Avions en papier : pliage et modèles à moteur caoutchouc

Une feuille de papier qui vole

Lâchez une feuille de papier pour imprimante et elle ne tombe jamais tout droit. Elle glisse dans un sens, s’arrête, se retourne, repart dans l’autre sens et atterrit à un endroit inattendu. Pliez cette même feuille une douzaine de fois et lancez-la, et elle traverse un gymnase scolaire en suivant une trajectoire régulière. Rien n’a été ajouté. Il n’y a ni moteur, ni colle, pas même un gramme de poids supplémentaire. Les plis ont simplement déplacé le papier d’un endroit à un autre.

Cette exposition explique ce que font ces plis. Sur la table se trouvent douze avions en papier, chacun plié étape par étape dans une feuille A4. Vous pouvez vous arrêter à n’importe quelle étape, faire tourner le modèle, le déplier et observer les marques laissées par les plis. Lorsqu’un avion est terminé, un mannequin le lance dans le gymnase, et le vol que vous voyez est calculé à partir de la forme que vous venez de plier : sa surface alaire, son envergure, la position de son poids et le degré de courbure de ses gouvernes de profondeur. Il existe ensuite une seconde sorte de modèle, l’avion à moteur caoutchouc, dans lequel une boucle de caoutchouc torsadée entraîne une hélice pendant quelques secondes ou pendant près de 30 minutes.

Les nombres affichés dans la scène sont des valeurs du modèle. Ils proviennent d’un modèle de vol simplifié et de la géométrie réellement pliée, et non d’une soufflerie. Quant aux records cités, le plus long vol en distance d’un avion en papier, la plus longue durée en l’air et le plus long vol intérieur à moteur caoutchouc, ils proviennent de Guinness World Records et de la FAI, la fédération mondiale des sports aériens.

Les onglets en haut à gauche du modèle permettent de choisir entre trois activités. Plier parcourt les étapes du pliage sur un tapis de découpe, avec une flèche pour chaque mouvement, la ligne de pli tracée sur le papier et deux mains de mannequin indiquant où tenir la feuille. Voler place l’avion terminé dans une main au début d’une ligne de lancer, dans un gymnase scolaire, une grande salle ou sur un terrain de sport. Moteur caoutchouc passe à un établi où trois modèles à moteur caoutchouc sont assemblés pièce par pièce, remontés puis mis en vol. Sous les commandes se trouvent un laboratoire proposant douze tâches, une liste de tous les avions que vous avez pliés et fait voler, les treize objets cachés dans la scène, les records et une pile de cartes commençant chacune par « En réalité ».

Pourquoi une feuille simple papillonne et un avion en papier plane

En 2022, une équipe du laboratoire de mathématiques appliquées de l’université de New York, accompagnée d’un physicien de l’université Cornell, a entrepris de répondre à une question apparemment enfantine : de quoi un avion en papier a-t-il besoin pour planer régulièrement ? Son article dans le Journal of Fluid Mechanics part de la feuille en chute. Une feuille plate dont le poids est réparti uniformément fait des culbutes successives. Pour la faire planer, les chercheurs ont collé un fin ruban métallique le long de son bord avant, en ajoutant un peu plus à chaque essai, puis l’ont relancée.

Le résultat a révélé une tendance nette. Lorsque le poids était au centre de la feuille, ou seulement légèrement en avant, la feuille oscillait ou faisait des culbutes. Lorsque le poids était très en avant, elle piquait et s’écrasait. Ce n’est qu’entre les deux, dans ce que les chercheurs ont appelé une « zone optimale », qu’elle planait. Selon le communiqué de NYU, les véritables avions en papier y parviennent de deux façons : le bord avant est replié plusieurs fois, ou un trombone est ajouté. Ces deux gestes déplacent le centre de masse vers l’avant.

C’est la première chose à observer sur la table. Chaque pli qui ramène du papier vers le nez ajoute une couche à l’avant. Une fléchette, par exemple, commence par deux coins rabattus sur la ligne centrale, puis les nouveaux bords obliques sont à nouveau repliés vers l’intérieur. Une fois terminée, le tiers avant de l’avion contient six ou huit couches de papier et le tiers arrière en contient deux. Le papier n’est pas devenu plus lourd, mais son poids s’est déplacé vers l’avant.

L’équipe de NYU a également construit un « simulateur de vol » à partir de ses mesures, un modèle mathématique reproduisant les oscillations, les culbutes, le vol plané et les piqués observés. Les chercheurs expliquent que la manière dont un avion en papier reste à l’horizontale diffère beaucoup de la stabilité d’un avion classique muni d’un empennage, ce qui contribue à expliquer pourquoi un objet aussi simple a nécessité un article de mécanique des fluides.

Ce que fait le modèle de pliage

Le pliage est modélisé conformément au comportement réel du papier : celui-ci ne s’étire pas. Chaque étape définit une ligne de pli et la partie de la feuille qui bouge. Avant le mouvement, chaque morceau de papier traversé par cette ligne est découpé suivant celle-ci, de sorte que la partie mobile puisse tourner autour de la ligne comme un volet rigide tandis que le reste demeure immobile. Un pli plat fait tourner le volet de 180 degrés et l’empile au-dessus, pour un pli vallée, ou en dessous, pour un pli montagne. Les dernières étapes ne sont pas plates : les ailes s’abaissent d’environ 85 degrés de chaque côté du corps, les extrémités des ailes se courbent et les bords de fuite se relèvent pour former les gouvernes de profondeur.

