le vol plane
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LE VOL PLANE Sur notre planète tout objet ayant une masse est irrémédiablement attiré vers le sol. L’homme pour contrer cette loi naturelle, appelée loi de gravitation universelle, a inventé de nombreuses machines capables de voler (avions, hélicoptères, fusées); autour de nous des êtres vivants sont parvenus, eux aussi, par le jeu de l’évolution à réussir ce pari. Ils ont réussi cela en développant des capacités corporelles étonnantes et en utilisant des techniques que l’homme n’a pas encore réussi à imiter. Comment le vol plané permet aux oiseaux de se déplacer dans les airs ? En réalité suivant les espèces, ces animaux utilisent diverses méthodes. Nous allons, pour notre part, nous restreindre au vol plané, car il permet à l’oiseau d’atteindre son but, se déplacer en évitant les contraintes terrestres (montagnes, lac, océans…) avec une énergie très minime. En effet, on peut observer aujourd’hui la magie d’un vol plané utilisant au mieux les caractéristiques climatiques de son milieu, ainsi que toutes les contraintes aérodynamiques que son propre déplacement crée. I. L’anatomie de l’aile de l’oiseau II. Mécaniques des fluides et portance III. L’aérodynamique de l’aile IV. Les courants ascendants I.L’anatomie de l’aile de l’oiseau 1. Leur constitution Les plumes sont des lames cornées, légères et flexibles, solidement implantées dans la peau. Les plumes actuelles sont constituées d’un axe, creux au départ puis plein (le rachis) dont partent les ramifications serrées (les barbes), elles-mêmes porteuses de barbules dont le nombre peut atteindre un million ! Une plume est typiquement constituée de trois parties : le Calamus, tuyau transparent et creux fiché dans l’épiderme ; il se prolonge par une tige, le rachis, qui porte les barbes, sortes de lamelles accrochées entre elles par un système compliqué de barbules lisses ou à crochets. 2. Types de plumes Il existe différentes plumes situées à différents emplacements du corps suivants le rôle qu’elles ont à jouer. Ainsi, elles sont réparties en trois catégories principales : les rémiges, grandes plumes des ailes, qui sont les plumes du vol et dont le rôle est celui d’un gouvernail. Nous expliquerons plus précisément leurs rôles dans le vol plané. les tectrices, plumes de vêtement qui recouvrent le corps mais dont les barbes n’adhérent pas entre elles et sont garnies de poils très fins. Elles se recouvrent comme les tuiles d’un toit. Les rectrices (du latin : recouvrir) sont les plumes de la queue. Leur fonction au court du vol est celle d’un gouvernail. Leur caractéristique est que leurs barbes ont mêmes longueurs de part et d’autre de la tige. Les rectrices, particulièrement mobiles, assurent donc la stabilité de l’oiseau et participent avec les ailes, au changement de direction. Elles sont aussi utilisées pour freiner au moment de l’atterrissage. Les plumes responsables du vol sont donc les rémiges et les rectrices. Cependant, il existe aussi d’autres plumes jouant un rôle au cours du vol comme l’alule par exemple ou bien encore les couvertures et les scapulaires. 1. L’alule est constituée de petites plumes fixés au niveau du coude ; elle permet l’oiseau de garder l’équilibre lors de vol lent, à l’atterrissage notamment. 2. Les couvertures sont de petites plumes disposées du bord d’attaque de l’aile jusqu'aux rémiges ; elles donnent à l’aile sa forme aérodynamique. 3. En vol, les scapulaires (face supérieure de l’aile) et les axillaires (face intérieure) comblent l’espace situé entre le bord interne de l’aile et corps. Pour notre étude du vol plané, nous traiterons en particulier des rémiges, de l’alule et des couvertures. 3. Rôle des rémiges Le vol dépend d’une fonction principale : la portance. La plus grande partie de la portance est assurée par les rémiges secondaires. Les rémiges secondaires, les plus internes, forment un petit groupe appelé tertiaire situé sur le coude. Elles sont solidement accrochées par des tendons sur le squelette de l'avant-bras pour les secondaires, ou même du bras pour les rémiges tertiaires chez quelques rares planeurs marins aux ailes très allongées comme l'albatros. Les planeurs terrestres comptent généralement une dizaine de rémiges primaires. Les plus proches du corps ont leur axe (hampe) orienté parallèlement à celui de l'oiseau . Durant le vol plané, nous voyons que