DEUXIEME PARTIE

On sait que les premières tentatives de locomotion dans Tair remontent à la plus haute antiquité; s'inspirant de la nature, l'homme fit d'abord des essais d'aviation.

La découverte des ballons changea la direction des efforts que poursuivaient les inventeurs; mais, quand on eut perdu l'espoir qu'on avait conçu d'abord de diriger facilement ces machines, on rentra dans la voie qu'on avait un instant abandonnée,^ et les inventions, proposées depuis le commencement du siècle, ne se comptent plus.

Aujourd'hui, le problème est encore à l'étude. A côté de projets plus ou moins fantaisistes, plusieurs machines sont actuellement expérimentées

par des inventeurs sérieux, et le jour ne paraît pas éloigné où tous ces efforts aboutiront enfin.

L'exposé des nombreuses solutions proposées pour cet intéressant problème n'est point facile. L'exagération et la croyance au surnaturel, que Ton trouve dans les auteurs anciens, font que l'on ne peut accorder grand crédit à leurs récits sur les expériences faites dans l'antiquité. Les documents que l'on a sur des inventions beaucoup plus récentes ne sont guère plus précis, car ce sont rarement des descriptions ou rapports faits par les inventeurs eux-mêmes, mais le plus souvent des chroniques fantaisistes et trop enthousiastes de publicistes mal informés. Il est même difficile d'être exactement renseigné sur les expériences en cours, car les chercheurs comptent tirer un si grand profit de la solution d'un problème aussi important, qu'ils gardent presque toujours soigneusement le secret de leurs découvertes. Et, s'ils font quelquefois part au public de quelque résultat obtenu, celui-ci est toujours exagéré, dans l'empressement qu'on a de posséder immédiatement une machine volante pratique, de laquelle on exige d'ailleurs beaucoup trop, avant même de l'avoir réalisée.

Dans les premières tentatives, on chercha naturellement à imiter le vol des oiseaux ; le vol plané paraissant le plus simple, et sa réalisation ne semblant point exiger la construction d'appareils mécaniques compliqués, il fut plus particulièrement le but poursuivi après les premiers échecs. D'ailleurs, dans tous ces essais on ne se rendait aucun compte de la nature des réactions qui étaient enjeu, Tair étant considéré comme im élément impondérable. Depuis, on a acquis des notions certaines sur les propriétés des gaz, et Ton sait que les oiseaux, dans leur vol, trouvent un appui matériel sur Tair résistant. On a cherché à appliquer les lois de la mécanique à ce mouvement particulier, mais la dynamique des fluides n'est point encore tellement connue qu'on ait pu, par une simple synthèse, reproduire un oiseau artificiel; les petits appareils qualifiés tels, ne sont que des jouets qui, après une impulsion initiale, ne peuvent faire autre chose que se maintenir en l'air pendant quelques secondes.

Il convient de procéder avec méthode dans la recherche de la solution d'un problème, en réalité très compliqué et très difficile, comme l'est celui de l'aviation. Une observation attentive du

vol des oiseaux, une interprétation réfléchie des faits observés, contrôlées par des procédés rigoureux d'analyse et de synthèse, ont beaucoup élucidé la question. On en est surtout redevable aux beaux travaux du docteur Marey. On doit aussi à l'ingénieur Wellner des données précises sur les résistances des surfaces en mouvement dans l'air. Le professeur Langley, de Philadelphie, vient de donner une théorie du vol à la voile, résultant de patientes investigations sur la nature du vent au point de vue mécanique. Sa théorie est contestable ainsi que les indications qu'il donne pour la construction d'un aérodrome; mais tout ceci montre que l'on a abandonné les procédés empiriques pour àes méthodes scientifiques toujours fécondes en résultats.

L'auteur se propose ici, après un historique succinct de l'aviation, d'exposer les résultats obtenus par les savants observateurs dont il vient d'être question ; il prendra la liberté d'ajouter à cet exposé quelques remarques personnelles, et, avec l'aide de quelques chiffres, il espère pouvoir démontrer qu'il est actuellement possible de faire une machine volante pratique, c'est-à-dire capable de transporter avec sécurité, dans de bonnes con-

ditions d'économie et de vitesse, plusieurs voyageurs d'un point à un autre déterminé à l'avance, même très éloigné du premier.

Le lecteur dira peut-être que le moindre volateur eût mieux fait . son affaire qu'une formule sujette à controverse. Mais l'auteur Ta déjà averti que son dessein n'était point de. lui présenter ici une invention, mais simplement de l'entretenir d'une question ignorée du plus ^rand nombre, et qui sera l'actualité de demain. Il a cru faire ainsi œuvre utile, et, s'il s'est trompé, ceux qui l'auront lu voudront bien lui pardonner de les avoir ennuyés par cet essai sans prétentions.

Historiqae

Tout le monde connaît la légende de Dédale et d'Icare; dépouillée du merveilleux que l'imagination des anciens y a attaché^ on peut voir là une tentative de vol, à moins que les fameuses ailes dont il est question ne représentent la première voile d'un bateau.

La fable d'Abaris, voyageant dans les airs sur une flèche, est encore plus imaginaire.

11 n'en est point de même de la colombe d'Archytas, de Tarente. D'après les témoignages de plusieurs célèbres auteurs contemporains, ce savant géomètre aurait exécuté une figure en bois, en forme de colombe, volant par un artifice mécanique, et recevant son mouvement d'un certain air renfermé. Cette invention serait remarquable pour l'époque à laquelle elle a été faite (iv® s. av. J.-C); l'emploi de l'air comprimé est à signaler.

Dans le premier siècle de notre ère, Simon le Magicien se serait élevé dans les airs et n'aurait été arrêté dans son vol que par la force de volonté de saint Pierre. Il n'est point question d'ailes, et il ne faut pas voir là une expérience d'aviation ; sans recourir au miracle, on peut rapprocher le fait, de ce que des témoins dignes de foi rapportent des fakirs de l'Inde, et de ce que l'auteur lui-même leur a vu faire. Mais il est inutile de s'étendre sur un sujet, d'ailleurs controversé, qui sort du cadre de cet ouvrage.

Au XI® siècle, le moine Olivier de Malmesbury, s' étant muni de deux ailes, se précipita du haut d'une tour, et, après avoir obliquement parcouru une distance de cent vingt mètres, il tomba et se cassa les jambes. Il survécut avec l'illusion (!) que cet accident ne lui serait pas arrivé s'il avait muni son appareil d'une queue. Son illusion n'était sans doute point si grande, et si l'Allemand Lilienthal, dont il sera parlé plus loin, ne s'est point cassé les jambes, c'est probablement parce qu'il avait à son planeur une queue qui lui permît de garder son équilibre et d'atterrir doucement.

Cent ans plus tard, un Sarrazin tenta une expérience analogue à Constantinople, devant l'empe-

reur Comnène. Il était revêtu d'une longue robe blanche, dont les pans, retroussés avec de Tosier, devaient lui servir de voiles. Il se laissa également tomber d'une tour, mais il se brisa les os et passa pour fou après avoir été reconnu magicien. Il n'était sans doute ni plus fou ni plus magicien que Sébastien Lenormand ou que Jacques Garnerin, les promoteurs du parachute.

Roger Bacon, dans un ouvrage intitulé : De secretibus artis et naturce, après avoir prévu le bateau à vapeur, dit qu'on peut faire des machines pour voler, dans lesquelles, l'homme étant suspendu ou assis au centre, tournerait quelque manivelle qui mettrait en mouvement des ailes faites pour battre l'air à l'instar de celles des oiseaux. La découverte de la machine à vapeur lui a donné raison sur le premier point; ses prévisions sur le second seront sans doute prochainement confirmées.

Le projet dont il avait exposé le principe fut, du reste, mis à exécution. A la fin du xv® siècle, Dante, de Pérouse, construisit des ailes artificielles qui, appUquées au corps de l'homme, lui permettaient de s'élever dans les airs. Il aurait fait plusieurs fois l'essai de son appareil sur le lac

de Trasimène. Une fois, il s'éleva, dit-on, très haut, et vola par-dessus une place de Pérouse, mais le fer avec lequel il dirigeait une de ses ailes s'étant brisé, il tomba sur un toit et se cassa la cuisse.

Lénoard de Vinci, aussi savant mathématicien que grand peintre, aurait construit une machine à voler, mais rien ne nous est parvenu des expériences qu'il a pu faire.

Sous Louis XIV, un danseur de corde, AUard, s'élança du haut d'une terrasse avec une sorte d'aéroplane, mai$ il tomba et se blessa grièvement.

Peu de temps après, le marquis de Baqueville essaya de voler; il paraît qu'il y réussit d'abord, mais, en traversant la Seine, il tomba sur un bateau de blanchisseuses, et il en fut, lui aussi, pour une jambe cassée.

En 1772, l'abbé Desforges prétendit s'envoler dans jine sorte de bateau volant muni de grandes ailes; il devait faire trente lieues à l'heure. Il donna force détails sur sa machine; il voulut s'envoler à Élampes, et on le vit imprimer à ses ailes un mouvement très rapide, mais il ne put quitter le sol; son cabriolet volant fut longtemps chansonné à Paris.

Le Journal des Savants rapporte qu'en 1768, un serrurier de Sablé, Besnier, fabriqua deux paires d'ailes formées de châssis de taffetas, articulées aux extrémités de deux bâtons fixés sur les épaules et qu'on actionnait avec les mains et avec des ficelles attachées aux pieds. Il paraît qu'un baladin se serait servi assez heureusement de ces ailes à la foire de Guibray, mais un certain Bernoin, de Francfort, qui voulut renouveler la même expérience, se cassa le cou.

Borelli s'occupa beaucoup de l'étude du vol des oiseaux, et il construisit un oiseau mécanique dont les ailes articulées étaient probablement mues par un ressort, mais qui ne put jamais s'enlever. Borelli calcula la force qu'il eût fallu fournir à son oiseau pour qu'il volât, et il arriva à cette conclusion qu'il lui faudrait une force égale à 10,000 fois son poids.

Le mathématicien Lalande s'occupa aussi du même problème, et il démontra mathématiquement dans le Journal des Savants (1 782^) que l'homme aurait besoin, pour voler, d'ailes de 180 pieds de longueur qu'il ne pourrait évidemment pas faire mouvoir.

Si les chiffres donnés par Borelli et Lalande

étaient exacts, il faudrait renoncer à jamais construire un aviateur; on verra qu'ils sont heureusement fort exagérés.

Les tentatives de Blanchard, abandonnées après la découverte des ballons, ont été mentionnées déjà.

Deghen reprit, au commencement de ce siècle, l'appareil de Blanchard, consistant en deux sortes de plans inclinés actionnés par les pieds et les mains. Au lieu de se placer dans la nacelle d'un ballon pour faire ses expériences, Deghen se suspendit au-dessous; la différence n'était pas grande, les résultats furent aussi peu concluants.

C'est en 1864 que la Presse publia le fameux manifeste de Nadar, commençant par ces mots : « Ce qui a tué, depuis quatre-vingts ans tout à l'heure qu'on la cherche, la direction des ballons, c'est les ballons. » C'était l'affirmation des principes défendus par les partisans du « plus lourd que l'air » qui reprenaient, en faisant bon marché de rinvention des Montgolfier, la série un instant interrompue des essais sur l'aviation. En tête de ces partisans convaincus venaient le romancier G. de La Landelle et l'académicien Babinet, soutenus par la fortune de Ponton d'Amécourt. Ils

HATIOAT. ABK. 6

divisaient tous les appareils que l'on pouvait construire pour voler en trois grandes classes : celle des orthoptères, celle des hélicoptères ou gyroptères, et celle des aéroplanes.