Comme le papier est uniquement découpé et tourné, jamais étiré, sa surface totale reste exactement de 623,7 cm², la surface d’une feuille A4, à chaque étape. Le contrôle effectué avant la publication de cette page le confirme pour les douze avions et toutes leurs étapes. Le diagramme des plis que vous pouvez afficher à la fin est simplement le relevé de toutes les lignes suivant lesquelles le papier a été découpé, colorées selon qu’il s’agissait d’un pli vallée ou montagne vu depuis le recto de la feuille. Les tirets bleus indiquent les plis vallée, les traits mixtes rouges les plis montagne, et les lignes plus pâles correspondent aux plis marqués puis rouverts à plat.

Un même pli peut sembler une vallée d’un côté et une montagne de l’autre. Lorsqu’un volet a déjà été retourné, un pli qui vous semble être une vallée est une montagne sur le recto du papier. Le diagramme est toujours dessiné depuis le recto, ce qui explique pourquoi certaines lignes surprennent les personnes ayant réalisé chaque étape comme un pli vallée.

Portance, traînée et angle de plané

Un planeur n’a pas de moteur et descend donc toujours dans l’air. Le centre de recherche Glenn de la NASA explique cette géométrie fondamentale dans son guide d’initiation à l’aéronautique, en prenant les planeurs des frères Wright comme exemple ; il cite les avions en papier comme l’exemple le plus évident de planeur. Dans un vol plané stabilisé, l’avion descend suivant une ligne droite inclinée de l’angle de plané. Trois forces s’équilibrent : le poids tire verticalement vers le bas, la traînée agit vers l’arrière le long de la trajectoire et la portance agit perpendiculairement à celle-ci. En développant la géométrie, la NASA montre que la tangente de l’angle de plané est égale à la traînée divisée par la portance :

tan(angle de plané) = D / L = coefficient de traînée / coefficient de portance

Pris dans l’autre sens, le rapport portance/traînée L/D indique la distance parcourue par le planeur pour chaque mètre perdu en hauteur. Un avion dont le L/D vaut 5 parcourt 5 m pour chaque mètre de hauteur perdu. Lancé horizontalement depuis une main située à 1,9 m du sol, cet avion pourrait atteindre environ 9,5 m avant de se poser dans un vol plané parfaitement stabilisé. L’essentiel de la distance d’un bon lancer provient du supplément de vitesse et de hauteur donné par le lancer, que l’avion échange ensuite.

La portance et la traînée suivent elles-mêmes les équations de portance et de traînée de la NASA :

L = C_L × ½ ρ V² × A, D = C_D × ½ ρ V² × A

Ici, ρ désigne la masse volumique de l’air, environ 1,2 kg par mètre cube dans une pièce, V la vitesse, A la surface alaire, et C_L et C_D les coefficients de portance et de traînée. La NASA précise que ces coefficients rassemblent toute la complexité de la forme et de l’angle en un seul nombre chacun, généralement mesuré en soufflerie. Dans cette exposition, ils sont estimés à partir de la forme pliée, raison pour laquelle l’affichage les présente comme des valeurs du modèle.

Le carré de la vitesse est l’élément important. Un avion qui vole de manière stable à 3 m/s et qui est lancé à 12 m/s subit une portance 16 fois supérieure à ses besoins. Ce supplément de portance ne le maintient pas à l’horizontale. Il courbe la trajectoire vers le haut, souvent jusqu’au looping. Observez l’avion de voltige : avec ses gouvernes de profondeur fortement relevées, il lui faut très peu de vitesse pour produire beaucoup de portance, si bien qu’un lancer puissant l’envoie droit vers le haut puis le fait basculer.

Des ailes courtes, une descente rapide

Les avions en papier ont des ailes courtes et trapues. Une fléchette pliée dans une feuille A4 a une envergure d’environ 16 cm et une surface alaire d’environ 266 cm², valeurs du modèle issues de la forme pliée ; son allongement, l’envergure au carré divisée par la surface, vaut donc environ 1. L’aile d’un avion de ligne présente un allongement d’environ 9, celle d’un planeur performant dépasse 20.

La page de la NASA sur la traînée induite explique pourquoi cela compte. L’air contourne les extrémités des ailes en passant de la forte pression du dessous à la faible pression du dessus et s’enroule en deux tourbillons. Ce mouvement ajoute une traînée qui augmente avec le carré du coefficient de portance et diminue avec l’allongement :

C_Di = C_L² / (π × AR × e)

où e est un facteur d’efficacité, d’environ 0,7 pour une aile rectangulaire selon la NASA. Avec un allongement de 1, la traînée induite est énorme comparée à celle d’une aile longue et effilée. La page de la NASA sur la géométrie des ailes expose clairement le compromis : un allongement supérieur donne une traînée plus faible, un rapport portance/traînée plus élevé et un meilleur angle de plané. C’est la principale raison pour laquelle le L/D d’une fléchette en papier n’est que d’environ 5 dans le modèle, et pour laquelle les modèles de distance cherchent à garder leurs ailes aussi larges et plates que la feuille le permet.

Les ailes courtes produisent aussi moins de portance pour chaque degré d’incidence. Le modèle utilise la correction classique pour une aile d’envergure finie, dans laquelle la pente de portance bidimensionnelle de 2π par radian est réduite par le courant descendant des tourbillons marginaux : a = a0 / (1 + a0 / (π AR)). Pour un allongement de 1, on obtient environ 2,1 par radian, un tiers de la valeur d’une aile infinie.

