DU VOL DES OISEAUX
28. — Le lecteur lira avec intérêt les ouvrages de MM. Mouillard et d'Esterno, sur le vol des oiseaux et surtout sur celui des grandes espèces.
Tous les oiseaux peuvent produire l'aviation directe ou vol ramé, et ils peuvent s'élever par une pression directe exercée sur l'air par les ailes, mais plus ou moins bien.
Le maximum de leur puissance ne dépasse guère ce qui est nécessaire à produire l'ascension directe et verticale, et cette faculté est limitée aux oiseaux de 4 à 500 grammes.
Le pigeon la réalise péniblement, l'aigle ne saurait la produire, les moineaux et autres petites espèces la produisent couramment, et cela : parce que P ascension directe demande un travail fonction des poids, et que les différents sujets ne disposent que d'un travail fonction des racines 1.50 de leur poids. Telle est déjà une des conséquences des lois exposées au chapitre précédent, c'est que la nature a dû borner l'espèce volante au poids de 8 kilos (les grands vautours); aussi habitent-ils en des lieux élevés, d'où ils puissent se lancer dans l'espace et avoir constamment à leur disposition des courants suffisamment intenses pour leur donner la sustention partielle ou totale, et ils n'aterrissent en plaine que s'il fait un vent suffisant pour pouvoir s'enlever à nouveau.
De même aussi les fortes espèces sont-elles essentiellement planantes et ne font-elles du vol ramé qu'accidentellement.
Les petites espèces ne lont que du vol ramé, et les moyennes font de Tun et de l'autre, à la condition d'avoir au moins 25 mètres carrés de surface par 100 kilogrammes de poids.
29. — Si la sustention due à la vitesse du vol n'équilibre pas totalement leur poids, les oiseaux donnent le complément par le battement des ailes, mais le travail ainsi dépensé est considérablement moindre que celui nécessaire à l'ascension directe.
Chez les oiseaux, les grandes pennes des ailes rament à la façon d'hélices à mouvement alternatif, pendant que les petites pennes, le corps et la queue produisent la sustention suivant les principes des §§ 16, 17 et suivants.
Dans le début du vol et surtout dans l'ascension directe, tous les efforts sont portés exclusivement sur les ailes ; au fur et à mesure que la vitesse s'accélère, la sustention commence à se produire sous le corps, et à une certaine vitesse, le corps seul peut donner la sustention totale ; les ailes deviennent libres et peuvent ne servir qu'à donner la propulsion nécessaire à maintenir la vitesse; c'est un effet visible chez les oiseaux à vol intermittent, surtout chez le pivert.
En quittant le sol ou en atterrissant, les oiseaux se dirigent contre le vent, s'il en fait; ils facilitent ainsi le départ en profitant du courant relatif qui réduit leur poids, ou ils anéantisent la vitesse acquise au moment de se poser sur le sol.
La queue sert de gouvernail dans tous les sens.
30. — Si on examine les tableaux de M. Mouillard, et qu'on choisisse toutes les espèces planantes, on trouve que les poids des planeurs sont entre eux^ sensiblement, comme les puissances 1 .30 des surfaces.
D'après cette loi, un oiseau (imaginaire) de 100 kilogr. ne mesurerait que 7° ^60 de surface totale. Ce chiffre est fort éloigné des centaines de mètres carrés que certains auteurs assignaient à l'homme pour planer.
Les grands voiliers ont moins de surface que les petits eu égard aux poids, mais ils en ont plus que celle qui résulterait
d'une proportionnalité naturelle aux carrés des dimensions linéaires homologues. Ils ne sont donc pas semblables de surface totale, s'ils le sont de surface de corps ; l'excès se porte sur les ailes, dont les grandes espèces semblent embarrassées au repos.
Tous les planeurs équilibrent totalement leurs poids aux courants de 5 à 7 mètres de vitesse.
On remarquera que la formule 0. 13 S V (v/v* + s) que j'ai donnée au § 2, donne sensiblement des pressions, fonction des puissances 1 .30 des surfaces.
34. — J'ai dit que le pigeon de 420 grammes dépensait 2'^ 50 pour se soutenir immobile dans l'espace en air calme, et j'ai déterminé ce chiffre de deux façons différentes, en voici une troisième.
Un pigeon de ce poids, que j'ai eu occasion d'examiner fréquemment à mes pieds, que j'ai pesé et mesuré, avait l'habitude de voleter à 0"" 70 environ au-dessus du sol, je ne sais pourquoi; ce travail pénible lui demandait six coups d'ailes par seconde à l'amplitude de 170 degrés, ce qui, au centre de l'aile, équivalait à 0" 50 d'arc décrit; dans ce cas la violence du battement est à peu près telle en relevant Taile qu'en l'abaissant, car la position du corps est à 45% et l'arc décrit par les ailes est dans un plan presque horizontal; l'effort moyen était nécessairement égal au poids de l'animal et le chemin parcouru de 12 fois 0"* 50, soit : 6"^ X O'' 420 = 2^P" 50.
