CHAPITRE Vî

RÉACTIONS DES MOUVEMENTS DE l'AILE SUR LE CORPS DE

l'oiseau.

Réactions des mouvements de l'aile. — Réactions verticales chez différentes espèces; réactions horizontales ou changements de vitesse du vol; étude simultanée des deux ordres de réactions. — Théorie du vol de l'oiseau. — Partie passive et partie active de l'aile. — Reproduction du mécanisme du vol de l'oiseau.

Pour suivre, dans l'étude du vol de l'oiseau, le plan qui a guidé nos recherches sur les autres modes de la locomotion, nous devons déterminer quels sont les effets qui se produisent, à titre de réactions sur le corps de l'animal, à chacun des mouvements de ses ailes.

Deux effets distincts sont produits pendant le vol : d'une part, l'oiseau est soutenu contre la pesanteur ; d'autre part, il est soumis à une force propulsive qui le transporte d'un lieu à un autre. Mais l'oiseau soutenu dans les airs y gardet-il un niveau sensiblement constant, ou bien subit-il des oscillations dans le plan vertical? N'éprouve-t-il pas, par l'effet intermittent du battement de ses ailes, une série de remontées et de descentes dont l'œil ne saurait saisir la fréquence ni l'étendue? — D'autre part, dans son transport horizontal, 1 oiseau n'est-il pas animé d'une vitesse variable? Ne trouvet-il pas dans l'action de ses ailes une série d'impulsions qui donnent à son transport un mouvement saccadé? >

Ces questions peuvent être résolues expérimentalement, et voici de quelle manière :

Puisque nous disposons d'un moyen qui permet d'envoyer à distance et d'écrire des mouvements, lorsque ceux-ci produisent une pression sur la membrane d'un tambour plein d'air, il faut chercher à ramener les mouvements que nous voulons connaître à une pression de ce genre.

Il faut que les oscillations que l'oiseau peut exécuter dans e plan vertical produisent, sur la membrane d'un tambour, des pressions alternativement fortes ou faibles, suivant que "oiseau monte ou descend. La même marche devra être suivie dans la recherche des variations de la vitesse horizontale.

Pour les réactions verticales, la question a déjà été résolue, à propos de la locomotion terrestre, au moyen de l'appareil représenté fig. 28 ; une légère modification permettra d'employer la même méthode pour chercher s'il se produit des oscillations verticales pendant le vol.

Fig. H2. — Appareil destiné à transmettre à l'enregistreur toutes les oscillations verticales de l'oiseau.

La fig. 112 montre la disposition que nous avons adoptée. La masse de plomb est directement appliquée sur la membrane ; un grillage protège la face supérieure de l'appareil contre les frottements des plumes de l'aile qui, sans cette précaution, altèrent quelquefois la forme du tracé.

Après s'être assuré que l'appareil transmet fidèlement les mouvements qui lui sont communiqués, on le met en rapport, par un long tube, avec l'enregistreur et on l'applique sur le dos d'un oiseau qu'on laisse s'envoler.

Des expériences faites sur diff"érentes espèces : pigeon, canard, buse, busard, chouette, ont montré qu'il existe des

tj'pes très-variés du vol, au point de vue de l'intensité des oscillations dans le plan vertical.

La figure 113 montre les tracés fournis par ces différentes espèces d'oiseaux. Tous ces tracés, recueillis sur un cylindre qui tourne avec une vitesse constante, et rapportés à un diapason chronographe de 60 vibrations par seconde, permettent d'apprécier la durée absolue et la durée relative des oscillations du vol chez ces différents oiseaux.

Il ressort de cette figure, que la fréquence et l'amplitude des oscillations verticales varient beaucoup suivant l'espèce d'oiseau qu'on étudie. Pour mieux faire connaître la cause de chacun de ces mouvements, enregistrons en même temps les oscillations verticales de l'oiseau et l'action des muscles de l'aile. Si l'on fait cette double expérience sur deux oiseaux très- différents entre eux par leur manière de voler, tels que le canard sauvage et la buse, on obtient les tracés représentés figure 114.

