Comparaison entre l'oiseau et l'avion
Profils d'aile d'oiseau et d'avion
L'aile d'oiseau
- Le vol demande une énergie énorme pour les oiseaux. Ils sont soumis à une forte pression de sélection pour minimiser l'effort du vol. Pour pouvoir voler les oiseaux sont relativement légers et disposent d'ailes dont l'envergure est adaptée en fonction de leur poids. 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.
1) La structure de l'aile
Aile d'oiseau de base
Une aile d'oiseau est composée de 9 parties principales. Tout d'abord les rémiges primaires qui se situent à l'extrémité de l'aile (1); ensuite, la couverture primaire (2) et l'alula (3) recouvrent ces rémiges primaires. Ensuite, en se rapprochant du corps de l'oiseau, en bas nous avons les rémiges secondaires (4). Nous remarquons que ces plumes sont plus courtes et plus rapprochées que les rémiges primaires, ce qui permet un meilleur écoulement de l'air lors du vol. Juste à coté, se situe les rémiges tertiaires (8). Puis, 3 couvertures recouvrent ces 2 types de rémiges : la grande couverture (5), la couverture médiane (6) et, la petite couverture (7). Enfin, l'aile de l'oiseau est reliée au corps de l'oiseau par l'intermédiaire des plumes scapulaires (9).
Les rémiges sont des plumes très longues et permettent de créer la portance et la poussée requises pour le vol . Elles sont fixées directement aux os car elles doivent être assez robustes pour permettre le vol. On distingue différentes sous-parties.Les rémiges primaires, fixées sur les os de la main (phalanges et métacarpes) à l'extrémité de l'aile. Elles sont orientées parallèlement aux os de l'oiseau et c'est sur elles que s'exercent les principales poussées. L'oiseau, en les tournant verticalement (car elles peuvent être orientées individuellement), peut réduire la résistance de l'air. La pointe de ces plumes est flexible, ce qui permet chez les oiseaux planeurs, de réduire la création de la traînée. Les rémiges primaires assurent la poussée, et la plus grande partie de la portance est assurée par les rémiges secondaires, qui forment un petit groupe appelé tertiaires qui génèrent la portance et la propulsion.
Les rémiges secondaires, plus courtes et plus souples, fixées sur le cubitus (avant-bras) améliorent la portance, donc la sustentation.
Les rémiges tertiaires ou scapulaires, fixées sur une membrane qui s'étend de l'humérus au flanc. Elles sont encore plus petites, et recouvrent les épaules et une partie du dos. Elles contribuent à réduire les turbulences
Schéma des différentes plumes composant l'aile de l'oiseau:
Schéma d'un squelette d'une aile d'oiseau avec la disposition des plumes:
Types d'ailes et de vol
Il existe toute une variété d'aile due à la pression de sélection. En effet les espèces ont du évoluer suivant les contraintes de leurs milieux afin de s'y adapter. Le lien entre le mode de vie de l'oiseau et la configuration de ses ailes et de sa queue est évident chez la plupart des espèces. Comme les avions de combat, les faucons ont des ailes étroites, en forme de flèche, qui leur assurent une performance exceptionnelle en plein vol. Nous allons donc analyser les différents types d'ailes
Pour les oiseaux, il existe 4 grandes catégories d'ailes : les ailes elliptiques (1), les ailes à grandes vitesses (2), les ailes à grands allongements (3) et les ailes larges munies d'interstices (4).
L'aile elliptique
Les oiseaux ayant des ailes elliptiques ont des ailes courtes avec un faible allongement. Cela a pour but de ne pas prendre beaucoup de vitesse. De plus elles ont l'avantage d'être facilement "manœuvrable". En effet grâce à l'écartement des rémiges primaires, l'air s'écoule de manière homogène sur toute la longueur. Ainsi le vol de l'oiseau est stable, éliminant les turbulences. Il permet de réduire la traînée aérodynamique et permet également à l'oiseau de vivre dans un milieu avec des obstacles comme un milieu forestier par exemple. Favorisée par sa vitesse lente ses ailes, il sera capable d'éviter les obstacles. On peut noter que la plupart des oiseaux ont des ailes elliptiques.
