TRAJECTOIRE DE L’AILE DE L’OISEAU PENDANT LE VOL

On a vu, à propos du mécanisme du vol chez l’insecte, que l’expérience fondamentale a été celle qui a révélé le parcours de la pointe de l’aile à chacune de ses révolutions. La connaissance du mécanisme du vol découlait, pour ainsi dire, naturellement de cette première notion.

Pour le vol de l’oiseau, la même détermination est également nécessaire ; mais la méthode optique devient ici inapplicable. En effet, le mouvement d’une aile d’oiseau, bien que trop rapide pour être saisissable à l’œil, ne l’est pas assez pour fournir une impression rétinienne persistante qui montre son parcours entier.

La méthode graphique, avec les transmissions de signaux que nous avons employées jusqu’ici, ne fournit que l’expression des mouvements qui se passent suivant une ligne droite, tels sont les raccourcissements et les allongements d’un muscle, les oscillations verticales ou horizontales du corps pendant la marche, etc. Ce n’est qu’en combinant ce mouvement rectiligne avec la translation uniforme de la surface enfumée qui reçoit le tracé qu’on obtient l’expression de la vitesse avec laquelle le mouvement s’effectue à chaque instant.

L’action de l’aile pendant le vol ne consiste pas seulement

en élévations et en abaissements alternatifs. Il suffit de regarder un oiseau qui passe en volant au-dessus de notre tête, pour constater que Taile se porte aussi d’avant en arrière à chaque battement. De ce double mouvement doit résulter une courbe fermée qu’il s’agit d’inscrire.

Il est démontré géométriquement que toute figure plane, c’est-à-dire susceptible d’être enregistrée sur un plan, peut être engendrée par la combinaison rectangulaire de deux mouvements rectilignes. Les tracés que Kœnig a obtenus en armant d un style les verges vibrantes de Wheatstone, les figures lumineuses des accords musicaux que Lissajous produit par la réflexion d’un faisceau de lumière sur deux miroirs vibrant perpendiculairement l’un à l’autre, sont des exemples bien connus de la formation d’une figure plane au moyen de deux mouvements rectilignes perpendiculaires entre eux.

Ainsi, en admettant qu’on puisse transmettre, à la fois, les mouvements d’élévation et d’abaissement que faile de l'oiseau exécute, aussi bien que les mouvements que fait cet organe d’avant en arrière et d’arrière en avant ; en supposant qu’une pointe écrivante puisse recevoir simultanément l’impulsion de ces deux mouvements perpendiculaires entre eux, cette pointe écrira sur le papier la figure exacte des mouvements de l’aile de l’oiseau.

Nous avons cherché d’abord à réaliser l’appareil qui transmettrait ainsi à distance un mouvement quelconque et l’enregistrerait sur un plan, sans nous préoccuper de la façon dont on pourrait adapter sur l’oiseau cette machine plus ou moins pesante. La figure 97 représente ce premier appareil d’essai, dont la description est indispensable pour faciliter l’intelligence de la machine définitive dont on verra tout à l’heure la construction

Sur deux pieds solides portant des supports verticaux, on voit deux tiges horizontales parallèles entre elles. Ce sont deux leviers d’aluminium qui devront, grâce aux appareils de transmission que nous allons décrire, exécuter tous deux les mêmes mouvements. Chacun de ces leviers est monté sur un Cardan, c’est-à-dire sur une double articulation qui lui permet toute espèce de mouvements : ainsi, chaque levier

peut être porté en haut, en bas, à droite, à gauche; il peut, par sa pointe, décrire la base d’un cône dont le Cardan sera le sommet. Enfin, il exécutera toute espèce de mouvement qu’il plaira à l’expérimentateur de lui imprimer.

Il s’agit d’établir la transmission des mouvements d’un des leviers à l’autre, et cela à une distance de 10 à 15 mètres. Cela se fait au moyen du procédé que le lecteur connaît déjà : l’emploi des tambours et des tubes à air.

Le levier qui, dans la figure 97, se voit à gauche, est relié, par une tige métallique verticale, à la membrane d’un tambour placé au-dessous de lui. Dans les mouvements verticaux du levier, la membrane du tambour, tour à tour abaissée ou soulevée, produira un mouvement de soufflerie qui se transmettra, par un long tube à air, jusqu’à la membrane d’un tambour semblable appartenant à l’appareil de droite. Ce tambour, placé au-dessus du levier qui lui correspond, et relié avec lui, transmettra fidèlement tous les mouvements verticaux qui auront été imprimés au tambour n® 1 (celui de gauche). Les mouvements seront de même sens dans les deux leviers, grâce à l’inversion de la position des tambours. En effet, supposons qu’on abaisse le levier n® 1 ; on enfonce la membrane du tambour qui est au-dessous de lui ; il se produit une soufflerie qui soulève la membrane du second tambour, et conséquemment abaisse le levier n® 2. Inversement, l’élévation du levier n® 1 produira une aspiration d’air qui élèvera la membrane et le levier n® 2.

