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Le mécanisme du vol des oiseaux

Les oiseaux, grâce à un processus évolutif sur des millions d’années, ont pu adapter leur anatomie, interne ou externe ou même leur physiologie, pour atteindre une maniabilité absolue et leur liberté dans le ciel. Même après les incroyables progrès de l’aviation au siècle dernier, le vol des oiseaux surpasse encore le vol artificiel à bien des égards. Malgré leur vitesse plus lente, les oiseaux bénéficient toujours d’un vol plus polyvalent, silencieux et efficace. Nous allons explorer quelques-uns des enseignements que nous apportent les oiseaux.

Depuis les débuts de l’aéronautique, le vol des oiseaux a toujours été une source d’inspiration pour la conception des aéronefs.

Bon nombre des révolutions de l’aviation commerciale sont dues à l’étude des oiseaux. Nous pouvons citer par exemple la grande contribution des frères Wright, à qui l’on doit un système qui permettait de contrôler la rotation sur trois axes : le roulis, le tangage et le lacet. Ils ont découvert qu’il était possible de contrôler le roulis de leur aéronef par la torsion des ailes, une technique utilisée par les oiseaux.

Les aéronefs et les oiseaux doivent générer de la portance pour pouvoir voler, ce pour quoi des ailes sont nécessaires ; sur les aéronefs, elles sont fixes et chez les oiseaux, battantes. Il est intéressant de noter que les similitudes entre les deux types d’ailes sont remarquables, la forme de leur section étant très similaire ; cependant, la supériorité de l’aile d’un oiseau est exceptionnelle.

La plume est l’un des principaux avantages des oiseaux, par sa force, sa souplesse et sa légèreté. Elle permet à l’oiseau de modifier instantanément la forme de l’aile, avec plus de souplesse que les surfaces mobiles des ailes des aéronefs. La plume d’un oiseau est composée d’un axe appelé rachis, qui se divise en deux moitiés asymétriques appelées vexilles ; celles-ci sont formées par des ramifications, ou barbes, composées à leur tour de barbules qui se chevauchent en emprisonnant l’air. Il existe différents types de plumes, suivant leur fonction et leur emplacement sur l’aile.

  • Les alulas, ou ailes bâtardes: ce groupe de plumes est situé sur le bord d’attaque avant, dans la position correspondant à ce que serait le pouce chez l’homme ; elles permettent d’augmenter la portance de l’aile à basse vitesse, réduisant ainsi les turbulences.
  • Les rémiges : elles servent à générer la plus grande partie de la portance au cours du battement d’ailes.
  • Les tectrices: ces plumes, plus petites, donnent sa forme à l’aile et favorisent la portance en créant le profil dynamique de l’aile.
  • Les scapulaires: ce sont les plumes qui naissent dans la région humérale de l’oiseau.

La disposition des plumes sur l’aile est également très importante et conditionne leur forme et leur fonction. Les rémiges primaires sont chargées de la propulsion, et les rémiges secondaires du levage.

Les surfaces de contrôle des aéronefs s’inspirent des ailes des oiseaux, et du mouvement des plumes. Dans les aéronefs modernes, les volets avant jouent un rôle semblable à celui des alulas, par exemple.

En ce qui concerne la poussée, cependant, les différences sont encore plus importantes, car les aéronefs utilisent des moteurs, alors que les oiseaux battent des ailes. Dans le battement des ailes, on peut prendre en compte deux mouvements : lorsque l’aile descend, les plumes ont tendance à se relever ; elles se collent aux plumes adjacentes et piègent l’air, provoquant ainsi une grande force de poussée. En même temps, l’aile se dirige un peu vers l’arrière, comme une rame, augmentant ainsi la poussée. Lorsque l’aile remonte, les plumes se replient vers le bas et se séparent ; la résistance de l’air est dix fois moins importante, ce qui permet d’obtenir un important rendement énergétique. Ceci est significativement influencé par l’asymétrie des deux vexilles.

Tout comme il existe différents types de plumes, il existe différentes catégories d’ailes pour les aéronefs et chez les oiseaux. Chaque type d’aile est optimisé pour des types de vols différents. Chez les oiseaux, nous observons trois grands groupes de formes d’ailes. L’envergure de certaines ailes est faible par rapport à leur corde aérodynamique (faible rapport d’aspect). Elles sont ovales et se terminent en pointe. Ces ailes sont optimisées pour décoller rapidement et effectuer des changements rapides de direction, mais elles ne sont pas compatibles avec un vol rapide et soutenu.

Un autre type d’aile, au rapport d’aspect plus élevé, est caractéristique des vautours et des grands aigles, spécialisés dans le vol plané. La séparation entre les rémiges primaires est importante, de façon à ce que chacune d’entre elles fonctionne comme une petite aile au rapport d’aspect important, permettant ainsi un vol lent. Cette séparation peut être facilement modifiée par l’oiseau, qui peut varier le débit d’air à volonté pour obtenir une grande polyvalence de vol et de puissance de manœuvre.

Le troisième type est une aile au rapport d’aspect très élevé, typique chez les hirondelles et les faucons ; ce rapport devient extrême chez les oiseaux marins comme l’albatros.Elles sont très longues et étroites et se terminent en pointe. Avec ce type d’aile, la formation de tourbillons est minimale et le rendement énergétique est maximal.

Cette classification est très simplifiée, car il existe de nombreux cas en fonction de l’habitat et du mode de vie de chaque espèce, le vol d’un oiseau vivant dans les buissons étant totalement différent de celui d’un oiseau des steppes, par exemple.

Pour en savoir encore plus sur le mécanisme du vol, étudions les oiseaux. Ils ont beaucoup à nous apprendre.

 

 

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05/11/2018

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