D’où viennent les nombres pour un véritable avion

L’activité sur les avions en papier de la NASA, destinée aux classes du secondaire, demande aux élèves de plier l’un de cinq modèles, de faire voler chacun en mesurant distance et durée, puis d’utiliser le programme FoilSim de la NASA pour relier la portance d’un profil à la surface de l’aile. C’est la même chaîne que suit cette exposition : mesurer la forme, estimer la portance et comparer avec le comportement de l’avion. L’activité se termine en proposant aux élèves de plier un meilleur avion et d’expliquer pourquoi leurs modifications ont fonctionné.

Équilibre : le centre de masse et le centre de portance

Un avion est stable en tangage lorsqu’une rafale qui soulève son nez produit également une force qui le repousse vers le bas. Pour une aile sans empennage séparé, cela ne se produit que si le centre de masse est situé devant le point où agit la portance supplémentaire, appelé foyer ou, ici, centre de portance. La distance entre les deux, divisée par la corde moyenne de l’aile, constitue la marge statique. L’affichage l’appelle marge d’équilibre.

La page de la NASA consacrée au centre de gravité décrit comment les ingénieurs trouvent le point d’équilibre : pour un objet uniforme présentant un axe de symétrie, il se trouve sur cet axe, et pour un objet complexe, il correspond à la moyenne pondérée de toutes ses pièces. L’exposition fait exactement cela avec le papier plié. Chaque morceau de papier présente la même masse par centimètre carré, soit 80 g par mètre carré pour du papier ordinaire pour photocopieur ; le centre de masse est donc la moyenne, pondérée par la surface, de chaque morceau dans sa position pliée. Pour la fléchette, il se trouve environ 13 mm derrière le milieu de la longueur de la feuille.

Le centre de portance est plus difficile à déterminer. Pour une aile longue et droite, il se situe environ au quart de la corde derrière le bord d’attaque. Pour les ailes très courtes, la théorie des ailes élancées le déplace davantage vers l’arrière, en direction du centre de la surface. Le modèle combine les deux suivant l’allongement et situe le centre de portance de la fléchette environ 18 mm derrière le milieu. La marge d’équilibre de la fléchette seule n’est que d’environ 3 pour cent de la corde : elle vole, mais de justesse.

Ajoutez un trombone sur le nez, soit 0,5 g dans le modèle, et le centre de masse avance d’environ 14 mm ; la marge atteint environ 12 pour cent. Deux trombones donnent 18 pour cent, trois 24 pour cent. Vous pouvez voir les deux repères bouger dans la scène : la boule noire et jaune est le centre de masse, l’anneau bleu le centre de portance.

Une marge supérieure n’est pas forcément préférable. Un avion très lourd du nez tend à voler avec un faible angle d’incidence, ce qui l’oblige à voler vite pour produire assez de portance. Dans le modèle, la vitesse de plané stabilisé de la fléchette passe d’environ 2,9 m/s sans trombone à environ 4,2 m/s avec un trombone et à 5,3 m/s avec deux. Cela correspond au côté « pique et s’écrase » du résultat de NYU.

Pourquoi un avion dont le poids est trop en arrière ne se retourne pas toujours

Les travaux de NYU soulignent un phénomène absent des avions des manuels : sur une plaque plane, le centre de pression se déplace avec l’angle. Aux petits angles, il se situe près du quart de corde ; lorsque la plaque s’incline vers 90 degrés, il recule jusqu’au milieu. Le modèle inclut ce déplacement. Un avion dont le centre de masse se situe un peu derrière son centre de portance ne se retourne donc pas simplement. Il cabre jusqu’à ce que le centre de pression ait suffisamment reculé pour l’équilibrer, à un angle d’incidence élevé, puis descend lentement suivant une pente raide, en décrochage partiel. C’est le cas du planeur à bord replié sans trombone : il décroche et s’enfonce au lieu de planer. Deux trombones corrigent le problème.

Une feuille dont le poids se trouve exactement au milieu n’a aucun point d’équilibre de ce type pour un angle inférieur à 90 degrés, et c’est cette feuille qui fait des culbutes. Tenez une simple feuille à plat et lâchez-la pour voir la différence.

Les gouvernes de profondeur : une petite courbure qui règle la vitesse

La plupart des instructions d’avions en papier se terminent par « relevez légèrement les bords arrière ». Ces bords courbés sont les gouvernes de profondeur. Relever le bord de fuite donne à l’aile une cambrure réflexe qui pousse le nez vers le haut. Dans le modèle, cela apparaît sous forme d’un moment de tangage cabreur proportionnel à la courbure. Avec une marge d’équilibre stable, l’avion se stabilise à l’angle d’incidence où ce moment cabreur est équilibré par le moment piqueur de la portance agissant derrière le centre de masse. Une courbure plus importante des gouvernes de profondeur donne un angle de calage supérieur, davantage de portance par unité de vitesse et donc un vol plané plus lent.

Pour la fléchette seule, le modèle donne les vols planés compensés suivants, qui sont des valeurs du modèle :

Le meilleur L/D se situe au milieu. Avec des gouvernes de profondeur trop peu relevées, l’avion vole trop vite pour son aile, gaspillant sa hauteur en traînée ; avec des gouvernes de profondeur trop relevées, il vole près du décrochage, où la traînée augmente fortement. Déplacez le curseur « Gouvernes de profondeur » et observez la ligne en pointillés : elle montre la trajectoire du prochain lancer avec les réglages actuels, recalculée chaque fois que vous déplacez une commande.