les 6 ou 7 rémiges d'extrémité ont leur axe de plus en plus oblique, à tel point que les plus éloignées du corps sont parallèles au bord d'attaque de l'aile. En même temps, les plumes les plus externes sont très longues, le plus souvent écartées à la façon des doigts et elles sont asymétriques. Les vexilles (deux parties de la voilure d'une plume) ont une largeur différente de manière à former un véritable " bord d'attaque étroit et rigide vers l'avant " et un " bord de fuite plus large et plus souple tourné vers l'arrière ". Ainsi, la hampe d'une rémige d'extrémité n'est pas centrée mais placée à environ 25 % de la corde. Cela lui permet d'encaisser la portance, en fléchissant certes, mais sans torsion. De par sa forme asymétrique, chacune de ces rémiges de bout d'aile joue le rôle d'un tout petit plan porteur. Lorsqu'on observe une cigogne ou un vautour qui plane à vitesse modérée, on voit que ses plumes de bout d'aile sont décalées les unes par rapport aux autres, du haut vers le bas. La rémige terminale, celle qui est la plus en avant et sur le côté, est fortement courbée vers le haut, la suivante l'est un peu moins, et ainsi de suite, les dernières se confondant avec les autres rémiges du plan de l'aile. Cette disposition particulière des rémiges n'existe quasiment que chez les planeurs terrestres. Et comme on trouve cette forme d'aile digitée dans des groupes assez éloignés du point de vue filiation zoologique (milan, grue, vautour d'Europe, condor des Andes, cigogne), on peut supposer, a priori, que cette particularité commune a probablement un rapport avec le mode de vie ou la technique de vol. A l'opposé, les rémiges terminales sont rassemblées en une pointe assez courte à l'extrémité de la longue aile des purs " planeurs marins " tels que l'albatros. le pétrel... Plus donc une aile est large, plus elle doit générer de gros tourbillons. Et il s'en produit de tout les cotés de l'aile, sur l'avant, à l'arrière, et même à l'extrémité. Certains sont turbulents dans le mauvais sens et risquent de freiner l'oiseau. C'est le cas de ceux générés par l'arrière. Pour contrer le phénomène, les grands planeurs qui étalent de larges ailes ont un bord de fuite où les plumes s'écartent quelque peu. Le bord paraît ainsi dentelé. Cela n'annule pas le phénomène, mais plutôt le minimise au maximum en transformant les grands tourbillons en petits ! 4. Rôle de l’alule et des couvertures L'effet "aspirateur" de la dépression fonctionne très bien tant que les filets d'air restent "collés" sur l'aile, au plus près de l'avant. Mais une basse vitesse ou une mauvaise orientation de l'aile provoquent des décollements, puis des tourbillons néfastes. En aviation, on appelle cela "décrocher": les filets de l'extrados se décollent et l'aile n'est plus aspirée… c'est la descente. Mais les oiseaux utilisent depuis longtemps leur stratagème naturel selon le même principe, en l'occurrence un accessoire fait de simples plumes (fiable et économique!). C'est "l'alule", groupe de plumes bien visibles chez les oiseaux évoluant à basse vitesse, particulièrement chez ceux qui se posent. L'alule est un génial petit déflecteur d'air qui évite l'effet de décollement des filets sur l'extrados (décollement illustré dans la partie II.). II. Mécanique des Fluides Nous allons pour comprendre le mécanisme des fluides étudier non pas de l’air comme il serait préférable pour notre sujet mais de l’eau pour simplifier notre étude car l’eau est plus facilement observable. Définition Partie des sciences physiques qui étudie le comportement des fluides au repos ou en mouvement. La mécanique des fluides est d'une grande importance dans de nombreux domaines : l'aéronautique, la chimie, le génie civil, la mécanique, la météorologie, la construction navale et l'océanographie. Domaines Les principes de la mécanique des fluides sont appliqués dans la propulsion à réaction, dans les turbines, les compresseurs et les pompes. En ingénierie, lorsque l'on utilise les pressions de l'eau et de l'huile, on suit les principes de l'hydraulique. La mécanique des fluides peut être divisée en deux grandes catégories : - la statique des fluides, ou hydrostatique, qui modélise les fluides au repos, et - la dynamique des fluides, ou hydrodynamique qui étudie les fluides en mouvement. Le terme hydrodynamique s'applique à l'écoulement des liquides ou des gaz à faible vitesse. Dans ce cas, le