le vol
Publié le 08/01/2019
                             
                        
Extrait du document
UN ART ENVIE PAR LA TECHNOLOGIE HUMAINE
Oiseaux, insectes ou chauves-souris volent autour de nous, et leurs performances sont si familières qu'elles semblent normales. Pourtant, le vol est un défi extraordinaire pour les animaux, chez qui le mouvement rotatif complet, comme celui d'une hélice, est impossible. L'aile, qui l’a rendu possible, est un chef-d’œuvre de haute technologie naturelle que nous sommes incapables de copier. L'originalité de l'aile des animaux repose sur le fait qu'elle combine à la fois la fonction de soutien du corps dans l'air et la fonction de propulsion. Dans tous les engins volants humains munis d'ailes, celles-ci sont fixes et ne servent qu'à supporter le poids de l’engin dans l'air. La propulsion est assurée par un système différent, hélice ou moteur à réaction le plus souvent. Depuis Léonard de Vinci, toutes les tentatives pour construire un véhicule volant battant des ailes ont
échoué. La nature elle-même a fait
de nombreux brouillons, et n'est parvenue que quatre fois à la réussite en 3 milliards d'années
d'évolution de la vie. Si insectes, oiseaux et chauves-souris sont toujours là, l'une des tentatives, celle des reptiles volants dont le
ptérodactyle est le représentant le plus connu, a échoué : cette lignée s’est en effet éteinte à l'époque des dinosaures.
COMMENT LE VOL EST-IL POSSIBLE ?
Pour qu'un animal vole, il lui faut produire des forces qui surmontent les effets de la pesanteur et qui entraînent le corps en avant. Ces forces résultent de l'interaction entre le corps de l'animal et l'air environnant. Dans le vide n'importe quel oiseau, comme n'importe quel avion, tomberait au sol comme une pierre sous l'action de la pesanteur. L'air n'exerce une force contre un corps qui s'y trouve que s'il y a un
mouvement : soit l'air se déplace par rapport au corps, soit le corps se déplace dans l'air. En l'absence de vent, aucun cerf-volant ne peut se maintenir en l'air.
La densité de l'air étant très faible, pour que son action soit efficace, il faut que la surface du corps volant soit très importante relativement à son poids. La première fonction de l'aile, qui prend grossièrement la forme d'une lame plate horizontale,
est d'augmenter considérablement cette surface. L'aile, exactement horizontale dans un courant d’air, sera emportée dans la direction de celui-ci si aucune force ne s'y oppose. Si le bord situé face au courant, appelé bord d'attaque, est légèrement soulevé en faisant pivoter l’aile, ou si le bord situé à l'opposé, ou bord de fuite, est abaissé, le courant aura tendance à entraîner l'aile vers le haut. Inversement, si le bord d'attaque s'abaisse, l'aile aura tendance à être entraînée vers le bas.
Ces mouvements complexes s'expliquent par l'existence de deux forces qui s'exercent sur l'aile : une force verticale ou portance, tendant à soulever l'aile, et une force horizontale ou traînée, tendant à l'entraîner dans la direction du courant. Le vol devient possible à partir du moment où ces deux forces équilibrent exactement le poids de l'oiseau ou de l’avion. Dans l'avion, l'aile produit seulement la portance. C'est l'hélice ou le moteur à réaction qui crée la force s'opposant à la traînée en tirant ou en poussant l'appareil vers l'avant. Chez les animaux volant activement, ces deux fonctions sont exercées par les ailes.
AU COMMENCEMENT FUT LE VOL PLANÉ
Il est difficile d'imaginer que la nature ait un jour inventé une aile complète et totalement opérationnelle. Le vol n'est apparu que progressivement. Les ailes ou les organes équivalents à l'aile n'ont au début servi qu'à assurer la portance du corps. Les premiers animaux volants volaient passivement, c'est-à-dire planaient comme le fait un planeur sans moteur.
Les premiers insectes ont inventé l'aile. Contrairement aux vertébrés qui ont utilisé un organe déjà existant, une patte destinée à la
«
                                                                                                                            Les 
insectes  les plus  primitifs  ont quatre 
ailes,  en général  encombrantes  car ne 
pouvant  se replier  vers l'arrière.
                                                            
