VOL ANIMAL

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Le carcan des lois physiques

Qu'il soit animal, végétal ou produit par l'homme, tout « système volant » doit nécessairement répondre à un certain nombre de conditions, qui ne sont elles-mêmes que la conséquence, et l'expression, des lois physiques. La fonction du vol implique donc, pour sa réalisation, l'acquisition de structures très particulières, dont l'apparente variété répond, en fait, aux différentes solutions possibles, déterminées par des nécessités physiques. Cela ne signifie pas que toutes les solutions de cet ordre ont été exploitées pour réaliser le vol animal ; beaucoup d'entre elles paraissent biologiquement irréalisables (systèmes tournants montés sur paliers, par exemple) et les réalisations de chaque lignée sont « colorées » d'emblée par le potentiel génétique caractéristique des unes ou des autres. Ainsi, les solutions structurales possibles pour un Insecte sont distinctes de celles d'un Vertébré, même quand elle se plient, en définitive, à des nécessités fonctionnelles très comparables, déterminées par les mêmes impératifs de la physique.

Les données physiques essentielles à la compréhension du vol ayant été exposées ailleurs (cf. aérodynamique, aviation - Hélicoptères, insectes, oiseaux), on ne proposera ici qu'un bref rappel de notions fondamentales.

Pour voler, l'animal doit vaincre deux forces : la gravité, qui l'attire constamment vers le bas selon la verticale du lieu, et la traînée, qui s'oppose constamment à sa progression horizontale dans l'air.

Plané régulier en air calme

Dessin : Plané régulier en air calme

Composition des forces agissant au cours d'un plané régulier en air calme. La résultante F des forces aérodynamiques (portance et traînée) est égale mais opposée au poids de l'oiseau W. La composante P du poids qui agit tangentiellement et vers le bas selon le sens du mouvement est égale... 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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La gravité est équilibrée par la portance produite par une surface portante, ou aile. Celle-ci, dont la section parasagittale (ou profil) est variable et caractéristique, crée une portance par la différence des vitesses, et donc des pressions (loi de Bernoulli) qui s'établit, quand elle se meut, entre sa face supérieure (extrados) et sa face inférieure (intrados). Pour qu'il y ait une portance utilisable, il faut que l'aile pénètre le fluide sous un certain angle d'incidence ou que son profil soit asymétrique. L'avancement de l'aile dans l'air a pour conséquence une traînée qu'il faut vaincre. Celle-ci dépend de la vitesse, du profil et de l'incidence. Pour un profil d'aile donné, il existe toujours une valeur de l'angle d'incidence pour laquelle la portance est maximale par rapport à la traînée (diagramme polaire). Dans les conditions habituelles, les ailes ont une bonne portance et une traînée minimale pour des angles d'incidence modérés. Si l'angle d'incidence augmente, la portance croît mais plus encore la traînée, et finalement l'aile « décroche » quand l'écoulement des filets d'air sur l'extrados devient turbulent au lieu de rester laminaire (cf. aérodynamique) : la portance s'effondre alors brutalement tandis que la traînée croît encore (« perte de vitesse »). Ce phénomène peut être prévenu par des artifices aérodynamiques tels que les volets de bord d'attaque (volets Handley-Page, volets Kruger). Ceux-ci maintiennent en effet un régime laminaire sur l'extrados. L'aile bâtarde, ou alula des oiseaux, plume mobile et portée par le pouce, joue ce rôle, ainsi, peut-être, que certaines nervures en relief ou des poils sur l'aile des Insectes. Dans les ailes à fentes multiples, un élément d'aile amont sert de volet de bord d'attaque pour l'élément aval et ainsi de suite. C'est le cas des rémiges primaires écartées qui constituent l'extrémité de l'aile de maints Oiseaux bons planeurs, comme les grands Rapaces.

La charge alaire correspond au poids qui devra être supporté par unité de surface portante. Le calcul démontre que les rendements sont bons aux faibles vitesses avec de faibles charges alaires et aux vitesses élevées avec de fortes charges alaires. Si un système volant doit avoir de grands écarts de vitesse, il est nécessaire pour un poids donné d'optimiser la charge alaire par rapport à la vitesse : ce résultat est obtenu par variation de la surface alaire (et donc de la charge alaire). Beaucoup d'Oiseaux modifient constamment leur surface alaire en repliant plus ou moins leurs ailes selon les circonstances du vol (géométrie variable). Cette solution est appliquée depuis peu en aéronautique sous forme d'aile à flèche variable et depuis bien plus longtemps sous la forme de volets hypersustentateurs de bord de fuite (volets Fowlers, volets Gouge). Ces dispositifs augmentent la surface mais aussi la traînée (par accroissement de l'angle d'incidence) ; ils jouent donc un rôle de frein aérodynamique, surtout à l'atterrissage. D'autres types de freins a [...]

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Stabilité de tangage

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Plané régulier en air calme

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Variation de la puissance avec la vitesse

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Aile de pigeon

Aile de pigeon
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Écrit par :

  • : professeur au Collège de France, chaire de biologie historique et évolutionnisme

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Pour citer l’article

Armand de RICQLÈS, « VOL ANIMAL », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 21 janvier 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/vol-animal/