gaz est considéré comme incompressible : sa masse volumique est constante. L'aérodynamique, ou dynamique des gaz, s'intéresse au comportement des gaz lorsque les changements de vitesse et de pression sont trop importants pour pouvoir négliger la compressibilité des gaz. 1. Statique des fluides ou hydrostatique Un fluide au repos présente une caractéristique fondamentale : La force qui s'exerce sur une particule quelconque de ce fluide est la même dans toutes les directions de l'espace. Si ce n'était pas le cas, la résultante totale des forces appliquées à toutes les particules du fluide serait non nulle, et les particules se déplaceraient dans la direction de la résultante. La pression (c'est-à-dire la force par unité de surface) qu'exerce le fluide sur les parois du récipient est perpendiculaire aux parois, en tout point de celles-ci. Si cette pression n'était pas perpendiculaire aux parois, il apparaîtrait une composante tangentielle non nulle de la force, ce qui provoquerait un déplacement du fluide le long de la paroi. Ce concept fut d'abord formulé sous une forme plus générale par le mathématicien et philosophe français Blaise Pascal en 1647. D'après la loi de Pascal, la pression d'un fluide en milieu fermé est transmise uniformément dans toutes les directions et dans toutes les parties du récipient, à condition que les différences de pression dues au poids du fluide soient négligeables. Cette loi a des applications extrêmement importantes en hydraulique. Dans un récipient ouvert, la surface d'un fluide au repos est toujours perpendiculaire à la force auquel il est soumis. Si la force de gravité est la seule force agissant sur le liquide, la surface est horizontale. Si, outre la gravité, d'autres forces s'exercent sur le liquide, la surface libre prendra une forme dépendant de celles-ci. Si la gravité est la seule force qui agit sur un liquide en récipient ouvert, la pression en tout point du liquide est proportionnelle à la masse volumique d'une colonne verticale de ce liquide dont la hauteur est la profondeur du point considéré. Cela est vrai si l'on néglige la pression du milieu extérieur. Cette force ne dépend donc ni de la taille ni de la forme du récipient. Ainsi, la pression qui s'exerce au bas d'un tuyau vertical rempli d'eau et de 15 m de hauteur est égale à la pression qui s'exerce au fond d'un lac d'environ 15 m de profondeur. La masse d'une colonne d'eau de 30 cm de haut et de section droite égale à 6,5 cm2 est m=195 g; le poids correspondant, c'est-à-dire m.g, est la force exercée au fond de cette colonne. Une colonne de même hauteur mais avec un diamètre 12 fois supérieur contiendra 144 fois plus d'eau; cependant, la pression, qui est une force par unité de surface, ne change pas. La pression au bas d'une colonne de mercure d'une hauteur équivalente est 13,6 fois plus importante, car le mercure a une densité égale à 13,6 fois à celle de l'eau. Le second principe important de la statique des fluides fut découvert par le mathématicien et philosophe grec Archimède. Le principe d'Archimède stipule que: Un corps immergé est soumis à une force verticale ascendante égale au poids du liquide déplacé par le corps. Cela explique pourquoi un navire lourdement chargé flotte : son poids total est égal au poids de l'eau qu'il déplace, et le navire exerce une force de poussée qui le maintient à la surface. Le point où toutes les forces génèrent l'effort de poussée est appelé le centre de poussée. Il correspond au centre de gravité du fluide déplacé. Le centre de poussée d'un corps flottant est placé directement audessus du centre de gravité de ce corps. Plus est grande la distance entre ces deux points, plus la stabilité de ce corps est importante. Le principe d'Archimède permet de déterminer la densité d'un corps dont la forme est tellement irrégulière que son volume ne peut être mesuré directement. Si ce corps est pesé dans l'air et dans l'eau, la différence de poids entre ces deux pesées est égale au poids du volume d'eau déplacé, poids qui permet alors de déterminer le volume du corps. C'est ainsi que la densité d'un corps (masse divisée par le volume) peut être aisément mesurée. 