CHAPITRE VIII

DU COUP D'AILE

Torsion de Taile sous rinfluence de la résistance de Tair. — Inscription de cette torsion dans ses rapports avec les différentes phases d'un battement d'aile. — Figure représentant Tinclinaison de Taile aux divers points de sa trajectoire. — Des réactions verticales que le coup d'aile imprime au corps de l'oiseau ; caractères de ces réactions dans les différentes espèces. — Rapport des oscillations verticales avec les phases du battement de l'aile. — Variations de la vitesse de l'oiseau aux différentes phases du battement des ailes. — Résumé des applications de la méthode graphique à l'analyse des phénomènes du vol.

§ 78. Torsion de Faile sous Tinfluence de la résistance de Fair. — Quand l'aile qui descend rencontre la résistance de Fair, cette résistance a pour effet de changer la courbure des rémiges et de tordre la surface de Taile. Prechtl a montré l'utilité de cette élasticité des rémiges qui emmagasinent, à la façon d'un ressort, une partie du travail moteur dépensé dans le coup d'aile, et restituent ensuite ce travail en reprenant leur forme première*.

Si les mouvements que l'aile décrit dans l'air, à chacun de ses battements, étaient parfaitement connus, il serait peut-être possible de prévoir à quel moment se produisent les changements de courbure des rémiges, les torsions et les détorsions de l'aile, mais, dans l'état encore imparfait de nos connaissances, il vaut mieux déterminer expérimentalement les différentes flexions de l'aile par l'effet de la résistance de l'air.

i. C'est toujours par l'action de tissus élastiques que l'organisme utilise les forces motrices, essentiellement intermittentes, qui sont engendrées dans le tissu musculaire. On trouve dans la circulation du sang d'intéressantes applications de ce principe.

il6 LE VOL DES OISEAUX.

D'autre part, TefTet des coups d'aile étant de soutenir l'oiseau et de le transporter dans Tair, il y a lieu de rechercher si l'oiseau va droit à son bufe comme une flèche, ou si, comme tous les genres de locomotion animale, le vol s'accompagne de certaines saccades qui consistent en changements périodiques de niveau et de vitesse de l'animal, changements rythmés avec l'action intermittente de ses muscles.

L'observation donne à cet égard quelques renseignements. Les battements des ailes impriment au corps des réactions verticales parfois très visibles, tandis que, dans le vol plané, l'oiseau paraît glisser sur l'air, sans présenter la moindre saccade.

Les oscillations verticales se voient très bien sur les Mouettes et les Goélands qui suivent les navires. Pendant de longues heures, on les voit sautiller à chaque battement d'ailes, et l'on peut apprécier l'étendue de ces oscillations, en prenant pour point de repère certains agrès du navire, le bord d'une vergue par exemple.

S'il y a des saccades dans le sens horizontal, elles doivent consister en variations périodiques de la vitesse de translation. Je crois avoir également observé des mouvements de ce genre sur les oiseaux de mer, mais ils sont beaucoup moins faciles à saisir que les changements de hauteur.

Ces diverses saccades, si elles sont fort prononcées, constituent, en réalité, des imperfections dans le vol : elles entraînent en effet une dépense de travail moteur entièrement inutile, puisqu'elle s'applique à imprimer à la masse de l'oiseau des accélérations de signes contraires*.

C'est encore à la méthode graphique de déterminer si ces mouvements existent au même degré chez les différentes espèces et à quels instants du battement de l'aile ils se produisent.

Pour résoudre ces nouvelles questions, il faudra introduire quelques modifications dans les appareils que le lecteur connaît déjà.

1 . Ce vol saccadé m'a paru ne se produire d'une manière bien nette que si l'oiseau s'astreint à ralentir son vol, pour le régler sur la vitesse du navire.