Les ORTHOPTÈRES sout Ics appareils qui tendent le plus directement à l'imitation du vol ramé des oiseaux. Leur principe consiste dans l'emploi de surfaces en mouvement, présentant une résistance maxima pendant la descente, minima pendant la montée, par exemple, des palettes s'abaissant horizontalement, en prenant appui sur l'air, et se relevant verticalement, suivant leur arête. Une complication relative dans le mouvement à obtenir et certaines difficultés de construction font que peu d'orthoptères ont été construits.

Les GYROPTÈRES OU HELICOPTERES out comme moyen d'action l'hélice, la sainte hélice, si chaleureusement défendue par Nadar, mais qui n'a pas répondu aux espérances que ses partisans fondaient sur son emploi.

Les AÉROPLANES sout dcs appareils dans lesquels la sustentation est obtenue par l'action de l'air sur des surfaces planes, rigides et inclinées d'un certain angle, mais sans mouvement. Un moteur actionnant une hélice, des palettes ou tout autre

propulseur, assure le . déplacement dans le sens horizontal, lequel produit en même temps le courant d'air dont l'action sur les surfaces planes soutient l'appareil. La rigidité des plans qui n'ont pas besoin d'articulations, et qu'on peut construire très solidement, avec une grande légèreté, fait que ces appareils ont sur les orthoptères de sérieux avantages. Plusieurs types en ont été réalisés, et quelques-uns paraissent avoir donné des résultats.

Un aéroplane, dans lequel on supprime le moteur et le propulseur, est un planeur. D'aucuns prétendent s'en servir pour voler dans certaines circonstances de vent particulières qui ne seraient point rares, mais on ne doit voir dans les planeurs que des modérateurs de chute incapables d'assurer un vol soutenu et prolongé, dans les circonstances ordinaires.

Le premier hélicoptère qui fut réalisé paraît être l'hélice de Cayley, qui n'est qu'un jouet d'enfant très facile à construire. Un bouchon est fixé à l'extrémité d'un arbre arrondi, un autre bouchon est attaché sur le milieu d'une baleine, avec un petit trou dans lequel pivote l'extrémité libre de l'arbre arrondi; deux cordes égales relient les

extrémités de la baleine à Tarbre arrondi ; dans chaque bouchon sont plantées quatre plumes d'ailes d'oiseaux, légèrement inclinées, comme dans un moulin à vent, mais en sens contraire pour chaque bouchon. En tournant les deux bouchons en sens contraire, les deux cordes s'enroulent autour de Tarbre, en faisant fléchir la baleine; si Ton abandonne alors l'appareil, les deux cordes se déroulent sous l'action de la baleine faisant ressort, les deux bouchons tournent en sens contraire du premier mouvement, et l'on voit la petite machine s'élever rapidement.

En 1842, M. Philîpps construisit un appareil de ce genre, en métal, pesant deux livres. Il consistait en un générateur de vapeur, portant quatre palettes inclinées de 20^ et portées par des bras recourbés, par les extrémités desquels la vapeur s'échappait en les faisant tourner, comme l'eau dans un tourniquet hydraulique. Cet appareil s'éleva et parcourut une certaine distance avant de tomber.

Le navire aérien projeté par Nadar comportait un bâti sur lequel étaient placés les voyageurs et les machines motrices; celles-ci actionnaient plusieurs groupes d'hélices montées en batterie sur

des arbres verticaux, et qui, par leur action sur Tair, soulevaient l'appareil; une hélice supplémentaire à arbre horizontal servait de propulseur. En dehors de quelques erreurs de principe, la difficulté de trouver un moteur léger assez puissant empêcha la réalisation de ce projet. Tout au plus, des modèles très réduits, construits par Ponton d'Amécourt, parvinrent-ils à se soutenir pendant quelques secondes.

Dans les tentatives signalées plus haut, on a déjà reconnu des appareils planeurs de différentes sortes, qu'on peut appeler des parachutes dirigeables, bien qu'ils se fussent montrés peu faciles à diriger.

En 1843, Henson imagina un aéroplane, consistant en un chariot contenant la machine et son combustible à côté des passagers; au chariot était fixé un grand cadre en bambou tendu de taffetas et de soie huilée. Ce cadre s'étendait de chaque côté comme les ailes éployées d'un oiseau, et il était immobile. A l'arrière se trouvait un gouvernail ; des rames devaient agir sur l'air à la façon d'un moulin à vent. La quantité de taffetas tendue pour supporter la machine était calculée à raison de un pied carré par demi-livre à enlever. Le

cadre avait son bord antérieur faiblement relevé, ce qui avait pour effet d'en présenter la surface inférieure à Tair, sur lequel il glissait, et qui, par sa résistance, agissait sur lui, comme le vent sur les ailes d'un moulin, et empêchait ainsi la descente de la machine et de sa charge. La sustentation du tout dépendait donc de la vitesse avec laquelle l'appareil voyageait en l'air, et de l'angle d'inclinaison du cadre. L'aéroplane, tout prêt à voler, était lancé sur un plan incliné ; en descendant, il atteignait une vitesse suffisante pour quitter ce plan et se soutenir sur l'air; les palettes mises en mouvement entretenaient ensuite la propulsion et par conséquent la' sustentation.

Wenham proposa de remplacer le cadre d'Henson par plusieurs plans superposés de dimensions moindres : ces plans seraient convenablement inclinés, le propulseur serait une hélice à axe horizontal.

Stringfeliow construisit un appareil de ce genre en 1868. Les plans superposés avaient une superficie totale de 28 pieds carrés, non compris la queue; le poids total était de moins de 12 livres, et le moteur avait une puissance de 4- de chevalvapeur. Le modèle était poussé le long d'un fil de

fer, înais, s'il parvint à le quitter quelquefois, il ne put jamais se soutenir et progresser seul.

En 1861, Du Temple avait fait connaître les résultats des recherches qu'il poursuivait depuis plusieurs années sur l'aviation, et qui l'avait conduit à l'invention de sa remarquable chaudière. Son volateur était une sorte de canot léger qui portait à son avant deux ailes battantes mues par une machine à vapeur. Le canot prenait vent en descendant un plan incliné, et les ailes devaient continuer à le maintenir en l'air. Dans une expérience faite à Brest, l'appareil lancé du cours d'Ajot tomba obliquement près de la jetée du port de commerce.

On a fait une foule d'autres modèles d'aéroplanes, hélicoptères ou gyroptères ; mais ce sont presque tous des jouets d'enfants impossibles à réaliser en grand. Dans le plus grand nombre, la force motrice est obtenue par la torsion d'une lanière en caoutchouc, qui a sur le ressort en acier l'avantage de se détendre moins brusquement et d'entretenir le mouvement pendant pluslongtemps. On a ainsi obtenu des appareils fournissant plutôt des sauts de faible étendue qu'un véritable vol d'une certaine durée. Ainsi, l'oiseau mécanique

de M. Hureau de Villeneuve s'est maintenu enTair pendant 7 secondes seulement, pendant lesquelles il s'est mû avec une vitesse maxima de 9 mètres à la seconde, le parcours horizontal effectué n'atteignant pas 40 mètres. L'oiseau de Tissandier, avec un moteur à poudre, ne donna pas des résultats plus brillants.

M. Georges Wellner, professeur à l'école technique supérieure de Brùnn (Autriche), a présenté, au commencement de l'année 1894, aux membres de la Société des Ingénieurs et Architectes de Vienne, les plans d'une machine volante de son invention.

Il se base sur ce fait, que le poids supporté par une surface de sustentation donnée croît rapidement avec la vitesse de l'air qui frappe cette surface, le poids supporté par mètre carré pouvant atteindre 100 kilogr., avec une vitesse de 40 mètres par seconde, normale à cette surface, ce qui n'est point très difficile à réaliser.

La partie essentielle de son appareil est une roue à voiles, tournant autour d'un axe horizontal, et portant un certain nombre de palettes articulées, d'une part, sur des bras invariablement reliés à l'arbre de rotation, d'autre part, sur des

bras semblables reliés à un excentrique tournant autour de cet arbre, et de telle façon que lorsque l'appareil est en marche, la palette supérieure présente son arête antérieure en haut, et la palette inférieure, par un renversement produit par l'excentrique, présente également son arête antérieure en haut. Dans les positions intermédiaires, les palettes n'agissent point, coupant Tair par leurs arêtes ou à peu près. Les palettes sont formées par des cadres en acier avec nervures, sur lesquels on tend une étoffe solide et légère.

Des expériences, faites sur une roue à bras, ont démontré que, avec quatre palettes disposées en croix, la part qui revient à la force ascensionnelle est celle produite par les deux cinquièmes de la surface totale des pales.

Là machine volante de Wellner se compose essentiellement d'un navire en forme de cigare, contenant le moteur et les passagers, et d'un certain nombre de roues à voiles disposées par paires et symétriquement, pour avoir l'équilibre. La propulsion est obtenue par des surfaces hélicoïdales placées dans les roues elles-mêmes et tournant avec elles, et par une hélice indépendante. Pour diminuer la résistance, les nervures des cadres

sont recourbées suivant le pas de ces hélices. La propulsion se fait ainsi, suivant Taxe des roues à voiles. '

D'après M. Socvil, parmi les avantages que présentent les roues à voiles pour la construction des machines volantes, on peut citer :

l'' La manière dont s'opère le mouvement des surfaces de sustentation, grâce à laquelle on peut obtenir le maximum d'effet, ces surfaces se déplaçant contre l'air, sur toute leur surface uniformément.

2° La possibilité de régler exactement Tangle sous lequel les surfaces de sustentation se déplacent, puisque cet angle est réaUsé automatiquement par l'excentrique fixe, et par le mouvement des tiges du mécanisme.

S*" La vitesse assez considérable à laquelle les roues tournent, ce qui assure à la machine une grande stabilité, et le fonctionnement simple du moteur, puisque l'on fait usage d'un mécanisme qui agit directement sur l'axe de la roue. Il n'est pas difficile d'obtenir à la périphérie des vitesses de 30 à 50 mètres, avec la roue à voiles, puisque aVec les ventilateurs cette vitesse est encore plus considérable.

4** La possibilité d'un mouvement ascensionnel lent et du déplacement graduel après le démarrage.

5"* La résistance minima opposée à F avant, quand on se déplace dans le sens de Taxe de la machine, ce qui permet d'accroître la vitesse du vol.

Le modèle présenté était celui d'une machine pouvant porter de 4 à 8 personnes : il avait 4 roues à voiles de 6", 40 de diamètre et de 20 mètres de langueur; un moteur de 80 chevaux-vapeur faisant 135 tours à la minute, et donnant aux roues à la périphérie une vitesse de 45 mètres par seconde. Le poids total à enlever pouvait être de 6,400 kilogr. et la vitesse de 20 à 40 mètres par seconde.

Un appareil d'essai plus petit, proposé par Tinventeur, n'aurait qu'une roue à l'avant et une à l'arrière, ayant chacune 3 "',20 de diamètre et 3 mètres de longueur, et munies de deux surfaces portantes de 0",80 de largeur. Au milieu, une machine à vapeur de 10 chevaux, portée par un bâti léger, ferait tourner les roues à raison de 300 tours par minute. Le poids de l'appareil ne serait que de 250 kilogr. Le moteur aurait un cy.

lindre de 150°"" de diamètre et la course du piston serait de 300™"*. Cette machine pourrait être construite pour quelques milliers de francs.