Le réglage des gouvernes de profondeur explique également une plainte courante, celle de l’avion qui monte, s’arrête puis tombe. Avec des gouvernes de profondeur fortement relevées, un avion a besoin de peu de vitesse pour voler, si bien qu’un lancer normal est beaucoup trop rapide pour lui. Le supplément de portance courbe la trajectoire vers le haut, l’avion ralentit au sommet et, si la montée était suffisamment raide, il décroche. Réduisez un peu la courbure des gouvernes de profondeur, ou lancez plus doucement et plus horizontalement.

Le lancer : vitesse, angle et loopings des lancers puissants

Un avion lancé commence avec beaucoup plus de vitesse que dans son vol plané stabilisé. La suite dépend de la compensation. Un avion compensé pour 3 m/s et lancé à 11 m/s possède environ 13 fois la portance nécessaire. Il monte, ralentit, puis retrouve l’horizontale dans son vol plané, souvent avec un léger mouvement de montée et de descente appelé phugoïde. Dans le modèle, la fléchette lancée à 11 m/s et à 6 degrés depuis 1,9 m atteint environ 4,4 m, puis redescend en planant et atterrit à environ 24 m après environ 7 secondes.

Lancez-la plus fort et elle monte plus haut avant de se stabiliser : dans la grande salle, cette même fléchette lancée à 25 m/s atteint près de 10 m et atterrit à environ 31 m. La distance ne continue pas à croître avec la vitesse de lancer, car une grande partie du supplément de vitesse se transforme en hauteur et en traînée. Les modèles de longue distance et la flèche, avec des gouvernes de profondeur très peu relevées et beaucoup de poids au nez, sont compensés pour des vitesses supérieures et conservent davantage de l’impulsion du lancer.

Le cas opposé est le lancer de durée. Les concurrents de l’épreuve de durée de vol de la Japan Origami Airplane Association lancent l’avion presque verticalement aussi haut que possible ; la page des épreuves de l’association indique que cette épreuve se joue sur le lancer vers le haut et sur la compensation de l’avion. Dans le modèle, le planeur de durée lancé presque verticalement monte à environ 10 m dans un gymnase, ralentit presque jusqu’à l’arrêt au sommet et doit se retourner. Un avion ayant beaucoup de dièdre, les ailes relevées en V peu marqué, se redresse en roulis lorsqu’il se retrouve à l’envers ; le modèle effectue cela par un demi-tonneau au sommet et laisse l’avion redescendre en spirale.

La zone de lancer de la barre sous le modèle permet de le ressentir rapidement. Faites glisser depuis le point rouge : la longueur du déplacement règle la vitesse et sa direction règle l’angle. Essayez ensuite le même avion avec les curseurs de vitesse et d’angle de lancer, où la ligne en pointillés montre le résultat avant de lancer.

Dièdre et virage

Le dièdre est l’angle des ailes au-dessus de l’horizontale. La page de la NASA sur la géométrie des ailes indique qu’il est ajouté pour assurer la stabilité en roulis : une aile présentant du dièdre revient à sa position initiale après un léger roulis. Les avions en papier présentés ici ont des angles de dièdre d’environ 3 à 12 degrés, mesurés sur leur forme pliée. Le curseur Virage incline l’avion afin qu’une partie de sa portance le tire latéralement et lui fasse décrire un cercle. Les vols intérieurs de durée tournent volontairement en cercle pour que l’avion reste dans la salle.

Le vent

Il y a du vent sur le terrain de sport. Un vent de face ralentit l’avion par rapport au sol mais pas par rapport à l’air, ce qui le fait atterrir plus près ; un vent arrière le porte plus loin. Il existe aussi une ascendance thermique à environ 22 m sur le terrain, où l’air monte doucement et où un avion lent peut rester en l’air un peu plus longtemps. Les gymnases et les salles n’ont pas de vent dans le modèle, ce qui explique en partie pourquoi Guinness mesure le record de distance en intérieur.

Douze avions, douze compromis

Les douze modèles sont pliés dans la même feuille de 5 g. Leurs différences viennent de la manière dont les plis répartissent le papier. Le tableau indique ce que le modèle trouve pour chacun avec sa compensation par défaut ; ce sont des valeurs du modèle, et les distances correspondent au lancer par défaut dans le gymnase.

Quelques tendances se dégagent. Le delta possède de loin la plus grande aile, parce que ses coins ne sont repliés qu’une fois, mais la majeure partie de son papier se trouve à l’arrière, si bien que son centre de masse est trop reculé : il décroche tant qu’on n’ajoute pas de trombones. La flèche est l’opposé : rétrécie trois fois, elle possède une aile minuscule et un équilibre fortement avancé, ce qui la rend rapide et rectiligne mais la fait descendre vite. La fléchette à ailettes perd une partie de sa surface portante dans ses extrémités relevées, ce qui déplace également son centre de portance vers l’avant. Le planeur à bord replié est l’expérience de NYU réalisée en papier : son seul poids au nez est le bord avant enroulé, et cela ne suffit pas tout à fait à lui seul. Le planeur de durée et l’avion de voltige paraissent peu performants dans le tableau parce que leurs lancers par défaut ne visent pas la distance : l’un monte, l’autre fait des loopings.

Les noms tels que Fléchette et Verrou Nakamura sont ceux couramment employés pour ces formes. Les séquences de pliage présentées ici sont des versions génériques dessinées pour l’exposition, et non des copies d’un plan publié particulier.