                                                                                
                                                                    
Elles  sont articulées  et les  puissants 
muscles  du thorax  les font  se mouvoir.
                                                            
                                                                                
                                                                    
Les  articulations,  permettant  des 
mouvements  très complexes,  autorisent 
un  vol  à la  fois  puissant  et aisé.
                                                            
                                                                                
                                                                    
Les  grosses 
libellules 
poursuivent 
en  vol  leurs 
proies  et 
sont  capables 
d'accélérations 
foudroyantes,  de  change
ments  de cap 
quasiment 
instantanés  et de  voler  tout en 
maîtrisant  une proie  remuante.
                                                            
                                                                                
                                                                    
Les  espèces  les plus  évoluées  replient 
les  ailes  vers l'arrière  et ont  cherché 
des  solutions  pour augmenter  la 
coordination  des ailes,  gage d'efficacité.
                                                            
                                                                                
                                                                    
La  plupart,  comme les orthoptères 
(criquets  et sauterelles),  les coléoptères 
(coccinelles  et h11nnetons),  ou les 
seule  paire.
                                                            
                                                                                
                                                                     t:autre  est transformée  en 
étui  de protection  chez les deux 
premiers  groupes, et en  minuscule 
massette  servant à stabiliser  le vol  chez 
les  diptères.
                                                            
                                                                                
                                                                     Les hyménoptères,  comme 
les  abeilles,  ont préféré  une solution 
plus  originale  : le  couplage  des ailes 
deux  à deux  par un système  de 
crochets.
                                                            
                                                                                
                                                                     C'est une solution  en partie 
adoptée  par les papillons.
                                                            
                                                                                
                                                                    
Malgré  leur petite  taille, certains 
insectes  ont des  capacités  étonnantes 
de  vol.
                                                            
                                                                                
                                                                     Le criquet  migrateur  peut 
traverser  l'Atlantique  d'est en ouest , et 
le  papillon  monarque  d'ouest en est.
                                                            
                                                                                
                                                                    
Régulièrement d'autres  papillons, 
comme  la belle-dame  (V11neSS11 
c11rdui)  ou des  sphinx.
                                                            
                                                                                
                                                                     partent  du nord 
de  l'Afrique  pour coloniser  l'Europe, 
dépassant  parfois le cercle  polaire.
                                                            
                                                                                
                                                                    
Les  sphinx  sont des as de  la voltige.
                                                            
                                                                                
                                                                    
Outre  leur capacité  à parcourir  de 
longues  distances,  ils sont  capables  de 
butiner  les fleurs  en vol.
                                                            
                                                                                
                                                                     Le vol sur 
place,  et même  en arrière,  leur est 
possible.
                                                            
                                                                                
                                                                    
La  décomposition  du vol  des  insectes 
est  difficile,  car leurs  mouvements  sont 
très  complexes.
                                                            
                                                                                
                                                                     Vu de côté,  le bout  de 
l'aile  battant  de bas  en haut  et de  haut 
en  bas  ne décrit  pas un segment  de  droite, 
comme  on pourrait  s'y attendre, 
mais  un 8.
                                                            
                                                                                
                                                                    Et la  fréquence  des 
battements atteint des  sommets.
                                                            
                                                                                
                                                                    
La  plupart  des insectes  inférieurs,  des 
papillons  et des  coléoptères,  battent 
des  ailes  de s à so  fois  par seconde.
                                                            
                                                                                
                                                                    
Ces  battements  sont commandés  par 
des  influx  nerveux  venant du cerveau.
                                                            
                                                                                
                                                                    
Les  abeilles,  avec 200 battements  par 
seconde,  ou certains  moucherons,  avec 
plus  de 1 000,  doivent  utiliser des 
mouvements  réflexes et non  plus  des 
mouvements  volontaires pour 
entretenir  la cadence  du vol.
                                                            
                                                                                
                                                                     Il est  vrai 
que  dans  ces groupes,  les muscles  ne 
sont  pas directement  attachés aux ailes, 
mais  au thorax.
                                                            
                                                                                
                                                                     C'est la déformation  du 
thorax  qui lait  battre  les ailes.
                                                            
                                                                                
                                                                    
