NOUVELLE DÉTERMINATION DE LA TRAJECTOIRE DE L^AILE

L'analyse simultanée des changements du plan de l'aile et des phases diverses de son parcours eût présenté de grandes difficultés, si nous n'eussions trouvé une nouvelle disposition des appareils permettant d'explorer, à la fois, un nombre presque illimité de mouvements différents.

Cette simplification de la méthode consiste dans l'emploi de fils pour transmettre le mouvement d'un point quelconque à l'appareil explorateur qui, à son tour, l'envoie par les procédés o inaires à l'appareil enregistreur.

Description des appareils. — Soit fig. 102, deux tambours à levier conjugués, semblables à ceux que nous avons déjà représentés fig. 21. Le levier L appartient à Tappareil explorateur, c'est-à-dire à celui sur lequel doit agir le mouvement qu'on étudie. Sur la monture de ce premier appaseil,

établissons une potence en fil de fer, de l'extrémité de laquelle un fil de caoutchouc F partira pour se rendre au levier L. Du même levier se détache un cordonnet de soie CC auquel est suspendue une balle de plomb.

Supposons que la balle soit dans la position la plus basse, c'est-à-dire au point A, le levier L prend la position marquée par une ligne ponctuée, tandis que, dans l'appareil enregistreur, l'air refoulé soulève le levier L' qui trace le mouvement.

Soulevons maintenant la balle, et portons-la dans la position B, l'élasticité du fil de caoutchouc remontera le levier.

F!g^. 102. — Transmission d'an mouvement de va-et-vient an moyen d'un simple

de traction.

Ainsi, le levier L est sollicité tour à tour par deux forces : c'est tantôt la traction exercée sur le fil de soie qui l'abaisse, en tendant le caoutchouc, et tantôt le retrait du caoutchouc qui réagit, aussitôt que la traction cesse. Ainsi, le levier suivra fidèlement tous les mouvements qu'on imprimera à l'extrémité du fil de tirage.

Le levier L', qui doit tracer sur le cylindre les mouvements qui lui sont transmis, se meut en sens inverse du mouvement qu'on imprime au cordon CG ; le tracé sera donc renversé, et s'il y avait quelque importance à l'obtenir

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dans le sens direct, il faudrait renverser le tambour enregistreur, de manière à tourner la membrane en bas ^

Avec deux appareils de ce genre, l'un soumis aux tractions verticales d'un fil attaché à l'aile de l'oiseau, l'autre soumis aux tractions horizontales d'un second fil également attaché à l'aile, on peut vérifier l'expérience qui nous a fourni la trajectoire de cet organe, et obtenir, dans des conditions de précision beaucoup plus grande, la courbe de ces mouvements. C'est ce que nous avons tenté de faire avec un succès complet ainsi qu'on le verra plus loin.

Mais ce n'est pas encore tout ce que nous voulions obtenir. On eût pu faire porter par l'oiseau les appareils que nous venons de décrire, les mettre en communication, au moyen de tubes, avec les enregistreurs, comme cela s'est fait dans l'expérience représentée fig. 99. Mais en cherchant à perfectionner l'analyse des mouvements du vol, nous désirions trouver un procédé qui fût également applicable à l'oiseau vivant et à toute espèce de machine destinée à reproduire artificiellement la locomotion aérienne.

Dans notre projet de reproduction artificielle des mouvements du vol, il faudra, pour ainsi dire, copier la nature dans sa fonction, comme un artiste la copie dans sa forme. Il faudra donner plus de vitesse aux mouvements trop lents, ralentir ceux qui sont trop rapides, jusqu'à ce qu'ils aient absolument les mêmes caractères et les mêmes effets mécaniques que ceux de l'oiseau.

Cette incessante comparaison exige que nous nous placions dans des conditions nouvelles. En effet, nos études analytiques ont porté jusqu'ici sur un oiseau qui vole en liberté; or, tant que nous n'aurons pas entièrement réalisé l'imitation du vol par des procédés mécaniques, il nous est impossible d'abandonner à lui-même un appareil artificiel; il se briserait à chaque expérience.

1. Autant on voudra étudier de mouvements, autant il faudra â'ap« pareils de ce genre. Mais trois leviers conjugués suffiront toujours pour explorer les mouvements d*un point dans l'espace, puisque chacune des positions de ce point est définie lorsqu'elle est déterminée par rapport à trois axes perpendiculaires entre eux.

La comparaison des mouvements de Toiseau avec ceux d'un schéma n'exige pas que ces mouvements s'effectuent dans les conditions du vol libre. Pourvu que l'oiseau, même entravé dans des mouvements, balte des ailes avec Tintention de voler, nous pourrons étudier ses actes musculaires avec leurs caractères, de force, d'étendue, de durée. Un oiseau qu'on aurait suspendu avec un fil, et qui battrait des ailes, pourrait, par exemple, être comparé à un appareil artificiel qui serait suspendu de la même façon.