Les conseils de pliage que le modèle ne peut pas montrer

Le pliage réel comporte quelques habitudes aussi importantes que la séquence. Marquez fermement chaque pli en passant l’ongle du pouce dessus, afin que les couches restent plates. Gardez les deux côtés identiques : un avion dont l’aile gauche est pliée quelques millimètres différemment de la droite tournera. Et vérifiez les ailes depuis l’arrière avant chaque lancer. Vues depuis la queue, les deux ailes doivent se relever dans le même V peu marqué et les gouvernes de profondeur doivent être courbées de la même faible quantité. Dans le modèle, les deux côtés sont toujours parfaits, ce qui explique en partie pourquoi ses avions volent plus droit que la plupart des avions en papier.

Le record de distance

Guinness World Records tient le record du plus long vol d’un aéronef en papier. Ses règles, publiées sur la page du record, précisent qu’il s’agit d’un avion en papier lancé en intérieur par une personne, mesuré en mètres, arrondi au centimètre (0,01 m), et que l’aéronef doit être une feuille de papier pliée pour voler, avec des ailes clairement reconnaissables.

Le record actuel est de 98,43 m. Liu Liwen l’a lancé à Shanghai, en Chine, le 28 décembre 2025, avec le soutien de cinq autres étudiants ; Guinness indique que le groupe avait étudié l’ingénierie et l’aérodynamique et s’était entraîné longtemps pour cette tentative.

Le record a progressé par paliers :

• Le premier titre Guinness de ce record, selon l’article d’actualité de Guinness de 2022, a été établi en 1985 par Tony Felch à La Crosse, dans le Wisconsin, aux États-Unis : 58,82 m.
• Le 26 février 2012, le quarterback Joe Ayoob et le concepteur d’avions en papier John M. Collins, des États-Unis, ont atteint 69,14 m.
• Le 16 avril 2022, à Daegu, en Corée du Sud, une équipe de trois personnes a atteint 77,134 m. Kim Kyu Tae a lancé l’avion, Shin Moo Joon l’a plié et Chee Yie Jian, de Malaisie, l’a conçu. Huit lancers ont été mesurés ; même le plus court, à 71,813 m, aurait battu le record de 2012. L’équipe a utilisé le même papier rigide de 100 g que John Collins (Conqueror CX22), et réalisé un vol d’essai intérieur de 78 m deux mois avant la tentative.
• Guinness a ensuite rapporté 88,31 m par Dillon Ruble, des États-Unis, et son équipe.
• Puis est arrivé le lancer de Shanghai à 98,43 m.

Dans la grande salle de cette exposition, les repères des records se trouvent à ces distances le long de la ligne de lancer. Les meilleurs avions en papier du modèle atteignent 30 à 45 m avec des lancers puissants. Cet écart est normal, et assumé. Les avions de record sont conçus et construits pour un seul objectif, avec un papier plus lourd et plus rigide, réglés au fil de centaines de lancers d’essai et lancés par des personnes capables de les propulser bien plus vite et plus précisément qu’un mannequin de simulation.

Ce que l’équipe de Daegu a dit du papier

Le récit de Guinness sur le record de Daegu comprend des conseils pratiques. Shin Moo Joon a expliqué que la plupart des compétitions coréennes utilisent du papier pour photocopieur de haute qualité de 80 g et recommandé du papier de 80 g pour les vols courants. Chee Yie Jian a décrit deux sortes d’avions de distance : des « fléchettes fines et précises » et des planeurs volant plus lentement mais qui « ont tendance à n’en faire qu’à leur tête ». Son conseil était de choisir d’abord l’objectif, distance ou durée, puis de concevoir l’avion en remontant depuis cet objectif. Les trois avaient travaillé ensemble en ligne ; Chee n’avait jamais rencontré les deux autres en personne lorsque le record a été établi.

Le record de durée de vol

Le record Guinness de la plus longue durée de vol d’un aéronef en papier est de 31,2 secondes, établi par une équipe de sept personnes à Kunshan, dans le Jiangsu, en Chine, le 11 février 2026. Certains membres du même groupe ont aussi participé à la tentative de record de distance.

Auparavant, le record appartenait au Japonais Takuo Toda, avec 29,2 secondes le 19 décembre 2010. Toda préside la Japan Origami Airplane Association, qu’il a fondée en 1995 et qui a pris son nom actuel en 2013, et il a ouvert un musée de l’avion en papier en 2001, selon la propre page de l’association. Shin Moo Joon, de l’équipe de Daegu, a confié à Guinness que voir la tentative de Toda en 2010 avait fait de lui un passionné d’aéronefs en papier.

Les concours de l’association montrent combien les deux objectifs diffèrent. L’épreuve de durée utilise une feuille A5 ; l’épreuve de distance utilise du A4. Une feuille plus petite donne un avion plus léger ayant une charge alaire plus faible, qui descend plus lentement. Et le lancer est dirigé vers le haut. Dans le modèle, le planeur de durée tire son temps de vol de sa hauteur : environ 10 m de hauteur et un taux de chute d’un peu plus d’un demi-mètre par seconde constituent l’essentiel de son vol. Les véritables avions de record sont plus légers relativement à leur surface alaire que tous les avions pliés dans du A4 présentés ici.

Le championnat du monde

Guinness recense également la plus grande compétition d’aéronefs en papier. Red Bull Paper Wings, organisé pour la première fois en 2006 et tous les trois ans, comptait 61 210 participants aux premiers tours en 2022. Après plus de 500 manches qualificatives, 171 concurrents de 57 pays ont fait voler leurs avions lors des finales à Salzbourg, en Autriche. Le championnat comporte trois catégories : distance, durée et voltige. Le vainqueur de la distance, le Serbe Lazar Krstić, a lancé à 61,11 m, la plus grande distance enregistrée jusque-là dans ce championnat, et le vainqueur de la durée, le Pakistanais Rana Muhammad Usman Saeed, est resté en l’air 16,39 secondes.

