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$ 200. Travail moteur mesuré d'après les données cinématiques de la photochronographie. — Il est évident que les évaluations du travail dépensé par l’oiseau auront d'autant plus de valeur, qu’elles reposeront sur une connaissance plus précise des actes cinématiques du vol.
La photochronographie donnera, à cet égard, tous les renseisnements nécessaires quand elle aura reçu les perfectionnements dont nous avons parlé plus haut $ 112 et surtout quand on aura déterminé, avec une grande précision, la position du centre de gravité de l’oiseau, pour chaque attitude de ses ailes”.
La mesure absolue du travail effectué par l’oiseau n’en restera pas moins une opération délicate, exigeant des connaissances mathématiques étendues”. En outre, cette mesure ne sera applicable qu’à l'instant du vol auquel se rapportent les documents
la chute qu'elle lui ferait faire dans le même temps. — Cest le raisonnement de Babinet dont l’inexactitude a été signalée tout à l'heure.
2° En estimant le travail du Pigeon d’après celui qu’un homme serait capable de faire, et en supposant que le travail de l'homme et celui de l'oiseau soient proportionnels à leurs poids respectifs. — Tout prête à la critique dans cette évaluation : le Pigeon d’une part est relativement mieux pourvu de muscles que l’homme et ne saurait lui être comparé. D’autre part, une erreur, sans doute, a fait trouver le nombre de 0*",450 que donne le calcul.
30 Goupil voyant un Pigeon voler sur place estime à six par seconde le nombre de ses coups d'ailes, l'amplitude de ses mouvements à 170°, ce qui correspondrait à un déplacement de 0,50 du point d'application de la résistance de l'air. L'auteur admet en outre que l'aile est active dansles deux sens de ses mouvements ; il estime enfin à 01,450 (poids de l'oiseau) la résistance de l’air et à 6 mètres le parcours etlectué par le point d’application de cette résistance.
De ces données il tire, pour la valeur du travail :. 0k,240 X 6 — 2x2,50. On a vu $ 168 qu'iln'est pas admissible que l'aile soit également active dans les deux sens de son mouvement; en outre le nombre de six battements d'ailes par seconde est plus faible que celui que l'expérience donne pour le vol du Pigeon. Les résultats obtenus par Goupil dans la mesure du travail ne paraissent donc pas mériter une grande confiance, malgré la coïncidence fortuite des trois méthodes employées,
1. La méthode de Borellus ($ 116) donne, à cet égard, des approximations trop grossières et peut amener des erreurs importantes dans l'estimation du travail.
2. Voir à ce sujet le Mémoire du capitaine de Labouret à la fin de ce volume.
photochronographiques. On va voir, en effet, que la quantité de travail dépensé par l’oiseau varie sans cesse, et décroît à mesure que s'accroît la vitesse du vol.
$ 201. Le travail est plus grand à l'essor qu’en plein vol. — La dépense de travail dans le vol ramé atteint son maximum au moment de l'essor et pendant quelques instants seulement. Aussitôt que l'oiseau a acquis de la vitesse, le vol lui devient bien plus facile : l’air résiste davantage sous l'aile, et l'amplitude des battements diminue beaucoup, en même temps que leur fréquence devient moindre. Pour ces diverses raisons, le travail de l'oiseau en plein vol doit s’abaisser bien au-dessous de sa valeur initiale.
L'observation montre, en effet ($ 20), que les Goélands ne donnent guère, en plein vol, que trois battements d'ailes par seconde, au lieu de cinq. En supposant que chacun des coups d'ailes exige toujours le même travail, on doit admettre que, par le fait de leur moindre fréquence, la dépense de travail à la seconde serait réduite, dans le plein vol, aux 3/5 de la valeur qu'elle avait à l'essor.
On sait également ($ 146) que l'amplitude des battements de l'aile diminue dans une proportion plus grande encore que leur fréquence : dans le plein vol, elle se réduit au #ers environ de ce qu'elle était dans les premiers instants. Cette diminution
d'amplitude réduit encore le travail dépensé à chaque batte-
ment au tiers de la valeur initiale.
Soit T le travail fait en une seconde par un oiseau à l'essor, en plein vol ce travail ne sera plus que
Ainsi, par l'effet d’une translation de plus en plus rapide, l'oiseau dépense de moins en moins de travail pour se soutenir sur l'air. Îl est comme un marcheur qui, avançant d’abord avec peine sur un sable mouvant, rencontrerait un sol de plus en plus ferme, et s’'épuiserait de moins en moins à enfoncer le sable sous
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ses pieds. On a vu ($ 153) l'explication de l’aceroissement de la résistance verticale de l’air sous l'influence de la rapide translation de l'oiseau. Quant à la résistance horizontale, elle décroît aussi, pendant quelque temps, sous l'influence de la vitesse, car l'aile remontante peut se présenter à l’air sous un angle de plus en plus aigu (S 168).