Nous avons essayé d'un mode de suspension moins imparfait qui permet, d'une part, à l'oiseau de voler dans des conditions presque normales, et qui, d'autre part, fournira aux appareils artificiels le moyen de s'essayer dans leurs tentatives de vol, sans qu'on ait à craindre de les voir tomber, si les mouvements qu'ils produisent sont insuffisants à les soutenir en l'air. Voici la description de cet appareil suspenseur»

Il s'agit d'une sorte de manège de 6 à 7 mètres de diamètre, dans lequel l'oiseau se meut sans cesse, pouvant ainsi fournir à l'observation un vol circulaire de longue durée. On donne au manège un grand rayon, afin que sa courbe, étant moins brusque, modifie moins la nature du mouvement quo l'oiseau devra exécuter. Attelé, en quelque sorte, à l'extrémité d'un long bras qui tourne sur un pivot central, l'oiseau doit être, autant que possible, libre d'exécuter des mouvements d'oscillation verticale. On verra plus loin qu'un oiseau qui vole en liberté exécute un double mouvement d'oscillation, dans le plan vertical, à chacune des révolutions de ses ailes.

Disposition du manège. — Les conditions à remplir sont les suivantes : en premier lieu , une grande mobilité du manège, afin que l'oiseau éprouve le moins possible de résistance à vaincre pour sa translation; ensuite, une parfaite rigidité des bras de la machine , pour empêcher qu'elle ne prenne des vibrations propres, capables de dénaturer les mouvements exécutés par l'oiseau.

La figure 103 montre la disposition générale du manège» Un pivot d'acier, planté dans un socle de fonte massif et d'un

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grand poids, est placé sur la plate-forme d'une table de photographe. Cette table s'élève au moyen d'une crémaîl* 1ère, de façon que Topérateur, après avoir disposé ses appareils suivant les besoins de l'expérience, puisse remonter la plate-forme assez haut pour que le manège tourne librement au-dessus de sa tète.

Le manège proprement dit est un arc formé d'une longue planchette de sapin légèrement courbée. La corde de cet arc est un fil de fer qui, à sa partie moyenne, se fixe sur une cage de bois traversée par le pivot central. On a soin d'équilibrer les deux bras de l'appareil, c'est-à-dire d'ajouter des poids gradués au bras qui ne porte pas l'oiseau mis en expérience. Sans cette précaution, l'appareil, en tournant, imprimerait des mouvements de latéralité au pivot sur lequel il repose et à la base elle-même.

Pour fournir à l'oiseau un point de suspension solide qui fût à l'abri, non-seulement des oscillations verticales, mais des mouvements de torsion, nous avons terminé chaque bras du manège par une traverse de bois aux deux extcémités de laquelle sont fixés des cordons qui se rendent au plafond de la salle. En ce point est un crochet à pivot qui tourne librement avec le manège lui-même.

De Vappareil suapenseur de Voiseau. — La figure 104 montre les détails de cette suspension qui relie l'animal à l'extrémité du bras du manège, tout en gênant le moins possible la liberté de ses mouvements.

De Vappareil enregistreur. — Les tubes de transmission sont disposés le long d'un bras du manège; ils y sont maintenus sur toute la longueur et aboutissent à un enregistreur qui porte trois tambours à levier écrivant sur le cylindre tournant. Le manège, dans sa rotation, enroulerait autour de son axe les tubes de transmission, si Fenregistreur auquel ils se rendent ne participait pas à la rotation générale.

On voit dans la figure 103 comment cet appareil est disposé. Le cylindre est placé verticalement au dessus de Taxe du manège ; sur lui viennent écrire les trois leviers. L'ap-

pareil, dans son ensemble, repose sur une tablette qui

tourne sur le pivot central.

Nous nous trouvons dans les conditions bien connues oîi plusieurs mouvements à la fois s'enregistrent sur le mèma

'Cylindre : il est donc inutile de rappeler les précautions à prendre dans l'installation de l'appareil, telles que l'exacte superposition des pointes écrivantes, etc.

Les mouvements de l'aile sont d'une rapidité extrême; ils ne peuvent être enregistrés qu£ sur un cylindre qui tourne avec une très-grande vitesse; celui qui est employé ici fait un tour en une seconde et demie. La brièveté du temps •disponible pour écrire les mouvements de l'oiseau nous force à n'écrire ces mouvements qu'à l'instant précis où l'animal présente le phénomène que l'on veut observer : soit te plein vol, soit le ralentissement, soit les efforts du départ. Si les trois leviers frottaient constamment sur le cylindre, on n'aurait bientôt plus qu'un tracé confus. Il est indispensable de disposer Tappareil de façon que les pointes des leviers ne touchent le cylindre qu'au moment où se produit le phénomène que l'on veut enregistrer, et de faire cesser ce contact après une ou tout au plus deux révolutions du cylindre, afin d'éviter la confusion des traits.