Le plus grand avion en papier

Le plus grand aéronef en papier recensé possède une envergure de 20,04 m. Il a été construit par Progetto Icarus et Jakidale à Bologne, en Italie, le 25 juin 2026, mesure environ 7 m de long et pèse environ 28,5 kg, entièrement constitué de papier et de colle. Levez les yeux dans la grande salle.

Un avion en papier à Mach 7

En 2008, des chercheurs de l’université de Tokyo ont travaillé avec la Japan Origami Airplane Association sur un avion en papier destiné à être lancé depuis la Station spatiale internationale. Un prototype plié en forme de navette spatiale a été testé dans la soufflerie hypersonique de l’université, où il a résisté à des vents de Mach 7, soit environ 8500 km/h, et à des températures de 200 °C, comme l’a rapporté la revue Science à l’époque. Une de ces petites navettes est cachée sur la table.

Le moteur caoutchouc : un moteur remonté à la main

Un modèle à moteur caoutchouc stocke de l’énergie dans une boucle de bande de caoutchouc. Tourner l’hélice à l’envers torsade la boucle ; chaque tour ajoute un peu de torsion jusqu’à ce que les brins commencent à former des nœuds, d’abord en une rangée de petits nœuds puis en une seconde couche au-dessus de la première. Relâchez-la et la boucle se détord en entraînant l’hélice.

Quelle quantité d’énergie un gramme de caoutchouc peut-il contenir ? Dans un article classique de Model Aviation publié par l’Academy of Model Aeronautics, l’AMA, des essais de caoutchouc de compétition de la fin des années 1970 donnaient des énergies de 3450 et 3725 pieds-livres par livre. En unités métriques, 3450 ft·lb/lb correspondent à environ 10,3 joules par gramme. C’est la valeur utilisée par le modèle au point de rupture. Un moteur caoutchouc restitue moins d’énergie qu’il n’en a fallu pour le remonter ; le modèle en restitue environ les trois quarts.

Le même article donne la formule utilisée par les modélistes pour le nombre maximal de tours :

tours (max) = K × longueur × √(longueur / poids)

avec la longueur en pouces, le poids en onces et K d’environ 5,7 pour ce lot de caoutchouc. Les moteurs plus longs et plus fins acceptent davantage de tours. Prenez un moteur F1D de 0,4 g et d’environ 23 cm, et la formule donne environ 1300 tours, le nombre indiqué par le champion du monde Brett Sanborn aux Sandia National Laboratories pour le remontage de ses modèles F1D. L’article de l’AMA avertit également que le caoutchouc stocke davantage d’énergie lorsqu’il est chaud mais casse plus facilement lorsqu’on le remonte sous un soleil brûlant.

Dans le modèle, le couple du caoutchouc augmente fortement pendant les premiers pour cent des tours, se stabilise puis augmente à nouveau brusquement près du maximum, lorsque les nœuds se forment. Cette forme de courbe est une modélisation ; l’énergie au sommet est fixée par la valeur de l’AMA. Une page pédagogique de physique de l’université de la Colombie-Britannique utilise le même jouet pour la même leçon : l’énergie stockée dans un élastique étiré ou torsadé est de l’énergie potentielle élastique, et un avion à moteur caoutchouc la transforme en mouvement et en hauteur.

L’hélice

Une pale d’hélice est une petite aile vrillée. Chaque section de la pale parcourt un cercle et est orientée suivant l’angle qui la ferait avancer d’un pas par tour : l’angle de la pale est l’arc tangente du pas divisé par 2πr, prononcé près du moyeu et faible près de l’extrémité. L’hélice de la scène est construite de cette manière, et le curseur Pas de l’hélice modifie son vrillage.

L’hélice doit absorber le couple du caoutchouc. Une hélice ayant davantage de pas demande davantage de couple pour tourner à une vitesse donnée, donc elle tourne plus lentement et le caoutchouc se déroule sur une durée plus longue. Dans le modèle, l’avion de concours scolaire remonté à 800 tours fait fonctionner son moteur pendant environ 17 secondes avec un pas de 10 cm et environ 38 secondes avec un pas de 27 cm, et le vol entier passe d’environ 47 à environ 66 secondes, valeurs du modèle. Le compromis porte sur la poussée : une hélice lente pousse moins, et le modèle monte plus doucement.

Remontage, montée, croisière et vol plané

Un bon vol à moteur caoutchouc comporte trois parties. Juste après le lancement, le couple est élevé, l’hélice tourne vite et le modèle monte. À mesure que les tours diminuent, le couple se stabilise sur la partie plate de la courbe et le modèle vole en croisière, presque à l’horizontale. Lorsque le caoutchouc est presque entièrement détordu, l’hélice ralentit puis s’arrête, et le modèle redescend en planant. En intérieur, le plafond impose une limite. Si le modèle monte trop vite, il heurte le toit et perd de l’énergie. Une des tâches demande de voler 40 secondes dans le gymnase sans toucher le plafond : réduire les tours ou augmenter le pas sont les deux façons d’y parvenir.

Le modèle décrit un cercle compensé : portance, poussée, traînée et poids agissent suivant la trajectoire, l’inclinaison fixant le cercle. Un véritable modèle se règle en courbant légèrement la dérive et en inclinant l’aile et l’empennage ; ici, un seul nombre remplit ce rôle.