Mais quand l’angle minimum est obtenu, la résistance de l'air à la translation de l'oiseau cesse de décroître; elle augmente au contraire en raison du carré de la vitesse ($ 132), et impose une limite à la vitesse du vol.
L'observation montre du reste combien le vol de départ est fatigant. Les Pigeons, sur lesquels j'ai fait de nombreuses expériences, vivent en liberté et se jouent d'ordinaire pendant fort longtemps, en volant à de grandes distances. Ces mêmes oiseaux refusaient de voler, après cinq ou six essors dans lesquels ils parcouraient chaque fois 20 mètres à peine; ils restaient haletants, le bec ouvert; si on les forçait à un nouvel essor, ils ne donnaient plus qu'un vol descendant et se reposaient presque
aussitôt.
$S 202. Travail dans le vol ascendant et dans le vol descendant. — Indépendamment du travail nécessaire pour se sou-
tenir et se propulser, les oiseaux, quand ils s'élèvent en volant, font encore un travail supplémentaire qui a pour mesure leur poids multiplié par la hauteur à laquelle ils s’élèvent. Ce travail, toutefois, ne s'ajoute pas entièrement à celui du vol proprement dit, car l'ascension d’un oiseau s'accompagne toujours d’une perte de vitesse, comme l'ont si bien observé Huber et les fauconniers ($ 4); d’après eux, un oiseau qui s'élève sous un angle de 15° volerait frots fois moins vite que dans un plan horizontal.
Dans le vol descendant, au contraire, la pesanteur travaille avec l’oiseau pour accélérer le vol; dans le planement descendant, les battements d’ailes s'arrêtent même tout à fait : la pesanteur agit seule alors et fait glisser l’oiseau sur l'air, comme sur un plan incliné. Plus la descente s'approche de la verticalité, plus
elle est rapide: la chute foudroyante du Faucon est de ce genre. L'oiseau serre alors les ailes contre le corps, pour donner le moins possible de résistance à l’air, et laisser la pesanteur produire librement l’accél{ration !.
Il semble assez vraisemblable qu’un oiseau, si rien ne le force à presser son allure, doit faire un travail constant, soit dans Le vol horizontal, soit en montant ou en descendant *. S'il en était ainsi, on aurait, dans les variations de la vitesse du vol, un contrôle des mesures de la résistance de l'air à la translation de l'oiseau, et du travail dépensé à vaincre cette résistance. En effet, si l’acte de s'élever à une certaine hauteur entraîne un ralentissement de la translation, parce que l'oiseau économise dans un sens le travail qu'il dépense dans un autre, on pourrait considérer comme égales les quantités de travail produites, en plus par l'effet de l’ascension de l'oiseau, et en moins par l'effet de sa diminution de vitesse. La mesure du travail de montée est fort simple, puisque c’est le poids de l'oiseau multiplié par la hauteur à laquelle il s’est élevé; on estimerait facilement, par cela même, le travail correspondant à la diminution de vitesse observée.
Les mêmes remarques s'appliquent à l'accroissement de vitesse dans le vol descendant. Mais, pour les mesures de hauteur et de vitesse, l’observation ne suffit pas; il faudra recourir à quelque méthode susceptible de précision ($ 196).
$ 203. Travail relatif des grands et des petits oiseaux. — On a observé que Le vol ascendant, qui est évidemment le plus
pénible de tous, n’est guère pratiqué que par les petits oiseaux et pendant un temps assez court. Le Pigeon le soutient quelques
secondes seulement.
Mais, dans le vol de longue haleine, les grands oiseaux ne
1. Un oiseau qui fuit en descendant et veut distancer son ennemi ménage sa chute et suit une ligne faisant avec l'horizon un angle assez aigu; mais alors il combine l’action de ses ailes avec celle de la pesanteur : c’est le vol à tire d'ailes.
2. Un homme à son allure normale ralentit toujours sa marche lorsque le terrain monte, et l'accélère quand le terrain descend.
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s'élèvent que sous un angle très aigu : le Faucon, d’après Huber, ne fait pas de carrières à plus de 20° d’inclinaison; Le plus souvent, c'est l'angle de 10° qui correspond au rapport de sa vitesse à son ascension. L’Aigle s'élève sous un angle plus faible encore. lorsque le vent ne lui prête pas son aide.
