L'avion - un engin
de la nature
La nature - une source d'inspiration
Image 1 : Comparaison de la structure aérodynamique de l'aile d'un oiseau et d'un avion
Image 2 : Comparaison de l'empennage de l'avion et de l'oiseau
Image 3 : Le train d'aterrissage d'un avion et les pattes d'un aigle
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Image 4 : Les plumes d'un oiseau
Les plumes servent à la protection du corps contre le vent et la pluie et au maintien d'une température constante. Ses plumes servent surtout à augmenter la surface portante de l'oiseau. Les oiseaux possèdent 4 types de plumes et chacune a des fonctions différentes :
- 1. les duvets : des petites plumes situés près de la peau qui servent à garder la chaleur du corps.
- 2. les tectrices : les plumes courtes qui couvrent le corps de l’oiseau, y compris la base des rémiges et des rectrices
- 3. les rémiges : les grandes plumes rigides de l’aile qui permetent de voler. Elles sont solides et aussi flexibles. Il existe des différentes sortes de rémiges comme les rémiges primaires (qui se situent au bout de l’aile), les rémiges secondaires (qui se situent après les rémiges primaires), les couvertures primaires (situés au-dessus des régimes primaires), et les couvertures secondaires (situes au-dessus des rémiges secondaires).
- 4. les rectrices : les plumes de la queue qui servent de gouvernail à l’oiseau. Elles permettent à l’oiseau de changer la direction de l’air, piquer, monter et freiner.
Image 5 : Structure d'un os de l'oiseau
De nombreux os longs chez les oiseaux, sont creux, avec des structures internes qui relient les deux parois pour en assurer la résistance. Le nombre d'os creux et leur répartition dans le squelette dépendent des espèces. Les espèces non volantes comme les Spheniscidae et les Struthionidae n'ont que des os pleins. Pour les espèces volantes à haute altitude, les os creux sont reliés aux sacs aériens, des organes du système respiratoire propres aux ptérosaures, aux oiseaux et à leurs ancêtres dinosauriens. Les sacs aériens se prolongent dans les plus gros os, augmentant fortement la capacité des oiseaux à inspirer. Tout ceci confère au squelette de l'oiseau la résistance et la légèreté. La masse du squelette ne représente généralement, qu'entre 7 % et 11 % de leur masse totale.
Décollage d'un avion
Atterrissage d'un avion
Nous nous retrouvons aujourd'hui pour un reportage sur l'oiseau, qui fut une grande source d'inspiration pour le développement de l'aviation. Nous sommes aujourd'hui à Ustou avec un célèbre chercheur, Jean FILARDY. M, FILARDY a commencé son parcours professionnel comme professeur de SVT dans un lycée. Mais depuis l’enfance, il est passionné par les avions et participe chaque semaine à un club aéronautique de sa ville. Maintenant, il est guide montagnard et il a accepté de nous faire visiter la montagne et de nous montrer plus précisément les aigles. M. FILARDY va nous parler des ressemblances entre l'avion et l'oiseau, mais tout d'abord, nous allons prendre un peu de hauteur. En haut de cette montagne, nous pouvons observer ce magnifique spécimen d'aigle. Après une heure de montée, nous avons fait une pause, durant laquelle un grand aigle se pose à proximité de nous et nous pouvons apprécier la ressemblance physique entre l'oiseau et l'avion. M. FILARDY nous explique comment les hommes se sont inspirés des oiseaux :
« On peut distinguer deux grandes parties dans ces ressemblances : les ressemblances physiques et les similitudes dans le vol.
Nous allons commencer par les ressemblances physiques. Tout d'abord, le bec, permet d'obtenir un meilleur aérodynamisme chez l'oiseau, comme le nez, chez l'avion. En effet, on constate que le nez de l’avion et le bec de l'oiseau sont semblables. Ensuite, la forme du fuselage d’un avion est fortement inspirée du corps de l'oiseau. Dans un deuxième temps, l’oiseau et l’avion possèdent une paire d’ailes, qui grâce à leur forme, leur permet de planer efficacement (l'oiseau en utilisant ses ailes, et l'avion, qui a des ailes fixes, grâce à ses moteurs) (image 1). Puis, si vous observez les ailes de plus près, vous pouvez voir que les plumes de l'oiseau (image 4) sont comparables à l'empennage de l'avion (image 2). Même s'ils n’ont pas de ressemblances visuelles totales, ils ont tous les deux exactement la même fonction : assurer la stabilité durant le vol. Enfin, leurs trains d’atterrissage, même s’ils sont très peu similaires avec les pattes d’un oiseau, ont sensiblement la même fonction : ils permettent un atterrissage en amortissant le choc lors du contact avec le sol. (image 3) »
Puis M. FILARDY rentre plus en détails en parlant des ressemblances internes entre les oiseaux et les avions :
« Les os de la plus part des oiseaux sont creux à l'intérieur et remplies d'air, ce qui joue un rôle important en vol en réduisant le poids du corps (image 5). Les ingénieurs aéronautiques se sont alors inspirés de cela et on remarque que les ailes des avions, composées de longerons et de nervures, adoptent le même type de structure. On peut observer également que leur structure est creuse (image 6). Ce genre de structure permet à l'avion comme à l'oiseau d’avoir une souplesse et en même temps une forte solidité et résistance. Enfin, les revêtements, entourant leur « squelette », ont une épaisseur extrêmement faible, mais en restant tout de même très résistants. »
Le grand aigle que nous regardions depuis de longues minutes décolla, et ce fut le moment pour M. FILARDY d'évoquer l'atterrissage et le décollage des oiseaux et des avions :
« Maintenant, il est temps de parler des similitudes dans le vol. Pour obtenir la portance nécessaire au décollage, l’avion, comme l’oiseau, est obligé de prendre de la vitesse. Pour cela, l’avion utilise ses moteurs, tandis que l’oiseau bat des ailes.
Pour l’atterrissage, l’avion et l’oiseau inclinent leur nez, pour l’avion, et bec, pour l’oiseau. Ensuite ils ralentissent, l’avion, en diminuant la puissance de ses moteurs, et l’oiseau, en diminuant la fréquence des battements des ailes. Aussi, pour ralentir davantage, l’avion se sert de ses volets, tandis que l’oiseau tend ses ailes vers le haut.
Durant le vol, l’oiseau peut faire du vol plané (phase durant laquelle il ne bat pas des ailes), en utilisant les courants d'air. L’oiseau est obligé de passer par cette phase, car il existe un risque d’épuisement s’il bat des ailes continuellement.
Donc l’oiseau peut faire aussi bien du vol battu que du vol plané, contrairement à l’avion, qui, lui, n’a pas la possibilité à cause de la structure fixe de ses ailes. Il y a également des différences au niveau de la phase de l’atterrissage : contrairement à l’oiseau, qui finit son vol en vol stationnaire, l’avion, avant d’atterrir, atteint la vitesse adapté et l’angle d’approche précis. (les vidéos ci-dessous)»
Image 6 : Structure interne de l'aile d'un avion
Chaque aile est constituée d'un (ou de plusieurs) longerons attachés au fuselage au niveau de l'emplanture, la zone de fixation de l’aile sur le fuselage. Les nervures supportent les revêtements supérieur (extrados) et inférieur (intrados) et transmettent les charges aérodynamiques aux longerons.