2. Dynamique des fluides ou hydrodynamique Cette partie de la mécanique des fluides traite des lois régissant le comportement des fluides en mouvement; ces lois sont considérablement plus complexes que celles de l'hydrostatique. Après Archimède, plus de 1 800 années se sont écoulées avant qu'une avancée scientifique significative n'intervienne, grâce au mathématicien et physicien italien Evangelista Torricelli, qui inventa le baromètre en 1643 et formula: La loi de Torricelli : Relie la vitesse d'écoulement d'un liquide par l'orifice d'un récipient à la hauteur de liquide contenu dans le récipient au-dessus de l'orifice. Écoulement des fluides parfaits Un fluide est considéré comme parfait si l'on peut négliger sa viscosité : il s'écoule alors sans frottement. Écoulements incompressibles On considère ici que la masse volumique du fluide est constante. Les écoulements incompressibles suivent le principe de Bernoulli, du nom du mathématicien et scientifique suisse Daniel Bernoulli. Le principe de Bernoulli : L'énergie mécanique totale d'un écoulement de fluide incompressible et sans frottement est constante le long d'une ligne de courant de cet écoulement. Les lignes de courant sont des lignes d'écoulements imaginaires parallèles à la direction locale de l'écoulement et qui, pour un écoulement uniforme correspondent à la trajectoire des molécules de fluide prises individuellement. P + ½ ρv² - ρgy = constante P=pression p=densité v=vitesse d’écoulement Y=altitude g=force de gravité Le principe de Bernoulli conduit à une relation entre la pression, la vitesse du fluide et la force de gravitation. Il montre que: La vitesse du fluide augmente lorsque la pression exercée sur le fluide diminue. Ce principe est important pour la conception des buses, les mesures de flux, et peut également être utilisé pour déterminer la poussée sur les ailes d'un avion en vol. Ecoulements compressibles Lors de l'écoulement compressible d'un gaz: * sa densité change lorsqu'il est soumis à des variations importantes de vitesse et de pression. * Sa température se modifie également, ce qui complique les phénomènes à étudier. L'écoulement d'un gaz compressible dépend du : * rapport de la vitesse du gaz sur la vitesse de propagation du son dans le milieu. La vitesse du son dans un gaz est proportionnelle à la racine carrée de sa température absolue. 4. Écoulements laminaire et turbulent L'écoulement d'un fluide visqueux dans un tuyau peut être de deux types : laminaire ou turbulent. La transition entre ces deux régimes dépend de la vitesse, de la densité et de la viscosité du fluide, ainsi que du diamètre du tuyau. Ces équations permettent de modéliser l'écoulement d'un fluide réel dans un tuyau droit. Les équations suggèrent que, pour un tuyau et un fluide définis, cette chute de pression est proportionnelle à la vitesse d'écoulement du fluide. La chute de pression est proportionnelle au carré de la vitesse d'écoulement du fluide 5. Le nombre de Reynolds C'est le produit du diamètre du tuyau, de la vitesse et de la masse volumique du fluide divisé par la viscosité du fluide l'ingénieur britannique Osborne Reynolds montra l'existence de deux types d'écoulements visqueux dans les tuyaux. Voir figure. Ci-dessus V en m/s (1m/s=3.6 Km/h) L en m V en m²/s (viscosité cinétique) Reynolds établit également que la limite entre flux laminaire et flux turbulent dépend d'un paramètre unique, le nombre de Reynolds Flux laminaire : à de faibles vitesses, les particules du fluide suivent les courants et les résultats concordent avec les prédictions analytiques. Le nombre de Reynolds est inférieur à 2 500 Flux turbulent : à des vitesses supérieures, le flux prend une forme variable ou tourbillonnaire qui ne peut être parfaitement prédite. Le nombre de Reynolds est supérieures à 2 500 Le concept du nombre de Reynolds est fondamental pour une grande partie de la mécanique des fluides moderne. 6. Portance Définition Force perpendiculaire à la corde de profil de l'aile et orientée vers l'extrados (surface extérieure de l'aile située sur le dessus). Si l'on observe une déviation dans le flux de l'air, ou si l'air à l'origine au repos est accéléré, alors une force y a été imprimée. La physique newtonienne stipule que pour chaque action il existe une réaction opposée de force égale. Ainsi pour générer une portance, l'aile doit créer une action sur l'air qui génère une réaction appelée portance. Cette portance est égale à la modification du moment de l'air qu'elle dévie vers le bas. Le moment est le produit de la masse par la vitesse. La portance d'une aile est donc proportionnelle à la quantité