En procédant de la même manière pour la transmission des mouvements dans le plan horizontal, on place, à droite de l’un des leviers et à gauche de l’autre, un tambour dont la membrane, située dans le plan vertical, agit dans les mouvements de latéralité ; la transmission de ces mouvements se fait par un tube spécial comme cela se passe pour les mouvements verticaux.

L’appareil étant ainsi construit , si Ton prend dans les doigts l’extrémité d’un des leviers, et si on lui imprime des mouvements quelconques, on verra l’autre levier répéter ces mouvements avec une fidélité parfaite.

Fig. 97. — Appareil destiné à transmettre à un levier enregistreur éloigné, tous les mouvements qu’on imprime à un autre levier,

Toute la différence consiste en une diminution légère de l’amplitude du mouvement dans le levier qui obéit. Cela tient à ce que l’air contenu dans chacun des systèmes de tubes et de tambours se comprime un peu, et par conséquent ne transmet pas la totalité du mouvement qu’il reçoit. Il serait facile de remédier à cet inconvénient, si c’en était un, en sensibilisant l’appareil récepteur, ce qui se fait en plaçant le Cardan un peu plus près du point où le mouvement se transmet au levier du second appareil. Mais il est préférable de ne pas chercher une trop grande amplification des mouvements lorsqu’on veut les écrire, car on augmente alors les frottements et l’on diminue la force qui devra les surmonter.

Après avoir constaté que la transmission d’un mouvement quelconque s’effectue d’une manière satisfaisante au moyen de cet appareil, nous avons cherché le moyen d’écrire ce mouvement sur un plan. La difficulté qui s’était déjà présentée dans l’application de la méthode graphique à l’étude du mouvement de l’aile de l’insecte se présente ici de nouveau ; mais, cette fois, il n’y a plus moyen de l’éluder et de se contenter de tracés partiels.

La pointe du levier n® 2 décrit dans l’espace une figure sphérique incapable d’être tangente, autrement qu’en un point, à la surface enfumée qui devait recevoir le tracé. En conséquence, il a fallu enregistrer la projection de cette figure sur le plan et disposer le levier de telle sorte qu’il pût, suivant le besoin, s’allonger ou se raccourcir pour arriver toujours au contact de la glace enfumée. Ce résultat fut obtenu au moyen d’un ressort qui sert de pointe écrivante.

La figure 98 montre, à l’extrémité du levier, le ressort en question. Il est large à sa base, afin de résister à toute tendance aux déviations latérales sous l’influence des frottements; cette base est fixée sur une pièce verticale d’aluminium, qui, par en bas, s’attache à l’extrémité du levier. De cette façon, la pointe du ressort qui fait l’office de style se trouve sensiblement sur le prolongement du levier dont elle enregistrera les mouvements. Supposons que le levier s’élève et prenne la position indiquée par la ligne ponctuée

dans la figure 98 ; en parcourant cet espace, il aura décrit un arc de cercle, et son extrémité ne sera plus sur le même plan que tout à l’heure, mais l’élasticité du ressort aura porté plus en avant la pointe écrivante ; celle-ci continuera donc

à être en contact avec le plan sur lequel elle doit tracer. Ainsi, le levier s’allonge ou se raccourcit, suivant le besoin, et sa pointe frotte toujours sur le plan. La surface sur laquelle on reçoit les tracés est une glace bien polie, et le ressort qui forme le style est d’une telle souplesse, que la pression élastique qu’il exerce sur cette glace ne donne presque pas de frottements.

L’appareil étant ainsi disposé, il faut le soumettre à une vérification, pour savoir si les mouvements sont bien fidèlement transmis et enregistrés.

Pour cela, munissant les deux leviers de la figure 97 de styles semblables, on place les pointes de ces styles contre une même glace enfumée; on conduit à la main l’un des leviers de manière à produire une figure quelconque, à signer son nom, par exemple ; l’autre levier doit retracer la même figure, reproduire la même signature.

