La biomimétique en aéronautique

Résumé du document

Biomimétique vient du grec « bios » qui signifie la vie et de « mimesis » qui signifie imiter. C'est une méthode innovante cherchant des solutions soutenables en s'inspirant de concepts et de stratégies ayant fait leurs preuves dans la nature au cours de l'existence. Le but est de créer des produits mieux adaptés à une durée de vie prolongée sur la Terre, par exemple maîtriser l'énergie comme une feuille, se soigner comme un chimpanzé ou avoir les propriétés hydrodynamiques de la peau de requin.
La biomimétique peut nous aider à avoir un mode de vie meilleur. L'imitation est une stratégie de survie : la nature a trouvé ce qui marche, ce qui est approprié, et surtout ce qui résiste sur la Terre. Après 3,8 milliards d'années de recherche et de développement, les essais ratés ont disparu (fossiles) et tout ce qui nous entoure possède le secret de la survie.

Depuis toujours, l'homme rêve de voler (l'exemple le plus connu de l'Antiquité est sans doute Icare) par la force de ses propres muscles par exemple, sans réussite. Plus tard, Léonard de Vinci approfondit le rêve et tenta d'inventer des machines volantes inspirées notamment de la chauve-souris mais aussi des libellules. Cet inventeur italien est le pionnier des chercheurs biomimétiques.
Malheureusement, si sa démarche observation/analyse/traduction scientifique/application technologique semble correcte, il lui manqua des outils technologiques et scientifiques.

Deux siècles plus tard, en 1891, la surface bombée de l'aile de la cigogne servit de modèle à d'Otto Lilienthal pour son premier appareil volant, c'est l'inventeur du planeur. Et enfin Clément Ader réalise un avion pouvant couvrir de longues distances qui est le prédécesseur de toute une longue lignée d'avions. Les avions de ligne volent aujourd'hui avec une invention provenant de la nature, copiée en particulier sur les cigognes.

L'histoire de l'aéronautique démontre que les limites de l'époque peuvent, grâce aux améliorations techniques et mathématiques, être combattues. Elle n'est pas terminée, notamment dans le domaine spatial. Puisque les réserves de carburant diminuent, le prix du pétrole augmente et le souci écologique est plus que jamais un problème d'actualité.

On peut donc se poser la question suivante :
La biomimétique est-elle une source de progrès pour l'aéronautique ? (...)

Extraits

[...] L'homme pour réaliser ce rêve a étudié le vol des oiseaux et sa morphologie. Si l'on regarde un avion passer dans le ciel, la seule comparaison que l'on fera avec un oiseau, c'est qu'il vole, et pourtant, bien d'autres analogies pourront être effectuées, légèreté, sustentation Les forces qui agissent sur l'oiseau et l'avion Les forces en présence Un avion ou un oiseau en vol est soumis à quatre forces. Ce sont ces forces qui lui permettent de progresser. Le poids est l'obstacle naturel au vol actif, et est l'effet de la gravité terrestre sur la masse de l'appareil. [...]

[...] Puisque la portance compense le poids (1ère loi de Newton), Rz = 3 N et donc la traînée est égale à Rx = 3/15 = 0,2 N. Supposons que l'animal migre dans le sud et fasse un vol de kilomètres (soit sans manger. L'énergie dépensée pour vaincre la traînée est donnée par le produit de la force de traînée par la distance parcourue Rx. d = 0,2 x = 6.105 J. Soit un avion pesant environ 150 tonnes. Il a donc un poids P2 = N. [...]

[...] II - Les progrès entraînés par la biomimétique en aéronautique Historique Voler . Depuis Dédale, père d'Icare dans la mythologie grecque, les hommes en ont toujours rêvé. C'est le réel exemple qui montre la différence entre faire du biomimétisme et copier la nature. Ils ont longtemps cru que c'était en imitant les oiseaux qu'ils y arriveraient. Au Moyen Age beaucoup de casse-cou ont ainsi perdu la vie après s'être attaché des ailes ou s'être élancés de falaises. Plus tard, au XVème siècle l'italien Léonard de Vinci, artiste et inventeur de génie, se pencha longuement sur cette étude afin de percer le secret du vol : lui aussi était convaincu qu'il fallait prendre modèle sur les oiseaux, mais il comprit que les bras humains étaient trop faibles pour assurer un vol battu et ainsi imagina des machines à battre des ailes ou ornithoptères Ce scientifique n'a semble-t-il jamais essayé de construire ses machines mais on a retrouvé des siècles plus tard, dans des carnets, les codex, ses croquis. [...]

[...] Zanon, Les machines de Léonard de Vinci, Editions Gründ A. Nahum, La conquête du ciel, Editions Gallimard http://fr.wikipedia.org et http://commons.wikimedia.org, Wikipédia, l'Encyclopédie libre, Wikimedia Foundation, Inc http://www.britannica.com, Britannica online Encyclopaedia, Encyclopædia Britannica, Inc http://membres.lycos.fr/misterytrain/newpage2.html, La biologie du requin http://pagesperso-orange.fr/mika.dit.kl/html/Requins03.htm, La peau des requins http://lapologiedurequin.centerblog.net/4462817-L-hydrodynamisme, L'hydrodynamisme du requin http://avionique.free.fr/spip.php?article111, Focus sur les winglets M. Lacroix, Corps, oiseau, avion et arbre, Université de Sherbrooke Les Echos n°19650 du 29 avril 2006, "Biomimétique : quand l'industrie s'inspire de la nature" Icare et Dédale par Charles Paul Landon Projet d'aile dynamique de Léonard de Vinci (folio 88v du manuscrit George Cayley, huile par Henry Perronet Briggs (1840) Jean-Marie le Bris, photographié par Pépin fils, artiste brestois Alphonse Pénaud Clément Ader L'Avion III de Clément Ader, construit en 1897 Un des planeurs de Lilienthal L'un des premiers vols habités, par les frères Wright le 17 décembre 1903 à 10h35 sur la plage de Kitty Hawk en Caroline du Nord. [...]

[...] Ses réflexions lui permirent d'affirmer que : Le problème du plus lourd que l'air est résolu, sous trois formes principales : l'hélicoptère, l'aéroplane et l'oiseau mécanique. Clément Ader (1841-1925) travailla sur le vol des oiseaux et construisit des modèles réduits de planeurs dont il mesura, la traînée ainsi que la portance. Il réalisa un appareil propulsé, Eole, qu'il fit voler sur une cinquantaine de mètres en 1890, puis d'autres modèles d'avions. La voilure de ses appareils était davantage inspirée de celle des chauves-souris que de celle des oiseaux. [...]