§ 79. Inscription de la torsion de Faile dans ses rapports avec les différentes phases d'un battement. — Il a fallu faire subir certaines modifications à l'appareil pantographique pour quïl pût fournir, en même temps que la trajectoire de l'aile, l'indication des changements d'inclinaison qu'elle présente aux différentes phases du battement *.

L'appareil fut placé sur le dos d'une Buse vigoureuse et fami-

1. Pour faire comprendre la transmission et Tinscription des changements du plan de Taile, considérons d'abord un appareil schématique (fig. o8) dont les organes sont réduits à une extrême simplicité.

La tige H correspond au levier du pantographe explorateur placé sur le dos de la Buse. Cette tige peut exécuter autour d'un mouvement de Cardan c tous les mouvements possibles, sauf celui de torsion sur son axe. Si donc

Fig. 58. — Représentation schématique du levier pantographique transmettant les changements de position de l'aile et les changements d'inclinaison de sa surface.

nous implantons sur la tige W une autre tige l' qui lui soit perpendiculaire et si nous cherchons au moyen de mouvements de torsion à dévier cette tige /' du plan où elle est située, le joint de Cardan résistera à. cet effort.

Mais si, en arrière du joint de Cardan, la tigep, qui prolonge tt, peut pivoter sur son axe, les mouvements de torsion de tt se reproduiront enp; et si une tige I, parallèle à /', est implantée sur p, les changements de plan imprimés à r se répéteront fidèlement en /.

Imaginons enfin que les mouvements de l se transmettent à un style inscripte ur par les moyens déjà connus, on aura ainsi la courbe des changements de plan de Taile. Or, dans cette courbe, si les ordonnées positives expriment une rotation dans un sens à partir d'une situation définie du plan de l'aile, les ordonnées négatives exprimeront une rotation en sens contraire.

On comprendra, sans difficulté, la fonction des différentes pièces représentées fig. 59, avec la forme qu'on a dû leur donner dans la construction réelle.

tt est le levier du pantographe, A un arc métallique sur lequel passe un fil V, qui transmet à un tambour explorateur les mouvements de l'aile suivant la verticale, h est un autre fil qui transmet les mouvements de sens horizontal. C représente le joint de Cardan, et derrière celui-ci l'axe tt prolongé porte une poulie qui, suivant le sens de la torsion de l'axe, tourne à droite ou à gauche. Ce mouvement de rotation, suivant le sens où il s'opère,

liarisée depuis longtemps avec les expériences de ce genre. Du premier coup, j'obtins le tracé complet représenté par la figure 60. Dans cette figure, la ligne pleine A P exprime les mouvements de Taile dans le sens antéro-postérieur ; la ligne HB, formée de traits, traduit les mouvements de haut en bas, enfin la ligne S,

tire dans deux directions opposées le fil r7\ qui actionne un troisième tambour transmettant les mouvements de rotation de la tige.

Reste à expliquer le rôle de la pièce terminale à 3 branches bbb qui s'adapte au levier pantographique.

Cette pièce est formée de languettes articulées autour d'un centre commun, à la façon des lames d'un éventail; on l'applique sur la face supérieure de Taile, et l'on coud chacune des lames avec les tuyaux des rémiges auxquelles elles s'appliquent solidement. Le plan de ce petit éventail éprouvera donc tous les changements d'inclinaison que présentera la surface de

Pig. 59. — Disposition réelle du levier pantographique explorateur des mouTeiuents de Taile et de

ses changements de plan.

l'aile sur laquelle il est fixé. A son autre extrémité, le petit éventail est soudé à un tube dans lequel s'introduit la tige tt qui y glisse librement, de telle sorte que, pendant les ploiements et déploiements de l'aile, l'éventail qui accompagne la main de l'oiseau se meut le long de la tige tt, en s'éloignant ou s'approchant de l'articulation de l'épaule.