d'air dévié vers le bas multipliée par la vitesse verticale de cet air. La portance est la résultante de toutes les pressions s'exerçant sur une surface. schéma montrant la pression exercé sur l'aile La portance est liée par P = 1/2 . S . µ. Cz . v² P, la portance en Newton µ la masse volumique de l'air (environ égal à 1,293 kg/m3) S, la surface d'attaque de l'aile v, la vitesse basse ou haute Cz, le coefficient de portance déterminé pour chaque aile par l'angle d'incidence, angle produit par le devant de l'aile (bord d'attaque) incliné dans l'air. L'angle d'incidence est l'angle entre l'aile et la direction initiale des filets d’air Pour augmenter cette portance, il suffit d'augmenter la vitesse ou d'augmenter l'angle d'incidence (ou de portance) toutefois sans dépassé l'angle critique sinon c'est le décrochage, des tourbillons se forment sur l'aile et celle-ci perd toute sa portance. L'angle d'incidence maximum est entre 16 et 18° III. L’aérodynamique de l’aile 1. Le profil de l’aile Examinons tout d’abord le profil d’une aile. Il est d’abord bon de remarquer cette concavité particulière. Le dessus de l’aile est appelé extrados et le dessous intrados. L’avant est nommé bord d’attaque et l’arrière bord de fuite. Passer d'un bout à l'autre en ligne droite, c'est ce que fait globalement le flux qui circule sous l'aile. Mais impossible de faire un trajet aussi direct par le dessus de l'aile: l’air doit contourner l'extrados et un détour c'est plus long! D'autant qu'il faudra absolument essayer de rattraper le retard, lequel crée donc une différence de vitesse entre les deux flux. Pour aller de A jusqu'à B, l'air emprunte un trajet direct à l'intrados. Mais il emprunte un trajet plus long pour contourner l'extrados et doit donc aller plus vite pour gagner B dans le même temps que l'air qui passe par l'intrados. Cette différence d'itinéraire et de temps bouscule les flux d'air. Celui d'en haut tente donc de combler naturellement le retard se créant par rapport à celui du dessous pour arriver en même temps au bord de fuite. Le résultat est une accélération du flux supérieur dès qu'il est engagé dans ce processus "d'inégalité". Cette accélération fonctionne comme un véritable aspirateur pour le nouveau flux d'air qui arrive au bord d'attaque sur l'extrados car sinon, il y a encore risque de création de vide. Ce perpétuel jeu "anti-vide" produit la "force aérodynamique" ou portance matérialisée sur notre croquis par la flèche qui indique également sa tendance directionnelle. L'aile est bien contrainte à aller vers le haut, et, qui plus est, légèrement vers l'avant. Par le jeu des flux d’air autour de son aile, l’oiseau est donc maintenu en l’air (la portance vainc le poids). Profil d'une aile d'oiseau, schématisation des flux d'air à l'intrados, à l'extrados, et direction de la force aérodynamique. Toute l'explication ne tient pas dans cette simple démonstration. Analysons maintenant de plus près les flux sous l’intrados et sur l’extrados. Profil d'une aile d'oiseau et déflexion d'air Le principe s'appuie sur les faits déjà cités, et on comprendra rapidement de quoi il s'agit. Le changement du comportement des flux d’air ne s'opérant que dans le voisinage de l'aile, les filets supérieurs et inférieurs ne sont pas déviés avant. - En atteignant l'intrados, l'air se bouscule, se presse sous l'aile, et il en résulte une compression bien au-delà du profil. (le rétrécissement de la flèche verte, à droite, en témoigne) - En atteignant l'extrados, l'air ne peut continuer son chemin tout droit car sinon il y aurait le vide derrière l'aile. Comme nous l'avons déjà dit, les filets viennent donc se coller au profil, et cette courbe a un effet de succion sur l'aile par la dépression (baisse de la quantité d’air au dessus de l’aile) qu'elle engendre. Passé le profil, la dépression continue puisqu'il faut que les filets s'écoulent en réagissant à l'effet de compression de l'intrados (l'allongement de la flèche de droite en témoigne). Les deux effets s'additionnent (pression sous l'aile & succion sur l'aile), mais l'effet "aspirateur" de la dépression est bien plus puissant. C'est donc essentiellement de sa convexité qu'une aile tire ses performances 2. L’alule : génial petit déflecteur d’air L'effet "aspirateur" de la dépression fonctionne très bien tant que les filets d'air restent "collés" sur l'aile, au plus près de l'avant. Mais une basse