I. Théorie d'Exner. Voir la note au bas de la page

VOL DES OISEAUX

Vol ramé. — Le vol ramé peut être considéré comme une combinaison du vol ornithoptère et du vol plané. La plus grande partie des ailes reste immobile comme dans le vol plané et fait cerf-volant, mais l'extrémité rame d'un mouvement régulier et alternatif, entretenant ainsi la vitesse de propulsion de l'oiseau et le maintenant, par cela même, à la même hauteur par un mécanisme que nous expliquerons tout à l'heure et dont le principe est précisément celui de Taéroplane.. Ce vol paraît celui des grands oiseaux migrateurs, en particulier des canards sauvages. Ce vol ramé peut être assimilé au vol plane propulsé j que réalise, par exemple, l'aéroplane. Dans un tel vol la propulsion et la sustentation sont dus, soit à deux organes différents (comme dans l'aéroplane), soit à deux parties différentes d'un même organe (l'aile de Toiseau), soit à deux manières d'action différentes d'un organe.

Vol a la voile. — Dans un air agité de remous, particulièrement aux abords des rochers ou des falaises battus par le vent, on observe souvent une variété fort intéressante de vol plané : les ailes, au lieu de rester immobiles, changent assez fréquemment de position, mais on a l'impression nette que le mouvement même de l'aile n'a qu'une faible action sur les déplacements de l'oiseau. C'est lorsqu'elle est immobile qu'elle agit et, si sa position change, c'est parce que la direction ou la vitesse du vent ont changé. L'analogie de ces manœuvres de Toiseau avec la navigation à voiles est évidente ; mais il y a des

EXPLICATION DU VOL

différences sur lesquelles nous reviendrons tout à Theure.

Explication du vol.

Dans l'explication du vol des oiseaux, nous distinguerons trois cas essentiellement différents :

i*" Uair est parfaitement immobile ou animé d'un mouvement de translation uniforme et horizontal. En d'autres termes, ou bien il n'y a aucun vent ou bien le vent est régulier et horizontal.

2** Le vent est régulier et ascendant.

3*^ Le vent est irrégulier.

Remarques générales. — En premier lieu disons que, si les oiseaux peuvent voler, c'est parce que l'air leur fournit un point d'appui ; il oppose donc une résistance aux mouvements de leurs ailes, résistance non seulement utile, mais indispensable. La résistance de Tair ne s'exerce pas seulement sur les ailes en tant qu'organes propulseurs ; l'air tend à s'opposer à tout déplacement rapide de Toiseau, de même qu'il tend à s'opposer aux déplacements rapides d'un cycliste ou d'une locomotive. La résistance de l'air joue donc deux rôles essentiellement différents dans le vol des oiseaux (et vis-à-vis des appareils d'aviation) : un rôle utile ou actif et un rôle nuisible ou passif.

Le rôle utile peut être subdivisé en deux :

l'air sert de point d'appui pour la propîtlsion et

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pour le soutien. Nous reviendrons dans la note I sur les lois de la résistance de l'air, lois très compliquées pour une surface de forme quelconque. A une première et grossière approximation, on a étudié d'abord les lois de la résistance au mouvement d'un plan mince : le fait essentiel résultant de cette étude est que la résistance de l'air peut être assez exactement représentée par une force normale au plan, c'est-à-dire une force dont la direction n'est pas, en général, celle

Fig. I.

du vent. Ceci a lieu, même si la direction du vent fait un angle très faible avec le plan, comme sur la figure i , où la résistance de Tair est représentée par la force F.

De plus, la résistance varie comme le carré de la vitesse, c'est-à-dire qu'à une vitesse double correspond une résistance quadruple.

Rappelons ici un autre principe auquel il est indispensable de scmger bien qu'il ait une portée très générale qui dépasse le phénomène particulier : le principe de relativité, en vertu duquel la résistance est la même que l'air se déplace par rapport au solide ou le solide par rapport à l'air. Kn d'autres termes, ce qui importe uniquement, c'est la vitesse relative de l'air par rapport au

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solide. Un cycliste marchant à une vitesse de 12 kilomètres à Theure contre un vent dont la vitesse est également de 12 kilomètres à Theure,éprouvera de la part de Tair, la même résistance que s'il se déplaçait à raison d'une vitesse de 24 kilomètres à l'heure en air calme, ou à raison de 30 kilomètres à l'heure avec, dans le dos, un vent de 6 kilomètres à l'heure. De même, si un bateau monte ou descend un fleuve, sa vitesse relative par rapport au courant est la même dans les deux cas si la force motrice est la même ; sa vitesse par rapport aux rives ou vitesse absolue est égale à la somme ou à la différence de la vitesse relative et de la vitesse du courant.