Mais si ces glissements du tube sur la tige sont nécessaires, il est d'autre part indispensable que la tige ne puisse pas tourner dans ce tube, sans quoi les changements de plan imprimés à l'éventail ne se transmettraient pas, par la tige, à la poulie située derrière le joint de Cardan. Pour obtenir cet effet, j'ai donné à la tige tt une forme cannelée, et au trou du tube de l'éventail une forme étoilée, de telle sorte que chacune des cannelures de la tige glisse dans une des branches de l'étoile. Cette disposition, qui permet librement les glissements d^ tube sur la tige, rend au contraire la rotation de ce tube impossible sans que la tige tourne ellemrme et transmette les changements d'inclinaison de l'aile qui lui ont imprimé sa torsion.

INSCRIPTION DES EFrETS MÉCASIQIIES W COUP D'AILK. Il»

ponctu^'e, correspond aux torsions de l'nile dans les deux sens o{iposi5s.

Le sens de rotation de l'aile esl ainsi exprimé dans lu cuurbe S :

quand le bord postérieur de l'aile se soulève, la courbe s'élève; quand ce bord s'abaisse, la courbe descend. Le zéro de la courbe S (toit correspondre au moment oii l'aile est borizontale.

S 80. Figure représentant l'inclinaison de l'aile aux tJîvers points de sa trajectoire. — J'ai construit, par les procédés géométriques indiqués au § 73, la trajectoire de l'aile de la Uuse ; puis, en déterminant les difTérentes inclinaisons de l'aile qui correspondent aux différentes ordonnées positives ou négatives de la courbe S, j'ai tracé sur '"'*■*"'* "dJXliJTj^&'B'l^';"'''™"'' la trajectoire ces inclinaisons dans les positions que leur assignaient les relations de syncbronismc existant entre les trois courbes.

On remorquera qu'à la fin de l'abaissement le pian de l'aile

change brusquement de direction et présente en avant la face qu'il tournait tout à Theure en arrière. Il semble qu'on assiste à la détente élastique des rémiges qui avaient été bandées comme des ressorts par la résistance de Tair, pendant le coup d'abaissement *.

L'expérience justifie donc la supposition des anatomistes qui, en constatant l'élasticité des rémiges, leur attribuaient le rôle de ressorts emmagasinant et restituant tour à tour une partie de l'effort des muscles.

J'ai montré ailleurs que si des muscles agissent d'une manière intermittente pour vaincre les résistances qui s'accroissent plus qu'en raison de la simple vitesse, il y a avantage à prolonger l'action de la force par l'élasticité d'un ressort*. Or, c'est précisément le cas des muscles de l'aile de l'oiseau : la résistance qu'ils rencontrent dans l'air et celle que leur présente l'inertie de la masse de Toiseau, croissent toutes deux comme le carré de la vitesse. Tout ce qui prolonge la durée de l'effort des muscles de l'aile produira donc une économie de travail.

L'inscription mécanique des changements d'inclinaison de l'aile et de sa trajectoire a pour défaut principal d'exiger des expériences très laborieuses et la construction d'appareils très délicats ^ ; mais les résultats qu'elle a donnés sont d'autant plus

i. Certaines considérations et les résultats d'expériences ultérieures me portent à croire que Torientation de cette figure est défectueuse et que le grand axe de Tellipse devrait être relevé en avant par un mouvement tournant, de 35 degrés environ, imprimé à la figure.

Une autre remarque à faire au sujet de la figure 61, c'est que l'abaissement de Taile y serait plus bref que la remontée. Ce fait, contraire à ce qui se passe d'ordinaire, est probablement du à cette orientation défectueuse.

2. Marey, La cireulaiion du sang, p. 163. Paris, G. Masson, 1881.

3. On a fait à. l'inscription mécanique des mouvements de l'aile cetle objection spécieuse, que l'oiseau attelé au manège et relié aux appareils explorateurs n'avait pas la liberté complète de ses mouvements, de sorte que les courbes inscrites ne seraient pas celles des mouvements du vol, mais exprimeraient des battements d'ailes incohérents.

