre de recherche en vol Armstrong de la NASA, ce que Lockheed Martin décrit comme un « momentum » prouvant que « l’avenir du vol peut être plus rapide et plus silencieux que jamais. »

Il mesure moins de 100 pieds de long, possède une envergure d’environ 30 pieds et mesure environ 14 pieds de haut. Il croise à environ 55 000 pieds et peut atteindre des vitesses de Mach 1.4 soit 925 mph.

« Le X‑59 sera utilisé pour collecter des données de réponse communautaire sur l’acceptabilité d’un bang sonique silencieux généré par le design unique de l’avion. Les données aideront la NASA à fournir aux régulateurs les informations nécessaires pour établir une norme de bruit supersonique commercial acceptable afin de lever l’interdiction du transport supersonique commercial au‑sol, » déclare l’entreprise. « Cette percée ouvrirait la porte à un tout nouveau marché mondial pour les constructeurs d’avions, permettant aux passagers de voyager partout dans le monde en moitié moins de temps qu’aujourd’hui. »

Non seulement il a développé le X‑59 avec la NASA, mais il travaille également sur le SR‑72, avec un objectif opérationnel d’environ Mach 6. Bien que peu de choses soient connues sur ce successeur conceptuel du SR‑71 Blackbird, le SR‑72 est destiné à l’intelligence, à la surveillance et à la reconnaissance et est couramment appelé « Son of Blackbird ». 

Celui‑ci est positionné comme un avion hypersonique qui pourrait entrer en service dans les années 2030.

Avec une capitalisation boursière de 109 milliards de dollars, les actions de Lockheed Martin se négocient actuellement à 470,78 $, avec une fourchette de 52 semaines de 410,11 $ à 546,00 $. Elle affiche un BPA (TTM) de 17,95 et un PER (TTM) de 26,22.

Lockheed verse un rendement du dividende de 2,93 %. Début du mois dernier, elle a autorisé un paiement de dividende du quatrième trimestre de 3,45 $ par action, soit une hausse de 5 % par rapport au dividende du trimestre précédent. La société a également rendu 1,8 milliard de dollars de liquidités à ses actionnaires au troisième trimestre 2024 via des dividendes et des rachats d’actions, augmentés de 2 milliards pour atteindre un total de 9 milliards.

Au cours de cette période, elle a enregistré des ventes de 18,6 milliards de dollars et un bénéfice net de 1,6 milliard de dollars, soit 6,95 $ par action. Sa trésorerie provenant des opérations était de 3,7 milliards de dollars, tandis que le flux de trésorerie disponible était de 3,3 milliards de dollars. 

Lockheed a également annoncé un carnet de commandes record de 179 milliards de dollars, que le PDG Jim Taiclet a déclaré « souligner la confiance que nos clients placent en nous et soutenir les perspectives de croissance à long terme de notre entreprise. » Il a également noté qu’en raison d’une « demande sans précédent, nous augmentons considérablement notre capacité de production à travers un large éventail de nos lignes d’activité. »

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Conclusion

Le vol hypersonique n’est plus une frontière lointaine mais un défi d’ingénierie testable, qui se rapproche de devenir une réalité grâce aux percées dans les systèmes de propulsion, aux investissements mondiaux dans les véhicules à grande vitesse réutilisables, et aux nouvelles expériences validant des hypothèses datant de plusieurs décennies.

References

1. Segall, B. A., Keenoy, T. C., Kokinakos, J. C., Langhorn, J. D., Hameed, A., Shekhtman, D., & Parziale, N. J. “Hypersonic turbulent quantities in support of Morkovin’s hypothesis.” Nature Communications 16, Article 9584 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-65398-4