INTRODUCTION

On a remarqué, il y a longtemps pour la première fois, que certaines espèces d'oiseaux peuvent planer presque indéfiniment dans Pair, c'est-àdire s'y maintenir sans battements d'ailes et sans autre mouvement qu'un léger balancement du corps, malgré leur densité plusieurs centaines de fois plus élevée que celle de Tair, où ils'semblent cependant flotter en ondulant comme sur les vagues d'un torrent invisible.

Il n'a été donné aucune explication satisfaisante de cette anomalie et je n'en aurais point cherché si je n'avais eu la satisfaction de constater qu'il n'y a pas là seulement un problème ornithologique, mais une question pouvant conduire à des conclusions importantes pour la mécanique et ses applications. Ces conclusions sont au premier abord absolument paradoxales, car elles impliquent que, dans certaines conditions déterminées, des corps pesants sans liens avec la terre, immergés dans l'air et libres de s'y mouvoir, peuvent se maintenir indéfiniment dans ce fluide sans dépenser notablement d'énergie.

Ces corps peuvent cire d'une structure entièrement mécanique, comme

(1) Ce mémoire a été présenté en avril 1893 à l'Académie nationale des sciences, et en août au Congrès international aéronautique de Chicago.

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nous le verrons plus loin, mais nous allons continuer pour le moment à considérer les caractères du support invisible de Toiseau planeur et à étudier ses mouvements comme un exemple fécond offert par la nature pour montrer la possibilité d'une solution mécanique rationnelle du problème.

Nous remarquerons, en revenant à notre sujet, que rien d'analogue au vol à voile ne se passe dans un milieu liquide tel que le courant d'une rivière et que nous ne pouvons trouver là par conséquent aucune explication du phénomène de la sustentation dans un fluide d'êtres beaucoup plus denses que lui, presque immobiles et libres de s'y mouvoir, comme cela se produit dans les courants aériens. Des observations multipliées m'ont en effet convaincu, comme tant d'autres, que le planement des vautours, par exemple, parait être le résultat d'une force dont l'invisible action peut soutenir l'oiseau

souvent pendant près d'une heure dans le fleuve aérien.

Ceux qui n'ont jamais assisté à ce phénomène l'expliquent volontiers par quelque mouvement vibratoire des ailes, mouvement assez rapide pour passer inaperçu, mais tout observateur acquiert vite la conviction formelle de la rigidité et de l'immobilité des ailes, animées seulement d'un faible balancement qui exige peu de force.

Je m'empresse de reconnaître tout ce que je dois à un observateur très consciencieux, M. Mouillard (1), qui a étudié avec beaucoup d'ardeur les phénomènes du vol à voile et les a décrit avec une exactitude incomparable et qui affirme que dans certaines circonstances l'oiseau s'élève et avance contre le vent sans battre des ailes.

Quant à moi, vivement intrigué dès mon enfance par l'énigme de ce vol, j'ai toujours été surpris de l'indifférence des physiciens à cet égard.

Voir suspendus pendant des heures au-dessus de nos tôtes des corps presque immobiles pesant jusqu'à 5 kilogrammes et au-delà, plusieurs centaines de fois plus denses que l'air, n'est-ce pas là littéralement un miracle physique, miracle moins surprenant, il est vrai, que la rareté avec laquelle ces étranges phénomènes ont attiré l'attention de ceux qui se sont consacrés cependant à l'étude de la nature ?

Il est juste de reconnaître toutefois que les oiseaux du genre vautour, parmi lesquels on trouve les grands et excellents planeurs dont les évolutions sont le plus frappantes, n'habitent pas les contrées de la zone tempérée boréale où se trouve la majorité de ceux que leur éducation rend aptes à ces sortes de recherches. Toutefois, môme à Washington où l'auteur écrit ces lignes, on peut voir parfois des vingtaines de gros oiseaux glissant ensemble dans l'air suivant ou contre le vent et montant à leur gré, les ailes presque immobiles.

« Quand on parle de cette ascension sans dépense apparente de force aux personnes qui n'en ont jamais été témoins, dit M. Mouillard, celles-ci sont toujours disposées à l'attribuer à des mouvements imperceptibles, et l'observateur sous les yeux mêmes duquel s'est produit une fois par hasard le vol

(1) L.-P. Mouillard : L'empire de Vair. 1881, — Paris, G* Masson, éditeuré

plané, hésite à croire le témoignage de ses sens et est presque tenté, à la réflexion, de douter de révidcnce. »

Partageant entièrement celte manière de voir, je me bornerai, en laissant de côté toutes mes autres observations personnelles, à citer un exemple dont je puis affirmer Texactilude et qui permettra de s'expliquer certains fails.