vitesse ou une mauvaise orientation de l'aile provoquent des décollements, puis des tourbillons néfastes. En aviation, on appelle cela "décrocher": les filets de l'extrados se décollent et l'aile n'est plus aspirée… c'est la descente. Mais les oiseaux utilisent depuis longtemps leur stratagème naturel selon le même principe, en l'occurrence un accessoire fait de simples plumes (fiable et économique!). C'est "l'alule", groupe de plumes bien visibles chez les oiseaux évoluant à basse vitesse, particulièrement chez ceux qui se posent. L'alule est un génial petit déflecteur d'air qui évite l'effet de décollement des filets sur l'extrados Décollement des filets d'air sur l'extrados Au lieu d'une accélération d'air, on a donc un flux décollé qui laisse la place à des tourbillons perturbateurs qui se créent plutôt en arrière de l'extrados et se prolongent bien au-delà. L'aile emmène ce fardeau traînant. Il faut donc évacuer cette traînée en recollant les filets arrivant à l'extrados. Il y a plusieurs remèdes mais nous ne parlerons que du cas des oiseaux : L'alule se positionne comme un bec de bord d'attaque. Les filets, passant dans ce couloir, sont accélérés et contraints de coller au plus près à l'extrados. L'écoulement d'air est fluide et l'aile joue bien son rôle. Effet d'un bec de bord d'attaque. Cela permet à l'oiseau qui ralentit, par exemple pour se poser, de repousser le moment du décrochage . Sur ce cygne en perte de vitesse, l'alule se soulève pour éviter le décollement des filets d'air. Quand le flux d'air supérieur se décolle de l'extrados, le premier tourbillon (voir croquis "décollement des filets d'air sur l'extrados") tourne en revenant sur l'aile. On s'est aperçu récemment qu'une frange de plumes (à priori les grandes couvertures) se soulève alors pour exploiter ce tourbillon et retarder encore le décrochement. 3. L’effet propulseur des tourbillons Au-delà de ce que l'on ne sait pas encore, on a prouvé récemment toute l'utilité des grands oiseaux planeurs à digiter leurs rémiges. Jugez plutôt : au bout de chacune de ces grandes rémiges, un tourbillon spiralé se forme et revient vers l'aile en formant un rond. La succession de ces ronds forme un tunnel qui se rétrécie petit à petit vers l'arrière et dans lequel l'air s'engouffre en étant accéléré. L'oiseau en retire un effet propulseur… un vrai petit moteur! Consommation d'énergie nulle! Ce fameux moteur vous est décrit sur les croquis suivant, très parlants : Effet propulseur des tourbillons résultant de la digitation des rémiges chez un oiseau en vol plané IV. Les courants ascendants Les courants ascendants se divisent en trois groupes : 1) Les thermiques Considérons un sol bon conducteur de chaleur (pierrier, sable, champ clair,...). Le soleil est haut est chauffe énormément le sol. Celui-ci cède une bonne partie de sa chaleur à l'air sec qui le surmonte. Cet air chaud ne se dilue pas bien dans l'air plus froid qui l'entoure. On va donc avoir formation d'une bulle d'air chaud, donc léger, qui va chercher à monter. Lorsque la bulle est suffisamment importante, elle s'élève comme une mongolfière. De l'air plus froid la remplace au niveau du sol, chauffe à son tour, et c'est reparti. On peut donc avoir création d'un courant ascendant thermique plus ou moins régulier selon que le sol chauffe beaucoup ou peu, selon que le vent est faible ou fort,.selon que la masse d'air est stable ou instable. En montant cette bulle d'air se détend, donc se refroidit selon le gradient dynamique sec. Si la masse d'air est stable le mouvement ascendant à tendance à être freiné. L'ascendance thermique est faible. Si l'air est instable, le mouvement ascendant initial de la bulle d'air à tendance à s'amplifier naturellement. Il se crée alors un véritable courant de convection, appelé cellule. Au cours de son ascension, favorisée par son instabilité, l'air se détend, donc se refroidit. Si il est assez humide, ou si sa température devient suffisamment faible, il va devenir saturé à partir d'une certaine altitude appelée niveau de condensation ou niveau de saturation. Des gouttelettes d'eau liquide apparaissent, formant un nuage bourgeonnant : le cumulus. Sous le nuage l'air a un mouvement ascendant vertical (si le vent météo est nul) qui peut atteindre plusieurs mètres par secondes. Si le vent météo n'est pas trop fort cette ascendance est entraînée par le vent : elle est oblique. Par