Il arrive, en général, que la transmission n’est pas également facile dans les deux sens; on s’en aperçoit à la déformation de la figure transmise qui s’allonge plus ou moins en hauteur ou en largeur. Ce défaut peut toujours être corrigé : il tient à ce que la membrane de l’un des tambours, plus tendue que celle de l’autre, obéit moins facilement. On arrive bien vite, par le tâtonnement, à donner la même

sensibilité aux deux membranes, ce qu’on reconnaît, lorsque la figure directement tracée par le premier levier est identique avec celle que trace le second.

Expérience pour déterminer graphiquement la trajectoire de Vaile. — Voici les modifie «'.ions qui pcrmcUcnt

MOUVEMENTS DE L’AILE DE L’OISEAU 25t

d’appliquer cette transmission à l’étude des mouvements de l’aile d’un oiseau qui vole.

L’appareil devant nécessairement avoir un assez grand poids, nous prîmes un gros oiseau pour le porter; de fortes buses adultes servirent dans ces expériences. A l’aide d’une sorte de corset qui laissait libres les ailes et les pattes, on fixa, sur le dos de l’oiseau, une planchette de bois léger sur laquelle l’appareil était établi.

Pour que le levier exécutât fidèlement les mêmes mouvements que l’aile, le Cardan de ce levier devait être placé au contact de l’articulation humérale de la buse. Or, comme la présence des tambours à côté du levier ne permettait pas ce contact immédiat, nous avons recouru à remploi d’un parallélogramme qui transmettait au levier de l’appareil les mouvements d’une longue tige dont le centre de mouvement était très-voisin de l’articulation de l’aile de l’oiseau Enfin, pour obtenir la solidarité des mouvements de la tige avec ceux de l’aile de la buse, nous fixâmes sur l’aile bâtarde, c’est-à-dire sur le métacarpien du pouce de l’oiseau, une pince à écrou bien serrée, et munie d’un anneau dans lequel glissait la tige d’acier dont on vient de parler.

La figure 99 représente la buse volant avec l’appareil dont il vient d’être question; au-dessous d’elle pendent les deux tubes de transmission qui se rendent à l’appareil enregistreur.

Après un grand nombre de tentatives infructueuses et de changements dans la construction de l’appareil, qui, trop fragile, se brisait presque à chaque vol de l’oiseau, nous réussîmes à obtenir des résultats satisfaisants. Pendant toute la durée du vol, le levier enregistreur décrivait une sorte d’ellipse. Cette ellipse enregistrée sur une plaque animée d’un mouvement de translation de droite à gauche donne la figure 100.

Pour comprendre cette figure, il faut se représenter l’oiseau volant de gauche à droite (dans le sens de la lecture du tracé) et frottant l’extrémité de son aile gauche contre une muraille enduite de noir de fumée ; la trace que laisserait dans

ces conditions le parcours de son aile serait identique au tracé représenté fig. 100.

Cette courbe est bien une ellipse déployée par le mouvement de translation de la plaque qui reçoit le tracé. Sauf quelques tremblements de la ligne, tremblements qui tiennent à des imperfections de l’appareil, la trajectoire de l’aile de Toiseau est tout à fait comparable au tracé que donnerait, dans les mêmes conditions, une verge de WLeatstone accordée à l’unisson et donnant une vibration elliptique. La fig. 101 représente un tracé de ce genre.

La détermination du parcours de l’aile, avec les différentes phases de sa vitesse, est tellement importante que nous avons tenu à vérifier, de plusieurs façons, la réalité de cette forme elliptique. Toutes nos expériences ont fourni des résultats concordants; elles ont montré que des oiseaux de différentes espèces décrivent, avec leurs ailes, une trajectoire elliptique. D’ Esterno avait déjà conclu de ses observations à l’existence de cette trajectoire; il a même figuré, dans son ouvrage, l’ellipse parcourue, seulement, pour cet observateur, le grand axe de l’ellipse serait dirigé en bas et en arrière, ce qui est contraire au résultat de nos expériences.

On remarque en outre l’amplitude inégale des battements d’aile du commencement à la fin de la figure 100. Cette variation de l’amplitude concorde avec ce que nous avons déjà

constaté sur la figure 96. Celle-ci montrait qu’au commencement du vol, l’oiseau donne de plus grands coups d'aile,'

Fig. lül. — Parcours elliptique de la pointe de l’aile d'un oiseau.

C’est alors, en effet, qu’il doit effectuer le maximum de travail, car il doit s’élever au-dessus du sol. Plus tard il n’aura plus besoin que de conserver la hauteur acquise.