On peut donc évaluer à 8 chevaux par lOOkilogr. le travail développé dans ce cas pour produire la sustention totale.
Sa surface mesurant 0°" 09, cette espèce dispose donc de 27''^ par mètre carré, et sa surface d'aile mesurant 0" 06, il dispose de 40 kilogrammètres par mètre carré d'aile. Avec cela il est maître de sa voilure et ne redoute ni les coups de vent ni la tempête.
Le grand vautour, d'après M. Mouillard, mesure 1"" 10 de surface totale et pèse 8 kilog.; il dépenserait en travail faible.
d'après moi, 7.4 fois = (^ / ^^ )? ^^ puissance du pigeon,
soit 2*^^, et il disposerait au maximum de 18 kilogrammètres, ce qui ne fait plus que 22 kilogrammètres environ par mètre carré de surface d'aile; aussi est-il déjà gêné dans les vents très forts.
Enfin l'oiseau supposé de 100 kilogr. dépenserait en travail
courant 0" 25 X ^ / ^oo^ soit 10 kilogrammètres, et il disposerait, au maximum, de 90 kilogrammètres, ce qui ne lui ferait plus que 15*^«" par mètre carré de surface d'aile.
Si ce volateur de 100 kilos, est un ensemble composé d'un appareil de 35 kilos et d'un homme de 65 kilos, il est visible déjà que celui-ci ne disposant que de la moitié du chiffre indiqué, ne pourra manœuvrer que par des temps calmes ou dans des courants insensibles (2 à 3 mètres).
L'ascension verticale d'un ensemble de 100 kilogr. demandera de 6 à 8 chevaux.
11 ressort de ces données : çue V homme, par sa seule puissance , ne peut produire le vol ramé, ni l' ascension directe.
Mais il peut, avec un appareil bien conditionné, produire un planement horizontal, à la condition de pouvoir se mettre en vitesse.
On remarquera que le rapport des puissances des oiseaux, à leurs surfaces, est encore la raison qui a fait limiter à 1" 10 de surface l'espèce planante, et ce sera là le point scabreux de la navigation aérienne par appareils à surfaces, la difficulté d'en être maître dans les remous et tourbillons, fussentils d'intensité moyenne.
32. — J'ai comparé différents sujets par leur rendement en travail ; je vais les comparer, par leur rendement en efforts, et d'après les principes énoncés au § 25, je considère que le plus grand effort rendu, à bras tendu, par un homme de 70 kilogr., est de 7 kilos pour quelques instants; je vais comparer cet effort à celui de l'aile du pigeon de 0^420, déjà pris comme type. Chez l'oiseau, les membres sont intervertis
au point de vue de la puissance musculaire, et il possède dans Taile la puissance que l'homme possède dans la jambe; il faut donc, pour que Tassimilation reste exacte, comparer la puissance de la jambe de l'homme et non celle du bras, à celle de l'aile du pigeon. J'ai dit que la jambe pesait 4 fois plus que le bras, la puissance disponible serait donc de 28 kilogr. au levier de 65 centimètres, si la jambe remplaçait le bras. Le pigeon rendra donc, à la même distance de l'attache de l'humérus, 28^ X -^^ = 0*^ 17. Mais son levier moyen ne mesurant que 0" 15, il peut soutenir en réalité O 17 X -ot" soit 0*^ 73, soit pour 2 ailes : P 46, soit un peu plus de 3 fois son poids que le pigeon pourrait soulever à ailes tendues. Il est nécessaire qu'il puisse rendre au moins ce résultat quelques instants, puisqu'il soutient son poids longtemps.
Si je compare le grand vautour au pigeon, je considère que, pesant 19 fois plus et ayant 0.45 de levier moyen, il enlèvera, à 2 ailes tendues, P46 X 19 X -or? soit 9 kil. (et il pèse 8 kilogr). Ceci explique l'impossibilité où il est de s'élever verticalement et pourquoi il recherche les courants actifs qui donnent une grande partie de la sustention sous le corps, et déchargent les ailes d'une grande partie de l'effort.
En descendant aux petits oiseaux, on trouve des chiffres très rationnels et même pour les insectes. Je dois donc avoir touché de très près la loi qui Ue la puissance musculaire aux poid& des êtres animés.
En effet, si la loi est écartée de la vérité, en l'appliquant à des extrêmes, on doit tomber dans l'absurdité.
Prenons, par exemple, dans les petits sujets, le bourdon des fleurs, pesant 0^^'6 et mesurant 12"'/"' de levier moyen d'ailes ; comparons-le au pigeon de 420 grammes mesurant 0.15 de levier moyen, et donnant, en allure ordinaire, la sustention de 420 grammes comme effort, et le travail de 0^«™ 60.