Le principe de la machine proposé par M. Wellner est ingénieux; des études expérimentales l'ont appuyé dans une certaine mesure, et il est possible qu'un tel aérolocomoteur puisse donner de bons résultats. Il importe cependant de remarquer qu'une vitesse circonférentielle de 45 mètres par seconde n'assure pas aux palettes, tant s'en faut, la même vitesse verticale de haut en bas, la seule qui importe ; les données fournies par l'ingénieur autrichien pourraient de ce fait se trouver fâcheusement modifiées. Une modification à la disposition des roues à voiles permettrait peut-être de remettre les choses au point. En tout cas, on doit reconnaître que l'invention a de la valeur, et il est à souhaiter qu'on puisse la soumettre à une expérience sérieuse.

A la fin de 1893, la presse fit un certain bruit autour de M. Otto Lilienthal, rédacteur de la ZeiU schrift fur Luftschiffahrt^ le bulletin de la Société aéronautique de Berlin, et l'on proclama que le grand problème était résolu. Il n'en était rien cependant, et les expériences du professeur aile-

mand, pour intéressantes qu'elles fassent, ne dépassent pas beaucoup, comme résultat et comme portée, les essais de planement faits en d'autres siècles. Beaucoup de prudence et des précautions sagement prises font surtout la supériorité de Tinvention de M. Lilienthal sur celle du moine de Malmesbury.

Du reste, il faut reconnaître que ces expériences ne tendent point directement à la réalisation d'une machine volante industriellement pratique. L'inventeur est plus modeste ; il a fait surtout des expériences élémentaires destinées à l'étude particulière du vol sous une de ses formes : celle du planement. C'est à ce point de vue qu'il faut considérer l'invention et elle ne laisse point d'avoir son mérite. M. Lilienthal dit bien qu'on pourrait ajouter à son planeur une hélice mue par un moteur,, mais il ne voulait point d'abord faire une machine volante comme celle de M. H. Maxim, et en procédant ainsi il a fait preuve de sagesse, sinon d'initiative.

Son appareil planeur n'est autre chose qu'un parachutie dirigeable ; il est construit en toile et en osier, et sa forme se rapproche de celle de la chauve-souris, Les ailes ne sont point battantes;

elles ont 7 mètres d'envergure et une largeur de 2", 50; Tappareil ne pèse que 20 kilogr.; avec le poids de rexpérimentateur le poids à porter est d'environ 100 kilogr. pour une surface de sustentation de 14 mètres carrés. Une queue est adaptée à la machine ; elle est surtout utile pour l'atterrissage ; les dangers que présentent celui-ci sont d'ailleurs atténués par la position des pieds reportés très en avant, et laissés libres. Il n'y a aucun moteur.

Pour planer, on se laisse glisser obliquement sur l'air, en partant d'un point élevé. Une certaine vitesse initiale, obtenue par une course préliminaire sur le terrain en pente, sert aussi à diminuer la chute de l'appareil. Cette vitesse initiale est augmentée au départ par une manœuvre consistant à incliner légèrement les ailes sur l'avant. Enfin, il est nécessaire de se présenter debout au vent pour pouvoir quitter le sol. On trouvera plus loin l'explication de ces manoeuvres.

Avec sa machine, le professeur berlinois a pu parcourir des distances de 300 mètres sans toucher terre ; dans certaines circonstances, spécialement favorables, il s'est élevé pendant le trajet à un niveau supérieure celui du point de départ. La

vitesse du vol est d'environ 9 mètres par seconde; avec un vent debout de 4 à 5 mètres, l'action soulevante serait de 118 kilogr., et la chute de O^'^SO seulement par seconde. D'où il résulterait qu'avec des ailes battantes de mêmes dimensions, on se maintiendrait au même niveau avec une dépense de travail de 50 kilogrammètres seulement.

M. Otto Lilienthal a construit une machine à vapeur pouvant fournir deux chevaux effectifs pendant une demi-heure , et ne pesant, avec ses accessoires, que 20 kilogr. Si des difficultés de construction mécanique n'obligent pas l'inventeur à augmenter beaucoup le poids de son appareil pour y adapter des ailes battantes, et s'il ne s'est point trompé dans l'évaluation des forces en jeu, il devra parvenir à voler réellement avec son nouvel appareil.

On ne sait rien des nouvelles expériences qu'il aurait pu tenter, et ce silence peut faire supposer qu'elles n'ont point réussi. Quoi qu'il en soit, les résultats connus sont intéressants, et leur bonne interprétation peut être très utile dans la recherche de quelque autre machine à voler.

La machine volante que M, Hiram Maxim vient d'expérimenter en Angleterre rappelle beaucoup

celles de Henson et de Stringfellow, décrites plus haut. C'est un immense aéroplane formé de plusieurs plans superposés, rigides, fixes et inclinés d'un angle d'un huitième environ. Ces plans assurent la sustentation de la machine quand elle progresse horizontalement sous l'effort de deux hélices actionnées par une machine à vapeur. La machine doit emporter au moins trois voyageurs : un pour la manœuvre des gouvernails horizontaux, un autre pour manœuvrer les gouvernails verticaux, et un troisième chargé de la surveillance et du fonctionnement du moteur avec accessoires. Suivant l'inventeur, le poids des voyageurs ne pouvant être qu'une faible partie de celui de la machine, il a été amené à donner à celle-ci des dimensions extraordinaires. Elle a, en effet, plus de 100 pieds de long du gouvernail avant au gouvernail arrière, sa largeur est de 104 pieds et sa hauteur de 35 pieds. Le poids total est de plus de 7,000 livres, et la machine à vapeur employée pour la faire mouvoir a une force de 363 chevaux-vapeur. La force d'attraction horizontale des deux hélices est de 2,000 livres, ce qui, étant donnée l'inclinaison des plans de soutien, doit assurer une force de sustentation d'au

moins 10,000 livres, plus que suffisante pour porter l'appareil. La vitesse doit être au moins de 40 milles à Theure.

Afin d'assurer une marche de longue durée, la vapeur est condensée dans des tubes très légers et très minces, le refroidissement se faisant au simple contact de Tair renouvelé par la marche. Ces tubes servent, du reste, à renforcer la construction et forment une partie des cadres de sustentation. L'inventeur,* malgré de sérieuses objections, se flatte d'obtenir de bons résultats avec un tel condenseur. Il se proposerait d'ailleurs de substituer un moteur à gaz de pétrole à sa machine à vapeur ; mais, outre qu'on n'a pas encore construit de pareils moteurs d'une puissance de 350 chevaux, et surtout aussi légers qu'il serait nécessaire pour un aéroplane, il faudrait encore de l'eau pour le refroidir.

Pour enlever son immense machine, M. Maxim lui fait parcourir sur des rails une distance d'au moins 400 pieds, afin de donner d'abord une vitesse suffisante. L'appareil étant supposé planer, ce qui implique une grande vitesse horizontale, si la machine motrice vient à s'arrêter, il tombe suivant un plan incliné avec une vitesse de haut en

HAYIOAT. AÉtt. 7

bas très faible, mais en conservant une vitesse horizontale très grande, Téquilibre étant maintenu par les gouvernails horizontaux. L'atterrissage nécessite un terrain uni et bien dégagé, mais il sera toujours très dangereux pour la solidité de la machine autant que pour la sécurité des voyageurs.

En septembre 1894, M. H. Maxim a tenté un essai avec son appareil complet ; il l'avait placé sur des rails d'une longueur de 600 mètres; audessus se trouvaient deux contre-rails de 200 mètreâ de longueur destinés à empêcher le soulèvement avant qu'on eût acquis une vitesse suffisante pour faire route, et à mesurer la force de soulèvement. L'expérienoe a si bien réussi que les rails supérieurs ont cédé sous l'effort, et que la machine a été sérieusement avariée, ce qui a forcé de renvoyer les essais. Ils n'ont pas encore été repris depuis.

On peut penser qu'il est heureux pour les voyageurs que leur première tentative de navigation se soit arrêtée aussi tôt. D'ailleurs, une machine très coûteuse, très encombrante, très difficile à manœuvrer, comme l'est celle de M. Maxim, ne paraît pas appelée à un grand avenir, et si elle devait seule donner la clé du problème tant pour-

suivi de la navigation aérienne, celle-ci ne serait pas encore de si tôt pratiquée.

On peut lire dans le numéro de V Illustration* du 15 décembre 1894, Tarticle suivant :

a La navigation aérienne serait-elle défînitive- « ment trouvée ? En tous cas, la solution du pro- « blême paraît tellement avancée, qu'il est pro- « bable qu'avant la fin de 1895, ce système de « transport pourra être utilisé industriellement : « du moins, ce sont les Américains qui le pré- « tendent.

« En effet, le télégraphe nous apporte la nou- « velle que l'aéroplane inventé par le professeur « Langley, le célèbre secrétaire du ^Smithsonian « Institute, a été expérimenté avec succès, le 8 dé- « cembre, dans une petite baie fermée, en Virginie « (États-Unis). L'appareil s'est élevé contre le vent, « et a parcouru une certaine distance en volant. « Cet aéroplane est construit en aluminium; il est « soutenu par des ailes, et est actionné par des « hélices tournantes.

« D'autre part, un autre inventeur américain, « âgé seulement de trente-un ans, M. Walter « Mercer, a, paraît-il, franchi plus de 60 kilo- « mètres dans une machine aérienne, Y Albatros,

« construite d'après les principes formulés par « Langley. Le voyage aurait eu lieu à Trenton *« pendant la nuit et sans témoins. L'Albatros a « une longueur de onze pieds six pouces (3™ 70), « et une largeur de six pieds (2 mètres) quand « les deux ailes qui le maintiennent dans Tair « sont déployées. L'Albatros est construit en alu- « minium, et pèse 85 —kilogr.; il est soutenu « en Tair au moyen de quatre propulseurs, et « poussé en avant par un seul. La puissance to- « taie qui assure le déplacement et l'aviation de « cette machine, est fournie par un moteur élec- « trique de trois chevaux et demi de force nomi- « nale : le tout est peu embarrassant.

« M. Mercer était placé au centre de l'appareil « et en dessous, et commandait le mouvement des « diverses machines par la simple manœuvre d'un « commutateur. Bien que l'essai de M. Mercer se « soit passé sans témoin, il y a tout lieu de croire « que ce n'est pas un humbug, car le professeur « Langley, à l'exposition de Chicago, déclarait que « la machine aérienne de M. Mercer lui paraissait « devoir réussir. » (G. C).

Le Petit Temps du 21 décembre 1894 rapporte les mêmes expériences de la façon qui suit :

« Les Machines volantes. Nous avons décrit « récemment les expériences, faites en Angleterre, « par M. Hiram Maxim, sur un aéroplane ou ma- « chine volante de son invention. Sans avoir eu « un plein succès, en raison d'accidents qui se « sont produits au cours de leur exécution, ces « expériences n'ont pas laissé d'être intéressantes « et instructives. Il s'en fait d'analogues en France, « en Autriche, en Allemagne, aux États-Unis.

a Voici quelques détails sur les récentes expé- « riences américaines. D'après ce que rapporte le « Heraldy un aéroplane combiné par M. Langtey, « le secrétaire du Smithsonian Institute, vient « d'être expérimenté avec un certain succès en « Virginie.

