Vol animal

29 01 2011

Les avions possèdent un système de propulsion (réacteur) qui leur permet d’avancer et des ailes qui leur permettent de voler. Chez les insectes ou les oiseaux se sont les ailes qui réalisent à la fois la sustentation et la propulsion. La sustentation est en partie assurée par le profil bombé des ailes qui permet à l’air d’être en surpression au dessous.

Ce différentiel de pression de part et d’autre de l’aile implique la création d’une force de portance qui permet à l’animal de vaincre son propre poids. L’accomplissement de la propulsion est quant à elle réalisée par le battement des ailes. Ce mouvement peut être visualisé sur la chronophotographie suivante :

La question que l’on se pose est donc de savoir comment le battement des ailes des animaux leur permettent d’avancer.

Pour répondre à cette question il est nécessaire de décomposer le mouvement de l’aile au cours d’un battement. Le demi battement vers le bas commence en haut et vers l’arrière pour finir vers le bas et vers l’avant. Ensuite l’aile est rapidement renversée (ce renversement est aussi appelé supination) afin que le bord d’attaque soit dirigée vers le bas. Enfin le retour de l’aile s’effectue vers le haut et l’arrière. Le battement peut alors recommencé après un nouveau retournement de l’aile (appelé cette fois pronation). Notons que des phénomènes complexes tels que des pics de force à la supination viennent aussi contribuer à la force de portance.

La fréquence des battements peut varier de 5 à 1000 Hz selon les espèces d’oiseaux ou d’insectes. Lorsqu’un objet de la taille d’une aile se déplace à ces fréquences dans l’air il émet des tourbillons. Ces structures tourbillonnaires peuvent être visualisées à l’aide de marqueurs colorés :

On remarque que lorsque le papillon remonte ses ailes, celles ci viennent traverser le tourbillon généré lors du demi battement précédent. Le choc de l’aile avec ce tourbillon permet de récupérer une partie de son énergie et pousse l’insecte vers l’avant. La propulsion de l’oiseau ou de l’insecte provient du choc de l’aile avec le tourbillon crée au battement précédent. Ce phénomène appelé « capture de sillage » explique que les animaux volant doivent battre leurs ailes à une fréquence bien déterminée.


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6 02 2011
christine

Impressionnant et magnifique. Quand technique et beautée travail ensemble c’est magique !

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