Les  oiseaux,  aux morphologies  très 
variées,  possèdent  des caractéristiques 
communes  permettant  le vol  : squelette 
creux  et très  léger;  sternum  (os plat 
situé  en avant  de la cage  thoracique) 
renforcé  par une  crête,  le bréchet,  qui 
constitue  un point  d'appui  solide aux 
muscles  des ailes  ; corps  couvert  de 
plumes,  à la  fois  très  légères  et 
résistantes,  qui conservent  la chaleur 
du  corps,  protègent  de la pluie  et 
d'autres  agressions  extérieures  tout 
en  fournissant  aux ailes  une surface 
portante  considérable  et à la  queue 
un  gouvernail  très précis  pour guider 
la  trajectoire.
                                                            
                                                                                
                                                                    
La  forme  et la longueur  des ailes  sont 
également  très diverses.
                                                            
                                                                                
                                                                     Il n'y  a rien  de 
comparable  entre l'aile courte  et large 
du  macareux  moine (Fratercul11 
Drctic11)  et celle  longue  et effilée  de 
l'albatros.
                                                            
                                                                                
                                                                     C'est pourquoi  chez les 
différentes espèces, les  performances, 
en  termes  de vitesse,  de maniabilité,  de 
souplesse,  en vol  plané  comme  en vol 
porté  ou ramé,  sont si diverses.
                                                            
                                                                                
                                                                     Mais 
ces  ailes  partagent  le même  mode de 
fonctionnement  : elles  battent  de façon 
synchrone,  d'une manière  régulière, 
prenant  appui sur l'air  pour  soulever 
l'oiseau  et fonctionnant  comme une 
rame  pour le propulser  en avant,  d'où 
le  terme  de vol  ramé  ou battu.
                                                            
                                                                                
                                                                    
Au  cours  du vol  de déplacement,  chez 
les  moine11ux  par exemple,  les ailes 
battent  avec une amplitude 
relativement  faible.
                                                            
                                                                                
                                                                    Quand  elles sont 
au  plus  haut,  elles ne se rejoignent 
pas  mais  forment  un V.
                                                            
                                                                                
                                                                    Puis  elles 
descendent  à l'horizontale,  avant de se 
plier  sous  le corps.
                                                            
                                                                                
                                                                     Durant  cette phase, 
le  corps  de l'oiseau  s'élève légèrement, 
et  il est  propulsé  en avant.
                                                            
                                                                                
                                                                     Puis l'oiseau 
garde  ses ailes  plus ou moins  pliées 
dans  son mouvement  pour les 
remonter,  avant de les  étendre  à leur 
extension  maximale.
                                                            
                                                                                
                                                                     Dans cette phase, 
elles  ne servent  pas à la  propulsion  et 
l'oiseau  avance sur la vitesse  acquise,  son 
corps  redescendant  parfois 
nettement.
                                                            
                                                                                
                                                                     C'est pourquoi  le vol  de 
certaines  espèces, notamment  les petits 
passereaux,  peut apparaître  ondulé.
                                                            
                                                                                
                                                                    
Au  cours  du décollage,  l'effort au 
niveau  musculaire  est plus  intense,  les 
déformations  de l'aile  plus importantes 
et  l'amplitude  des mouvements  plus 
grande.
                                                            
                                                                                
                                                                     Les ailes  peuvent  remonter 
presque  à la  verticale,  et se  toucher 
sous  le corps,  ce qui  est le cas  chez  les 
pigeons.
                                                            
                                                                                
                                                                     Mais alors  les battements  vers 
propulsent  l'oiseau et lui  permettent  de 
s'arracher  du sol  et de  prendre  une 
altitude  suffisante  pour passer  au vol  de 
déplacement,  bien moins fatigant.
                                                            
                                                                                
                                                                    Si les 
pigeons  sont capables  d'effectuer  des 
vols  de plus  d'un millier  de kilomètres 
d'une  seule traite,  ils refusent  de 
décoller  plus de 7 ou  8 fois  à la  suite 
lors  d'expériences  sur le vol.
                                                            
                                                                                
                                                                     lis ont 
besoin  d'une période  de repos  pour 
reconstituer  leurs forces.
                                                            
                                                                        
                                                                    