Un caoutchouc plus long, un avion plus lourd

Le curseur Longueur du caoutchouc modifie la longueur de la boucle en conservant son épaisseur. Une boucle plus longue accepte davantage de tours et contient davantage d’énergie, mais elle pèse aussi davantage, ce qui oblige le modèle à voler plus vite pour se maintenir en l’air. Dans le modèle, l’avion scolaire avec une boucle de 24 cm remontée à moitié vole environ 48 secondes, avec la boucle standard de 40 cm environ 56 secondes et avec une boucle de 60 cm environ 67 secondes, tandis que son poids passe de 9,8 g à 11 g. Le gain de durée est proportionnellement inférieur au supplément de caoutchouc, le compromis que doit évaluer tout constructeur de modèle à moteur caoutchouc.

F1D : 30 minutes avec 0,4 gramme de caoutchouc

F1D est la catégorie reine de la FAI pour les modèles intérieurs à moteur caoutchouc. Le Code sportif de la FAI fixe ses limites : une envergure de monoplan de 550 mm au maximum, une corde de 200 mm au maximum sur les surfaces portantes, une envergure d’empennage de 450 mm au maximum, une masse sans moteur caoutchouc d’au moins 1,4 g et un moteur caoutchouc lubrifié de 0,4 g au maximum. Le concurrent doit construire ses modèles. La page de la FAI sur le vol intérieur explique que ces modèles sont généralement constitués d’une armature de balsa avec un revêtement transparent en microfilm ou en plastique, et que les concurrents disposent de six vols officiels, dont les deux meilleurs sont retenus.

Les Sandia National Laboratories, où Brett Sanborn travaille comme ingénieur, ont décrit ses modèles en 2018 : des armatures en balsa renforcées de fibre de bore, des ailes et empennages recouverts d’un film Mylar de 0,5 micromètre d’épaisseur et 40 à 50 heures de travail pour un modèle. Il remonte le caoutchouc d’environ 1300 tours. Le modèle vole à 2 à 3 pieds par seconde, moins vite qu’un piéton, et son hélice tourne environ 50 fois par minute. « L’hélice tourne pendant tout le vol. Il n’y a aucune phase de vol plané », a-t-il expliqué à Sandia. La durée de vol s’améliore en accordant le caoutchouc à l’hélice : épaisseur, longueur, nombre total de tours et couple d’un côté, pas, diamètre et évolution du pas pendant le vol de l’autre.

La FAI recense un record du monde de durée F1D en compétition, deux vols cumulés, de 58 minutes 38 secondes, établi par Yuan Kang Lee, des États-Unis, le 26 mars 2024. C’était pendant les championnats du monde F1D de 2024, organisés du 23 au 26 mars 2024 dans la mine de sel de Slănic Prahova, en Roumanie, où Lee a remporté le titre senior et Sanborn a terminé deuxième. Sanborn a décrit le site à Sandia comme une salle d’environ 200 pieds de haut, en forme de cathédrale, profondément sous terre, à une température constante qui est « bien pire pour l’énergie du caoutchouc ».

Le modèle F1D de cette exposition est construit aux limites de la catégorie : 1,4 g plus 0,4 g de caoutchouc, une envergure de 55 cm et une hélice de 48 cm. Dans le modèle, il se remonte à environ 1300 tours, vole à environ 0,6 m/s et fait tourner son hélice autour de 50 à 60 tr/min. Dans la grande salle, un remontage complet donne environ 30 minutes. L’horloge de la scène avance 40 fois plus vite que le temps réel, pour vous éviter d’attendre.

Monter jusqu’au toit

Les concours intérieurs regroupent les sites de vol par hauteur de plafond, et le Code sportif de la FAI renvoie à ces catégories de plafond pour le F1D. Un site élevé permet à un modèle de monter dans l’air lent et calme près du toit et d’utiliser tout son caoutchouc. Dans le gymnase, haut de 11 m dans le modèle, le même F1D atteint le plafond et doit être moins remonté. Le compte rendu de l’AMA sur le championnat du monde de 2018 dans l’atrium du West Baden Springs Hotel, dans l’Indiana, décrit combien l’air intérieur d’un bâtiment compte : lors d’une journée froide et couverte, l’air de l’atrium était turbulent et la plupart des vols rencontraient un courant descendant, tandis que le soleil sur le sol l’a ensuite calmé et les durées ont augmenté.

Pénaud et le Planophore

Le moteur caoutchouc est plus ancien que l’aéroplane. Le 18 août 1871, dans le jardin des Tuileries à Paris, Alphonse Pénaud a fait voler un modèle à moteur caoutchouc devant les membres de la société aéronautique française. Selon le CIAM Flyer de la FAI de 2021, il a parcouru 40 m en 11 secondes. Il l’a appelé le Planophore. Il avait une envergure de 46 cm, une longueur de 51 cm et pesait 16 g, dont 5 g de caoutchouc, avec une hélice propulsive de 21 cm de diamètre. Otto Lilienthal n’a fait voler ses planeurs qu’en 1891, vingt ans plus tard. L’histoire de Pénaud publiée par l’AMA ajoute que des vols de 11 à 13 secondes et de 130 à 200 pieds ont été enregistrés.

Le Planophore était stable par conception. Son empennage se trouvait devant l’hélice arrière et les extrémités de ses ailes étaient relevées pour donner un effet de dièdre, précise la FAI, ce qui lui permettait de rester à l’horizontale. Pénaud avait également compris, indique le CIAM Flyer, qu’un moteur caoutchouc stocke beaucoup plus d’énergie pour son poids qu’un ressort d’acier ou même qu’une machine à vapeur.