Vol battu
Les oiseaux à aile elliptique pratiquent principalement le vol battu. Il impose d'énergiques battements d'ailes à l'oiseau et dépend de l'organisation de l'aile de chaque espèce. L'air est poussé vers le bas et vers l'arrière par l'abaissement des ailes, ce qui propulse l'oiseau vers le haut et vers l'avant. L'aile décrit un mouvement alternatif, et assure deux choses en même temps : la sustentation et la progression. Les ailes battent de manière régulière dans ce vol en s'appuyant sur l'air. Comme c'est une technique qui demande un fort apport énergétique, les oiseaux qui la pratiquent ont une musculature très développées.
Au cœur de cette action, les plumes vont se resserrer pour laisser passer le moins d'air possible, et donc pour augmenter la résistance à l'air. Ceci a pour effet de faire monter l'oiseau vers le haut: c'est la propulsion. Quand les ailes vont du bas vers le haut, elles vont adopter une position afin de minimiser la résistance à l'air. En faite, certaines plumes vont s'écarter pour laisser passer de l'air. Il y a donc moins de résistance à l'air, mais l'oiseau subit quand même une perte de vitesse et d'altitude: c'est le ralentissement.
Une volée de quatre pigeons bisets,
chacun dans une position différente de ses ailes, lors d'un vol battu
Les ailes à grandes vitesses
Comme leur nom l'indique, ces ailes longues et effilées permettent de voler à une très grande vitesse. Cela s'explique par l'absence d'échancrure au bout des rémiges primaires. Cependant, l'oiseau ayant ce type d'aile est fortement désavantagé en raison d'une turbulence importante au bout des ailes et une portance très faible. C'est pour cela qu'il doit compenser ce désavantage par un battement d'ailes continu afin d'atteindre la vitesse nécessaire pour se maintenir en vol. Ces espèces vivent dans des espaces ouverts propices à la vitesse et souvent migrateurs parcourant de longues distances ou bien des espèces qui se nourrissent en vol (ex : martinet à ventre blanc).
Le vol stationnaire ou le vol sur place
Photographie d'un colibri en vol sur place
Ce vol propre aux oiseaux à aile à grande vitesse est un des vols les plus surprenants, qui demande beaucoup d'énergie et que très peu d'oiseaux arrivent à maîtriser. L'oiseau reste à la même place dans les aires. Le colibri parvient à rester immobile dans les airs, en battant ses ailes de telle sorte que l'extrémité de chacune d'elles décrivent une forme de huit horizontalement. À partir de ce type de vol, de légères modifications de la façon de battre des ailes peuvent lui permettre d'avancer ou même, de reculer. Ses ailes vont aussi effectuer des mouvements circulaires qui lui permettront de se stabiliser car celle-ci entraîne une portance faible et ce désavantage peut se compenser avec les battements d'ailes continu afin d'atteindre la vitesse nécessaire pour continuer le vol.
Les ailes à grands allongements
3) Aile étroite comme l'aile à grande vitesse mais a un allongement encore plus grand. Cette aile possède la caractéristique d'être rapide, tout comme l'aile à grande vitesse. Cependant elle possède un allongement encore plus élevé. Les oiseaux ayant ce genre d'ailes se déplacent en vol plané à une vitesse élevée et prolongée.
Comme l'aile à grande vitesse, il n'y a pas d'échancrures aux niveaux des rémiges primaires. Comme vous l'aurez donc compris, les turbulences sont donc fortes. Cependant cette instabilité est compensée par l'envergure des ailes. Ce type d'aile est adapté au vol plané à haute vitesse et vol plané dynamique. Les espèces avec ces types d'ailes vivent souvent dans le milieu maritime où se pratique le vol plané dynamique (ex : mouette tridactyle).
Ces ailes pourraient être l'équivalent de celles des avions civils car comme ces derniers, ils permettent d'avoir des ailes fixes. Elles sont comparables à celles des oiseaux à grande vitesse mais ont une taille de plus grande envergure.
Albatros en vol dans le ciel
Le vol plané ou le vol glissé
Le vol plané est un vol sans battements d'ailes. Ce type de vol peut s'exercer seulement grâce à l'aile à grand allongement car celle-ci permet comme nous l'avons vu auparavant de voler dans le milieu marin donc où se pratique le vol plané dynamique. Il permet à l'oiseau tombant en chute libre de parcourir une trajectoire allongée. Le planeur peut gagner ou perdre de l'altitude si l'air ambiant contient des variations de vitesse horizontale, ou si l'air ambiant est immobile. De plus, le vol plané ne demande pas d'efforts pour l'oiseau qui cesse alors de battre ses ailes et profite de l'air pour glisser dessus. Ce vol est le vol caractéristique des oiseaux de grande taille et d'envergure importante. L'oiseau se laisse porter dans les airs grâce à la surface portante de ses ailes et utilise les courants aériens.