« L'appareil, qui est en aluminium, avec ailes « de soie, ressemble à un grand papillon. Il est a poussé par des hélices que fait mouvoir une ma- « chine électrique. Il ne s'agit ni plus ni moins, « paraît-il, que d'établir, en 1895, une ligne de « navigation aérienne entre Washington et San- « Francisco.

«Le professeur Langley avait dit que, si jamais « la navigation aérienne était résolue, ce serait « non pas par les ballons, à cause du gaz même

« qu'ils contiennent, mais par des moyens méca- « niques. Aujourd'hui, M. Mercer, après avoir « construit im aéroplane d'après les principes « énoncés par M. Langley, prétend avoir fait un « voyage de 40 milles ou 70 kilomètres environ « avec son navire aérien. Nous lui laissons, bien « entendu, toute responsabilité au sujet de cette a affirmation de durée.

« Il l'a fait nuitamment, de peur d'un échec « public d'abord, et ensuite pour garder provisoi- « rement le secret sur les principaux détails de « son invention.

« Suivant le New-York Herald^ le moteur élec- « trique de 3 4" chevaux serait en aluminium ; « mais nous ne voyons pas bien comment les « masses de fer essentielles et relativement lourdes « pourraient se remplacer à résistance égale par « de l'aluminium. Il doit y avoir là une confusion. « La machine a un propulseur à l'arrière et quatre « hélices au sommet. C'est à l'aide de ces der- « nières qu'il s'élève.

« Il n'y a là en somme que des indications som- « maires et insuffisantes pour que l'on puisse se « faire une opinion exacte des progrès que les « nouveaux appareils ont pu réaliser. Mais il est

« probable que les journaux techniques des Étatsce Unis ne tarderont pas à compléter ce qu'on a « appris à ce sujet. »

D'après ces descriptions sommaires et d'ailleurs en partie contradictoires de l'appareil de M. Mercer, celui-ci aurait une grande analogie avec le bateau volant de Nadar, et serait plutôt un hélicoptère qu'un aéroplane. Il est probable que l'appareil a fonctionné, mais sans doute au moyen d'une dynamo-réceptrice placée sur l'appareil et recevant le courant d'une génératrice puissante placée à terre et trop lourde pour être embarquée. Dans ces conditions, la machine de M. Mercer aurait bien pu effectuer sur une piste circulaire un voyage de 70 kilomètres, mais le bateau de Nadar en aurait fait autant si l'on avait pu user du même artifice. Du reste, depuis cette expérience qui promettait tant, les détails techniques ne sont pas arrivés des États-Unis, et si ce n'est pas là un de ces humbugs, dont la presse américaine est coutumière, la fameuse ligne de Washington à San-Francisco n'est pas encore en exploitation.

De l'équilibre des surfaces planes en mouvement dans l'air.

Il est facile de constater que lorsqu'un fluide en mouvement, Tair par exemple, rencontre une surface résistante, il exerce sur elle un certain effort, d'autant plus grand que la vitesse dont est animé ce fluide est plus considérable, et que la masse du fluide considérée est plus grande. On a cherché à déterminer une expression mathématique de cet effort. Pour cela, on a naturellement considéré le cas le plus simple, celui d'une masse de fluide homogène, animée d'un mouvement uniforme frappant normalement une surface plane, mais on a été de suite arrêté dans cette analyse par des difficultés insurmontables. Si Ton s'en tient d'abord à une file de molécules tombant normalement sur le plan, la première molécule qui le frappe exerce sur lui une pression proportionnelle à sa masse et

à sa vitesse ; si cette molécule était alors anéantie, celle qui la suit exercerait la même action, et comme le nombre des molécules qui viendraient ainsi frapper le plan est proportionnel à la vitesse, la pression serait proportionnelle au carré de cette vitesse. Mais la première molécule, après avoir touché le plan, rebondit en vertu de son élasticité et de celle du plan, elle gêne ainsi l'action de la seconde molécule, qui gêne les suivantes, les molécules de chaque filet étant du reste gênées par celles des filets voisins. L'ignorance où Ton se trouve de la constitution intime des fluides comme de tous les corps, empêche l'analyse des réactions éprouvées dans la masse d'air, dans le cas considéré. On a cherché alors à déterminer expérimentalement la pression exercée dans ce cas simple ; les plus grands mathématiciens, d'Alembert, Cauchy, Lagrange, Euler, ont étudié le problème, mais aucun n'a pu le résoudre. Ils ont laissé des formules empiriques qui ne sont point concordantes, parce que, considérant des surfaces limitées par les bords desquelles s'échappaient les filets extérieurs de la colonne agissante, la proportion de ces filets perdus par rapport à leur nombre total variait avec l'étendue de la surface considérée.

On admet comme suffisamment approchée la formule

TC étant la pression exercée par un fluide animé de la vitesse V, frappant normalement une surface S. K est une constante qui, pour l'air et pour des vitesses ne dépassant pas 50 mètres par seconde, a une valeur déterminée par T expérience, sensiblement égale à 0.15. Pour d'autres vitesses, cette constante prendrait une autre valeur; pour les grandes vitesses qu'on trouve en balistique, on a même été amené à augmenter l'exposant dont est affectée la vitesse dans la formule.

Dans l'étude qui va suivre,. on admettra que l'expression

7c = KSV»

est suffisamment approchée, mais on se rappellera qu'il ne faudra pas trop compter sur son exactitude pour établir, par exemple, les données d'un aviateur, et que dans ce cas il conviendra de procéder par expérimentation directe .

On admettra aussi que le vent, quand il en sera question, est un déplacement en masse et parai-

lèle de toutes les molécules en mouvement; on n'aura du reste à considérer que le vent horizontal.

On admettra également que l'action de Vair en mouvement sur une surface donnée est la même que la réaction qu'éprouverait cette surface animée, par rapport à Fair calme, du même mouvement relatif.

Enfin, quand il sera question d'un élément de surface, même pesant, on le considérera comme un plan sans épaisseur. Pour éviter des ambiguïtés, on appellera cet élément un carreau, sans que cette dénomination permette d'ailleurs de préjuger en rien sa forme ou ses dimensions.

a) Ceci posé, soit d'abord un carreau pesant abandonné horizontalement dans l'air! L'action de la pesanteur le fait tomber verticalement; la résistance de l'air est d'abord nulle, puisqu'elle dépend de la vitesse de chute ; celle-ci est donc d'abord accélérée ; mais la résistance croissant avec la vitesse, il arrive un moment où l'équilibre s'étant produit entre cette résistance croissante et le poids constant, le mouvement devient uniforme. La vitesse est alors donnée par la relation P = KSV»

elle dépend du rapport du poids P du carreau à sa surface S. En prenant pour K la valeur 0.15, on trouverait qu'un poids de 1 kilogr. sustenté par une surface de 1 mètre carré tomberait avec une vitesse de 2™,5 par seconde ; c'est ce qu'a vérifié l'expérience directe.

b) Supposons maintenant le carreau abandonné

dans l'air, avec une inclinaison a sur la verticale. Son poids P, appliqué au centre de gravité G confondu avec le centre de figure, le fait d'abord tomber verticalement. La réaction de Pair se fait verticalement de bas en haut, avec la vitesse VG par exemple; on peut la remplacer par l'action de deux courants d'air, l'un normal, dont la vitesse sera KG = VG sin a, et l'autre parallèle de vitesse IG = VG cos a. Ce dernier a simplement pour effet de faire glisser les molécules d'air sur le carreau, le premier exerce sur lui une pression

normale dont l'expression est KSV^ sin^ a, que nous représentons en GH. Cette force peut se décomposer en deux autres. Tune GR, verticale de bas en haut, qui S'oppose à l'action de la pesanteur, l'autre GQ;. horizontale, qui porte le carreau du côté de son arête inférieure. Le carreau est donc sollicité par les trois forces P, GR et GQ ; leur combinaison a pour résultante GM, qui a pour effet de faire tomber le carreau suivant un plan incliné sur la verticale d'un angle p. Mais alors la résistance de l'air se fait, non plus de bas en haut, mais suivant MG et l'incidence sur le plan est «^ et non plus a; V étant toujours, à un moment donné, la vitesse du mouvement du plan suivant GM, l'expression de la composante normale est donc GH = KSV^ sin^ (a — p). La vitesse d'abord nulle s'accélère en même temps que p augmente. Tant que P est inférieur à a, GM ne peut pas être nul, la vitesse est donc accélérée; mais si P n'augmentait pas, GH et par suite GQ et GR augmenteraient, GN = P — GR diminue, d'où il résulte quep doit augmenter; p ne peut pas être plus grand que a; a est donc sa valeur limite. Le carreau tendra donc à tomber suivant son arête dans le plan d'inclinaison a, et GM ayant atteint sa valeur limite en même

temps que P, le mouvement sera indéfiniment accéléré.

Nous avons dit qu'un courant d*air, agissant obliquement sur un carreau, pouvait être remplacé par deux autres courants, Tun normal, l'autre parallèle, ce dernier ne produisant aucun effet sur le carreau. Cela n'est pas tout à fait exact. Le filet

rencontrant le plan en A sur son arête extérieure produira une pression égale à sa force multipliée, par le sinus de son incidence a, cette incidence étant l'angle de la direction du vent avec le plan. Le filet voisin B, avant de rencontrer le plan, sera dévié par le filet qui a agi en A et qui s'écoule suivant BA, l'incidence en B sera donc moindre qu'en A, et comme la- force n'a pas été sensiblement augmentée, la pression exercée en B sera moindre qu'en A; en C elle sera encore moindre qu'en B parce que le filet y sera plus dévié; elle sera minimum en D à l'arête postérieure du plan. De cette observation, il résulte que la résultante de toutes les pressions partielles sera appliquée, non plus au centre de

figure G du carreau, mais en un point H d'autant plus rapproché de l'arête antérieure que le vent sera plus fort. Il en résulte aussi qu'une surface incurvée kbcd se déplaçant contre l'air, éprouverait une résistance plus grande qu'un plan ABCD dont la projection sur un plan normal au sens du mouvement serait d'ailleurs la même. M. Otto Lilienthal a cru devoir tenir compte de cette résistance dans la construction de son planeur; c'est du reste la raison pour laquelle on donne de l'embu aux voiles des navires.

Revenons au carreau incliné dont nous avons étudié le mouvement tout à l'heure (&). Sollicité

par son poids et par le jeu des forces résultant de l'action de l'air, il tend à tomber suivant GM; la

résistance de Tair a sur lui une action représentée par la force BH, appliquée en B, situé entre son centre de gravité et son arête antérieure. Il se produit un couple de redressement qui a pour effet de rapprocher d'abord le carreau de l'horizontale. En vertu de sa vitesse acquise, son mouvement continue, il prend une inclinaison en sens contraire ; mais, sollicité par son poids en sens contraire de son déplacement, le mouvement est retardé, et le carreau arrive au repos en G^; son inclinaison est alors renversée, il retombe en sens contraire jusqu'en Gjj, G^ étant à un niveau inférieur à G de même que G^ est plus bas que G^, à cause des résistances passives. Le carreau tombe donc par une série d'oscillations à droite et à gauche, jusqu'à ce qu'il touche le sol. C'est ce que l'on voit faire à une feuille de papier abandonnée dans l'air.

Le mouvement peut être modifié par une courbure du papier sur toute sa surface, ou sur une partie seulement ; ou encore, par un simple déplament du centre de gravité.