Nous avons recouru pour cela aux dispositions déjà indiquées à propos des expériences sur la marche.

La figure 103 montre l'expérimentateur au moment où il ^recueille un tracé du vol d'un pigeon. Observant l'allure de i' oiseau, il saisit le moment du vol régulier et serre la boule •de caoutchouc; le contact des leviers se produit aussitôt et le tracé s'écrit. Après une seconde et demie, on cesse de serrer la boule, le ressort produit l'éloignement des leviers, et le tracé finit. Avec un peu d'habitude il est très-facile d'apprécier la durée d'une révolution du cylindre et de réduire à cette durée la longueur du tracé.

Cette longue description était indispensable car nous tenions à faire connaître cet appareil, le plus important de •tous à cause de sa double fonction. Nous aurons à l'employer non-seulement dans la phase analytique de ces études, mais aussi dans la phase synthétique, lorsque nous tenterons de reproduire les mouvements du vol de l'oiseau.

Détermination nouvelle de la trajectoire de Vaile d^un ^oiseau. — Un pigeon servit dans cette expérience. C'était

un mâle de la race dite Pigeon romain^ très-vigoureux et assez habitué à voler (1). La figure 104 montre la disposition des appareils que nous avons appliqués à Tétude de ses mouvements.

Cest à l'humérus que nous nous adressons directement pour obtenir le mouvement de l'aile dans Tespace. A cet effet, l'os est contourné par un fil métallique qui l'étreint comme un anneau et vient, par ses bouts libres, fournir, à l'extérieur de l'aile, une attache solide pour de nouveaux fils qui exercent leurs tractions sur les tambours explorateurs.

Les mouvements des deux ailes étant parfaitement symétriques dans le vol régulier, on fait converger, à chacun des tambours explorateurs, deux fils qui se détachent symétriquement des ailes. Ainsi, le tambour n° 1, destiné à signaler les mouvements d'élévation et d'abaissement de Taile, irecoit deux fils dont chacun se détache de l'un des huméniBdtt pigeon, à 3 centimètres en dehors de l'articulation de Té* paule; ces fils s'élèvent en convergeant, pour aller s'attacher. à la pointe du levier n** 1, tandis que, de cette môme pointe, part un fil de caoutchouc (2) qui sert de ressort antagoniste et. s'élève verticalement jusqu'à un crochet qui le retient par ea haut. On a vu précédemment (fig. 102) comment le levier du tambour explorateur reçoit, dans ces conditions, tous lesmouvements d'élévation et d'abaissement que l'humérus d& l'oiseau exécute.

Deux autres fils, détachés également, chacun d'un humérusdu pigeon et partant du même point de Tos qui donnait attache aux fils du tambour n° 1, convergent aussi , en se portant en arrière, et se rendent au levier du tambour n» 2. Ce dernier est l'explorateur des mouvements que l'aile exécute dans le sens antéro-postérieur. Les deux tambours envoient leurs mouvements par des tubes à air, jusqu'à l'enregistreur situé au centre du manège.

1. Ce dernier point est d'une extrême importance, car la plupart des oiseaux de volière sont incapables de servir, à cause de leur inexpérience du vol.

2. Dans la figure 104, on a remplacé le fil de caoutchouc par uaressort boudin.

Expérience. — Après s'être assuré que les deux leviers qui vont écrire ont bien leurs pointes situées sur la même verticale, on tâche le pigeon. L'animal fait les mouvemenls du vol, et bientôt entraine assez rapidement le manège auquel il est attelé. L'opérateur, placé au centre du manège, n'a qu'à faire quelques pas pour suivre la rotation de l'appareil. Pendant ce temps, il tient à la main la boule de caoutchouc qu'il lui suffira de presser pour que les deux leviers appuient leurs pointes contre le papier noirci et pour que le tracé commence à s'écrire. Dès que le vol est bien établi et qu'il semble s'exécuter dans des conditions satisfaisantes on serre la boule et on recueille le tracé représenté figure 10.%.