D'après la loi précitée, le bourdon pourra soutenir à ailes tendues, 0^ 420 X -^:w-X-S= ^ grammes, soit 12 fois son poids, chiffre qui n'a rien d'excessif. Son travail permanent
l.SO
pourra égaler 0^^ 60 ^ /-QgOs = 0^»°^ 006, qui lui permet-
trait d'enlever son propre poids à 12 mètres de hauteur en une seconde. Mais cet insecte, par le mode d'action des ailes, perd de la puissance vive due au refoulement, et il produit en réalité une ascension plus faible. Sa vitesse de chute, en air calme, est de 6 mètres; il a à rendre O«^003 pour combattre l'action de la pesanteur. Enfin, son nombre de coups d'ailes à la seconde serait de 14 fois celui du pigeon, soit 200 vibrations simples par seconde, donnant le /a^ musical; et le cheval-vapeur y est donné sous 6 kilogrammes de matière d'une façon courante.
Je prends maintenant le plus grand sujet connu, bien différent de ceux-ci, la baleine , et prenant dans un livre les poids et dimensions d'un de ces animaux , je trouve qu'il peut atteindre 800,000 kilogr. de poids, 30 jnètres carrés de section au maître bau et 40 mètres de longueur.
Le travail courant, comparé à celui de l'homme deTOkil.,
et rendant 8^<^, sera : 8 X i/ «oo.ooo : 1^^^ = 54 chevaux,
et le travail maxima de quelques instants atteindrait 400 chevaux; nous allons voir si ces chiffres sont exagérés, par la vitesse. Le coefficient de résistance chez les poissons s'abaisse sensiblement au 40"'*' de ce que cette résistance serait contre un cylindre de même section que le maître bau.
On a donc : R = 0.025 x 100 S V^ et T''^= 0.025 X 100 S V'
d'où V = iCIJ^^^;^^~ = 3^80; et la grande vitesse,
correspondant au travail de quelques instants pour 400 chevaux de dépense, atteindrait 7"" 40. Ces chiffres sont très rationnels et l'observation les justifie : je puis donc admettre que la loi indiquée est très approchée.
Le cheval-vapeur est donc donné couramment dans la baleine par 15,000 kilogrammes de matière.
Voici maintenant un papillon de forte espèce, pesant 2 grammes et mesurant 0°"^ 0066 de surface et 0°" 15 d'envergure. Comment travaille cet animal en fonction ordinaire? Il se donne peu de vitesse horizontale, vole souvent sur place
en air calme^ et s'élève verticalement. Quel travail a-t-il à dépenser pour se soutenir en un point fixe en air calme ?
Sa vitesse de chute sera V 0.13'To.W = l^'SO^ le travail de la pesanteur sera 1"*50 X (^002 = 0^8^003, en dépensant Yw^ de kilogrammètre, ce papillon combattra donc l'action de la pesanteur ; mais il est visible que ce travail est inférieur au travail courant qu'il peut donner, car il s'élève assez vivement d'habitude. Déterminons donc son travail courant en fonction de celui de l'homme (8 kilogrammètres); on
aura T^^m gi^g™ x i/3IM!l = 0^î?!»008; la relation donne
un peu plus du double du nécessaire pour combattre la chute ; il pourrait donc couramment s'élever de 4 mètres en une seconde, c'est ce qu'il fait quand il s'élève, par certains beaux jours, à des hauteurs prodigieuses.
Il résulte de ces considérations que les grands oiseaux dépensent moins de travail que les petits, à égalité de poids à la même allure au planement, et que les grands appareils de navigation aérienne demanderont moins de force motrice que les petits à égalité de poids ^ pour donner le planement.
Il résulte aussi que si les grands animaux rendent moins de travail que les petits à égalité de poids, ils ont besoin, par suite, de moins de travail que les petits pour se transporter ; en effet, avec un cheval-vapeur de dépense, la baleine transporte 15,000 kilos, le cheval, 1,400, l'homme, 630, le vautour^ 270, le pigeon, 125, le bourdon des fleurs, 6 kilos.
Donc, si comme travail rendu par kilogramme, la puissance des petits est supérieure à celle des grands, il en résulte qu'à un autre- point de vue ils sont inférieurs aux grands, puisqu'ils ont besoin de rendre ce travail pour se mouvoir ; d'où deux points de vue différents d'envisager la question de supériorité des uns sur les autres, et nous retombons ici sur les faits constatés dans le rendement des deux machines comparées.- ^
Si nous cherchons le rendement de chacune des espèces ci-dessus mentionnées, c'est-à-dire si nous divisons par le travail le produit de la vitesse par le poids de l'animal, on
trouve que pour différents types de même poids le transport par air est le plus économique au point de vue de la force motrice, puis celui par eau, enfin celui par terre. Un oiseau voilier de 100 kilos, s'il en existait, ferait 350 à 400 kilomètres en 10 heures, en air calme; le poisson de 100 kilos fera 150 à 200 kilomètres ; le quadrupède de 100 kilos ne fera guère que 40 à 50 kilomètres, en dépensant chacun 10 kilogrammètres environ.