M. J. Pline a fait ressortir ces différences de planement, au moyen d'un appareil très simple. Une feuille de papier, de forme carrée, est pliée en deux, de façon à former un angle dièdre obtus très

ouvert ; au fond de cet angle, on fixe une tige de métal, munie à ses extrémités de masses pesantes

de même poids. On a . ^

ainsi un système stable .^Z>J ^, ^^-o-

dansTair. Si on F abandonne à lui-même, on le voit tomber suivant ; g^

CB, verticalement.

Si Ton enlève une ^.^ Jb

des masses, l'appareil

s'incline légèrement et tombe suivant une trajectoire oblique curviligne d'un mouvement accéléré;

son inclinaison, maximum au commencement de la chute, va en diminuant par le fait de la résistance de l'air ; elle peut même changer de sens si la masse est légère, et le mouvement devient alors

VAYIOÀT. aAr.

oscillatoire, comme on Ta vu plus haut. La chute se fera dans un plan vertical, si les deux faces du dièdre sont égales ; sinon, il y aura une inflexion du côfé de la face qui présente le moins de résistance.

Si, dans l'appareil, on relève par une courbure les deux arêtes postérieures ou antérieures des faces du dièdre, on le voit, après une chute oblique

d'une certaine durée, remonter contre la pesanteur, mais d'un mouvement retardé, et à une hauteur moindre que celle du point de départ. Ce qui a été dit plus haut suffit à expliquer ce phénomène que l'on observe du reste chez les oiseaux, surtout chez les oiseaux de proie, et qu'en terme de fauconnerie on appelle une ressource.

Si les deux faces étaient au contraire rabattues

en sens contraire, la première inclinaison due à la suppression de Tune des masses ne ferait qu'augmenter par suite de la résistance de Tair, et Ton

verrait l'appareil s'incliner rapidement la pointe en bas, et venir frapper violemment le sol. Dans ce cas la direction nouvelle serait favorisée par la pesanteur, qui accélérerait la chute au lieu de la ralentir. Au commencement du mouvement, la résistance de Tair ne se faisant que très faiblement sentir, l'appareil se comporte d'abord comme si les faces du dièdre étaient bien planes, une des masses seulement étant enlevée ; mais il y a bientôt une inflexion, comme il est indiqué sur la figure.

c) Soit un carreau CC incliné d'un certain angle a sur la verticale, et recevant sur sa face inférieure un vent régulier horizontal ; supposons qu'une glissière fictive empêche le déplacement de ce

carreau dans le sens horizontal, tout en le laissant libre dans le sens vertical. L'action du vent VG se réduit à une force normale FG qui se décompose en deux autres, l'une QG dont l'effet est d'appliquer le carreau sur la glissière, l'autre RG qui le force à monter.

L'action de la glissière peut être remplacée par une force égale à QG dirigée en sens contraire, c'est-à-dire contre le vent; le carreau montera dans un plan vertical. Si cette force est plus grande que GQ, le plan montera en gagnant dans le vent. Si elle est plus faible, le plan montera en dérivant sous le vent. Tout ceci s'applique évidemment au cas où le carreau est supposé sans poids ; s'il est pesant, une combinaison très simple des forces en jeu permet de se rendre compte du mouvement produit.

Quand les oiseaux, par un vol ramé antérieur, ou par un planement préalable en chute oblique, ont acquis une certaine vitesse, on les voit quelquefois présenter obliquement leurs ailes au vent créé par leur mouvement; alors, sans que leurs ailes ne fassent aucun mouvement, ils continuent à progresser en s'élevant, mais la pesanteur et les frottements ont vite absorbé la force acquise et, si le vol n'était point repris, Toiseau tomberait en arrière suivant un plan incliné, comme un carreau abandonné à lui-même sous une certaine inclinaison (6). Si l'oiseau vole vent debout, sa vitesse acquise peut lui permettre de s'élever en gagnant dans le vent d'abord, bientôt il dérive, mais il peut continuer à s'élever, enfin il finit par descendre, la dérive résultant de la chute en arrière étant augmentée par le vent.

Si un oiseau pesant, au repos, présente ses ailes à un vent assez fort qui les frappe par-dessous, l'inertie l'empêche d'abord de dériver; elle remplace la glissière considérée plus haut. L'oiseau s'élève donc d'abord facilement et sans effort. C'est pour cela que l'on voit presque toujours les oiseaux planeurs se présenter debout au vent pour s'envoler; dans certains cas, surtout pour les gros

oiseaux de mer, l'essor vent arrière serait tout à fait impossible. Cette remarque est à retenir, elle sert de base à la théorie que le professeur Langley a donnée du vol à la voile.

d) Au lieu de supposer le carreau retenu par une glissière, imaginons -le relié par une corde inextensible à un point fixe K; convenons qu'il est incliné d'un angle constant « sur l'horizon, et qu'il reçoive, sur sa face inférieure, un vent horizontal

régulier VG venant du côté oii se trouve le point fixe K. L'action du vent se réduit à une pression normale GF constante, puisque le vent est uni-

forme et que rincidence est constante. On décompose cette pression en deux forces, Tune GT de traction sur la ficelle, et l'autre normale dontTeffet est de faire monter le carreau en faisant décrire au point 6 une circonférence autour du point K. Sur la figure, on voit facilement que IGF=a-+- p puisque les angles IGF et TGC ont leurs côtés perpendiculaires. GI a donc pour expression

GI = GF cos (a + P)

a est constant par hypothèse, à mesure que le carreau monte, p augmente, par conséquent cos (a + ?) et par suite GI diminuent. Sa valeur maximum a lieu au départ : elle est alors égale à GF cos a; pour que le carreau puisse s'enlever, il faut que ce maximum soit supérieur à P,le poids du carreau; nous supposons cette condition remplie. A mesure que le carreau monte, GI diminue, le poids étant constant; il y a donc une hauteur limite que le carreau ne peut dépasser; quand il Ta atteinte, il se tient en équilibre, et la résultante des forces GI et P est GM dirigée suivant GK. La figure montre que GIM = p et que IM = P.

On a donc alors

GI = P cos p

L'équation d'équilibre est donc

GF (coB a + P) = P cos p

Remarquons que le point K peut être plus élevé que le point d'où s'enlève le carreau, c'est-à-dire que p peut être négatif; pour que le carreau ait une tendance à monter, il suffit que P <^a, c'est-à-dire que la corde l'appelle toujours d'en dessous ; pour qu'il puisse s'enlever, il faut que P <^ CFcos (a — p) . CI sera encore maximum au départ, et si l'on remplit la condition

CF cos a = P

la position d'équilibre sera obtenue pour P = o, c'est-à-dire quand la corde sera horizontale.

On peut remplacer la force de traction de la corde par une force dirigée dans le même sens, obtenue par exemple au moyen d'une hélice à axe horizontal, dans le dernier cas considéré. On aura alors réalisé un aéroplane analogue à celui qu'a essavé M. Maxim.

Dans un cerf-volant, l'angle d'inclinaison a n'est pas constant, l'incidence du vent est donc aussi variable; elle est encore diminuée par suite du mouvement de montée du cerf-volant qui a pour

effet de faire venir d'en haut le vent apparent qui le supporte, jusqu'à ce que l'équilibre soit obtenu.

e) Soit un système composé d'un centre G pesant, d'où émane une force intérieure imprimant un mouvement alternatif régulier de montée et de descente à un carreau horizontal CC sans poids, soumis à la résistance de l'air pendant la descente, et n'offrant aucune résistance à la montée. Ce sys- !

tème représentera un or- 1

thoptère théorique.

Soit a l'amplitude de l'oscillation du carreau de surface S, ç la vitesse du mouvement régulier dont il est animé ; appelons

la durée d'une oscillation complète; on a immédiatement la relation

ç = — = 2an .

Considérons le système pendant une période entière t; quand le carreau est relevé par la force émanant de G, il n'éprouve aucune résistance, le système, soumis à la pesanteur, tombe d'un mou-

vement accéléré pendant le temps \ ; quand le carreau est rappelé vers le centre G, il exerce sur Fair une pression de haut en bas^ dont la réaction de bas en haut force le centre G à monter. Le système continue d'abord à tomber, mais d'im mouvement retardé, et si le travail fourni par la force intérieure est suffisant, il remonte. Pour qu'après une oscillation complète le centre G soit revenu à son premier niveau, il faut que ce travail soit équivalent à celui qui est produit par la chute du système. Or, celui-ci a pour expression

et d'après ce que l'on vient de voir

Le travail à fournir pendant l'unité de temps sera donc

puisqu'il y a n oscillations complètes par seconde.

Cette formule montre que le travail à dépenser

pour maintenir un orthoptère en équilibre dans

l'air est inversement proportionnel au nombre de

battements d'ailes. (Si ce nombre était infini, le travail serait nul.)

En tenant compte de la relation 9 = 2an, on voit que pour une vitesse de mouvement donnée il y a lieu de réduire l'amplitude d'oscillation; si cette amplitude est donnée, on cherchera à obtenir la plus grande vitesse de mouvement possible.

Le travail fourni par le centre G en une oscillation a pour expression

T' = KSç'a = 4KSaV

on peut donc écrire

T' = T = 4KSûV < P X ^ ^t'

et pour l'unité de temps

T = 4KSoV < ^ 2n

d'où

Appliquons ces résultats à un exemple numérique, soit un orthoptère idéal ayant une aile de 1 mètre carré dont l'amplitude d'oscillation serait de 0"^,5, avec une vitesse de 10 mètres par seconde, ce qui donne 10 battements pendant le

même temps. Le travail dépensé pendant Tunité de temps sera

T = 4KSaV = 4 XO.15 x Ix ^ X 1000= 75 kilogrm.

et le poids sustenté sera

-,^2nT 2x10x76 ,.^,..

P > = =7r = loO kilogr.

g iO

Ces chiffres ne peuvent s'appliquer qu'à un orthoptère théorique, tel qu'il a été défini plus haut. En pratique, l'aile, bien que légère, sera toujours pesante, elle ne sera pas non plus sans résistance aucune à la montée, d'où il résulte que, pour une bonne utilisation, l'amplitude de battement a une valeur minimum qu'on ne saurait réduire ; il y a aussi une limite pratique à la vitesse que peut donner une machine motrice quelconque, le nombre des battements d'ailes est donc aussi limité; mais les considérations qui viennent d'être exposées sont toujours vraies, et il y aura intérêt à augmenter le plus possible le nombre des oscillations.

L'auteur a cherché à vérifier expérimentalement les formules données plus haut ; pour cela, il a fait construire un appareil se rapprochant sen-

siblement des conditions théoriques. La surface battante d'environ 45 décimètres carrés à la descente, était réduite à 4 décimètres carrés à la montée; l'amplitude pouvait varier de 5 centimètres à 20 centimètres. Mais la surface oscillante avait un poids assez considérable bien que r expérience eût démontré que sa solidité n'avait pas été exagérée; une grande partie du travail dépensé était ainsi perdue inutilement; il s'en perdait aussi une partie sensible à cause d'une autre circonstance à laquelle il était impossible de se soustraire. L'évaluation de ces pertes de travail n'était guère possible. Malgré tout, avec une puissance d'environ 20 kilogrammètres, avec une amplitude d'oscillations de 10 centimètres et un nombre de battements de 400 à 600 par minute, la force de soulèvement mesurée a atteint de 3 à 5 kilogr., et elle ne représentait certainement qu'une assez faible partie de celle qu'on eût obtenue avec un appareil mieux conditionné.