Albatros en vol en dessus de l'eau
Les ailes larges munies d'interstices
Ce type d'aile se caractérise par un allongement moyen, entre l'aile elliptique et l'aile à grande vitesse avec des rémiges primaires séparées. Par conséquent cela est un réel atout pour l'oiseau qui possède les deux qualités favorisant la portance, réduisant la traînée. Cette adaptation permet en outre aux rapaces de porter de lourdes proies car comme on l'a vu, le poids influence négativement la portance. Elles sont surtout présentes chez les rapaces.
Photographie d'un aigle en vol
Le vol à voile
Enfin, contrairement au vol battu, le vol à voile n'est pas commun à toutes les espèces d'oiseau. En effet, il est spécifique aux grands planeurs ayant de larges ailes munies d'interstices comme les rapaces de la famille des accipitridés possédant des ailes munies d'interstices comme les vautours, les aigles, les buses, les éperviers etc... Ces oiseaux pratiquent de longs voyages et demandent donc une énorme endurance et de fortes ressources énergétiques. Pour réduire au maximum ces lourdes dépenses, ces oiseaux ont adopté ce type de vol qui leur permet de pratiquement ne pas battre des ailes. Ils utilisent certains courants aériens, les courants jets, pour économiser encore leurs ressources. Pour cela leurs rémiges primaires sont écartées comme les doigts des mains, ce qui leur vaut le nom d'aile« digitée ». Cet écartement augmente la portance de l'aile et par la même occasion, entraîne une possibilité d'un vol à faible vitesse sans risquer le décrochage.
Photographie d'un vautour en vol
Ainsi, chaque oiseau a développé un type de vol spécifique en fonction de ses ailes : il a donc su s'adapter.
Ainsi, chaque oiseau a développé un type de vol spécifique en fonction de ses ailes : il a donc su s'adapter.
L'aile d'avion
Depuis la création des premiers appareils volants avec Clément Ader, les hommes n'ont pas cessé d'améliorer les ailes. En effet, les ailes sont un élément très important de l'avion puisque c'est ce qui lui permet de ne pas chuter en vol et de planer.
Schéma de la structure d'une aile d'avion :
Le volet ou dispositif hypersustentateur permet de modifier les caractéristiques aérodynamiques et donc par conséquent d'augmenter la portance lors d'une vitesse peu élevée. C'est ainsi que lorsque la vitesse est peu élevée, souvent à l'atterrissage et au décollage, l'avion perd de la portance ce qui peut mener à une perte de contrôle de l'appareil. Afin de résoudre ce problème, les volets ont été mis en place. Ils sont fixés sur le longeron arrière. Il existe différents types de volets qui varient en fonction de l'avion utilisé. Un des plus connus est le volet d'intrados, utilisé sur les avions de combats.
Une aile d'avion se compose de six parties :
Le longeron, qui contrairement à l'aileron et au dispositif hypersustentateur, est une pièce interne de l'aile. Il existe deux types de longeron, le longeron avant et le longeron arrière. Comme leurs noms l'indiquent un se situe à l'avant de l'aile et l'autre à l'arrière. C'est une longue poutre de métal présente dans toute la longueur de l'aile. Le longeron a principalement pour but de maintenir toute l'aile entre elle afin que l'aile ne tombe pas lorsque l'avion est en vol. C'est également cette pièce qui supporte la portance qui s'applique sur l'aile.
Les lisses coordonnent le tout, on peut les comparer à des vis.
Les nervures permettent de relier les longerons entre eux. La plupart du temps, ils sont faits en aluminium.
Type d'ailes d'avion
Comme nous venons de le voir, la structure de l'aile est commune à tous les avions. Cependant, il existe cinq principaux types d'ailes : l'aile rectangulaire, l'aile delta, l'aile avec flèche, l'aile elliptique et l'aile trapézoïdale. Mais nous allons voir que deux types d'ailes.
L'aile en flèche
L'aile en flèche est aujourd'hui la plus utilisée dans le monde. Les avions de transport et de marchandises possèdent cette aile. C'est une aile extrêmement intéressante car elle permet de réduire les effets de compressibilité, c'est à dire qu'elle réduit les forces de pression qui opèrent sur l'aile.
l'Airbus A380 en vol
L'aile elliptique
