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Comparaison entre les Oiseaux et les Avions

(Survolez les images avec votre souris pour faire apparaitre certains commentaires)

rrrrrrrrrr Pour comparer les oiseaux et les avions, nous nous attarderons successivement sur des éléments précis pour en constater les différences ou les points communs. Ceci nous permettra de constater les améliorations possibles ou déjà envisagées que les avions modernes pourraient acquérir.

 

Attardons-nous tout d'abord sur l'oiseau et plus particulièrement sur son aile et son vol.

1.L'anatomie de l'aile d'oiseau

L'oiseau a une anatomie proche de celle de l'homme : tous les organes sont aux mêmes endroits. Toutefois, ce qui diffère est le squelette. Le squelette de l'oiseau est identique à celui des vertébrés mais il s'est adapté pour permettre aux oiseaux de voler. En effet, les os de l'oiseau sont creux pour l'alléger.

Illustration de l'intérieur d'un os d'oiseau extraite de http://simulium.bio.uottawa.ca/bio2525/Notes/Les_Oiseaux.htm

 

rrrrrrrrrr Les oiseaux ne possèdent pas de dents et la taille de leurs os dépend de leur mode de vie (par exemple, les oiseaux qui explorent les eaux peu profondes ont des pattes très allongées comme le flamant, contrairement aux oiseaux au mode de vie aérien qui ont des pattes très courtes comme l'hirondelle). De multiples autres adaptations visant à alléger l'oiseau ou à lui faire acquérir des performances maximales se sont ajoutées avec le temps. Son appareil respiratoire est lui aussi différent. L'ensemble trachée-bronches-poumons ne constitue pas un système clos, si bien que les bronchioles se ramifient dans le tissu pulmonaire, le traversent et se prolongent par les neuf sacs aériens. Outre le fait qu'ils allègent l'oiseau, ces sacs aériens l'aident à obtenir les énormes quantités d'oxygène nécessaires au vol.

Schéma de l'appareil respiratoire d'un oiseau extrait de http://www.fr.ch/mhn/expositions/expo-plume/aile.htm

rrrrrrrrrr La musculature du corps de l'oiseau est concentrée sur la face intérieure. Les deux grands muscles pectoraux remplissent les fonctions essentielles à la propulsion: ils tirent les ailes vers le bas. Comparés à l'ensemble du corps, ils sont si développés qu'ils pèsent en moyenne plus de 15 % du poids total de l'oiseau. Les oiseaux sont les seuls êtres vivants à posséder des plumes ; celles-ci à la fois, légères, souples et robustes. Outre leur rôle important dans le vol de l'oiseau, elles assurent aussi d'autres fonctions, en particulier celle de maintenir la température interne de l'oiseau lorsqu'il est en vol. Les plumes de l'aile de l'oiseau sont spécifiques et différentes de celles du reste du corps. On les appelle les rémiges. Il y a deux sortes de rémiges : les primaires et les secondaires. Les premières servent pour la poussée tandis que les secondes améliorent la portance. Au niveau de la queue, on trouve les rectrices. Elles sont aussi importantes pour le vol car elles assurent la stabilité de l'oiseau. Les plumes servent aussi à sentir les ascendances lors des vols.

 

Schéma d'aile d'oiseau extrait de http://physique.haplosciences.com/avion.html

rrrrrrrrrr Certaines plumes servent tout particulièrement lors du vol plané, ce sont les allules. C'est un ensemble de petites plumes qui agissent lorsque l'oiseau est en perte de vitesse ou quand il y a trop de turbulences pour que l'air s'écoule normalement sur l'extrados. Lorsqu'elles agissent, elles se dressent et forment ainsi une fente entre elles et l'aile. L'air s'y engouffre et, en raison du peu d'air pouvant passer dans la fente, l'écoulement de l'air redevient normal. Lors du vol battu, les plumes se resserrent quand les ailes s'abaissent de manière à laisser passer le moins d'air possible, et inversement, lorsque les ailes remontent, les plumes s'écartent légèrement pour permettre à l'air de passer. Chacune des deux ailes d'un oiseau est déformable indépendamment. C'est donc un plan portant souple, léger, solide, performant, à géométrie instantanée et multiple.

