Les frères Wright : comment deux fabricants de vélos ont appris au monde à voler

Deux frères de Dayton

Wilbur Wright est né le 16 avril 1867 près de Millville, dans l'Indiana, et son frère Orville le 19 août 1871 à Dayton, dans l'Ohio. Ils faisaient partie des sept enfants de Milton Wright, évêque de l'Église des Frères unis en Christ, et de Susan Koerner Wright, connue dans la famille pour son habileté à fabriquer et réparer toutes sortes d'objets. La famille déménagea plusieurs fois, mais Dayton devint finalement son foyer définitif.

Leur fascination pour le vol commença tôt. En 1878, leur père leur rapporta un petit hélicoptère jouet inspiré d'un modèle du pionnier français de l'aviation Alphonse Pénaud. Il était fait de papier, de bambou et de liège, et fonctionnait grâce à un élastique torsadé. Les garçons jouèrent avec jusqu'à ce qu'il se casse, puis en construisirent leurs propres copies. Ils l'appelaient « la chauve-souris ».

Aucun des deux frères n'obtint de diplôme de fin d'études secondaires, et aucun ne se maria jamais. Wilbur comptait entrer à l'université Yale, mais au cours de l'hiver 1885-1886, il reçut une crosse de hockey en plein visage lors d'une partie sur la glace. Cette blessure le laissa renfermé et en mauvaise santé pendant plusieurs années. Il resta à la maison, soigna sa mère, qui se mourait de la tuberculose, et lut énormément dans la vaste bibliothèque de son père. Ces années calmes lui donnèrent l'habitude d'une étude approfondie et minutieuse, qui allait plus tard se révéler essentielle.

D'abord imprimeurs, puis fabricants de vélos

Bien avant de s'intéresser sérieusement aux avions, les deux frères étaient de petits entrepreneurs. Orville construisit une presse d'imprimerie et, avec l'aide de Wilbur, ils publièrent en 1889 un journal local, le West Side News. En 1892, alors qu'un engouement pour la bicyclette gagnait les États-Unis, ils ouvrirent un atelier de réparation et de vente de vélos, et quelques années plus tard ils commencèrent à fabriquer des bicyclettes de leur propre conception.

Le commerce de vélos compta pour trois raisons. Il rapporta l'argent qui finança leurs expériences de vol. Il leur offrit un atelier entièrement équipé et une expérience pratique des machines légères et solides, des chaînes, des pignons et des rayons. Et il leur enseigna une idée importante : un vélo est une machine instable que le cycliste maintient en équilibre grâce à de petites corrections permanentes. Les frères soupçonnaient qu'un avion fonctionnerait de la même manière. Plutôt que de chercher à construire un appareil stable par lui-même, ils voulaient un appareil que le pilote puisse contrôler activement.

Le problème du vol dans les années 1890

Dans les années 1890, de nombreux inventeurs tentaient de voler. L'ingénieur allemand Otto Lilienthal avait effectué environ deux mille vols sur des planeurs qu'il dirigeait en déplaçant le poids de son corps. En 1896, il se tua lorsqu'un de ses planeurs décrocha et s'écrasa. Sa mort bouleversa les Wright et les convainquit que le véritable problème non résolu n'était pas de soulever une machine dans les airs ni de la propulser, mais de la contrôler une fois en vol.

En 1899, Wilbur écrivit à la Smithsonian Institution, à Washington, pour demander des publications sur le vol. Orville et lui lurent tout ce qu'ils purent trouver, notamment les travaux de l'ingénieur Octave Chanute, qui devint leur ami et leur conseiller. Ils conclurent qu'une machine volante avait besoin de trois choses : des ailes pour la porter, un moteur pour la faire avancer et un moyen de la contrôler. D'autres travaillaient déjà sur les deux premiers points. C'est sur le troisième que les frères concentrèrent leur attention.