33. — La donnée suivante fait ressortir combien est faible la résistance de l'air contre le corps des oiseaux.
Un ramier atteint 30 mètres de vitesse en air calme, et son grand maître couple mesure 0° ^ 006 ; la résistance de l'air contre un plan mince de même surface serait de 0" 700 à cette vitesse, et le travail mécanique à dépenser serait 0*^ 700 X 30"" = 2P«". Or, le pigeon ne disposant au maximum que de 2kgm 50^ ne saurait développer 2P^", il faut donc en conclure que par la forme de l'animal, la résistance est abaissée au moins au \ de ce qu'elle serait contre un plan mince égal à sa grande section.
34. — Les organes propulseurs étant à l'avant, et la queue qui gouverne étant à l'arrière, l'oiseau se tient facilement en ligne dans le vol ramé, et la stabilité au tangage est assurée tant que la traction existe.
Dès que la traction cesse, et que l'animal produit le vol à voile, la stabilité est plus difficile à garder.
35. — La surface sustentionnelle varie avec chaque espèce : elle est, par 100 kilogrammes, pour l'oie, de 7™^, le dindon, 10, l'autour, 35, la chauve-souris, 57, le perdreau, 12, la corneille, 33, le pigeon, 18 à 28, le pétrel, 13, le grand vautour, 14, la grande chauve-souris, 156, la mouette, 30, le martinet, 48, l'épervier, 42, le papillon de jour 300, la mouche commune, 170, l'aigle, 13.
De ce qui précède, j'ai conclu :
Que le travail mécanique nécessaire à produire l'ascension
verticale en air calme, pour un volateur animé, de poids P et de surface S, est :
pl.50
rpkfifm = 2.80 X ^=065"- ^^ ^^ ^^^* compte que chez les planeurs lés poids sont en fonction des puissances 1 .30 des surfaces et que le grand vautour de 8 kilos mesure 1"" 10, on tire :
S = t/ i.io""xP , d'où S'-"* = 38 v/T, d'où T^»™ = 8 P.
Le travail dans l'ascension verticale est donc proportionnel aux poids des oiseaux. Vu la concavité des ailes, ce travail est en réalité plus réduit et sensiblement égal à 6 P.
J'ai établi également la relation générale du travail minimum nécessaire à produire la sustention totale d'un oiseau, dans le minimum de vitesse horizontale en air calme,
pl.50
'pkgm , 0.09 X . Si comme précédemment on rem-
place S par sa valeur en fonction de P, on tire : rpkgni 0.46 X v/T"? ^® Q^^ touche de près à la loi établie du travail disponible fonction des racines 1.50 des poids. Enfin on tire T^*^"^ = 1 . 70 S^*^*. Les surfaces sustentionnelles chez les volateurs animés seraient donc sensiblement proportionnelles au travail nécessaire et disponible chez chaque sujet pour produire le vol horizontal. Il est donc probable que la surface d'ailes, ou organes propulseurs, représente l'énergie mécanique dont dispose le sujet, et cela est rationnel philosophiquement, car tout organe se développe en fonction du service qu'on lui fait faire, et il est naturel que son développement soit fonction de la puissance qu'il a à rendre. Je ne donne pas à ces principes un caractère absolu, mais seulement celui d'une moyenne générale qui peut être variable de sujet à sujet et d'espèce à espèce.
36. — Si on veut appliquer à l'oiseau les formules connues, comme on les appliquerait à des plans minces, on trouve des résultats complètement en désaccord avec les faits. On arrive tout droit à prouver que les oiseaux ne peuvent pas voler. Il faut leur prêter des vitesses énormes que l'expérience ne jus-
tifie pas; d'après beaucoup d'observations, je puis poser en principe : que la vitesse horizontale nécessaire à un courant j pour donner à F oiseau une sustention égale à son poids, est égale à celle de sa chute verticale en air calme. Cest dans ce courant qu'il développe le minimum de travail.
Si l'air est calme et que le volateur ait à se donner luimême la vitesse nécessaire à produire la sustention totale, il dépensera un travail plus considérable que si le courant vient à lui, et la vitesse à prendre sera aussi un peu plus grande que celle indiquée précédemment.
Il s'ensuit : qu'?/ n^ est pas indifférent que ce soit le milieu qui vienne au volateur, ou le volateur qui se transporte contre le milieu immobile, et ce fait a de l'importance.
Soit un volume de forme semblable à celle du corps d'un oiseau, dans trois conditions différentes :
Y^/gy
T^J^ Pitf.40
1^ Fig. 41.
V'CU.oo
ao v
V Figure 40, il est immobile et rencontré par un courant animé d'une vitesse de 6 mètres ;
2° Figure 41, il est animé d'une vitesse de 6 mètres dans un milieu calme ;
3** Figure 42, il est animé d'une vitesse de 12 mètres dans un milieu animé lui-même d'une vitesse de 6 mètres et dans le même sens.