Tnterprélalion des tracés. — Les courbes se lisent de gauche à droite, comme l'écriture ordinaire. La courbe supérieure est celle que décrit l'humérus de l'oiseau dans ses mouvements d'arrière en avant et d'avant en arrière ; le sens de ces mouvements est indiqué par les lettres A et P, gui

veulent dire que tous les sommets des courbes, de même que le sommet Â, correspondent au moment où l'aile a atteint la partie la plus antérieure de son parcours; les parties inférieures de ces courbes, au contraire, correspondent tourtes, ainsi que le point P, au moment où l'aile a atteint la li-i mXe postérieure de son parcours.

La ligne horizontale qui coupe cette courbe a été tracée. dans une expérience préalable par la pointe du levier, an.. moment où les ailes de Toiseau, maintenues immobiles ftsti,^ un aide, pouvaient être considérées comme horizontd0<^ji ^ ment étendues et ne se portant ni en avant, ni en arriéra»: rJ Cette ligne représente donc, en quelque sorte, le zéro de to:. ' graduation des mouvements de l'aile dans le sens antéro*. i)Ostérieur. L'inspection de la courbe nous montre encoift que, dans ses mouvements, Taile du pigeon se portait siVr .^ tout dans le sens des sommets homologues du point A ; en d'autres termes, que le mouvement en avant prédominait sur le mouvement en arrière.

Les mêmes explications s'appliqueraient à la courbe inférieure H6 qui exprime les mouvements que l'aile exécute de haut en bas.

Pour savoir si, dans l'expérience présente, le parcours de l'aile du pigeon est sensiblement le même que celui de la buse dans l'expérience décrite au précédent chapitre , nous avons construit la courbe complète du parcours de l'aile pendant une de ses révolutions, en nous servant pour cette construction des deux courbes partielles de la figure 105. Voici comment on procède pour cette construction.

Afin d3 donner plus de facilité à la mesure des positions des différents points de ces courbes , on les décalque toutes deux (fig. 10)) sur un papier gradué en centimètres et en millimètres. On trace en ligne pleine Tune des deux courbes, celle des mouvements dans le sens antéro-postérieur, dont le sens est désigné par les lettres A et P ; puis on reproduit par une ligne ponctuée, la courbe des hauteurs avec les lettres H et B. On superpose ces deux tracés de manière à confondre l'une avec Tautre les deux lignes des zéros. De plus, on a soin de conserver, dans le décalque des deux courbes,

la superposition verticale des points correspondanta de chacune d'elles; on peut donc être sûr que, nartout oii une ligne verticale quelconque vient à couper les deux courbes, lesintersections correspondent à la position que l'humérus de

l'oi-eau occupe, à cet instant, par rapport à deux plans perpendiculaires l'un à l'autre. L'intersection avec la courbe ponctuée exprimera, par liilongueur de l'ordonnée menéede ce point à l'axe des abscisses, la position que l'aile occupe à cet instant par rapport î» un plan horizontal; l'intersection avec la courbe pleine exprimera la position de l'aile par rapport à un plan vertical.

Cette détermination est réalisée (fig. iOl) pour la trajectoire de l'aile qui se trouve construite, par points successifs, de la manière suivante :

Soient deux lignes : xx formant l'axe des abscisses et yy celui des ordonnées. Convenons que tout ce qui est en "haut de la ligne des zéros, dans la courbe pleine, c'est-à-dire tout ce qui correspond à un mouvement dans le sens antérieur, devra se pointer à droite de la ligne des y. Inversement, que tout ce qui est au-dessous des zéros, dans la courbe pleine, se pointera à gauche de l'axe des y. — La position par rapport à cet axe sera comptée , parallèlement à lui, au moyen des divisions millimétriques.

D'autre part, les différentes mesures prises sur la courbe ponctuée (celle qui exprime les hauteurs de l'ùle) devront se

pointer à la hauteur correspondante, comptée en dessus ou en dessous de la ligne des x, selon que ces points, dans la courbe des hauteurs, s'éloignent d'un certain nombre de millimètres, soit en haut, soit en bas de la ligne des zéros.

Prenons, comme point de départ, dans la construction de la courbe nouvelle, le point c choisi (fig. 107) sur la courbe ponctuée, i l'un des instants oii l'aile est arrivée à l'une de ses limites antérieures. Ce point, d'après la graduation millimétrique, nous indique que l'aile est abaissée de 13 divisions au-dessous de l'horizontalité. Suivons la verticale qui passe par le point c, jusqu'à sa rencontre avec la courbe du mouvement de sens antéro-postérieur ; l'intersection de cette verticale avec la courbe nous indique que l'aile, en ce moment, était portée en avant de 26 divisions. Sur la courbe nouvelle, le point a devra donc être marqué en un lieu bien déterminé c, qui se trouvera à l'intersection de la treizième division au-dessous de l'axe des x avec la vingt-sixième à droite de l'axe des y [ce qui, d'après notre convention, correspond à 2G divisions du côté de l'avanl).