Résoudre le contrôle : le gauchissement des ailes et les trois axes

Un avion peut tourner de trois façons, c'est-à-dire autour de trois axes :

• Le tangage : le nez monte ou descend.
• Le roulis : une aile s'abaisse tandis que l'autre s'élève.
• Le lacet : le nez tourne vers la gauche ou vers la droite.

Le roulis était le plus difficile à maîtriser. Les frères avaient observé les oiseaux et remarqué qu'ils inclinent le bout de leurs ailes pour garder l'équilibre et pour tourner. Wilbur trouva le moyen de reproduire ce mouvement en tordant distraitement une boîte en carton vide dans l'atelier de vélos. Si l'on pouvait tordre les extrémités des ailes d'un biplan en sens opposés, un côté gagnerait de la portance et l'autre en perdrait, ce qui ferait pencher la machine. Cette méthode prit le nom de gauchissement des ailes. En 1899, ils l'essayèrent sur un cerf-volant d'environ 5 pieds (1,5 m) d'envergure, piloté avec des ficelles, et cela fonctionna.

Plus tard, en 1902, ils ajoutèrent une gouverne de direction mobile à l'arrière et la relièrent au gauchissement des ailes. Cela résolut un problème dangereux : pendant un virage, le planeur pivotait de côté et glissait vers le sol. Avec une gouverne de profondeur à l'avant pour le tangage, des ailes gauchissables pour le roulis et une gouverne de direction pour le lacet, les Wright avaient créé le contrôle sur trois axes. Les avions modernes utilisent des ailerons au lieu d'ailes gauchissables, mais le principe du contrôle des trois axes reste aujourd'hui la base du pilotage de tout avion.

Kitty Hawk et les planeurs

Pour essayer des planeurs grandeur nature, les frères avaient besoin de vents réguliers, d'un sol meuble pour atterrir et de tranquillité. Après avoir consulté le Bureau météorologique des États-Unis, ils choisirent les Outer Banks, en Caroline du Nord, près du petit village de pêcheurs de Kitty Hawk. Ses hautes dunes de sable et les vents forts venus de l'Atlantique étaient idéaux. De 1900 à 1903, ils s'y rendirent chaque année depuis l'Ohio, campant sous des tentes, puis dans des hangars en bois qu'ils construisirent eux-mêmes.

La déception de 1901

Leur planeur de 1900 vola surtout comme un cerf-volant sans pilote. Celui de 1901, plus grand que tous les planeurs ayant volé jusque-là, fut une déception : il produisait beaucoup moins de portance que ne le prévoyaient leurs calculs, et il était difficile à contrôler. Les frères rentrèrent chez eux découragés et sur le point d'abandonner.

La soufflerie

Au lieu de renoncer, ils remirent en question les données sur lesquelles tous les autres s'appuyaient. À l'automne 1901, ils construisirent dans leur atelier une petite soufflerie : une caisse en bois d'environ 6 pieds (1,8 m) de long, avec un ventilateur à une extrémité. À l'intérieur, ils installèrent des balances fabriquées à partir de rayons de vélo et de vieilles lames de scie à métaux, et s'en servirent pour mesurer la portance et la traînée d'environ 200 petites maquettes d'ailes de formes différentes. Les résultats montrèrent qu'une valeur couramment utilisée pour calculer la portance, appelée coefficient de Smeaton, était trop élevée depuis plus d'un siècle. Grâce à leurs nouvelles données, les frères purent concevoir des ailes qui se comportaient réellement comme prévu.

Le planeur réussi de 1902

Le planeur de 1902, construit d'après les résultats de la soufflerie et équipé de la nouvelle gouverne de direction mobile, fut un triomphe. En plusieurs semaines, les frères effectuèrent des centaines de vols planés, dont le plus long couvrit environ 622 pieds (190 m). Ils devinrent ainsi des pilotes expérimentés, ce que peu de leurs rivaux furent jamais. En mars 1903, ils déposèrent une demande de brevet pour leur système de contrôle.

