Un winglet, c'est quoi ?

C'est l'espèce de recourbure à l'extrémité de l'aile, comme on en voit sur les Airbus, sur le 747-400, ou d'autres appareils de tailles diverses.

Airbus A340-600

(crédit photo : Tomcat)

Learjet 60

(crédit photo : Tomcat)

Boeing C-17 Globemaster III

(crédit photo : Tomcat)

Les winglets, ça sert à quoi ?

Les winglets apportent une réduction de trainée en essayant de limiter les tourbillons d'extrémité de voilure, qui sont dus à la rencontre entre les 2 flux d'air d'extrados et intrados, dont les pressions sont différentes. En bout d'ailes, ils se rencontrent et se mélangent, d'où la formation de troubillons.
Le moyen de ne pas avoir ces tourbillons, c'est d'avoir une aile d'envergure infinie, mais c'est pas facile à faire ;-))
C'est pourtant le principe de l'aile du 777 : Boeing a préféré l'allonger et ne pas mettre de winglets (sinon il aurait été trop large pour utiliser les infrastructures aéroportuaires classiques). Airbus, quant à lui, a préféré réduire l'envergure et installer des winglets sur ses A330 et A340.
Ca sert donc à améliorer une aile existante, à partir des traveaux de Mr Whitcomb dans les années 70 à la NASA. Le winglet type est en deux parties, le VaryEze les reprend fidèlement alors que le LongEze a une version simplifiée.
Le MD11 est très près du modèle original aussi. Les versions Grumman et 747-400 sont simplifiées au niveau du dessin, pas forcément au niveau de l'efficacité.
Une remarque du bureau d'études de Dassault: une aile nouvelle sans winglet est plus performante qu'une aile ancienne plus winglet.

C'est vraiment efficace ?

On entend régulièrement dire que les winglets ne servent à rien d'autre qu'au look de l'avion et que le maigre avantage aérodynamique qu'ils procurent ne sert qu'à faire en sorte qu'ils ne soient pas un poids supplémentaire ajouté à l'avion. En gros, leur ajout ne présente aucun avantage mais pas non plus d'inconvénient.
Ces affirmations semblent totalement inexactes à la lumière des chiffres avancés par Boeing (pour ne citer qu'eux) : d'après Boeing, l'ajout de winglets fait gagner de 3 à 5% sur la consommation de carburant. Nombre de spécialistes confirment ces chiffres. Mais beaucoup d'autres estiment que le gain est négligeable... bref, coupons la poire en deux, disons 2% pour que tout le monde soit content, ce qui est déjà énorme ;o)

Quelles sont les différences entre des winglets classiques (type A330/340) et des winglets "delta" (type A319/320) ?

Winglet d'Airbus A319CJ

(crédit photo : Tomcat)

Winglet d'Airbus A340

(crédit photo : Mitucci)

Les "wing tip fences" sont moins coûteux, d'un niveau d'efficacité équivalent voire meilleur mais doivent être adaptés à chaque aile au mieux par des études poussées des écoulements d'air. Le choix du modèle Withcomb est plutôt le souhait de prendre sur l'étagère ce qui existe.

Les réservoirs de bout d'aile jouaient-ils en leur temps le même rôle ?

Presque, en moins bien mais il ne dégradent pas, c'est déjà beaucoup.

Les espèces de séparations qu'on voit "coupant" la ligne de certaines ailes ont-elle une fonction comparable à celle des winglets de bout d'aile ?

Ce sont des "fences" ou cloisons: la fonction est de séparer l'écoulement d'air entre les volets et les ailerons pour les ailes en flèche. Ca permet d'abord de mieux contrôler l'avion aux grands angles en lisse.
Mais l'avantage principal c'est que sur les voilures en flèche, les trajectoires des filets d'air dans la couche limite sont deviés vers l'extremité de l'aile, et une des conséquences de cette deviation est que le décrochage de l'écoulement se fait d'abord à l'extremité de l'aile. En fait on tente de redresser l'écoulement parallèlement à la vitesse pour alimenter les ailerons afin de conserver le controle en roulis.
A ce moment l'extremité de l'aile n'est donc plus "portante", la portance se déplace vers l'avant et l'avion a tendance a cabrer spontanément (autocabrage) et peut même devenir instable. Si cela arrive pendant un décrochage ou à une incidence proche de l'incidence de décrochage, ce n'est pas fun puisqu'au contraire il faudrait faire piquer l'avion.

Le rôle du fence est donc d'empêcher les filets d'air de la couche limite d'être deviés vers l'exterieur de l'aile. Et les séparations sur les avions de combat (Mirage III par exemple) font pareil : l'air qui passe par cette fente et qui s'écoule le long de l'aile joue le rôle de fence.

Un avion équipé de winglets peut-il voler sans ?

Il peut voler avec un seul winglet, à condition de boucher les trous ;o)
Dans ce cas, la réglementation impose cependant une légère augmentation de la masse de carburant emporté (1% en règle générale).

Les winglets ne produisent-ils pas eux-même une force de poussée ?

Ca peut paraître bizarre comme idée, mais certains soutiennent cette thèse : les tourbillons à l'extrémité de l'aile viendraient "frapper" le winglet sur sa partie externe ce qui créerait une force de poussée, un peu comme le vent sur la voile d'un bateau qui tire des bords. Cette théorie semble assez douteuse.

Winglet d'Airbus A340

(crédit photo : Mitucci)