Dans ces trois cas, la vitesse relative moyenne est de 6
mètres. Traçons le filet moyen d'une molécule d'air, a, dans chaque cas; dans le premier cas, le filet, parti d'une vitesse initiale de 6°" 00, pourra atteindre 9 mètres de vitesse absolue sous le corps ; dans le deuxième, partant du repos, il pourra atteindre uue vitesse absolue de 2" 00; et dans le troisième cas, partant également d'une vitesse initiale de 6 mètres, il pourra atteindre 8"" 00 de vitesse absolue sous le corps. Les vitesses relatives de ces filets sous le corps seront donc de 9"^ 00, 8"* 00 et 4=^00, d'où résulteront des efforts de sustention moins forts dans le troisième cas que dans le deuxième, et moins forts dans le deuxième que dans le premier, car la contraction et par suite la pression augmenteront avec la vitesse des filets sous le corps.
C'est donc quand il aura vent en proue que l'oiseau sera le mieux porté, et quand il aura vent en poupe qu'il sera le moins bien soutenu. Les observateurs sont de cet avis.
37. — Il est certain que la sustention est beaucoup plus forte sous un corps de la forme des oiseaux que sous toute autre surface dans le courant horizontal, et j'attribue cet effet à la position relative du corps par rapport aux ailes.
sans ailes
Si on se rend compte de la marche des filets^ il est visible que le corps n'étant qu'un demi-volume de révolution, ou ce volume de révolution étant excentré par rapport à son axe (fig. 42 bis), les veines, si les ailes sont un instant suppri-
mées, remonteront en partie sur le dessus du corps, où elles exerceront un effort descensionnel, en réduisant l'effort ascensionnel inférieur (la coupe représente la section d'écoulement au maître couple).
Si nous remettons les ailes en place, le volume fluide qui s'écoulait au-dessus du corps ne peut plus y parvenir, il frappe alors les ailes sous leur concavité. Car dans un volume de cette forme, les filets ne suivent pas les génératrices, mais tendent à s'^écouler au sens le plus direct, et le produit de la masse dévoyée, par la différence des carrés des vitesses maxima etminima des veines est toujours un minimum.
Les ailes, par leur présence augmentent ce produit, il en résulte donc un véritable courant ascensionnel sous elles. Ensuite elles conduisent ce courant à l'arrière, où il peut réagir sous la poupe avec plus d'énergie que si une fraction pouvait s'échapper à la partie supérieure en suivant la ligne dorsale.
On remarque encore dans le vol ramé que les battements forts donnent, surtout en descendant, une position aux ailes telle qu'elles semblent ramasser l'air sous le corps ; un certain volume d'air est ainsi emprisonné entre elles et le dessous du corps ; ainsi comprimé, cet air est refoulé fortement au sens descensionnel, d'où, par réaction, il donne une poussée ascensionnelle sous l'animal.
38. — Si on observe les effets d'un courant V, sur une surface concave, inclinée (fîg. 43), on remarque : qu'une
fraction « ^ de la colonne dévoyée franchit la surface par dessus son bord m^ et va exercer les pressions descensionnelles p^ etp^; qu'une autre fraction hc de la colonne d'air passe en dessous, réagissant par compression sur le volume d'air inerte o, formant remous, et exerce la pression p^ ; puisque se portant directement vers la partie A, elle y produit une pression plus forte /?*.
De toutes ces actions résulte une poussée générale R, donnant l'effort ascensionnel P et une composante d'entraînement F.
Mais on'peut corriger la forme, de façon à augmenter P et à réduire F. Sur l'avant m de la même surface (fîg. 44),
traçons ^/horizontale et la courbe fffm; la partie ad de la colonne d'air (fig. 43), qui passait par dessus la surface passe maintenant en dessous. Nous détruisons par le fait les pressions supérieures /?* et /?^, et nous créons les efforts ascensionnels p' et p^ ; d^ plus p^ nous donne une composante de poussée à l'avant sur la -poupe ff m.
Le courant de retour sur la poupe g m fait disparaître le volume inerte o, nous renforçons donc p^.
Ayant augmenté le volume d'air b c, fig. 43^ qui agit en dessous, relevons le bord n suivant h ijj de façon à ramener ce volume à celui qu'il avait précédemment, nous créons une poupe i jy nous créons p^ en affaiblissant /?* ; il en résulte finalement une poussée générale R plus verticale et plus forte que dans le premier cas, qui nous donne un effort ascensionnel plus fort et une composante d'entraînement plus faible, et nous trouvons là la raison de la forme de l'aile de l'oiseau.
39. — Si nous considérons l'action d'un courant ascensionnel sur une surface brisée abc, et que nous cherchions
dans quel sens s'exercera la poussée, nous aurons (fig. 45) : a d : d c : : sin r : sin A p :/?'::cosrx^c ZcosAxai R : R' :: ;> sin r : p' sin D d'où R : R' :: cos r : cos R d'où R est plus grand que R' et la surface ou cône excentré, prendra vitesse suivant l'angle le plus obtus, en avant.