M. Wellner a déterminé expérimentalement, dans des conditions un peu différentes, le poids qui pouvait être sustenté par une surface battante avec une dépense de travail donné, et il est arrivé au chiffre de 97 kilogr. pour un cheval-vapeur.

Les conditions dans lesquelles il a opéré n'étant point non plus très favorables.

On voit que nous sommes loin des données de Navier qui prétendait qu'une hirondelle dépensait pour voler le travail d'un dix-septième de chevalvapeur. Nous ne sommes pas plus d'accord avec Lalande quand il démontre mathématiquement que Thomme aurait besoin, pour voler, d'ailes de cent quatre-vingts pieds de longueur.

En effet, nos formules appliquées, par exemple, à une buse commune qui, pour un poids de 785 grammes, a une surface alaîre de 1,650 centimètres carrés, et qui battrait des ailes 3 fois par seconde, donnent pour le travail dépensé pour la sustentation im maximum de 0,33 kilogrammètre. Pour une hirondelle ce maximum ne serait pas de 0,01 kilogrammètre. Quand nous étudierons le vol des oiseaux, nous verrons par d'autres considérations que ces résultats doivent être très rapprochés de la réalité.

Pour établir les données de l'orthoptère, nous avons supposé que le carreau rencontrait en descendant un air calme qui lui présentait toujours une résistance exprimée par KS9*. Quand on veut mesurer expérimentalement la puissance de

sustentation d'un tel appareil, ou de quelque autre agissant d'une façon semblable, comme une hélice par exemple, on le fixe généralement sur une balance ou sur un ressort pesé qui donne directement la valeur de la traction. Or, en procédant ainsi, l'appareil est à peu près fixe dans l'espace, chaque battement d'aile ou chaque tour d'hélice produit, de haut en bas, un courant qui devient continu, de sorte que le point d'appui se dérobe toujours. L'indication donnée par la balance ou par le ressort est bien la traction exercée, dans les conditions de l'expérience, par l'aile de l'orthoptère ou par l'hélice; mais le travail dépensé pour mettre en mouvement l'air déplacé n'est pas enregistré, et ce travail inutile absorbe en réalité une grande partie de la puissance employée. Il n'en serait pas de même si l'appareil pouvait être déplacé horizontalement, de façon à trouver à chaque instant de nouvelles couches d'air calme, fournissant un appui nouveau à chaque battement; mais une expérience de mesure est très difficile à réaliser dans ces conditions.

C'est pour avoir fait leurs expériences au point fixe, que Bôrelli et Lalande ont trouvé ces nombres fantastiques qui ont fait dire à un autre savant,

M. Bertrand : « Autant vaudrait prouver par le calcul que les oiseaux ne peuvent pas voler, ce qui ne laisserait pas d'être compromettant pour les mathématiques; » c'est pour cela que les espérances fondées sur la sainte hélice, par Nadar et ses amis, furent si complètement déçues ; c'est pour cela que les frères Tissandier, en 1883, trouvèrent que l'hélice de leur ballon exerçait, sur un dynamomètre fixe, une traction de 12 kilogr. seulement, quand elle tournait à 160 tours par minute ; c'est pour cela que M. Maxim est obligé d'employer une machine de 360 chevaux dans son aéroplane; c'est pour la même raison que dans toute machine volante la force au départ doit être considérable, surtout avec l'emploi de l'hélice comme propulseur.

Pour que les résultats en soient exacts, les expériences sur l'aviation doivent donc se faire sur un appareil en marche. C'est d'abord supposer le problème résolu, et c'est ce qu'ont fait les Olivier de Malmesbury, les Allard, les marquis de Bacqueville, et beaucoup d'autres que nous n'avons pas tous cités. On a vu ce que leur avait coûté leur témérité. Mais ce n'est pas dire que ces expériences sont impossibles; en procédant avec

beaucoup de prudence, et en prenant des précautions raisonnées, comme Ta fait M. Lilienthal, on arrive à un résultat sans se casser le cou.

f) L'orthoptère théorique que nous venons d'examiner assurait simplement la sustentation d'un certain poids dans Tair, sans lui communiquer aucun mouvement horizontal. On va voir qu'il est bien facile d'en faire une machine volante, théorique bien entendu. Au lieu de prendre un carreau oscillant horizontal, supposons-le incliné d'un certain angle, les autres conditions

étant les mêmes, et le mouvement alternatif de montée et de descente se faisant toujours verticalement. Suivant une décomposition de forces que l'on a eu l'occasion de voir plusieurs fois déjà, l'action de l'air pendant la descente du carreau se réduit à deux forces, l'une verticale BR,

SATIGAT. AÉR.

Tautre horizontale BQ. La force verticale assure la sustentation, la force horizontale imprime au système une vitesse horizontale B V qui peut être très grande, si la résistance opposée au mouvement dans ce sens est assez faible.

L'étude qui précède n'est point une théorie plus ou moins approchée du vol de Toiseau, mais les propositions qui y sont développées appuieront utilement l'observation qui en sera faite dans le chapitre suivant. L'auteur n'a pas voulu conclure ici à la solution d'un aviateur quelconque ; le lecteur est libre d'user des quelques lemmes qui viennent d'être exposés pour arriver au développement de ce théorème très difficile ; mais, s'il veut éviter des déceptions, il fera bien de tenir compte des réserves faites dans ce chapitre.

Le vol des oiseaux

Une observation très superficielle montre qu'il y a, suivant les espèces, des différences dans la façon de voler des oiseaux. Les petits oiseaux ont généralement un vol précipité, T amplitude des battements de leurs ailes est ordinairement assez grande; on les voit souvent, après qu'ils ont acquis une certaine vitesse, suspendre un instant leur vol et replier leurs ailes comme s'ils voulaient présenter moins de résistance à l'air qu'ils déplacent. Les ailes des grands oiseaux, surtout celles des grands voiliers, qu'on voit sur la mer, ont au contraire, des battements beaucoup moins fréquents, d'une amplitude souvent très faible ; ces ailes restent presque toujours complètement déployées, et le vol se rapproche d'un planement continu.

Il y a longtemps qu'on a remarqué aussi que

les petits oiseaux avaient, relativement à leur poids, des ailes plus développées que les oiseaux plus lourds, et que chez eux la fréquence des battements était aussi beaucoup plus grande.

Ces faits qui pourraient surprendre tout d'abord, sont faciles à expliquer. Considérons en effet deux oiseaux semblables et de la même espèce, dont les dimensions linéaires sont, par exemple, dans le rapport de 1 à Z. En prenant pour unités de surface, de volume, de poids et de force la surface alaire, le volume, le poids et la force de l'oiseau dont la dimension est i, celui dont la dimension est l aura une surface alaire P, un volume P, par conséquent un poids P, puisque nous lui supposons la même densité qu'au premier, et une force P, car il est logique de supposer que la force est proportionnelle aux poids des muscles semblables dont les volumes sont dans le rapport 1 à Z^ On voit que le rapport -f- du poids à k surface alaire, étant 1 pour l'oiseau de dimension 1, il est dey pour un oiseau de dimension l. Par exemple un oiseau 2 fois plus grand qu'un autre semblable aura besoin pour se soutenir d'une surface alaire 2 fois moindre relativement à son poids.

Pour une même amplitude de battement, T oiseau qui a des ailes de longueur l frappe Tair avec une vitesse qui est Z, si la vitesse avec laquelle l'oiseau de dimension 1 frappe cet air est prise pour unité. Or nous savons que Teffet du vent sur une surface est proportionnel au carré de sa vitesse, comme il est aussi proportionnel à la surface ou, ce qui revient au même, au carré de ses dimensions. Par conséquent, Faction de Taile de l'oiseau unité étant 1, celle de Toiseau de dimension l sera l\ Mais les poids des deux oiseaux étant dans le rapport de 1 à P, il en résulte que pour produire le travail nécessaire à la sustentatation qui est proportionnel au poids, l'oiseau le plus grand n'aura pas à fournir un nombre de battements d'ailes aussi grand.

Pour des oiseaux semblables, le rapport

doit être constant. -On l'a déterminé pour beaucoup d'oiseaux d'espèces et de poids différents. On a trouvé qu'il était variable, mais cependant dans des limites assez restreintes. Ces variations se conçoivent aisément par les différences de formes que

présentent les ailes. En effet, une aile battante longue et étroite assure mieux la sustentation qu'une aile plus large mais plus courte, quoique de même surface; et il est aussi naturel de constater des différences d'aptitude au vol chez les oiseaux, que des différences d'aptitude à la course chez les quadrupèdes. De plus, toute la puissance d'un oiseau n'est pas uniquement dépensée dans le vol, à assurer la sustentation ; il en revient une part à la propulsion, et la proportion entre ces deux parts varie beaucoup suivant les espèces.

C'est en se basant sur les considérations qui précèdent que le docteur Hureau de Villeneuve a calculé qu'une chauve-souris du poids d'un homme n'aurait pas besoin pour voler d'ailes de 3 mètres de longueur.

On calculerait, comme il l'a fait, qu'une buse du poids de 84 kilogr. aurait une surface d'ailes de 2°^,64 seulement ; il lui suffirait pour se soutenir de 3 battements d'ailes toutes les 2 secondes, et elle n'aurait pas à fournir par seconde un travail supérieur à 33 kilogramme très. Ces chiffres tendraient à prouver que l'homme, muni d'une paire d'ailes convenables, pourrait voler sans qu'il eût besoin d'une machine quelconque pour mou-

AVUTION. 135

voir ces ailes. Ce résultat surprenant a déjà été trouvé par M. Lilienthal avec son appareil planeur. M. Wellner a trouvé qu'une surface pouvait sustenter 97 kilogr. pour une dépense de travail de 75 kilogrammètres, et son appareil était certainement moins bien conditionné que ne Test une buse pour se soutenir en Tair. Quoi qu'on en puisse penser, il faut tenir pour suffisamment approchés les chiffres qui viennent d'être donnés. Est-ce à dire que nous verrons Thomme vol^r sans le secours d'une machine? Non, car les chiffres donnés sont calculés pour le vol normal; un homme pour produire un travail utile de 33 kilogrammètres devrait en développer plus, car ses muscles n'étantpoint appropriés au vol, même avec des ailes artificielles il lui faudra une maclyne pour mouvoir ces ailes, et il ne pourrait fournir un tel travail que pendant quelques secondes ; de plus l'essor demande une dépense de travail bien plus considérable, et il reste encore la condition d'équilibre difficile à maintenir quand on n'a pas toute sa liberté d'action.

L'examen de l'aile d'un oiseau montre que cet organe est merveilleusement disposé pour résister à une pression se faisant par en dessous, mais

qu'il ne peut de même recevoir par en dessus l'action d'un courant d'air violent, car alors l'air trouverait une issue assez facile entre les plumes, et les muscles extenseurs n'étant pas assez forts, l'aile se replierait au moins en partie. De cet examen, on a conclu à une théorie du vol qu'on ne saurait admettre. On disait que l'oiseau frappe l'air avec une très grande vitesse en baissant l'aile, produisant ainsi une action ascensionnelle considérable ; relevant l'aile beaucoup plus lentement, il se produit une force qui teiid à faire tomber l'oiseau mais à cause de la lenteur du mouvement et de la conformation de l'aile, cette force est beaucoup plus faible que celle de montée ; on conçoit facilement que, dans ces conditions, la différence entre ces deuf. actions puisse être suffisante pour assurer la sustentation. Dans une autre théorie, on admettait que l'aile de l'oiseau se relevait suivant son arête de façon à ne pas offrir de résistance pendant qu'elle remonte, effectuant ainsi un changement de plan de 90° à chaque demi-battement. M. Pettigrew, dans un ouvrage sur la locomotion chez les animaux, tenant compte de ce que l'aile ne se présentait pas sous la forme d'une surface plane, mais sous celle d'une surface gauche se

rapprochant de l'hélice, assimile le mouvement de Taile à celui de l'hélice d'un navire.