¥ig. 114. — Dans la moitié stipérieure, on voit, superposés : le tracé musculaire (Voyez p. 242) et celui des osciilalions verticales chez ua canard sauvage. Au-dessous de l'ondulation a, qui signale l'élévation de l'aile, on voit une oscillation verticale ; oii en voit une autre au-dessous de b, tracé de l'abaisseur de l'aile. — Dans la moitié inférieure de la figure, sont les tracés recueillis sur une buse ; l'oscillation qui se trouve en a, et correspond à l'élévation de l'aile, est moins marquée que ehes le canard.

' Le canard, ligne supérieure, présente à chaque révolution de son aile deux oscillations énergiques : l'une en h, au moment où l'aile s'abat, elle est facile à comprendre; l'autre en a, au moment où l'aile remonte. Pour expliquer l'ascension de Toiseau pendant ce temps d'élévation de l'aile, il nous semble indispensable de faire intervenir reffet de cerf-volant dont il a déjà été question. L'oiseau, animé de vitesse, présente ses ailes à l'air sous forme de plans inclinés ; il se produit alors un effet analogue à la remontée des appareils planants qui transforment leur vitesse acquise en ascension. Le vol de la buse présente aussi, mais à un moindre degré, l'ascension qui accompagne la remontée de l'aile.

Détermination dès variations delà vitesse du vol. La seconde question que nous avons à résoudre est relative à la détermination des phases variées de la vitesse du vol. Elle peut trouver sa solution dans l'emploi de la même méthode.

Si le tambour chargé d'une masse de plomb était placé sur le dos de l'oiseau de façon à présenter sa membrane dans un plan vertical, c'est-à-dire perpendiculaire à la direction du vol, l'appareil serait insensible aux oscillations verticales et signalerait seulement les oscillations qui se font d'avant en arrière et inversement. Admettons qu'on ait tourné en avant la membrane du tambour, il estclair que si l'oiseau accélère sa vitesse, le retard de la masse sur la translation de l'appareil produira un refoulement de l'air du tambour et une élévation du levier enregistreur, tandis que le ralentissement de l'oiseau amènera la descente du levier, par une action inverse.

L'expérience, faite sur les espèces d'oiseaux indiquées précédemment, nous a fourni des tracés analogues à ceux des oscillations verticales.

S'il est vrai, comme nous l'avons supposé, que l'oscillation verticale de l'oiseau, au moment de la remontée de l'aile, soit due à la transformation de sa vitesse en hauteur, en recueillant simultanément le tracé des oscillations verticales et celui des variations de la vitesse, on aura le moyen de vérifier cette supposition.

Or, en enregistrant en même temps les deux ordres d'os-

dilations dans le vol d'une buse, on trouve que la phase d'abaissement de l'aile produit à la fois : l'élévation de l'oiseau et l'accélération de sa vitesse horizontale. Cet effet est la conséquence nécessaire de l'inclinaison du plan de l'aile au moment de sa descente ; nous le connaissons déjà pour l'avoir obtenu dans le vol de l'insecte. Quant à la phase de remontée de l'aile, on constate que pendant la légère ascension qui l'accompagne, la vitesse de l'oiseau diminue. En effet, la courbe des variations de vitesse s'abaisse au moment où l'oiseau gagne de la hauteur. C'est donc une confirmation de la théorie précédemment émise sur la transformation de la vitesse horizontale de l'oiseau en ascension.

Ainsi, par ce mécanisme, le coup d'aile descendant crée la force qui produira les deux oscillations de l'oiseau dans le plan vertical. Ce coup d'aile produit directement l'ascension qui est synchrone avec lui et indirectement, en créant de la vitesse, prépare la seconde oscillation verticale de roiseau.

Tracé simultané des deux ordres d'oscillations de Voiseau. — Au heu de représenter séparément les deux ordres d'oscillations que l'oiseau exécute en volant, il est plus instructif de chercher à obtenir une courbe unique représentant l'ensemble des mouvements que le corps de l'oiseau exécute pendant sa translation dans l'espace.