Dans le cas indiqué par la fig. 46, l'écoulement sera plus facile vers le bord c que vers le bord a, la plus grande masse d'air fuyant vers c, par réaction la surface se transportera encore du côté de l'angle le plus obtus.
L'aile de l'oiseau a une forme réalisant toutes ces propriétés, et la fig. 47 donne la coupe de l'aile aux petites
foupc de 1 aile tendue par h pression luférieure .
Ti^.46.
Coupe de 1 aile  ^s. couriure naturelle .
pennes, dans la forme prise quand elle appuie, et dans sa forme naturelle, on y trouve : ab <^hc; ad<i de; et de < ef; de sorte que tant en montant qu'en descendant, l'aile, par sa forme, donne une légère poussée à l'avant.
Plus le volateur a de surface eu ëgard à son poids, plus la concavité de l'aile est faible. Elle est insensible chez le tiercelet, la buse, l'hirondelle ; assez forte chez le pigeon, très forte chez les oiseaux de basse-cour.
L'aile est flexible, mais peu dans le sens contraire à la courbure. En descendant, elle frappe l'air vivement, et, fléchissant peu, elle agit très énergiquement, tandis qu'elle agit beaucoup moins en remontant, par défaut de vitesse d'abord, puis à cause de la forme très convexe qu'elle prend par la flexion.
Elle ne refoule pas toujours l'air en montant, elle peut même être frappée par lui en dessous ; quand l'animal est en vitesse, chaque fois que ses ailes s'abaissent elles rencontrent un milieu qui n'a pas encore été déplacé, qui résiste davantage par inertie, et il n'y a plus cette perte de force vive . qui résulte des battements précipités sur place, que Tanimal donne au moment du départ, soit pour monter verticalement, se tenir fixe dans l'air calme, ou se mettre en vitesse.
L'aile prime sur ce point tous les autres propulseurs, tels que l'hélice, roues à palettes ou autres appareils à refoulement direct et permanent.
Mais en construction mécanique l'héUce est plus simple; son mouvement rotatif continu évite les secousses et la complication d'organes très puissants et très pesants qu'entraînerait l'installation d'ailes mécaniques. La nature a supérieurement fait son choix et rien ne peut la dépasser; mais ne pouvant construire de grandes ailes avec le degré de perfectioUj de soUdité et de légèreté qu'elle a mis dans celles de ses volateurs, nous tirerons meilleur rendement de l'hélice, que des ailes que nous pourrions fabriquer.
A un autre point de vue, l'hélice, cessant de fonctionner dans un appareil aérien et surtout dans un appareil de planement, peut devenir un obstacle et une source de dangers; l'aile au contraire reste dans le plan du mouvement et ajoute ses surfaces à celles de sustention.
Notons encore que chez l'oiseau les composantes à l'aile sont toutes utilisées^ les unes de sustention, les autres de
propulsion; dans Thélice, les composantes de rotation sont perdues.
40. — Dans le battement, le centre d'action de l'aile décrit une courbe elliptique (fig. 48), par rapport à son plan vertical; cette courbe, combinée avec la vitesse de marche, donne une courbe sinueuse A B C D E F G.
Courbe décrite par le ceijire dâciîon delajle: d^us ud haUemeni .
Cette courbe représente par ses tangentes, en chaque point, la direction du courant relatif frappant l'aile en ce point.
Pendant la remontée A D, l'aile pourra, à la volonté de l'animal, prendre la position B, recevoir le courant par dessus ; d'où effort descensionnel et effort de propulsion ; ou prendre la position C, recevoir le courant par dessous; d'où effort ascensionnel mais retardateur.
Il peut prendre aussi la position D, dans laquelle l'aile étant dans le sens du courant relatif, ne subira qu'un léger effort ascensionnel par sa concavité.
Pendant la descente D G, l'aile peut prendre : ou la position E, et recevoir le courant en dessus , d'où effort descensionnel et retardateur; ou celle F, où le courant, agissant en dessous, donne effort ascensionnel et forte propulsion.
L'oiseau peut donc varier les effets à sa guise, donner la propulsion ou le retard, en montant comme en descendant; c'est donc à tort que d'aucuns ont imaginé des explications tortueuses pour démontrer comment l'oiseau évite la pression supérieure.
Certains ont prétendu que les ailes formaient soupapes à la montée, que l'air passait entre les plumes; il fallait n'avoir jamais vu voler un oiseau pour concevoir un semblable système.
L'aile étant flexible dans le sens des plumes et pivotant aussi bien autour d'un axe x y (fig. 49), qu'autour d'un axe V z, il s'opère, dans le battement, un refoulement en éventail
suivant les côtes des plumes; par réaction les composantes de pression convergent toutes vers la partie concave de l'aile a.
La durée des battements varie avec les espèces et l'envergure, et la différence des temps, entre la montée et la descente, est d'autant plus grande que l'envergure est plus considérable.