Ce dernier exemple appelle deux remarques :

le principe de la relativité est, bien entendu, toujours vrai, que le courant soit horizontal, ascendant ou descendant; mais, dans les applications, il faut tenir compte du travail dû à la descente ou à la montée de l'esquif; par suite, pour que le dernier résultat énoncé soit rigoureusement exact, il faut que la pente du fleuve soit assez faible pour que le travail nécessaire à l'ascension de la pente soit négligeable par rapport à celui qui est absorbé par la résistance de Teau ^ ; c'est ce qui a lieu, en général, dans les fleuves navigables ; mais c'est ce qui n'a pas lieu

1. Sinon, le travail dû à la résistance de l'eau reste bien le même, c'est-à-dire que le principe de relativité s'applique rigoureusement : mais il faut, en outre, pour évaluer la force motrice nécessaire au mouvement du navire, tenir compte du travail nécessaire pour remonter la pente (travail positif à la montée et négatif à la descente) ; il en résulte que la force motrice est plus grande à la montée, pour une même vitesse relative.

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dans le cas des courants d'air ascendants ; c'est pourquoi il sera commode de les considérer à part au lieu de leur appliquer purement et simplement le principe de relativité. La seconde remarque est la suivante : dans une rivière assez étroite par rapport aux dimensions du bateau, les remous qui se produisent sur les rives ne sont pas les mêmes quand le bateau monte ou descend le courant avec la même vitesse relative par rapport à Teau, car il n'a pas, comme nous Tavons vu, la même vitesse relative par rapport aux rives. Le principe de relativité ne peut donc s'appliquer complètement. Dans Tair, il en serait de même au voisinage du sol.

Le vol en air calme. — Nous étudierons seulement trois types principaux de vol en air calme : la descente planée ; le vol orthoptère vertical ; le vol ramé horizontal. Ces trois espèces de vol correspondent aux trois cas : Toiseau veut s'élever (vol orthoptère vertical), descendre (descente planée) ou se déplacer à un niveau constant (vol ramé).

La descente planée. — Lorsque l'oiseau s'est élevé à une certaine hauteur au moven du vol orthoptère vertical (ou du vol ornithoptère), il peut redescendre sans remuer les ailes et utiliser le travail produit par sa chute pour acquérir une certaine vitesse parallèle au sol ; cette vitesse lui permet d'atterrir en un point éloigné (le son point de départ. Voici quel est le principe de cette descente planée.

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Nous allons l'étudier dans le cas schématique où l'oiseau est réduit à un plan mince, rectangulaire : MNPQ, dont les côtés MQ et NP sont horizontaux. Nous prendrons pour plan de la figure un plan vertical passant par la ligne de plus grande pente AB de ce rectangle (fig-. 2) et nous représenterons ce rectangle par cette section AB (fig. 3). Le centre de gravité O est sup-

Tig. 2.

i'ig- 3

posé décrire la ligne inclinée OC, située dans ce même plan vertical et plus inclinée que AB.

Nous allons montrer que si l'inclinaison de OC et celle de AB sont convenablement choisies, la descente suivant OC peut avoir lieu avec une vitesse uniforme.

La vitesse de AOB étant parallèle à OC, tout se passe, en vertu du principe de relativité, comme si AB était frappé par un vent dirigé suivant CO ; la résistance opposée au mouvement se traduit par une réaction OR, perpendiculaire à AB. Cette réaction peut être décompo-

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sée en deux forces : Tune verticale OV que Ton aura dû chercher à rendre égale au poids de Tappareil ; elle annulera donc Teffet de ce poids ; l'autre OK, dirigée suivant OC, aura pour effet de combattre les résistances passives, c'est-à-dire les résistances opposées par l'air au mouvement des parties de Toiseau qui ne sont pas confondues avec le plan mince AB et que nous avons négligées dans notre figure. Si cette force OK équilibre exactement ces résistances, tout se passera comme si l'oiseau n'était soumis à aucune force et il se déplacera bien suivant OC d'un mouvement uniforme. Qu'arrive-t-il quand la vitesse augmente ou diminue?