Pénaud a aussi construit de petits hélicoptères, avec un seul élastique entraînant deux hélices en sens opposés. Un de ces jouets est arrivé dans la famille Wright. Dans la série radiophonique de l’université de Houston The Engines of Our Ingenuity, John Lienhard raconte comment l’évêque Milton Wright a acheté un des hélicoptères jouets de Pénaud et l’a rapporté à la maison pour ses garçons. Une page pédagogique de l’université de la Colombie-Britannique raconte la suite : les frères ont joué avec jusqu’à ce qu’il casse, puis ont construit plusieurs hélicoptères de leur fabrication. L’année de ce cadeau diffère selon les sources.

Le Planophore de cette exposition utilise les dimensions publiées par Pénaud. Sa surface alaire, le pas de son hélice et la résistance du caoutchouc de 1871 ne sont pas connus et sont estimés ; ils sont ajustés pour qu’un remontage modeste produise un vol d’une longueur approximativement égale à celle enregistrée en 1871.

Le fonctionnement des modèles de cette page

Tout ce que vous voyez voler est calculé. Voici ce qui est simplifié, afin de pouvoir interpréter les nombres pour ce qu’ils sont.

Le moteur de pliage. Le papier est un ensemble de morceaux plats découpés suivant chaque ligne de pli. Chaque morceau garde sa forme et ne fait que tourner. Les couches empilées sont dessinées à une fraction de millimètre d’écart. Le véritable papier se courbe, reprend partiellement sa forme et possède une épaisseur ; les plis ne sont jamais parfaitement nets.

La géométrie issue du pliage. Lorsqu’un avion est terminé, le modèle mesure sa masse à partir de la surface du papier, à raison de 80 g par mètre carré, son centre de masse et son moment d’inertie à partir des morceaux pliés, sa surface alaire et son envergure à partir du papier presque horizontal vu du dessus, et son centre de portance à partir de ce contour, comme décrit plus haut. Les extrémités des ailes, la quille et les ailettes sont comptées séparément.

L’aérodynamique. La portance et la traînée utilisent les équations de la NASA avec une pente de portance d’aile finie et une traînée induite correspondant à l’allongement mesuré, une traînée à portance nulle dépendant de la proportion de quille et de plis, et une transition progressive vers le comportement d’une plaque plane au-delà d’environ 13 degrés, où l’aile décroche. Le centre de pression recule lorsque l’angle augmente, comme sur une plaque plane. Les gouvernes de profondeur ajoutent un moment de tangage cabreur qui change de signe lorsque l’air vient de l’arrière.

Le vol. L’avion lancé est un corps rigide qui se déplace dans le plan vertical suivant son cap, avec un angle et une vitesse de tangage. Un angle d’inclinaison le fait tourner. Un avion à l’envers doté de dièdre se redresse dans le modèle par un demi-tonneau ; un véritable avion fait cela en trois dimensions, avec du lacet et du roulis que le modèle omet. Les collisions avec les murs terminent le vol ; toucher le plafond coûte de la vitesse. Sur le terrain de sport, le vent est un vent de face ou arrière constant, et il y a une seule ascendance thermique.

Le caoutchouc. Le caoutchouc stocke l’énergie comme décrit plus haut, avec une courbe de couple modélisée. L’hélice absorbe le couple selon son pas et la vitesse dans l’air. Le modèle décrit un cercle compensé dont la montée et le piqué sont limités, comme sur un modèle bien réglé.

Les contrôles. Les douze avions ont été pliés et testés pour vérifier que la surface du papier ne change jamais, qu’aucun pli n’étire un morceau, que le modèle de vol conserve exactement l’énergie lorsque la traînée est désactivée et en perd régulièrement lorsqu’elle est activée, qu’un vol plané stabilisé du modèle correspond à la relation de la NASA tan(angle de plané) = D/L, et que le bilan énergétique du modèle caoutchouc est équilibré : l’énergie stockée dans le caoutchouc est égale à ce qui finit en hauteur, en vitesse, en traînée et en pertes de l’hélice, à quelques millièmes de pour cent près.

À essayer

• Pliez le planeur à bord replié, lancez-le et regardez-le décrocher. Ajoutez ensuite deux trombones, ou relevez davantage les gouvernes de profondeur, puis relancez-le.
• Lancez le même avion à la même vitesse avec les gouvernes de profondeur à 0, 3, 6 et 10 degrés. Notez la distance à chaque fois.
• Activez Diagramme des plis après avoir plié le Verrou Nakamura et trouvez le petit triangle qui verrouille les volets.
• Utilisez la zone de lancer : faites glisser depuis le point rouge. Un long déplacement donne un lancer rapide ; un déplacement fortement incliné donne un lancer haut.
• Indiquez votre propre taille. Une personne plus grande lâche l’avion plus haut, ce qui ajoute un peu de distance à chaque lancer.
• Dans la grande salle, voyez à quelle distance de votre meilleur lancer se trouvent les repères des records.
• Remontez complètement le modèle scolaire dans le gymnase et comptez les contacts avec le plafond. Divisez ensuite les tours par deux.
• Modifiez le pas de l’hélice et observez comment changent la durée du moteur et la vitesse de l’hélice.
• Cherchez les treize objets cachés. Certains sont dans le gymnase, d’autres dans la grande salle et d’autres sur les deux tables.