Chez les insectes cette différence est nulle. La propulsion est produite par un mouvement vibratoire très rapide variant de 20 à 800 vibrations simples par seconde , suivant les espèces ; le volume d'air refoulé à l'arrière réagit et donne la propulsion, le corps forme aéroplane et donne la sustention.
Si la vitesse est nulle, il faut que le refoulement des ailes produise seul la sustention.
44, — La stabilité chez les oiseaux est variable; elle est d'autant plus grande que l'ensemble est plus conique ; le dessous du corps forme cône au sens longitudinal, et ce même corps et les ailes forment cône au sens transversal; plus ils relèvent la queue, et plus ils accentuent l'angle formé par la proue du corps et par sa poupe, et plus ils deviennent stables au tangage dans le mouvement descensionnel.
Chez les planeurs la stabilité est très faible, et un appareil aérien construit par exemple sur les proportions du faucon^ serait très périlleux : il piquerait tête, queue ou aile.
C'est par une habitude très grande, par la grande puis- . sance musculaire dont ils disposent, eu égard à leur poids et au fini de leur construction, que ces volateurs, par des mouvements légers, inconscients, font varier les surfaces d'appui
à volonté, soit pour empêcher, soit pour produire le déversement.
Ils font ces mouvements sans fatigue, sans attention, comme nous faisons, sans y prendre garde, ceux nécessaires à nous tenir debout.
Par le sens du toucher, ils sentent tous les effets du courant, et instantanément ils font les efforts propres à les parer, les subir ou les accentuer suivant les besoins ; ils sont enfin maîtres absolus de leurs appareils, sauf les cas extraordinaires.
L'homme finit par s'identifier dans une certaine mesure avec ses appareils, machines et outils; il sent où ils pèchent, mais il lui faut les manier longtemps.
Chez l'oiseau, le centre de gravité de masse est en dessous du centre de gravité des surfaces.
42. — Quand un volateur animé, possédant une surface suffisante et de forme convenable, est placé dans un courant d'intensité suffisante, ce courant lui sert de moteur, et le volateur peut se diriger dans tous les sens dans l'espace, sans dépenser aucun travail moteur appréciable.
Voilà un énoncé hardi, qui sera accepté sans discussion par tous les observateurs qui ne sont pas versés dans les études mécaniques, et généralement repoussé par les personnes sciencées qui n'ont pas fait du vol une étude approfondie.
La démonstration théorique est certes en dessous de celle résultant de la constatation des faits; il n'y a pas, comme dit M. Mouillard, à se cramponner à des subtilités, des mouvements, des efforts invisibles, un travail moteur passé inaperçu. Le vautoiir, l'aigle, l'albatros, sont des heures entières dans les airs sans donner un battement. Le tiercelet plane absolument immobile pendant 10, 20, 30 et 40 secondes, contre un courant de 7 à 8 mètres, aussi plan qu'une feuille de carton. Pendant trois ans j'ai pu observer un couple de cette espèce; ils venaient guetter des souris dans de vieux murs construits près d'une plage, et tous les jours, quand la brise
de mer soufflait, ils venaient me montrer leurs tours d'équilibre, à quelques mètres de distance de mes fenêtres ; donc pas d'illusion possible. L'hirondelle, la corneille et certains grands planeurs rendent un effet plus rare, qui est de s'élever obliquement contre le courant, sans travail moteur.
Je vais démontrer mécaniquement la possibilité de tous ces effets.
Pour cela je ferai intervenir mes démonstrations des §§ 9 à 21 et 38 à 40; notons que nous n'avons pas à faire ici à un simple plan, mais à un volume de forme complexe et spécialement appropriée, comportant trois surfaces priiicipales agissantes : les ailes, la proue et la poupe du corps.
43. — La combinaison de deux vitesses horizontales, insuffisantes à la sustention totale, peut donner un courant relatif suffisant et éviter le travail au planeur.
Soit V, le courant dans lequel agit le planeur (fig. 50), et
que nous supposerons d'intensité trop faible pour équilibrer totalement son poids sans ramer; le planeur, ne voulant pas ramer, présente son flanc gauche de telle sorte qu'une poussée p se produit, lui transmettant une vitesse V ; de cette vitesse V, combinée avec celle V du courant, résulte le courant relatif V**, qui est celui réellement agissant et plus intense que V et V.
Si néanmoins V** est trop faible, l'animal descendra en direction V" et gagnera en avant sur le courant V.
Si V^ est en excès, l'animal sera enlevé , mais il rompra sous le vent et s'élèvera obliquement suivant V".
Or, parti de A (fig. 51), le planeur peut, à une certaine hauteur D, évoluer en sens inverse et revenir en E, puis, s'élevant toujours, décrire E F G H; il aura rompu sous le vent, mais il aura gagné de hauteur, sans travail.