Le busard commun (Calhartes aura) se trouve en si grand nombre aux environs de Washington qu'il est rare de ne pas en apercevoir quelques- ,1

uns glissant dans le ciel en décrivant des t:ourbes au-dessus de quelque point du sol, ou plus rarement se mouvant presque en lignes droites, les ailes étendues rigides, s'il fait un vent modéré.

J'eus une seule fois l'occasion d'étudier de près les mouvements de ces oiseaux; je traversais le long aqueduc du Polomac par une brise très violente S

de novembre dont la vitesse ne devait pas être inférieure à 56 km. à l'heure (15 m. 60 par seconde). A environ un tiers de la largeur du fleuve à partir de la rive droite et immédiatement au-dessus du parapet droit du pont, à une hauteur qui n'excédait pas. 20 mètres, un de ces busards se plaisait, je ne sais pourquoi, à rester. La brise n'étant troublée en cet endroit par aucune irrégularîté du sol, balayait directement la rivière avec une violence eff'rénée. L'oiseau, suspendu dans ce torrent aérien qui semblait ne pas exister pour lui, décrivait en glissant sur l'air une petite courbe ovale dont le grand axe, à peine égal au double de son- altitude au-dessus de l'eau, paraissait coïncider avec la trajectoire du vent.

Le busard resta continuellement bien en vue ; il décrivit plusieurs

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courbes, s'élevant et descendant très peu dans sa course y.un très léger balancement le jaieait progresser contre le vent aussi bien que latépak- H*e»t. L'oiseau se maintenait finalement au même niveau et à la môme place avec si peu d'effort qu'il semblait s'abandonner nonchalamment aux fluctuations d'une vague invisible.

L'examen le plus attentif me permet de certifier l'absence, non-seulement de tout battement d'aile, mais même de toute vibration des plumes pendant la durée considérable de l'observation. Cette durée n'a pas été déterminée exactement, mais elle s'est prolongée jusqu'à ce que j'aie dii, transi par la bise glaciale, me retirer en laissant l'oiseau flottant à la même hauteur et parcourant les mêmes orbes avec les mômes apparences de repos indolent.

Si le vent était ce qu'on suppose ordinairement, la sustentation de cet oiseau n'aurait pu être plus facile dans un courant horizontal que dans l'air calme. J'acquis cependant la certitude de ce fait incontestable d'observation, que la présence du vent est indispensable à la production du vol à voile et il me sembla d'abord impossible de concilier des faits de ce genre avec les lois admises du mouvement.

La lumière me vint par un de ces hasards qui se produisent parfois lorsque l'esprit, concentré sur un objet particulier, cherche partout un guide pour arriver à une solution.

En 1887, pendant mes expériences en plein air avec le manège installé à Tobservaloire d'AlIegheny (1), j'avais choisi une après-midi calme pour procéder à mes essais; mais, en l'absence d'un calme absolu qui ne se produit presque jamais, j'avais placé en plein air, afin de déterminer exactement la vitesse de la faible brise qui soufflait alors, un de ces petits anémomètres très légers qu'on emploie dans les hôpitaux. L'extrême irrégularité de cet appareil me frappa et je pensai d'abord que le jour choisi était plus défavorable que je ne l'avais cru. Cependant, des observations ultérieures me montrèrent que les mouvements de l'anémomètre sont toujours fort irréguliers lorsque celui-ci est suffisamment léger et qu'il possède peu d'inertie, et que cela est surtout apparent si les indications sont relevées chaque seconde et non chaque minute.

Une fois mon attention excitée par ces particularités, leur importance considérable pour la réalisation de certaines applications mécaniques m'apparut. J'imaginai alors un appareil spécial, décrit plus loin, h l'aide duquel je fis des observations qui démontrèrent que le vent en général n'est pas, comme on le croit communément, de l'air animé d'une vitesse approximativement semblable en différents points d'une même couche, mais que môme en considérant des sections aussi étroites que possible, le vent, loin d'être toujours sensiblement homogène, est au contraire variable et irrégulier au-delà de tout ce qui a été pressenti; la plus minime section du courant aérien ne parait pas pouvoir être considérée comme homogène et l'on y doit admettre l'existence d'un mouvement intérieur distinct du mouvement général du fluide et de celui des corps environnants. Je crus devoir en conclure nécessairement à Tcxistence ici d'une énergie qu'on pourrait appeler le travail intérieur du vent (2).

Il m'a semblé concevable, après une étude approfondie, qu'on puisse trouver dans ce travail intérieur une source de force capable non seulement de s'opposer à la chute d'un corps inerte, mais encore de déterminer l'ascension de celui-ci et même (cette force étant probablement la cause du planement) de faire mouvoir contre le vent un corps quelconque convenablement disposé, organique ou mécanique, entièrement immergé dans le courant aérien et libre de s'y mouvoir.