Les personnes, aujourd'hui assez rares, qui ont été témoins de mes expériences n'ont pas admis ces objections, car elles ont vu avec quelle vivacité un Pigeon attelé enirainaitle manège ; les actes qu'il exécutait ne différaient

INSCBIPTION DES EFFETS MÉCANIQUES DU COUP D'aILE. 121

précieux qu'ils conRrment et complètent à certains égards ceux que j'ai obtenus par d'autres méthodes plus faciles, basées sur l'emploi de la photographie instantanée.

§ 81. Des réactions verticales que le coup d'aile imprime au corps de l'oiseau. — Jusqu'ici, nous n'avons considéré que dos mouvements relatifs, comme ceux de l'aile par rapport à son point d'attache.'

Dans les appareils employés pour inscrire ces mouvements, les tambours explorateurs étaient dans une position fixe par rapport au corps de l'oiseau. Il s'agit maintenant d'inscrire des mouvements absolus dont l'étendue doit être mesurée dans l'espace. Pour obtenir ce résultat, la disposition des appareils explorateurs doit être entièrement modifiée.

'La méthode que j'ai employée est basée sur les effets de Vïnertie d'une masse, c'est-à-dire sur la résistance que cette masse oppose aux forces qui tendent à lui imprimer une accélération.

Sur la membrane d'une capsule à air semblable à celle d'un tambour à levier on place (fig. 62} une petite masse de plomb. Si l'on imprime à la capsule de rapides mouvements vibratoires dans le sens vertical, la masse de plomb, qui est sollicitée à exécuter ces mouvements par liiitormédiaire de la membrane élastique du tambour, résistera par son inertie aux accéléra-

certainement pas du vol iionnal, autant du moins que l'observation permettait d'en juger. D'ailleurs, dans certains genres d'expériences, l'oiseau emportait avec lui les appamls explorateurs et volait sur un parcours de 15 mètres, à peu près avec autant d'aisance que lorsqu'il était libre.

il4 LE VOL DES OISEAUX.

phase descendante se porte en arrière avant de remonter, et que ce mouvement rétrograde est l'acte le plus rapide du battement d'ailes^ car les points dont est formée la trajectoire sont plus espacés en cet endroit que partout ailleurs.

Cette rétrogradation de Thumérus tient probablement, en grande partie, à une flexion du coude qui précède la remontée de Taile.

§ 77. La forme de la trajectoire est sensiblement elliptique^ ainsi que d'Esterno et Straus-Durckheim Favaient supposé § 21 ; mais rinclinaison du grand axe de cette ellipse n'est point en bas et en arrière comme le croyait d'Esterno ; elle se dirige au contraire en bas et en avant; enfin, elle s'approche beaucoup plus de rhorizontalité que ne le pensait Straus-Durckheim.

La trajectoire qui vient d'être représentée se rapporte non pas à un point de l'espace, mais à un point du corps de l'oiseau, au centre de mouvement de la tète humérale*.

1. Dans Texpérience faite sur la Buse, c'est l'aile bâtarde dont on a déterminé la trajectoire; sur le Pifçeon, c'est l'extrémité inférieure de l'humérus. Abstraction faite des différences que présente le type du vol chez des oiseaux d'espèces différentes, le fait, pour les deux trajectoires, d'avoir été prises sur deux parties différentes de l'aile doit leur donner des formes dissemblables. Dans la flexion de l'aile, en effet, le coude se porte en arrière, tandis que le carpe et l'aile bâtarde se portent en avant. On voit par là que la connaissance des mouvements d*an point du squelette ne renseigne que bien imparfaitement sur les mouvements de l'aile, ce qui montre l'importance de recourir à des méthodes donnant une notion plus complète des mouvements de l'oiseau. Il sera question de ces méthodes au chapitre prochain.

La figure 61, obtenue sur une Buse, se rapproche davantage du cercle, mais c'est encore une sorte d'ellipse dont le grand axe, dirigé aussi en bas et en avant, est toutefois très voisin de l'horizontalité.