 

 

Intéressons-nous maintenant au profil de l'aile d'un oiseau.

2.Profil d'une aile

Le schéma ci-dessous nous permettra de mieux comprendre, par la suite, le vol des oiseaux

 

Nomenclature d'un profil d'aile extraite de http://seb.kepka.free.fr/aviplane.htm

 

 

rrrrrrrrrr Une aile d'oiseau est une surface portante qui combine les fonctions d'une aile d'avion et celles d'une pale d'hélice pour donner de la portance et de la poussée. Elle résulte de la modification complète du bras des vertébrés en une structure forte et légère. Sa forme résulte du besoin de réduire la traînée (c'est-à-dire la résistance à l'air). Le profil de l'aile d'un oiseau a une forme particulière. C'est cette particularité qui lui permet beaucoup de choses impossible chez l‘avion mais nous verrons cela après. Le dessous de l'aile est appelé intrados, le dessus extrados, le devant est appelé bord d'attaque et l'arrière bord de fuite. L'aile est incurvée, c'est cela qui va créer une dépression entre l'extrados et l'intrados et permettre ainsi le phénomène que l'on appelle la portance, avec cela, l'aile est contrainte d'aller vers le haut et légèrement vers l'avant, c'est ce qu'on appelle la force aérodynamique. L'aile tire essentiellement ses performances de sa convexité. La concavité dans l'intrados varie en fonction des oiseaux et du type de vol qu'ils utilisent ou de la vitesse à laquelle ils vont, l'oiseau s'est encore une fois adapté à la nature et à son milieu de vie pour en tirer les meilleures performances possibles.

 

 

3.Le vol des oiseaux

rrrrrrrrrr Il existe différents types de vol pour les oiseaux. En effet, dans beaucoup de cas, le type de vol, l'anatomie de l'aile de l'oiseau se sont adaptés au mode de vie de l'oiseau, par exemple, ceux vivant près des milieux aquatiques (mers, océans,…) se sont adaptés aux courants d'air particuliers se créant au-dessus de la mer alors que d'autres espèces en sont incapables.

Le vol battu

rrrrrrrrrr Le vol battu est le vol caractéristique des Gallinacés, des Anatidés (canards, cygnes) et des petits oiseaux. Comme son nom l'indique, ce type de vol se sert des battements d'aile des oiseaux. On peut considérer que l'oiseau effectue trois mouvements essentiels avec ses ailes durant son vol :
    - un mouvement de battement vertical de haut en bas.
     - un mouvement horizontal, il avance et recule ses ailes (d'avant en arrière).
     - un mouvement de torsion ou vrillage des ailes.

rrrrrrrrrr En vol, l'oiseau suit une trajectoire régulière, sans soubresaut. Son corps ne monte pas à la descente des ailes et ne tombe pas lorsqu'il les remonte. Les ailes portent donc l'oiseau à chaque instant, la portance est donc constante. La vitesse ainsi obtenue créant par écoulement aérodynamique autour des ailes, la portance suffisante pour le maintien du vol.

rrrrrrrrrr Au cours d'un cycle de battements, les ailes exercent alternativement une propulsion (descente) suivie d'un ralentissement (montée). La queue ne sert pas de gouvernail, mais plutôt de volet d'atterrissage et de muscle releveur à la fois. À l'atterrissage, elle est déployée et abaissée tandis que l'aile est avancée afin de maintenir le centre de poussée au-dessus du centre de gravité. En virage, l'oiseau s'incline sur une aile et lève la queue.

 

 

Illustration du vol battu extraite de http://www.chez.com/truefly

 

Le vol plané

rrrrrrrrrr Ce vol est le vol caractéristique des oiseaux de grande taille et d'envergure importante. Outre la concavité de l'aile qui va obliger l'air parcourant l'extrados à aller plus vite pour arriver au bord de fuite en même temps que l'air parcourant l'intrados (soit une distance moins importante) créant ainsi une dépression qui va pousser l'aile vers le haut et l'avant, le vol plané s'appuie aussi sur la faculté qu'ont les oiseaux à utiliser les courants d'air mais surtout sur l 'effet moteur des extrémités de l'aile . En effet, Les scientifiques ont récemment prouvé l'utilité qu'avaient les grands oiseaux planeurs à digiter leurs rémiges. Au bout de chacune de ces grandes rémiges, leurs extrémités oscillent légèrement pendant le vol ce qui fait tourbillonner l'air et forme un cône d'air orienté vers l'arrière de l'oiseau, un tourbillon spiralé se forme et revient vers l'aile en formant un rond. La succession de ces ronds forme un tunnel qui se rétrécie petit à petit vers l'arrière et dans lequel l'air s'engouffre en étant accéléré. L'oiseau en retire un effet propulseur qui ne consomme aucune énergie.