L'hypothèse de M. Pettigrew ne paraît pas admissible à priori y car les muscles de l'oiseau ne semblent pas permettre un mouvement aussi compliqué. Le docteur Marey l'a du reste réfutée par l'observation directe du vol, au moyen d'une méthode très exacte. 11 a en même temps montré que les deux autres théories n'étaient pas plus vraies. Du reste^ la simple observation du vol d'un oiseau, observation facile à faire quand ce vol n'est point très rapide, suffit à faire voir que les choses ne se passent point ainsi. En réalité, et chez tous les oiseaux, l'aile s'élève plus vite qu'elle ne s'abaisse, et cette circonstance s'explique très bien par ce fait que c'est en descendant que l'aile éprouve la réaction qui supporte l'oiseau dans son vol. De plus, il ne paraît pas que le mouvement des ailes soit autre chose qu'un battement alternatif qui s'effectuerait sensiblement suivant un plan.

Nous allons voir qu'on peut expliquer le phénomène du vol des oiseaux en tenant compte de tous les faits d'observation qui viennent d'être signalés.

Pour cela, supposons un oiseau dont les ailes sont déployées ; pour plus de simplicité, admettons que Taile soit plane, et qu'elle oscille autour d'une charnière horizontale ; nous supposerons aussi que Tarête antérieure de l'aile est une ligne droite rigide, toujours normale à la charnière, mais que, en même temps, sous l'effort des réactions produites par le vol, et en vertu d'une certaine élasticité, l'aile ait la facilité d'osciller, dans de certaines limites, autour de cette arête; quand les ailes seront déployées, sans subir aucune réaction, l'arête antérieure sera normalement plus élevée, l'aile étant inclinée sur l'arrière, d'un certain angle assez faible. Pour plan de la figure, nous prendrons le plan longitudinal de l'oiseau, et nous supposerons que la charnière se trouve dans ce plan.

Soit G le centre de gravité, situé au-dessous de la charnière yy. Quand l'aile s'abaisse, les différentes sections par des plans parallèles à celui de la figure sont relevées par l'arrière, d'autant plus que ces sections sont plus éloignées de la charnière, puisque la vitesse croît avec cet éloigne- ^ ment, et que la réaction de l'air sur un point de l'aile est proportionnelle au carré de la vitesse li-

néaire de Taile en ce point. Considérons la résultante des actions totales sur les deux ailes ; Toiseau étant symétrique, cette résultante est située dans le plan de la figure; ^\ à cause du relèvement de la partie postérieure de l'aile, cette force est inclinée sur l'avant, représentons-la par C F, G étant la projection sur le plan de la figure du point d'application y de toutes les réactions produites sur une aile.

La force C F peut être décomposée suivant C R et GQ; une partie NR de la force G R compense le poids P; le résidu GN communique à l'oiseau un mouvement d' ascension vertical de vitesse GV; la force G Q lui communique un mouvement hori-

zontal de vitesse G V; ces deux mouvements combinés font que l'oiseau se déplace suivant G9, avec une vitesse représentée par G9. (Le point C ne se confondant pas avec le centre de gravité G, on voit qu'il se produit des couples de bras de levier G C dont nous ne tenons pas compte ; or, on voit que ces couples peuvent se compenser en partie à chaque instant, et la position du point C par rapport à G variant suivant l'inclinaison de l'aile sur sa charnière, on voit que l'effet peut se compenser pendant une révolution complète de l'aile, sans qu'il en résulte autre chose qu'un léger balancement de l'oiseau d'avant en arrière. Ceci montre que l'équilibre de l'oiseau exige une certaine position moyenne des ailes, autrement dit une relation entre les positions du centre de gravité et du point d'attache de l'aile.) Quand l'aile est complètement abaissée, l'oiseau est en G^, le point C se trouve en C, (qui peut être plus bas que G„ sans que l'équilibre soit compromis). L'oiseau relève alors les ailes, l'élasticité de celles-ci fait que la section qui se projetait suivant A^, A\, se rabaisse autour de A, et cette action, indépendante de la volonté de l'oiseau, fait que l'aile appuyant toujours sur l'air, il reste encore une

composante d'ascension ; pendant ce temps, à cause de la vitesse acquise, T oiseau continue à progresser suivant une ligne G^, g G^ de plus en plus infléchie vers le bas, puisque le poids de Toiseau est de moins en moins compensé. La force ascensionnelle n'est cependant jamais nulle, car on voit que l'aile repose toujours sur l'air par sa face inférieure, même quand elle se relève, mais la composante de propulsion est annulée dès que l'oiseau a commencé à relever ses ailes, et il se produit même une composante qui tend à arrêter le mouvement de propulsion maintenu par la quantité de mouvement acquise. Quand l'aile est complètement relevée, la section passant par y se projette suivant A^A'^, l'arête antérieure étant plus relevée. Dès que l'aile s'abaisse, cette section s'incline en sens inverse, et le jeu des forces recommence coname au départ, imprimant à l'oiseau ime nouvelle ascension, en même temps qu'une nouvelle force de propulsion.

En résumé, on voit que, grâce à la flexibilité de l'aile, et sans que l'oiseau n'ait à produire autre chose qu'un mouvement alternatif très simple, le vol peut se produire sans que l'aile ne rencontre jamais Tair que par sa face inférieure, et

cela à cause d'un mouvement de propulsion horizontal assez rapide qui fait que l'aile n'a pas à effectuer de changements de plan considérables, autrement l'élasticité ne suffirait plus, et il faudrait exiger de l'oiseau un mouvement compliqué que ne permet pas le jeu de ses muscles.

Le mouvement du centre de gravité se fait suivant une sinusoïde d'autant plus allongée que la propulsion horizontale est plus rapide, et que l'ascension recherchée est moins grande, dans le sens positif. La vitesse du centre de gravité sur cette trajectoire est aussi variable et pourrait également être représentée par une courbe ^de forme sinusoïdale plus ou moins allongée. Du reste un régulateur naturel et inconscient fait que ces deux courbes sont assez allongées. En effet, si l'on tient un oiseau par les extrémités de ses ailes déployées, on remarque que ses ailes ne sont point planes, comme nous venons de le supposer, mais qu'elles présentent au contraire une certaine courbure régulière, la partie postérieure de l'aQe étant d'autant plus relevée que l'on s'éloigne davantage du corps de l'oiseau. L'effet de changement d'inclinaison dont nous avons parlé se produit bien sur une grande partie de l'aile voisine de l'extrémité ;

mais la partie la plus rapprochée du corps reste toujours inclinée sur l'arrière, de sorte qu'elle agit comme les surfaces inclinées d'un aéroplane, pour modérer à chaque instant la chute, et même à produire une ascension; en même temps elle ralentit légèrement le mouvement de propulsion horizontal qu'elle régularise, puisque ce ralentissement est d'autant plus grand que la force de propulsion est plus considérable.

Nous avons supposé aussi que l'arête antérieure était rigide, et qu'elle restait toujours normale à la charnière. Or, cela n'est pas exact; la force de propulsion G Q (voir la figure) agissant d'abord sur l'aile, renvoie celle-ci sur l'avant, de sorte que la projection de la trajectoire de l'extrémité de l'aile par rapport à deux axes perpendiculaires passant par le point G est une

sorte d'ellipse allongée, l'aile étant portée sur l'avant à mesure qu'elle descend, et revenant naturellement en arrière pendant le mouvement de remontée. Cette trajectoire est ici représentée avec

les orientations successives du plan moyen de l'aile pour les positions correspondantes.

Cette théorie du vol de l'oiseau est vérifiée de tous points par les expériences méthodiques du docteur Marey, qui, après une analyse très complète de ce mouvement en apparence très compliqué, a pu le réaliser par des appareils très ingénieux, le reproduisant synthétiquement.

L'observation montre que le plan moyen des oiseaux, quand ils volent, n*est pas horizontal, et que les ailes ne battent pas nécessairement verticalement de haut en bas, surtout chez les oiseaux lourds qui ont des ailes relativement petites. Ce fait s'explique facilement par la nécessité d'assurer une force ascensionnelle suffisante pour maintenir le niveau de l'oiseau. En effet, si l'oiseau se penche en arrière, la composante d'ascension, produite par le mouvement de propulsion, est augmentée, puisque la zone rapprochée du corps de l'oiseau, (Jui forme en quelque sorte la partie passive de l'aile, est augmentée, et que l'incidence de l'air sur cette surface planante est plus favorable à la sustentation : il est vrai qu'alors le mouvement horizontal est moins rapide. On peut facilement voir que cet effet est recherché, par

exemple par un pigeon quand il veut s'élever à un point de niveau supérieur quoique rapproché. Ce même fait explique aussi pourquoi les grands voiliers ne peuvent atteindre à un niveau beaucoup plus élevé qu'en décrivant des orbes allongés et . superposés, qui leur font faire un grand parcours horizontal.

Les changements d'équilibre du plan de l'oiseau sont obtenus par un changement du centre de gravité par rapport au centre de sustentation, changement obtenu par un déplacement de la tète et des pattes, et par l'action de la queue qui est un véritable gouvernail de profondeur. Les changements de direction semblent obtenus aussi par un déplacement du centre de gravité vers la droite ou vers la gauche, qui a pour effet de changer l'action des deux ailes, celle qui est plus basse donnant des composantes de soulèvement et de propulsion beaucoup moindres que celle qui est plus élevée, quoique l'effort produit par l'oiseau soit le même sur les deux ailes.

On vient de voir quel est le mécanisme du vol ordinaire des oiseaux, ou vol ramé ; ce qui a été dit dans le chapitre précédent suffît à expliquer le mécanisme du vol plané, du moins quand il a lieu

NAVIOAT. AÛR 10

suivant une chute oblique, ou pendant quelque temps, après que l'oiseau, par un vol ramé antérieur, a acquis une certaine vitesse. Mais, en vertu du principe de la conservation de Ténergie, on ne . saurait admettre un planement continu de longue durée à un niveau constant. Comme le remarque lord Raleigh, un tel mouvement impliquerait : 1° que la course n'est pas horizontale; 2° que le vent n'est pas horizontal, ou 3° que le vent n'est pas uniforme. La vérité, dit-il, est probablement dans les deux premières hypothèses, mais la question est de savoir si la dernière n'est pas quelquefois exacte.

Le vol à la voile.