Je n'imaginais nullement alors des moyens de réaliser ces conditions, mais j'arrivais à me convaincre que les lois du mouvement ne s'opposent pas à une action de ce genre, mécaniquement réalisable, quelque difficultés qui pussent surgir dans Tapplication.

(1) Expériences d'aérodynamique [Revue de V Aéronautique j 1891, 3° et 4° livraisons).

(2) Comme l'expression travail intérieur est souvent employée en thermo-dynamique dans le sens d'action moléculaire^ on pourra observer qu'elle ne se rapporte pas ici à des mouvements moléculaires, mais à des pulsations d'une a.mplitude sensible qui existent toujours dans le vent, comme on le verra plus. loin. L'importance considérable et extraordinaire que ces pulsations pourront avoir en mécanique sera démontrée dans le présent travail dont elle fait l'objet. Le terme « travail intérieur », pris dans le sens que je lui attribue, est trop signiiicatif pour que je ne l'emploie pas malgré l'ambiguïté qu'il peut présenter.

S'il «1 été difficile à divers observateurs comme à moi-même d'envisager la question sous son véritable jour, môme à la lumière d'une possibilité théorique, cela a pu provenir d'une erreur introduite non dans le raisonnement, mais dans les prémisses, erreur consistant dans la forme de celte supposition tacite faite par la plupart des auteurs, que le mol vent signifie quelque chose de si simple, de si facile à comprendre et de si généralement compris qu'une définition spéciale en serait inutile, tandis que les observations qui vont suivre montrent au contraire que ce mot doit être considéré comme le nom générique d'une série de phénomènes infiniment complexes et peu connus.

Sans décider maintenant si l'on peut effectivement construire un mécanisme qui tirera de la nature môme du vent dans lequel il sera immergé le principe de sa propulsion contre ce vent, nous engagerons d'abord le lecteur à considérer comme évident qu'il n'y a dans cette conception rien de contraire aux lois connues du mouvement ni de théoriquement impossible, lorsque l'on admet que le vent est, non pas ce qu'on a cru jusqu'ici, mais ce que les observations suivantes vont démontrer.

Nous prouverons d'abord la complexité de la nature du vent, ses mouvements internes, l'énergie pouvant résulter de ce travail intérieur; nous exposerons ensuite nos essais pour mesurer celle énergie à l'aide d'appareils spéciaux indiquant les variations rapides qui se produisent, pour ainsi dire, à V intérieur du vent.

Ces résultats pourront, je l'espère, intéresser les météorologistes, mais c'est surtout en aérodromique (1) qu'ils sont appelés à acquérir une importance capitale.

Les observations citées en premier lieu ont été efl^ectuées en 1887, à Allegheny, et sont complétées par d'autres faites à Washington en 1893(2).

On en admettra l'importance si l'on considère qu'elles impliquent, comme on le verra, non seulement la possibilité théorique, mais encore la possibilité mécanique, pour un corps pesant entièrement plongé dans l'air, de parcourir l'atmosphère dans toutes les directions sans le secours ordinaire delà voile ou de la vapeur et sans absorber d'autre force que l'énergie latente renfermée dans les vents eux-mêmes dont la cessation serait le seul obstacle à la prolongation indéfinie du voyage aérien.

Un navire peut marcher contre le vent à l'aide du vent lui-môme, grâce à la réaction sur sa carène de l'eau où il flotte ; or j'affirme, contrairement à l'opinion commune et à ce que semble d'abord enseigner la physique, qu'il

(1) De a£pol^po[JLE(o, je traverse l'air; agpoBpoixoç, celui qui parcourt l'air.

(2) On remarquera que le fait de l'observation n'est pas tant un mouvement de courants tel que la indiqué lord Rayleigh {Naiur, Londres, 5 avril 1883) et encore moins le mouvement de courants distincts à une grande hauteur au-dessus du sol, que ce qu'il faut plutôt appeler l'effet des irrégularités et dos pulsations de tout vent ordinaire, dans la limite immédiate du champ d'expérience, quelque restreint qu'il soit.

Lord Raylcigh fait remarquer que le planement prolongé exige que la trajectoire du vent ou celle de l'oiseau ne soit pas horizontale ou que le vent soit irrégulier. « Les deux premiers cas, dit-il, sont probablement les plus frrqucuts, mais la question que je désirerais élucider est celle du rôle possible des irrégularités du veut. »

n'est pas impossible qu'un corps pesant presque inerte, entièrement plongé dans Tair puisse être amené à s'y mouvoir de môme.