La méthode qui a servi à obtenir les mouvements de la pointe de l'aile peut, avec certaines modifications, fournir le tracé simultané des deux ordres de mouvements que nous voulons déterminer. Pour cela, il faut que les deux tambours rectangulairement combinés soient reliés avec une même masse inerte.

Reportons-nous à la figure 97 (p. 247) où l'on voit les deux leviers conjugués communiquant entre eux par des tubes qui transmettent à l'un tous les mouvements que l'autre exécute. Quand on imprime au premier levier un mouvement quelconque, le second levier reproduit le même mouvement dans le même sens.

Chargeons maintenant l'un des leviers d'une masse de

plomb, et prenant en main le support de l'appareil, faisonslui décrire un mouvement quelconque dans un plan perpendiculaire à la direction du levier. Nous verrons que le levier n» 2 exécute des mouvements absolument inverses.

En effet, puisque la force motrice qui agit sur les membranes des tambours n'est autre chose que l'inertie de la masse de plomb, et que cette masse est toujours en retard sur les mouvements imprimés à l'appareil, il est clair que si l'on élève tout le système, la masse retiendra le levier en bas; que si l'on abaisse le système, la masse retiendra le levier en haut; que si on le porte en avant, la masse retiendra le levier en arrière, etc. Or le levier n** 2, exécutant les mêmes mouvements que le no 1, donnera des courbes qui seront absolument l'inverse du mouvement qu'on aura imprimé au support de l'appareil.

Ceci posé, passons à l'expérience. Pour cela, prenons l'appareil qui est représenté figure 99 sur le dos de la buse qui vole ; supprimons la tige qui recevait les mouvements de l'aile, ainsi que le parallélogramme qui les transmettait AU levier ; ne conservons que

le levier relié aux deux tambours, et la monture qui fixe le système tout entier sur le dos de la buse ; adaptons enfin une masse de plomb sur ce levier et faisons voler l'animal.

Le tracé recueilli est représenté figure 115. L'analyse de cette courbe est au premier abord extrêmement difficile ; nous espérons toutefois réussir à en montrer la signification.

Analyse de la courbe des oscillations de l'oiseau. ^— Cette courbe est recueillie sur le cylindre, dans les mêmes conditions que la figure 100 montrant les différents mouvements de la pointe de l'aile; la plaque se meut de droite à gauche ; le tracé se lira donc de gauche à droite. La tête de l'oiseau est placée vers la gauche ; son vol s'effectue dans la direction de la flèche.

Nous pouvons partager cette figure en une série de tranches au moyen des lignes verticales passant par des points homologues, soit qu'on mène ces verticales par le sommet des boucles, soit qu'on les mène par le sommet des courbes simples, comme cela a été fait pour les points a et e. Chacune de ces tranches renfermera des éléments assez semblables, sauf leur développement inégal dans les différents points de la figure; négligeons pour le moment ce détail.

Il est clair que le retour périodique de formes semblables correspond au retour des mêmes phases d'une révolution de l'aile de l'oiseau. La tranche a e représentera donc les différents mouvements de l'oiseau dans une même révolution.

Rappelons-nous que dans la courbe que nous analysons, tous les mouvements sont inverses de ceux que l'oiseau exécute en réalité. Les deux oscillations verticales de l'oiseau, la grande et la petite, doivent donc se traduire par deux courbes dont le sommet sera en bas. ïl est facile de reconnaître leur existence dans la grande courbe a b c et la petite c d e. L'oiseau montait donc de a en 6, descendait de h en c ; il remontait de c en d, redettcendait de d en e.

Mais ces deux oscillations chevauchent l'une sur l'autre, ce qui produit la boucle c d; l'oscillation c d e recouvre en partie la première en se portant du côté de la tête de Toi-

seau. C'est une preuve, puisque les indications de la courbe sont inverses du mouvement réel, que l'oiseau, à ce moment, se portait en arrière, ou du moins ralentissait sa vitesse. Cette figure résume donc tout ce que les expériences précédentes nous ont appris sur les mouvements de l'oiseau dans l'espace. On y voit que l'animal exécute, à chaque révolution de son aile, deux montées suivies de descentes ; que ces oscillations sont inégales : la grande, comme on sait, correspond à l'abaissement de l'aile, la petite à son élévation. On voit, enfin, que l'ascension exécutée par l'oiseau pendant la remontée de l'aile , s'accompagne de ralentissement de sa vitesse, ce qui justifie la théorie par laquelle cette remontée a été considérée comme faite aux dépens de la vitesse acquise par l'oiseau.

