Comment l'homme s'est-il inspiré des oiseaux pour parvenir à voler?
Travaux Personnels Encadrés - Lycée Saint Joseph du Loquidy - Nantes
Charles LANTZ & Valentin CHABLAT - 1ère S A 2016-2017
III. Le vol à ailes fixes
F. D'autres particularités des oiseaux copiées par les avions
Dans cette page, nous détaillons plusieurs particularités des oiseaux qui ont été copiées et qui ont servi à améliorer la capacité à voler des avions. Cette page ne peut malheureusement pas être exhaustive et nous nous contenterons de 3 caractéristiques majeures.
1. l'adaptabilité de la surface de voilure
Nous avons vu dans sa formule que la portance dépendait de la surface de l'aile.
Elle dépend également du carré de la vitesse. Dans certaines phases du vol, lorsque la vitesse est faible, la portance décroit donc très vite. C'est notamment le cas des phases de décollage et d’atterrissage.
Pour compenser cette perte de portance, il faut adapter les autres paramètres de l’aile qui influent sur la portance : la surface et la cambrure.
Les oiseaux, par l'action de leurs muscles sont capables de modifier la cambrure de l'aile.
Les ailes des avions sont fixées sur la structure et ne peuvent pas pivoter. Pour adapter leur forme, les avions sont pourvus de volets qui peuvent sortir et ainsi modifier à la fois la forme et la surface des ailes. Ces volets sont appelés "dispositifs hypersustentateurs", ce qui montre bien leur finalité d'augmenter la portance.
2. limiter les turbulences
a. constatation des tourbillons en bout d'aile
La portance étant due à une différence de pression entre l'intrados et l'extrados, l'aile sert de "frontière" entre deux masses d'air aux pressions différentes. Ces masses d'air se rejoignent naturellement au bord de fuite à l'arrière de l'aile.
Ces deux masses se rencontrent également aux extrémités extérieures des ailes. L'air sur-pressé sous l'aile, sans barrière pour le freiner cherche naturellement à venir là où il pourra se détendre, c'est à dire au dessus de l'aile. Il se crée donc un mouvement d'air qui contourne l'aile. Avec la vitesse, ce flux circulaire crée un tourbillon qui perturbe le vol : la zone en bout d'aile n'a plus de portance et le tourbillon freine l'avion..
Les turbulences sont visibles sur la deuxième image par l'effet qu'elles provoquent sur les nuages.
b. les winglets sont la copie des rémiges tertiaires
Afin de limiter la perte de portance et l'instabilité liées à ces tourbillons, certains oiseaux planeurs utilisent les rémiges (grandes plumes) en bout d'aile pour diriger le flux d’échappement de la surpression. Ainsi, l'air qui s’échappe au bout de l'aile ne peut pas rejoindre l'extrados et se dirige vers l’extérieur : la dépression au dessus de l'aile est conservée.
Les avions récents utilisent cette même particularité grâce aux winglets.
Les rémiges primaires en bout d'aile limitent les turbulences
Au bout des ailes, on peut voir les winglets qu ressemblent aux rémiges de la pygargue
3. la queue des oiseaux pour stabiliser et guider le vol.
a. Une queue au rôle primordial
Dans la vidéo en slow motion de l'aigle royal, à la page II-B - Comprendre le vol battu, nous voyons que ce rapace utilise sa queue dans le vol afin de créer de la portance supplémentaire. Cela nous permet de voir que cette queue est très mobile.
Les différentes photos de rapaces en vol plané dans la page III-B Le vol plané montrent que la queue de ces oiseaux est longue et large.
En effet, cet appendice sert à l'oiseau à assurer la stabilité de son vol, tant sur le plan longitudinal en créant un appui au bout du corps pour s’équilibrer que sur la plan latéral en permettant d'orienter la trajectoire par une inclinaison d'un coté de la queue.
Ce rôle d'équilibrage est particulièrement visible sur la photo ci dessous d'un faucon crécerelle femelle : alors qu'en altitude la queue est habituellement assez regroupée dans l'axe du corps, on voit ici ce faucon en phase d'approche d'une proie qui a déployé sa queue le plus largement possible pour maîtriser parfaitement sa direction.
b. les empennages des avions
Les avions ne peuvent pas appliquer la même stratégie que les oiseaux car leurs poids entraîne des contraintes énormes. C'est pourquoi leurs appendices sont fixes avec une partie mobile. C'est pourquoi, en copiant la queue des oiseaux, les hommes ont du réaliser sur l'arrière des avions des empennages avec deux directions : une dérive verticale et des gouvernes horizontales.
