Le Prince des nuées

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LY YC CE EE E C CA AM MI IL LL LE E G GU UE ER RI IN N
Loïc Mesdon
Ian Duvergé
Erwan Mesdon
Clément Blaudeau

Groupe 43 - [Le Prince des nuées]
2013-2014
Lycée Camille Guérin - Olympiades de Physique France
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Introduction
Nous nous sommes interrogés lors de notre TPE de première sur les forces responsables du vol des avions.
Afin de poursuivre cette étude en Terminale pour les olympiades de la physique, nous avons voulu orienter
nos recherches sur le vol des planeurs. C'est ainsi que nous sommes tombés sur un modèle de planeur en
balsa nomme l'albatros. Ce nom peint sur les ailes du planeur nous a au premier abord étonné.
Est-ce bien raisonnable de comparer un planeur en balsa a un albatros ?
Les albatros sont parmi les plus grands oiseaux. Ils peuvent parcourir plusieurs centaines de kilomètres par
jour lorsqu'ils recherchent de la nourriture. Ils ont des ailes extrêmement longues et fines qui sont parmi les
plus grandes jamais observées chez un oiseau. De telles ailes leur permettent de voler des heures sans battre
des ailes, leur permettant d'économiser leur énergie.
Notre planeur aurait-il de telles capacités de vol ?
C'est ce que nous avons essayé de vérifier.
Le Poète est semblable au prince des nuées
Qui hante la tempête et se rit de l’archer ;
Exilé sur le sol au milieu des huées,
Ses ailes de géant l’empêchent de marcher.
(Charles Baudelaire)
Bonne lecture, et bon vent !

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2013-2014
Lycée Camille Guérin - Olympiades de Physique France
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Sommaire
Introduction
I. Comparaison de l'albatros et du planeur
I.1. Première approche
I.2. Le planeur et l'albatros sont-ils dans le même régime d'écoulement ?
II. Étude des ailes du planeur
II.1. Première approche de la portance et de la traînée
II.2. Étude de l'aile du planeur en soufflerie
II.2.1. Installation et étalonnage de la soufflerie
II.2.2. Détermination du coefficient de Portance
II.2.3. Détermination du coefficient de Traînée
II.3.4. Conclusion et remarques
III. La finesse des ailes
IV. Recherche d’une méthode expérimentale
IV.1. La voiture électrique comme lanceur
IV.2. Le lanceur élastique
IV.2.1. Idée et installation
IV.2.2. Etalonnage et calculs
IV.2.3. Mise en pratique expérimentale
V. Les lancers à la main
Conclusion
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I. Comparaison de l'albatros et du planeur
I.1. Première approche
Afin de connaître les caractéristiques de l'albatros, nous avons choisi l'espèce Diomedea exulans, ou albatros
hurleur, car il est le plus grand et le plus lourd des albatros.
Masse
moyenne(g)
Envergure
moyenne (m)
Longueur du
corps (m)
Surface des
ailes (m²)
Envergure /
corde
Poids / surface
(N.m-2)
Albatros
8,0.10³
3,10
1,20
0,66
18
120
Planeur
8,0
0,30
0,215
1,5,10-2
6,0
5,23
Nous remarquons tout d'abord que L'albatros est 1000 fois plus lourd que le planeur mais possède une
envergure seulement 10 fois plus grande : il possède donc un vol plus « efficace ».
Cela est confirmé par la comparaison du rapport poids surface : pour avoir le même rapport poids surface,
notre planeur devrait peser presque 25 fois plus, soit environ 200 g. En accrochant une masse de 200 g au
planeur, on peut constater que son vol est impossible.
Mais alors, qu’est-ce qui différencie notre planeur de cet oiseau ?
L'origine de cette « efficacité » réside très certainement dans les ailes. Notre planeur possède des ailes
parfaitement planes, ce qui ne favorise pas le vol.
Si les chiffres semblent éloigner notre planeur de l'oiseau, seule une étude plus approfondie nous permettra
de conclure.

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I.2. Le planeur et l'albatros sont-ils dans le même régime d'écoulement ?
La grandeur qui caractérise le type d'écoulement est le nombre de Reynolds.
C'est une grandeur sans dimension définie par :
 : masse volumique de l'air ()
V : vitesse de l'écoulement caractéristique ()
: dimension caractéristique de l'écoulement
correspondant ici à la largeur de l'aile ()
 : viscosité dynamique de l'air 
Dans les conditions habituelles du vol, nous aurons :
  et  
Largeur moyenne aile
Vitesse caractéristique
Albatros
17 cm
5,5 m.s-1
6,1.104
Planeur
5,0 cm
3,8 m.s-1
1,2.104
Pour être dans des conditions de vol comparables (même ), il faudrait lancer notre planeur à des vitesses
proches de  soit presque.
Les conditions de vol du planeur et de l'albatros ne sont pas les mêmes au niveau de l'écoulement de l'air, ce
qui ne rapproche pas notre planeur de l'albatros.
Nous allons maintenant nous intéresser à ce qui semble faire une différence importante entre le planeur et
l'albatros : les ailes.