Beaucoup d'oiseaux, les condors, les vautours, les albatros, les malamocks, etc., ne battent presque jamais leurs ailes quand ils volent. On peut les observer pendant des heures entières, montant, descendant, décrivant des orbes très allongés ou tournant suivant des cercles très étroits, sans un mouvement de leurs grandes ailes constamment déployées, sans qu'ils paraissent produire le moindre effort. Ce phénomène a été relaté par beaucoup de savants d'une grande autorité

Tauteur lui-même Ta observé bien souvent, et une fois dans des conditions particulièrement intéressantes. Par un vent debout dont la vitesse mesurée à l'anémomètre était de 18 à 20 mètres par seconde, avec une vitesse au loch de 7 nœuds, soit environ 3™,5 par seconde, il a, pendant près d'une heure, observé à une distance ne dépassant jamais 5 mètres, une mouette suivre le navire sans faire aucun battement d'ailes, sans qu'à cette faible distance il pût constater le moindre frémissement des plumes des ailes ou de la queue; il a remarqué simplement un léger balancement du reste lent et irrégulier de tout le corps de l'oiseau; il y avait même des intervalles de plusieurs minutes pendant lesquelles ce balancement lui-même n'était pas perceptible. Donc, cet oiseau semblable à une masse presque inerte, sans aucun effort apparent, non seulement résistait à un vent réel de 17 mètres par seconde, mais encore progressait contre ce vent avec une vitesse absolue de plus de 3 mètres par seconde, ayant par rapport à lui une vitesse relative de 20 mètres par seconde. H se maintenait ainsi sans que son niveau baissât, et cependant le vent était horizontal; la fumée qui s'échappait de la cheminée du navire montrait qu'il ne

pouvait venir d'en bas. Ce fait paraît paradoxal et en contradiction avec les données les plus positives de la mécanique. On en a recherché une explication sans y parvenir d'une façon satisfaisante. Nous allons rapporter la théorie que le professeur Langley a donnée du vol à la voile.

On a vu déjà qu'un plan incliné, retenu par une glissière verticale ou par une corde, montait verticalement quand il recevait, sur sa face inférieure, l'action d'un vent assez fort. On a vu aussi qu'un tel plan monterait et serait soutenu pendant un certain temps, même si les glissières ou la corde étaient supprimées, leur action étant momentanément remplacée par l'inertie du plan pesant. Si sa surface est suffisante par rapport à son poids, quand il est ainsi soumis à l'action d'un vent horizontal, il commence par se mouvoir, non dans le sens du vent, mais presque verticalement. Mais cette inertie qui fait d'abord monter le plan sera vite épuisée, et à mesure qu'il sera de plus en plus entraîné par le vent, la force ascensionnelle ira en diminuant, et le plan finira par tomber. Si, cependant, avant que l'effet de l'inertie soit épuisé et que le plan commence à tomber, il se produit un contre-courant, il nous suffît de supposer le

plan retourné de 180^ autour d'un axe vertical, sans autre dépense d'énergie, pour que Tascension \ ^ ^

continue, par ce fait que Tinertie réapparaît. Le mouvement continu que prendrait ainsi ce plan, doué de la propriété de pivoter en temps utile de 180° autour d'un axe vertical, serait celui qui est représenté par la figure 1.

Il semble d'abord impossible de trouver un vent qui souffle ainsi alternativement dans un sens et dans un autre, mais on va voir que la chose devient virtuellement possible par une méthode que nous allons exposer. o

La figure 2 montre le vent soufflant dans une direction constante mais à deux vitesses très différentes, ou plutôt

Tune de ces vitesses étant supposée négligeable, le vent présentant des pulsations successives de même sens, séparées par des intervalles de calme. Il faut remarquer que si ces deux vitesses différentes sont dans le même sens par rapport à un point fixe, elles sont cependant en sens contraire par rapport à un point animé dans le même sens d'une vitesse égale à la vitesse moyenne du vent, et que, dans ces conditions, le vent supposé exercera sur un plan que son inertie entraînera dans le sens du vent d'un mouvement sensiblement, uniforme, avec la vitesse moyenne du vent, la même action qu'un vent alternatif agissant sur un plan pivotant autour d'un axe vertical de 180^ pourvu que l'inclinaison (constante) du plan change alternativement avec les changements de vitesse du vent. Le mouvement d'ascension sera plus rapide au commencement de chaque période et ira en diminuant à mesure que la dérive diminue la vitesse relative. On voit aussi que le mouvement ascensionnel total sera d'autant plus rapide que les pulsations seront plus fréquentes.

Ceci posé, examinons un plan pesant incliné en A et soumis à l'action d'un vent soufflant dans le sens de la flèche, mais seulement pendant des

périodes de 5 secondes par exemple, séparées par des intervalles de calme de même durée.

A cause de son inertie, le plan suivra d'abord le trajet AB; supposons qu'en B, où il est parvenu quand la première période de calme commence, le plan change d'inclinaison autour d'un axe horizontal perpendiculaire au plan de la figure, de façon à ce qu'il tombe d'abord presque verticalement et qu'il acquiert ainsi une grande vitesse lui faisant parcourir la courbe BC de façon qu'en chaque point le plan soit tangent à cette trajectoire. Après les cinq secondes de calme il a atteint le point C, près du point le plus bas de sa chute, qu'aucune raison mécanique n'empècqe de supposer plus

152 ESSAI SCR LA îlATI&ATIOX AERIENNE.

élevé que le point A. Le Tent recommence alors à soufiQer et, à canse de la vitesse acquise, le plan se présente dans des conditions bien plos favorables en C qu'il ne faisait en  ; il monte alors suivant la courbe CD en conservant son inclinaison constante. Arrivé en D, le calme recommence et, l'inclinaison du plan changeant, il tombe en £, E étant plus haut que C, et reprenant sa première inclinaison par l'eiïet de sa vitesse de chute, il la conserve et continue à remonter. Le plan continue donc à progresser ainsi contre le vent tout en montant, et cela sans qu'il soit nécessaire de produire autre chose qu'im changement d'inclinaison au commencement de chaque période de calme. Pour admettre que le vol à la voile chez les oiseaux se produit de cette façon, il faut leur reconnaître un sens spécial qui leur ferait ressentir l'instant exact où les périodes de calme commencent, et qui leur ferait changer alors l'orientation de leur plan de sustentation ; ou bien, il faut que ce changement d'orientation se fasse automatiquement et inconsciemment. Pour qu'il y ait progression il faut aussi que l'espace que l'oiseau peut gagner horizontalement en tombant soit plus grand que celui qu'il peut perdre en dérivant; pour cela

si les périodes d'alternance ne sont pas excessivement courtes, il faut que Tinertie soit assez grande, c'est-à-dire que l'oiseau soit lourd; et le fait est qu'on a observé que les oiseaux assez lourds pouvaient seuls voler à la voile, ce qui augmenterait encore la force du paradoxe apparent que présente ce phénomène. On peut admettre que le balancement de l'oiseau, nécessaire pour obtenir les changements d'inclinaison des ailes, est automatique. En effet, dans le mouvement contre le vent, le point de sustentation est d'autant plus rapproché de l'avant du plan que la vitesse est plus grande (V. chapitre précédent [&]) ; l'inclinaison étant constante alors, le centre de gravité est également sur l'avant; quand le calme se produit, le point de sustentation est reporté sur l'arrière, le centre de gravité ne bougeant pas, le plan tombe naturellement sur l'avant; le calme survenant plus tôt sur l'avant de l'oiseau que sur l'arrière, ce mouvement ne peut que s'en trouver facilité, surtout si la queue est normalement un peu rabattue par en bas.

Mais la base de toute cette théorie consiste dans une alternance rapide de deux vitesses différentes du vent. Or, tous ceux qui ont mesuré la

force du vent avec un anémomètre^ dont le mouvement est enregistré d'une façon quelconque, ont pu observer que le vent n'est pas régulier, et qu'après une période de très grande vitesse il se produit un calme relatif après lequel la vitesse augmente pour diminuer encore. Le professeur Langley, frappé de cette remarque, s'est demandé si l'on n'avait pas eu tort de considérer jusqu'ici le vent comme un déplacement en masse et parallèle de toutes les molécules d'air entraînées, au moins pour une certaine zone, et s'il ne conviendrait pas plutôt de penser qu'il y a dans la masse d'air en mouvement des condensations et des dilatations qui feraient qu'il y aurait, indépendamment du mouvement général, une sorte de mouvement oscillatoire interne. Dans le cas de l'affirmative il s'est proposé de mesurer ces oscillations et, dans ce but, il a fait construire des anémomètres très légers, ne présentant qu'un faible moment d'inertie, de façon que toutes les variations de vitesse fussent plus exactement enregistrées. Il arriva à des conclusions remarquables, et trouva que ses prévisions étaient confirmées dans une plus grande mesure qu'il ne l'aurait cru. Il est à noter que des anémomètres si légers qu'ils fussent ont encore une cer-

taine inertie, et que les résultats obtenus doivent être encore exagérés. Il faut remarquer aussi qu'ils ne permettent de mesurer que la vitesse du vent en un point; la difficulté de combiner entre eux les résultats obtenus par différents anémomètres convenablement groupés ne permet pas non plus de déterminer exactement la nature du mouvement soupçonné et constaté par le professeur Langley. L'auteur, qui avait lu The internai work of the wind, dans lequel le distingué secrétaire du Smith- SQuian Institute avait exposé ses vues, a pu observer un fait qui appuierait sa manière de voir. La nuit étant noire, la brise assez faible et paraissant régulière, il tombait une pluie fine et serrée; un projecteur électrique d'un navire voisin pointa horizontalement un faisceau lumineux dans un plan que l'observateur voyait à peu près perpendiculairement à 300 mètres ; or, la pluie très fine, obéissant au mouvement de l'air, accusait nettement des ondes se succédant dans la direction du vent comme les vagues paraissent se suivre dans la même direction ; et ces ondes semblaient provenir d'un mouvement oscillatoire autour d'un axe horizontal, dont la période complète aurait été de plusieurs secondes, l'amplitude paraissant être de 2 mètres

à 5 mètres. Ce phéDomène ayant été fortuit et passager. Fauteur n'a pu Texaminer qu'imparfaitement, et il n'a pu faire aucune mesure; mais il en a été frappé, et il a pensé que des expériences de ce genre convenablement réglées pourraient confirmer utilement les observations du professeur Langley.

La théorie qui vient d'être exposée ménage le principe de la conservation de l'énergie, puisque le travail produit pour vaincre la résistance au vent et pour assurer la sustentation permanente est demandé à ce mouvement intérieur qu'il ne faut pas confondre avec un mouvement moléculaire, et qui peut produire ce que le professeur Langley a appelé le travail interne du vent. Mais pour que cette théorie puisse être définitivement adoptée, il faudrait la vérifier par la construction d'un oiseau mécanique inerte qui exécuterait automatiquement le vol à la voile.

Le savant américain, poussant plus loin ses conclusions, a proposé, comme engins de locomotion aérienne, des aérodromes basés sur les principes qu'on vient de voir. Ceux-ci, aussi grands et aussi lourds qu'on voudrait, auraient une machine et une réserve de combustible pour pouvoir voler en

temps calme; mais ils pratiqueraient ordinairement le vol à la voile, et ils pourraient ainsi faire de très grands voyages, voire le tour du monde, sans toucher terre, n'utilisant qu'accidentellement la réserve de force qu'ils auraient emportée.

La description qu'on a vue plus haut de l'appareil de M. Mercer ne semble pas prouver que cet appareil soit conçu d'après les idées de Langley, au moins d'après celles qui viennent d'être développées. Il est probable qu'avant que l'aérodrome proposé par Langley puisse fonctionner, on aura réalisé quelque autre machine volante pratique. Plus tard, les considérations qui précèdent trouveront sans doute leur application et, dans certaines circonstances, il sera peut-être possible de ménager du travail, en pratiquant le vol à la voile, mais il serait présomptueux de tabler sur une théorie encore contestable pour construire un aviateur qui aurait du reste le tort de ne pouvoir fonctionner dans le cas particulier, assez fréquent, où il n'y aurait pas de vent.