La construction du Wright Flyer

Le contrôle résolu, les frères avaient besoin d'un moteur et d'hélices. Aucun fabricant ne pouvait fournir un moteur à la fois assez léger et assez puissant ; leur mécanicien d'atelier, Charlie Taylor, en construisit donc un en six semaines environ. Il développait environ 12 chevaux et possédait un carter en aluminium coulé, un choix rare à l'époque, pour gagner du poids.

Les hélices se révélèrent un problème étonnamment difficile. Les hélices de navire étaient conçues en grande partie de manière empirique, et personne ne disposait d'une théorie des hélices aériennes. Les Wright comprirent qu'une hélice est en réalité une aile qui tourne, et ils utilisèrent les données de leur soufflerie pour concevoir deux hélices en bois efficaces. Celles-ci étaient entraînées par des chaînes, un peu comme sur un vélo, et tournaient en sens inverse afin que leurs effets de couple s'annulent.

La machine achevée, le Wright Flyer, était un biplan d'environ 40 pieds (12 m) d'envergure, construit en épicéa et en frêne et entoilé de fine mousseline de coton. Le pilote était allongé à plat ventre sur l'aile inférieure ; il actionnait la gouverne de profondeur avec un levier et commandait le gauchissement et la gouverne de direction en bougeant les hanches dans une sorte de berceau.

17 décembre 1903 : les premiers vols

Le 14 décembre 1903, les frères tirèrent à pile ou face pour décider qui volerait le premier. Wilbur gagna, mais il cabra trop brusquement, et le Flyer décrocha et se posa dans le sable au bout d'environ trois secondes. Après réparation, ils firent une nouvelle tentative le 17 décembre, près de Kill Devil Hills, à environ quatre miles (6 km) au sud de Kitty Hawk. C'était au tour d'Orville.

Vers 10 h 35, par un vent froid et fort, Orville vola pendant 12 secondes et parcourut 120 pieds (37 m). Ce n'était qu'un bond, mais c'était la première fois qu'une machine pilotée, motorisée et plus lourde que l'air décollait par ses propres moyens, volait de façon contrôlée et atterrissait sur un terrain aussi haut que son point de départ. Un employé de la station de sauvetage locale, John T. Daniels, qui ne s'était jamais servi d'un appareil photo, prit la célèbre photographie de ce moment, où l'on voit Wilbur courir à côté.

Les frères se relayèrent et effectuèrent trois autres vols ce jour-là. Le quatrième, piloté par Wilbur, dura 59 secondes et couvrit 852 pieds (260 m). Peu après, une rafale de vent retourna le Flyer, posé au sol, et l'endommagea gravement. Il ne vola plus jamais. Le soir même, les frères envoyèrent un télégramme à leur père pour annoncer leur succès et dire qu'ils seraient à la maison pour Noël.

D'un bond à un avion pratique

Les vols de 1903 prouvaient que le vol motorisé était possible, mais le Flyer ne pouvait pas encore virer ni rester longtemps en l'air. Les frères passèrent les deux années suivantes à en faire une machine utile. Pour éviter les longs voyages en Caroline du Nord, ils volèrent à Huffman Prairie, un pâturage pour vaches aux abords de Dayton.

• Wright Flyer II (1904) : le 20 septembre 1904, Wilbur effectua le premier cercle complet en avion. Comme les vents étaient plus faibles à Huffman Prairie, les frères construisirent une catapulte de lancement actionnée par un poids en chute, pour aider le Flyer à atteindre sa vitesse de vol.
• Wright Flyer III (1905) : souvent considéré comme le premier avion vraiment pratique, il pouvait s'incliner, virer, tourner en rond et décrire des huit. Le 5 octobre 1905, Wilbur parcourut environ 24 miles (39 km) en un peu plus de 39 minutes, et n'atterrit que lorsque le carburant fut épuisé.

