Le planeur et ses points communs avec l'oiseau

Résumé du document

Depuis toujours l'Homme a été désireux de quitter le sol, de voler. Archimède et Aristote ont été les premiers à observer les oiseaux, première étape avant de les imiter. Mais le premier vrai théoricien de l'aérodynamisme a bel et bien été Leonard De Vinci qui a énoncé le principe de portance de l'aile. « Il existe une force égale de l'objet contre l'air et de l'air contre l'objet. » L'homme n'ayant pu copier le vol battu de l'oiseau, il s'est donc limité à copier le vol plané.

La démarche scientifique passe aussi par l'expérimentation. Otto Lilienthal, grâce à de multiples essais et une grande volonté (« nous devons voler et tomber, voler et tomber jusqu'à ce que nous puissions voler sans tomber »), a réussi à créer un planeur. Comment l'homme s'est-il inspiré de l'oiseau dans la construction du planeur ?

Le squelette de l'oiseau est celui d'un vertébré. Cependant, son squelette est allégé. Les os sont creux, on n'y trouve pas de moelle osseuse en grande quantité, elle a été remplacée par de l'air. Mais les os ne sont pas pour autant plus fragiles, à l'intérieur de l'os on remarque plusieurs cloisons qui renforcent sa solidité.

La portance d'un planeur s'explique essentiellement grâce à la troisième loi de Newton dont l'énoncé est : « Lorsqu'un corps A exerce sur un corps B une action mécanique modélisée par la force vecteur F A/B, alors le corps B exerce sur le corps A une action mécanique modélisée par la force vecteur F B/A. ». Comme vu précédemment la forme incurvée de l aile implique que l'air va suivre deux trajets différents : l'intrados et l'extrados. Selon le trajet, la vitesse diffère. La vitesse de l'air va être plus importante au niveau de l'extrados. Le profil de l'aile étant incurvé, l'air va être dirigé vers le bas. On va donc avoir un surplus d'air sous l'aile, une surpression.

D'où une montée du planeur. Pourquoi est-elle dirigée vers le bas ? C'est ici que la troisième loi de newton intervient. Pour que l'air suive la surface de l'aile, il faut que l'aile exerce une force sur l'air. On en déduit donc d'après cette troisième loi de Newton que l'air exerce une force sur l'aile. Cette force est due à la viscosité de l'air. En fait, l'air adhère à l'aile et suit ainsi sa courbe ce qui explique pourquoi l'air est dévié vers le bas. La surpression créée en dessous de l'aile implique que l'aile va remonter : c'est la portance.

Extraits

[...] Il est important de repérer ces courants aériens. Les maitriser nécessite donc un cerveau et des sens très développés. Le vol à voile est un vol utilisé par l'oiseau pour se reposer après des périodes de vol battu. En effet dans ces moments-là, l'oiseau déploie ses ailes et utilise les courants d'air ascendants pour rester en l'air. Bilan des forces lors du vol à voile On dénote deux contraintes physiques importantes : Le poids et la résistance de l'air, deux forces à vaincre pour pouvoir voler. [...]

[...] La queue va stabiliser le planeur et l'oiseau. Structure Chez l'oiseau L'anatomie de l'oiseau montre bien une parfaite adaptation aux exigences du vol. Nous avons vu que l'aile était composée de 3 éléments : Les plumes qui vont donner la forme de l'aile et vont permettre à l'oiseau de décoller. Des os creux, rigides qui assurent le maintien de l'aile. La musculature très importante (notamment la musculature des pectoraux) qui permet à l'oiseau de battre des ailes. Chez le planeur En vol, la structure du planeur est soumise à des forces de torsions. [...]

[...] Une plume est faite de kératine (comme nos ongles et cheveux). Elle est bâtie autour d'un axe central le rachis (le bout du rachis est appelé calamus) sur lequel sont fixées de chaque côté les barbes. Les barbes portent elles- mêmes des barbules munies de crochets, ainsi les barbules se lient entre elles et cela permet de donner à la plume une cohésion d'ensemble. Une surface lisse est ainsi créée et l'oiseau l'entretient avec grand soin, pour limiter les forces de frottements qui s'exercent durant le vol. [...]

[...] Lorsque la masse d'air est ascendante, au contraire, il va monter. Les masses d'air chauffées par conduction près du sol s'élèvent dans l'air plus froid et forment des colonnes. C'est en tourbillonnant à l'intérieur de ces colonnes que le planeur va pouvoir prendre de l'altitude : c'est l'ascendance thermique. Atterrissage Il dispose d'une roue qui peut être équipée d'amortisseurs. Le planeur peut donc se poser sans problème et sans risque d'être abîmé, mais ce système a un gros désavantage. Pour pouvoir atterrir, le planeur a besoin d'une piste d'atterrissage ou d'un endroit dégagé sur plusieurs centaines de mètres. [...]

[...] Le planeur utilise aussi les courants aériens pour se maintenir en l'air. Dans les deux cas, ils utilisent le vol à voile. Mais on note aussi des différences. L'homme a cherché à combler les difficultés venant du fait que l'oiseau est un être vivant grâce à des matériaux qu'il possédait. Par exemple, les os creux de l'oiseau ont été remplacés par du bois puis de la fibre de carbone. Les plumes en kératine qui donnent une surface lisse à l'aile ont été remplacées par une surface en gelcoat. [...]