Supposons que la vitesse augmente ; la résistance OR qui varie comme le carré de la vitesse augmentera donc ainsi que ses composantes OV et OK . Comme, d'autre part, les résistances passives augmentent. aussi comme le carré de la vitesse, elles continueront à être équilibrées par OK, si elles l'étaient par hypothèse avant que la vitesse ait varié. Mais le poids n'a pas changé tandis que OV a augmenté ; il s'est donc développé une force verticale dont le résultat sera de relever la trajectoire, c'est-à-dire de diminuer Tangle de OC avec AB ; le vol devient plus fin; en d'autres termes, l'angle de l'aile avec la direction de ce vol devient plus petit ; la résistance opposée à l'aile diminue de ce fait, ce qui peut compenser l'augmentation de résistance due à l'augmentation de vitesse. Si l'angle de OC avec AB devenait nul, OK se confondrait avec OH (fig- 3); en général OK est supérieur à OH.

airiverak k ce iraaoïûac pih!:ûl5-»«^ '4^:13^ ifc x^iit^^ss;^ pourrait aDgiiiïeaiCfflr TTi^âftfirrnrtflrc ^ cviaau&^ëu^ v^iftc^ le vol cterieiinie a:s*«2 TTJTîa,. **?aL 'rciirî3X<(^ Tco: ^Sti'lv SJ^*^ l'angle d'atcaqiae scjc: 2 -«ses ^jurtnc IV 5J<>in:^ s5Ufc''W3i oiseau, arrivé à nBEse ic^nsiEÈnie 5tinîi'^eH«ar. (v^çT^ii* descendre d'aunanii pînfis vite n^ia^îï vSe5i5»*>f«KÏrAiç suivant une pente mo^as inclinée En teiàlùev U n'en est rien, car les rêàstanoes jvas^îvi^ ;a\I^ mentent très rapidement avec la viie^^e ^^ dautre part, la composante OK qui Unir ^v<l opposée diminue lorsque Tan^le d\uiiuiu<^ <"{ l'inclinaison OC diminuent eux-mèmt\^V

Vol orthoptère vertical, • - l/oistn\u abaisse et relève alternativement lt\s ailos k\\\\\ mouvement de va-et-vient. Lorsque Tuilo n*u»

baisse, la résistance de Tair se traduit pur uue poussée verticale, dirigée de bus en haut v[ uyjuU pour effet d'élever Toiseau. Lors(iu(^ l'aile se re lève, il se produit une poussées (Ml sens inveti^e ayant par suite l'effet de précipiter l'oiseati veris» le sol. Comme, d'autre part, la ])(»MantrMir tend

I. Ces explications ne rendent pa» compte du i«4«> hU 1^ vl )«I*im''' serait horizontal. Certains naturali»tc<» pcn%ctit (pir! ^ Vof ^nn lih'i vibrations à&s plumesqui garnissent lc<» ;iilc« i\\m )'//Uf(/«^« \mH\^ (iftan certains cas où ses ailes paraissent immfthi\ty.<», tU^fin^^if^t it^^fth moins une force propulsive appréciable, P.xnet 4 ^n*twu ft^h*i \\if^n rie au contrôle de rexpérience <voif Ir^^a .(\fi'' , lOvu/t liu Mnh 10 août 1908). Mais il s'en faat ^\Kf. J/# {\nf,KUnu ao^f lif^fffU*. >://a. appelle des recherches noorell/ti. VimtfAftif/ti m^ 4f,,'^t^ 4^ >'••. Tibrations propolsÏTes use patr^it pst.* ^-vovt hk fAf»'*'^<*.

D'autre part, il scnsfeliS ^i/tt^Afr^, m\ m^/;^? cÏ^î», ^ '^r.r, ,■*»< * «-j -j-. la force propid*3T« c*t daa * ïn. tù/^-.-^^jtfk^x," i.'^^.^.v^^ -f^ f^\K»<if,,^>, des extrénDîtiè» ée» siâe^.

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aussi à ramener Toiseau vers le sol, il est nécessaire que la poussée ascendante ou utile soit plus importante que la poussée descendante ou nuisible. Ce résultat est obtenu grâce à deux circonstances agissant dans le même sens :

1** L'aile est concave vers le bas et Texpérience prouve que la résistance de Tair est beaucoup plus grande pour une surface concave que pour une surface convexe ; l'air s'oppose donc moins au relèvement de l'aile qu'à son abaissement : l'oiseau accentue d'ailleurs encore cette différence en modifiant, lorsqu'il élève son aile, la position des plumes, de telle manière, que la résistance de Tair soit diminuée comme l'est la poussée, égale et opposée à la résistance. La poussée utile est supérieure, par conséquent, à la poussée nuisible.

2** Le mouvement de l'aile est plus rapide pendant qu'elle s'abaisse ; s'il était deux fois plus rapide, cela suffirait, indépendamment de la forme concave, pour que la résistance soit quatre fois plus grande ; l'effet nuisible au moment où l'aile remonte, absorberait donc seulement le quart du travail dépensé pendant que l'aile s'abaisse ; les trois quarts restant utilement employés*.

L'observation des oiseaux montre, comme il a été dit précédemment, que le vol orthoptère des oiseaux est très fatigant pour eux ; son imitation mécanique exigerait, indépendamment des conditions de stabilité, une dépense de force