De H, il peut employer la hauteur acquise, et en s'inclinant légèrement, prendre vitesse contre le courant au sens H C, puis en C s'incliner en arrière, et la vitesse acquise, jointe
Ti^. 51
à celle V du courant, le portera en B à une altitude plus élevée que celle du point de départ A, et plus en avant contre le vent.
Le planeur se sera donc élevé en allant contre le vent, sans avoir dépensé aucun travail.
Ce louvoiement se sent et se comprend assez bien, il est usuel aux planeurs; dans la pratique ils ne suivent pas des lignes brisées comme celles indiquées à la figure 51, mais de gracieuses spires contournées en tous sens; l'aigle s'élève ainsi à perte de vue.
44. — Voici des cas particuliers plus rares et plus étonnants. Dans la figure 52, un planeur s'élève contre un courant V et directement, suivant une direction v^ et sans travail.
Voici ce qui passe : les vitesses V et y combinées donneut le courant relatif Y^ descendant.
Ti§.52. .
î'ig. 55.
Si les faces supérieures des ailes sont placées convenable* ment dans Tangle i formé par l'horizontale et ce courant, il se produira sur les ailes une pression donnant l'effort descensionnel P*' et P'^ de propulsion.
Sous la proue du corps le même courant V** donnera P< ascensionnel, et P^ d^entraînement.
Sous la poupe, inclinée à l'avant sur PAorizontalej le courant de retour V* (§16) donnera P'« ascensionnel et P"* de propulsion. Or, si P étant le poids du planeur, on a d'une part P+P*'=P«+P'*, et d'autre part P'«+P'»=P% il y aura équilibre de toutes les forces dans le mouvement de sens et vitesse y, et ce mouvement se continuera tant que le ccurant V sera régulier et qu'il n*y aura aucune variation dans la position des surfaces agissantes.
Nous allons voir de plus que cet équilibre dynamique est stable. Admettons qu'ayant réalisé l'équilibre dans le sens t?, nous supposions que, la vitesse verticale diminuant, v s'incline sur l'horizontale, V** s'inclinera également; or P^ sera réduit ainsi que P'*», P*" et P'* seront augmentés et P*» réduit; l'équilibre sera rompu, mais en faveur des efforts ascensionnels et des efforts d'entraînement, et la résultante v sera relevée sur l'horizontale. On démontrera de même qu'elle ne peut être supposée relevée sans que les effets concourent à l'abaisser ; l'équilibre est donc stable, puisque toute déviation supposée augmente les effets favorables à ramener la résultante à sa première position.
La figure 53 représente le volateur entraîné dans le courant ascensionnellement et en vitesse uniforme. On démontre comme précédemment que l'équilibre est stable.
La figure 54 est une moyenne de ces deux positions donnant l'ascension verticale; il n'y a pas de composante horizontale de la vitesse v. Dans ces trois cas le courant relatif produit un excès de sustention.
S'il est exact pour donner juste la sustention, v du troisième cas devient égale à zéro, et on obtient l'immobihté parfaite (fig. 55).
Mais il importe de remarquer que pour se placer dans ces conditions, le planeur doit d'abord se donner la vitesse Vj soit par un élancement au moyen des pattes, soit par un vol préalable. C'est donc lorsqu'il possédera déjà cette vitesse , qu'au moment favorable il donnera à toutes ses surfaces les
positions exactes clans lesquelles le courant relatif donnera l'équilibre des forces.
L'animal se fait prendre par le courant^ si on peut s'exprimer ainsi. Ce phénomène sera mieux saisi dans un cas particulier sur l'hélice, examiné plus loin.
L'équilibre, dans ces conditions, demande de la part du planeur une attention soutenue; car il se produit et se dérange dans des variations très faibles des angles d'incidence, et il faut la construction si parfaite de leurs organes pour le produire; aussi fatiguent-ils visiblement et ne s'y tiennent-ils pas longtemps : ils fatiguent par Tattention, comme un homme qui marche assez facilement d'abord sur le boudin d'un rail, finit par ne plus pouvoir le faire à cause de la fatigue résultant de la tension de la volonté.
Mais les effets n'en subsistent pas moins, et c'est là ce que ne réaKsera jamais un appareil aérien, si parfait qu'il soit; mais il pourra réaliser les manœuvres de louvoiement indiquées au § 43.
Le vol à voile dans tous les sens, sans développement de travail moteur, est donc possible et n'a rien de contraire aux lois de la mécanique. Qull soit difficile à des appareils mécaniques, je ne le conteste pas ; mais difficile n'est pas dire impossible.
Enfin le lecteur trouvera des données très intéressantes sur le vol des oiseaux dans les études de MM. d'Ester no et Mouillard, et on ne saurait trop en recommander la lecture à ceux que la question intéresse.
On ne saurait trop recommander aussi r Empire de l'Air, de M. G. de La Landelle. Cet ouvrage, paru récemment, est un historique de tqut ce qui a été tenté jusqu'alors dans les recherches de la navigation aérienne.