L'une des premières personnes à rédiger un témoignage oculaire de ces vols fut Amos Root, éditeur d'une revue d'apiculture, Gleanings in Bee Culture. Son récit parut en janvier 1905, bien avant que la plupart des journaux ne prennent les Wright au sérieux.

Sceptiques, célébrité et tragédie

Peu de gens croyaient ce qu'affirmaient les frères. Ils volaient rarement en public, et de la fin de 1905 à 1908, ils ne volèrent pas du tout, car ils voulaient protéger leur invention jusqu'à obtenir des brevets et des contrats de vente. En Europe, certains critiques les traitaient ouvertement de bluffeurs.

Tout changea en 1908. En août, Wilbur vola sur un champ de courses près du Mans, en France. Les spectateurs et les aviateurs européens furent stupéfaits de la facilité avec laquelle il s'inclinait et tournait, ce que leurs propres appareils parvenaient à peine à faire. Presque du jour au lendemain, les Wright devinrent des célébrités mondiales. En septembre, Orville commença des vols de démonstration pour l'armée américaine à Fort Myer, en Virginie, et établit de nouveaux records de durée de vol.

Le 17 septembre 1908, la tragédie frappa. Une hélice se fendit pendant un vol, et l'avion s'écrasa. Orville fut grièvement blessé, et son passager, le lieutenant Thomas Selfridge, mourut, devenant la première personne tuée dans l'accident d'un avion à moteur. Orville se rétablit, et en 1909 l'armée acheta un avion Wright, le premier avion militaire au monde. La même année, Wilbur fit en avion le tour de la statue de la Liberté lors d'une célébration à New York, sous les yeux d'une foule immense.

Dernières années et héritage

En 1909, les frères fondèrent la Wright Company pour construire des avions. Ils passèrent une grande partie des années suivantes dans des batailles juridiques autour de leur brevet, notamment contre l'aviateur et constructeur américain Glenn Curtiss. Épuisé par les affaires et les procès, Wilbur contracta la fièvre typhoïde et mourut le 30 mai 1912, à l'âge de 45 ans. Orville vendit l'entreprise en 1915 et vécut jusqu'au 30 janvier 1948, assez longtemps pour voir des avions traverser les océans et franchir le mur du son.

Leur sœur Katharine Wright joua un rôle majeur dans leur vie. Diplômée de l'université et enseignante, elle tenait la maison, gérait l'entreprise pendant l'absence de ses frères et les accompagna en Europe, où elle charma la royauté et la presse.

Une longue querelle avec la Smithsonian

Pendant des années, la Smithsonian Institution laissa entendre que son ancien secrétaire, Samuel Langley, avait construit le premier avion capable de voler, alors que son Aerodrome avait échoué lors d'essais en 1903. En signe de protestation, Orville envoya en 1928 le Flyer original de 1903 au Science Museum de Londres. La Smithsonian finit par retirer sa revendication et, après la mort d'Orville, le Flyer revint aux États-Unis. Il est aujourd'hui exposé au National Air and Space Museum, à Washington.

Des morceaux du Flyer dans l'espace

La réussite des frères Wright a voyagé bien plus loin que Kitty Hawk. En 1969, Neil Armstrong emporta sur la Lune, à bord d'Apollo 11, un petit morceau du bois et de la toile du Flyer original. En 2021, l'hélicoptère Ingenuity de la NASA, qui réalisa le premier vol motorisé et contrôlé sur une autre planète, emporta sur Mars un minuscule fragment de la toile d'aile du Flyer. La NASA baptisa le premier site de décollage d'Ingenuity Wright Brothers Field.

Aujourd'hui, le lieu où tout a commencé est protégé sous le nom de Wright Brothers National Memorial, à Kill Devil Hills. La plus grande leçon des frères est peut-être leur méthode : ils remettaient en question les données admises, testaient leurs idées avec soin, apprenaient à voler sur des planeurs avant d'ajouter un moteur et considéraient les échecs comme des informations. Cette façon de penser a fait de deux fabricants de vélos de l'Ohio les inventeurs de l'avion.