Les petits oiseaux seraient-ils donc relativement plus forts que les grands ? Beaucoup d’auteurs l’ont pensé, mais sans en donner de preuves".
Ce que l’on sait de la physiologie des muscles porte à croire, au contraire, que le travail d’un oiseau est proportionnel à son poids. C’est même cette proportionnalité qui rend compte des différences de fréquence qu’on observe dans les battements des ailes chez les grands oiseaux et chez les petits ($ 20).
En Allemagne, Helmholtz, Müllenhoff, Strasser ont fait, sur le travail de l'oiseau, des calculs dont je n’ai pu avoir qu'une connaissance fort imparfaite, mais pour lesquels manquaient visiblement les données expérimentales sur la nature des mouvements quise produisent dansle vol.
Helmholtz et Müllenhoff ont étudié l'influence du poids de l'oiseau sur la valeur relative du travail qu'il doit dépenser dans le vol. Pour Helmholtz?, l'accroissement de la taille
1. Dans son intéressant travail, Goupil (loc. cit., p. 25) a étudié, au point de vue mécanique, le rendement comparatif de deux moteurs semblables, mais de dimensions différentes. Il arrive à conclure que le travail est proportionnel au cube des dimensions linéaires des machines ou à leurs poids ; mais ce rendement ne se produit qu'accidentellement et quand les machines épuisent la vapeur en réserve. En marche courante, il faut tenir compte de la génération plus ou moins rapide de cette vapeur ; or comme cette génération dépend de la surface de chauffe, elle n’est proportionnelle qu’au carré des dimensions des deux machines.
On ne saurait, à mon avis, imposer cette restriction au travail des moteurs animés. Ce travail se produisant dans chaque cellule des muscles est proportionnel au nombre de ces cellules, c’est-à-dire au poids des muscles euxmêmes et, pour des oiseaux semblables, proportionnel à leurs poids.
2. Helmholtz considérant l'accroissement linéaire À des dimensions d’un oiseau admet que le poids de l'animal doit croître d’une quantité proportionnelle à *, mais que le travail nécessaire à la propulsion doit, toutes choses égales d’ailleurs, augmenter proportionnellement à à Z.
serait une condition défavorable. Müllenhoff! voit, au contraire, dans l’augmentation de la taille des oiseaux une cause de dimis nution dans le travail nécessaire pour voler.
$ 204. Pendant la remontée de l'aile, les muscles pectoraux font du travail négatif. — Le grand muscle pectoral résiste, avons-nous dit, à la remontée de l’aile, mais cède en résistant. Ce muscle fait donc du travail négatif ; il agit comme ceux d’un homme qui prenant un fardeau dans un endroit élevé le déposerait lentement à terre, en contractant continuellement des muscles, pour ralentir les effets de la pesanteur, mais en somme en cédant à cette force”.
Le travail résistant a la même mesure que le travail impulsif:
c'est l'effort multiplié par le chemin parcouru. Dans la remontée de l’aile, l'effort de l’air (égal au poids de l’oiseau) multiplié par
la quantité dont se déplace verticalement son point d'application donne la mesure du travail. Sans spécifier exactement le centre d'action de l’air sous l’aile remontante, nous savons qu'il est plus rapproché du corps que dans la descente : assez voisin probablement du tiers interne de l’aile. Le travail négatif produit pendant la remontée de l'aile est donc plus faible que le travail positif effectué dans son abaissement.
En mécanique, le travail résistant que fait un ressort qu’on tend, un gaz que l’on comprime, un poids qu’on remonte, est susceptible d'être restitué plus ou moins complètement par la détente du ressort ou du gaz, ou bien par la descente du poids. Se produira-t-1l quelque chose d’analogue quand le muscle grand
1. Müllenhoff, Études sur le travail dépensé dans le vol, considérant que si le poids et le travail moteur de l'oiseau croissent dans un même rapport, celui des cubes des dimensions linéaires, la résistance de l’air ne croît que dans le rapport du carré de ces dimensions. Il s'ensuit donc que les gros oiseaux, comme les gros navires, trouvent relativement moins de résistance à leur translation et dépensent moins de travail.
2. Un muscle qui s’allonge en résistant produit les mêmes actes intérieurs ques’il se raccourcissait : il acquiert une force élastique, absolument comme pour soulever un poids; seulement, cette force étant un peu moindre que la résistance qui lui est opposée, c'est cette résistance qui l'emporte, commande le sens du mouvement, et en règle la vitesse.