Mais ce n'est pas tout ; la figure 115 nous fait voir encore que les mouvements de l'oiseau ne sont pas les mêmes au commencement qu'à la fin du vol. Nous avons déjà vu (fig. 95 et 100 que les coups d'ailes, au départ, sont plus étendus; nous voyons ici qu'au départ, c'est-à-dire à gauche de la figure, les oscillations produites par la descente de l'aile sont aussi plus étendues. Mais la théorie fait prévoir que l'oscillation de la remontée de l'aile étant empruntée à la vitesse de l'oiseau doit être très-faible au début du vol, quand l'oiseau n'a encore que peu de vitesse. La figure nous montre que c'est bien ainsi que les choses se passent et qu'au début du vol, la seconde oscillation de l'aile (celle qui forme la boucle) est très-peu prononcée.

Nous voici donc en possession des notions principales sur lesquelles peut s'établir la théorie mécanique du vol. D'après toutes ces expériences, c'est pendant la descente de l'aile que se crée tout entière la force motrice qui soutient et dirige l'oiseau dans l'espace.

Théorie duvol de Voiseau. — Sur ce sujet, comme sur tous ceux qui ont beaucoup prêté à la discussion, presque tout a été dit; de sorte qu'il ne faut pas s'attendre à voir sortir des expériences qu'on vient de lire une théorie entièrement neuve. C'est dans Borelli qu'on trouve la première idée juste

sur le mécanisme du vol de l'oiseau. L'aile, dit cet auteur, agit sur Tair comme un coin. En développant la pensée du savant physiologiste de Naples, on dirait aujourd'hui que l'aile de l'oiseau agit sur l'air à la façon d'un plan incliné, pour produire contre cette résistance une réaction qui pousse le corps de l'animal en haut et en avant . Confirmée par Strauss-Durkheim, cette théorie a été complétée par Liais qui signale une double action de l'aile : d'abord celle qui, dans la phase d'abaissement de cet organe, soulève l'oiseau en lui imprimant une impulsion en avant ; ensuite l'action de l'aile remontante qui s'oriente à la façon d'un cerf volant et soutient le corps de l'oiseau en attendant le coup d'aile qui va suivre.

On nous a reproché d'aboutir à une théorie dont l'origine remonte à plus de deux siècles ; nous préférons de beaucoup une ancienne vérité à la plus neuve des erreurs, aussi nous permettra-t-on de rendre au génie de Borelli la justice qui lui est due, en ne réclamant pour nous que le mérite d'avoir fourni la démonstration expérimentale d'une vérité déjà soupçonnée.

Mais les théories sommaires qui avaient été émises jusqu'ici négligeaient bien des points importants que l'expérience révèle et que nous allons essayer de faire ressortir.

Ainsi, l'orientation du plan de l'aile avait besoin d'être connue à chaque instant du vol pour expliquer les réactions qui tendent toujours à soulever le corps de l'oiseau, tantôt en accélérant la vitesse de son vol, tantôt en la ralentissant (1). La fig. m a montré ces changements de plan.

1. Nous devons faire remarquer au lecteur que les inclinaisons représentées fig. 111, sont relatives à une ligne qui probablement n'est point horizontale pendant le vol. En effet cette ligne ne correspond point à l'axe du corps de l'oiseau, car l'animal suspendu au manège par un corset placé en arrière de ses ailes avait son centre de gravité en avant du point de suspension, ce qui le tenait un peu penché la tête en bas. Dans le vol libre, au contraire, l'axe du corps de l'oiseau est horizontal, sinon relevé de l'avant. Ramenée à cette position réelle, la figure 11 1 présenterait une nouvelle direction pour chacune des positions de l'aile qui toutes changeraient d'un même nombre de degrés. Alors, probablement, on verrait que l'aile présente toujours à l'air sa faCe