Le  groupe  des oise11ux-mouches, 
spécialisé  dans le butinage  des fleurs, 
représente  une exception  remarquable 
à  ce  schéma.
                                                            
                                                                                
                                                                     Leur aile est rigide, 
l'articulation  entre le bras  et l'avant
bras  n'étant  plus fonctionnelle.
                                                            
                                                                                
                                                                     Par 
contre,  la musculature  est beaucoup 
plus  importante  et l'aile  développe 
autant  de puissance  en montant  qu'en 
s'abaissant.
                                                            
                                                                                
                                                                     En fait,  elle fonctionne  un 
peu  comme  celle d'un insecte,  d'où le 
nom  de vol  vibré  donné  par  les 
ornithologues.
                                                            
                                                                                
                                                                     Les  oiseaux-mouches,  comme certains 
insectes,  sont en effet  capables 
d'accélérations  foudroyantes, de 
changements  de direction  quasiment 
instantanés,  de voler  sur place  ou à 
reculons,  capacités  très utiles  à ces 
butineurs  de fleurs.
                                                            
                                                                                
                                                                     Les sphinx, 
papillons  aux mœurs  semblables,  ont 
un  type  de vol  quasiment  identique : la 
fréquence  des battements  d'ailes est 
chez  eux de 50 à 70  par  seconde,  pour 
22  à 80  battements  par seconde  chez 
les  oiseaux-mouches.
                                                            
                                                                                
                                                                    
différent  de celui  des oiseaux, 
l'architecture  de leurs  ailes n'étant 
pas  identique  mais comparable.
                                                            
                                                                                
                                                                    
La  surface  de l'aile,  n'est pas constituée 
par  les plumes,  matière morte et donc 
insensible  aux pertes  de chaleur, 
comme  chez les oiseaux,  mais au  contraire 
par de la peau,  tissu  vivant  et 
irrigué.
                                                            
                                                                                
                                                                     Leurs ailes sont donc  plus 
fragiles  que celles  des oiseaux,  qui sont 
régulièrement  remises à neuf  par la 
mue,  remplacement  des vieilles  plumes 
par  des  nouvelles.
                                                            
                                                                                
                                                                    
D'autre  part, engendrant  une grande 
perte  de chaleur  quand le temps  est 
froid,  elles obligent  les ch11uves-souris 
à  hiverner  dans les régions  tempérées 
ou froides.
                                                            
                                                                                
                                                                     En fait,  elles  supportent  mal 
la  compétition  avec les oiseaux.
                                                            
                                                                                
                                                                    
Leur  réussite  certaine,  puisqu'elles 
représentent  un quart  des mammifères, 
s'explique  par la spécialisation  dans le 
vol  de nuit  grâce  à leur  système  de 
sonar.
                                                            
                                                                                
                                                                     Très peu d'oiseaux  se sont 
spécialisés  dans cette niche  écologique.
                                                            
                                                                                
                                                                    
l 'ART  DE DECOLLER 
ET  D'AnERRIR 
•  Le  moment  le plus  délicat  du vol  est 
certainement  le décollage.
                                                            
                                                                                
                                                                     Si le vol  est 
aisé,  une fois une  certaine  vitesse et 
une  certaine  altitude acquises,  il faut 
arriver  à s'arracher  du sol  dans  les 
meilleures  conditions.
                                                            
                                                                                
                                                                     Cela demande 
souvent  beaucoup  d'énergie, comme 
nous  l'avons  vu avec  l'exemple  du 
pigeon.
                                                            
                                                                                
                                                                     Les solutions  utilisées sont 
diverses.
                                                            
                                                                                
                                                                     La plus  fréquente,  employée 
par  la majorité  des oiseaux,  est un 
battement  d'ailes particulier,  produisant 
la  force  nécessaire  au décollage  et à 
l'acquisition  de la vitesse  de croisière 
en  un  temps  relativement  bref.
                                                            
                                                                                
                                                                    
Les  insectes  au vol  puissant,  comme 
les  abeilles,  les mouches,  les libellules, 
les  papillons,  sont capables  de 
s'arracher  de leur  support  ou du  sol 
de  quelques  battements  d'ailes.
                                                            
                                                                                
                                                                    
Des  techniques  plus marginales  sont 
parfois  nécessaires.
                                                            