Effet propulseur des tourbillons résultant de la digitation des rémiges chez un oiseau en vol plané, illustration extraite de http://seb.kepka.free.fr/aviplane.htm

rrrrrrrrrr Les oiseaux parviennent donc parfaitement à utiliser les courants d'air et exploitent ainsi des éléments leur permettant des performances incroyables.

 

Le décrochage

rrrrrrrrrrLa portance de l'oiseau est donc assurée par le phénomène que nous avons vu précédemment, c'est-à-dire la différence de pression créée par l'écoulement de l'air autour de l'aile et ce phénomène fonctionne très bien tant que les filets d'air restent, au maximum, "collés" sur l'aile, au plus près de l'avant, l'air doit circuler autour de l'aile en épousant la forme de celle-ci. Mais une basse vitesse ou une mauvaise orientation de l'aile provoquent des décollements, puis des tourbillons néfastes. C'est-à-dire que les filets de l'extrados se décollent et l'aile n'est plus aspirée.

Décollement des filets d'air sur l'extrados, illustration extraite de http://seb.kepka.free.fr/aviplane.htm

rOn appelle cela le décrochage et l'on assiste au même phénomène chez les avions. Si l'on ne résoud pas ce problème, l'avion ou l'oiseau tombe littéralement. On parvient à repousser les limites du décollement de ces filets chez les avions grâce aux volets hypersustentateurs. Mais les oiseaux utilisent un stratagème naturel selon le même principe, fait de simples plumes, l'alule.

rrrrrrrrrrL'alule est un ensemble de plumes insérées sur le pouce des oiseaux, c'est un génial petit déflecteur d'air qui évite l'effet de décollement des filets sur l'extrados.

rrrrrrrrrrLes tourbillons néfastes qui se sont créés lors du décrochage entraîne une traînée qu'il faut évacuer en recollant les filets arrivant à l'extrados. L'alule se positionne comme un bec de bord d'attaque . Les filets sont accélérés et contraints de coller au plus près à l'extrados. L'écoulement d'air est fluide et l'aile joue bien son rôle. Cela permet à l'oiseau qui ralentit, par exemple pour se poser, de repousser le moment du décrochage.

rrrrrrrrrrD'autres éléments peuvent intervenir dans le vol des oiseaux. En effet, ceux-ci tirent au maximum profit des courants d'air et de tout ce que la nature leur offrent lorsqu'ils sont en vol.

rrrrrrrrrrPar exemple, lors du vol plané, un muscle-tendon en bord d'attaque, puis un autre muscle plus en retrait interviennent dans la progression en marche avant de l'oiseau. En fait, ils permettent à l'oiseau de rendre saillantes ou au contraire d'escamoter quelques plumes bien particulières, situées sous l'aile, précisément dans la concavité. Lorsque l'air circule autour de l'aile, un tourbillon se crée dans la concavité mais ce tourbillon est favorable car il agit dans le sens de la marche avant. Il vient au contact des couvertures, s'engouffre dans une sorte de poche et cela pousse ainsi l'aile vers l'avant. Cette poche de plumes située sous les ailes s'ouvre sous la traction du muscle sur le muscle-tendon, le même résultat est d'ailleurs produit par la pression de l'air sur le bord d'attaque. Plus le vent est fort, plus les plumes se soulèvent et s'offrent au tourbillon et donc plus l'oiseau peut aller vite grâce au vent économisant ainsi beaucoup d'énergie.

 

Le tourbillon dans la concavité de l'aile pousse les couvertures sous alaires et donc l'aile vers l'avant, illustration extraite de http://seb.kepka.free.fr/aviplane.htm