contre un vent fort peut rendre l'ascendance irrégulière, briser la colonne d'ascendance en plusieurs morceaux. Au voisinage du sol, autour de la zone d'ascendance, on trouve un courant de convection dirigé radialement vers la zone d'ascendance (partie basse de la cellule). Ce courant peut être suffisamment fort pour entraîner une voile de la zone périphérique vers la zone d'ascendance. Si l'instabilité est très marquée et que l'échauffement du sol est important, le cumulus humilis continue à se développer verticalement (cumulus congestus ou gros joufflu). Il se transforme peu à peu en cumulonimbus. C'est un gros nuage gris, très développé verticalement (jusqu'à dix ou douze mille mètres). Son sommet est souvent formé de cristaux de glace et élargi : cumulonimbus capillaris (on parle souvent de forme d'enclume pour ces nuages). Les ascendances sous ce nuage, ainsi que les courants de convection qui en résultent, sont énormes, bien supérieurs à la vitesse maximum d'un parapente. L'influence de ces nuages peut se faire sentir jusqu'à quelques dizaines de kilomètres de la zone d'ascendance. Un cumulonimbus présent dans une vallée voisine peut donc être parfaitement invisible mais rendre le vol dangereux une dizaine de Km à la ronde voire plus en entraînant les voiles vers la zone d'ascendance. Et dans l'ascendance d'un cumulonimbus un parapentiste ne pèse pas lourd ! En cas de forte instabilité il importe donc de se renseigner sur la présence alentour de tels nuages, y compris dans les vallées invisibles depuis le site de décollage. A l'intérieur du cumulonimbus les courants verticaux sont tels qu'ils provoquent une séparation des charges électriques. Une différence de potentiel se forme entre le sommet du nuage et sa base ainsi que le sol. Quand elle dépasse la tension de claquage de l'air il se forme une étincelle (éclair) accompagné d'une forte vibration de l'air (tonnerre). C'est l'orage thermique, classique en fin de journée chaude et lourde. A noter que le développement orageux est favorisé par une source d'humidité (lac, mer, forêt,...) à proximité de la zone d'ascendance. L'évaporation provoque en effet une augmentation de la teneur en vapeur d'eau de l'air ambiant donc un abaissement de l'altitude du niveau de condensation. Lorsque le soir arrive les ascendances se calment, le nuage cesse de se développer, il s'effondre. 2) Les dynamiques Aussi appelé vol de pente, les ascendances dynamiques sont provoquées par le vent qui frappe un relief, une chaîne montagneuse par exemple. En rencontrant les flancs des montagnes, le vent est dévié vers le haut, le planeur n'a alors qu'à longer le relief pour parcourir ainsi de très longues distances. Si le vent cesse, le planeur redescend doucement et se pose dans un champ. Lors d'un vol de pente, le planeur reste dans la zone foncée et suit le relief sur tout son long puis refait le chemin à l'envers. Illustration de Roberto Centazzo Parcours d'un planeur en vol de pente... Illustration de Roberto Centazzo 3) L'onde Aussi appelé vol d'onde; ce type de vol, plus répandu en région montagneuse, permet aux planeurs d'atteindre des altitudes très élevées Lors d'un vol d'onde, le planeur reste dans les zones foncés (ascendantes ) et peut sauter d'une zone à l'autre. Conclusion : Après avoir aborder l’anatomie de l’aile de l’oiseau, ou nous avons vu l’implication des différentes plumes de l’oiseau permettant le vol plané. Mécaniques des fluides et la portance ont été abordées un deuxième temps, pour montrer la forme bien choisie de l’aile, ensuite dans un troisième temps nous avons vu l’aérodynamique de l’aile qui nous a montré comment les oiseaux ont perfectionnés les techniques de vol plané grâce a l’évolution, et enfin nous avons vu les courants ascendants qui sont le secret du vol plané. Nous sommes alors arrivés aux conclusion suivantes : - L’oiseau a su au mieux exploités les contraintes physiques universelles. En effet la forme de l’aile et les différentes plumes la composant exploitent aux mieux les différents fluides. - D’autres part, l’oiseau a su, selon les espèces s’adapter au mieux aux que la nature lui a imposé, certains oiseaux sont mieux préparé pour plané au dessus des océans, d’autres au des terres, mais tous sont une formidable manifestation de l’évolution des espèce. Par conséquent, le vol plané est une nouvelle manifestation, de la magie de l’évolution.