                                                                                
                                                                    
La  plus  simple  est l'utilisation  de la 
pesanteur.
                                                            
                                                                                
                                                                     Beaucoup,  comme la 
punaise  verte ou la coccinelle,  se 
placent  sur un point  haut avant  d'ouvrir 
les  ailes  et de  sauter  dans le vide.
                                                            
                                                                                
                                                                     Leur 
corps  chute  légèrement  avant que le 
battement  des ailes  à plein  régime 
ne  leur  permette  de prendre  de 
l'altitude  ou de garder  une trajectoire 
horizontale.
                                                            
                                                                                
                                                                    
criquets,  sautent avec leurs  puissantes 
pattes  arrière  avant de déployer  leurs  ailes 
et de  continuer  leur vol.
                                                            
                                                                                
                                                                    
Certains  oiseaux utilisent  aussi la 
pesanteur  en se laissant  tomber d'un 
point  haut.
                                                            
                                                                                
                                                                    Ce sont  en général  de bons 
planeurs,  encombrés  par de longues 
ailes  quand  ils sont  à terre.
                                                            
                                                                                
                                                                    
Ainsi  les frégates  et les  albatros  se 
lancent  du haut  des falaises  côtières,  et 
les  martinets  des parois  rocheuses  ou 
des  façades  des b�timents.
                                                            
                                                                                
                                                                    
D'autres  sont obligés d'acquérir  une 
certaine  vitesse grâce à leurs  pattes,  en 
courant,  avant de décoller  : certains 
vautours,  les cygnes,  les gros  canards 
sont  coutumiers  du lait.
                                                            
                                                                                
                                                                     La plupart  des 
autres  espèces  s'envolent  sur place, 
comme  nous l'avons  vu, mais  en 
s'aidant  souvent  au départ  d'un saut 
des  pattes  qui fléchissent  puis se 
détendent  en même  temps  que les ailes 
se  mettent  à battre.
                                                            
                                                                                
                                                                    
•  t:atterrissage  est également  un 
moment  qui peut  s'avérer  délicat.
                                                            
                                                                                
                                                                    
Parmi  les insectes,  ceux qui ont  du mal 
à  décoller  rencontrent  souvent les 
mêmes  problèmes  quand ils se  posent 
grosses  punaises  et coléoptères  en 
particulier.
                                                            
                                                                                
                                                                     D'autres,  comme les 
papillons,  les mouches  ou les  abeilles, 
peuvent  se poser  dans n'importe  quelle 
position,  même tête en bas.
                                                            
                                                                                
                                                                     Leur 
contrôle  du vol  est si précis  qu'ils ont 
une  vitesse  quasiment  nulle quand 
leurs  pattes  touchent  le support.
                                                            
                                                                                
                                                                    
Les  oiseaux  utilisent  leurs pattes 
exactement  comme un train 
d'atterrissage.
                                                            
                                                                                
                                                                     Alors que durant  le vol 
elles  sont généralement  rabattues en 
arrière  du corps pour  ne pas  gêner  la 
pénétration  dans l'air, l'oiseau  bascule 
son corps  vers l'arrière  et tend  les 
pattes  vers l'avant  au moment  de 
toucher  le sol.
                                                            
                                                                                
                                                                     Puis  il les  laisse 
progressivement  fléchir pour absorber 
la  brusque  décélération  : elles 
fonctionnent  comme des amortisseurs.
                                                            
                                                                                
                                                                    
Les  oiseaux  qui se perchent  utilisent 
aussi  une autre  méthode.
                                                            
                                                                                
                                                                     Ils freinent 
leur  vol jusqu'à  faire presque  du sur
place,  pour se laisser  descendre  de 
quelques  coups d'ailes  sur leur 
perchoir.
                                                            
                                                                                
                                                                     C11n11rds,  plongeons  et autres  nageurs 
de  surface  utilisent  la technique  de 
l'hydravion.
                                                            
                                                                                
                                                                     Ils se posent  sur l'eau.
                                                            
                                                                                
                                                                    
Le  choc  de la décélération  est absorbé 
par  la poitrine  qui glisse  sur l'élément 
liquide  dans un jaillissement  d'eau..
                                                                                                                    »
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