Le texte qui suit est extrait d'un article de Michel MOUZE et d'Hervé Belloc paru dans le numéro 18 du journal "AERIAL" aux Editions Glénat presse. (mai/juin 2001).

On a tous admiré un jour ou l'autre les talents de vol plané des oiseaux. Alors que les volatiles marins ont adopté au fil des siècles des ailes longues et pointues, les planeurs terrestres ont developpé en revanche des ailes larges et digitées. Ces dernières ont inspiré plusieurs recherches en vue d'une éventuelle application en aviation légère.

Introduction

L'essentiel de la surface des ailes d'oiseaux est constitué de grandes plumes appelées rémiges. Elles assurent à la fois la sustentation et la propulsion. Elles sont solidement accrochées par des tendons sur le squelette de la main pour les rémiges dites primaires, sur celui 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.
	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.

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Tradition chez les marins

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La flemme des terriens

Les planeurs " terrestres " ne pratiquent pas ce vol " dynamique " mais exploitent assidûment les ascendances thermiques et orographiques. A force d'adaptations, ces adeptes enthousiastes des pompes sont devenus tellement performants que beaucoup en ont perdu le goût et les capacités physiques pour un vol battu prolongé. L'évolution les a rendus extrêmement dépendants de l'existence des ascendances, au point d'en devenir vital à certaines périodes de l'année. Pour survivre, il est parfois indispensable de pouvoir utiliser des ascendances étroites et faiblardes. D'où la nécessité d'être bâti de façon à planer avec un faible taux de chute, et suffisamment lentement pour pouvoir enrouler dans des bulles de faible diamètre sans être trop pénalisé par la force centrifuge. A part quelques rares cas où des cigognes ont été vues se goinfrant en vol dans des nuages de criquets migrateurs, les planeurs terrestres se nourrissent le plus souvent à terre. Les grues ou les cigognes picorent des vététaux, mangeant des bestioles plus ou moins grosses tandis que les buses, milans, vautours ou condors traquent des proies plus ou moins vivantes. Pour tous ceux-là, il y a donc nécessité d'être capable de décoller facilement du sol, et le plus vite possible, pour échapper à tous les prédateurs. Mais par terre, l'horizon est souvent encombré d'obstacles qui ne permettent pas une longue course d'envol, comme sur l'eau. D'autant que les frottements répétés de longues ailes sur le sol auraient vite fait d'en user les plumes. Les planeurs terrestres doivent concilier de nombreux impératifs incontournables - Un faible taux de chute. - Une portance suffisamment élevée, à vitesse lente, pour soutenir une masse importante, car ce sont souvent de gros oiseaux. - Une finesse élevée indispensable à tout oiseau planeur. - Un design adapté aux aérologies musclées. - Le tout avec des ailes courtes permettant un décollage facile du sol et une montée rapide. Mais puisque ces oiseaux existent et qu'ils n'ont pas trop l'air de se plaindre de leur sort, c'est qu'ils ont dû trouver une solution : des ailes courtes, larges et terminées par un système de rémiges digitées.

Vautour fauve repu (Eric Supervielle)

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Géométrie variable

Vautour fauve au pic du Montaigu (65)

L'aile de faible allongement est plus performante lorsqu'il s'agit d'exercer une forte puissance à faible vitesse/air, comme par exemple lors d'un décollage du sol suivi d'une montée pentue. La corde relativement élevée des ailes confère une portance élevée lors des phases de vol battu. Les interactions de l'écoulement de l'air passant d'une rémige de bout d'aile sur la suivante, entraînent une forte augmentation de la portance aux basses vitesses. Lorsque ce même planeur terrestre décide de quitter une ascendance et accélère en transition, il réunit ses rémiges terminales en un faisceau pointé vers l'arrière, escamotant ce système hvpersustentateur. De toute façon. les ailes digitées résisteraient mal à des vitesses trop élevées. En repliant progressivement ses ailes en W, il réduit la surface de sa voilure et diminue progressivement son envergure. L'allongement reste globalement correct tout en augmentant la charge alaire, d'où une augmentation de la vitesse de chute et de la vitesse sur trajectoire sans trop de dégradation de la finesse. En accentuant le W, l'oiseau peut encore convertir de la finesse en vitesse. Ainsi équipé, le vautour fauve, l'un des plus grands rapaces, plane à la vitesse de 50 km/h avec une finesse estimée à 15 et un allongement de seulement 7 (contre 20 pour l'albatros). Son envergure moyenne est de 2,6m (albatros 3,5m) pour un corde d'environ 45 cm, et sa charge alaire est d'environ 8kg pour une surface de 1m2. Malgré cette charge élevée, il peut ralentir considérablementson vol en ascendance.

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Simulation et soufflerie

Le groupe d'élèves de l'École nationale supérieure d'ingénieurs de construction aéronautiques (Ensica) s'intéresse au fonctionnement des rémiges de bout d'aile et à l'intérêt de la transposition du concept à l'aéronautique Ils ont réalise une étude en combinant simulation numérique et essais en soufflerie aux incidences moyennes. Le système étudié est simplifié par rapport a la géométrie et la structure complexe imaginée par la nature. Il permet néanmoins d'obtenir quelques indices sur son fonctionnement et sa raison d'être. Les résultats obtenus révèlent tout juste une équivalence de finesse max entre une aile digitée et une aile rectangulaire de même envergure. D'autres études sont conduites par des constructeurs aéronautiques et montrent qu'un système de 4 ailettes correctement calées et étagées apporte léger gain de finesse. On est loin des énormes gain de performance annoncés sur internet pour les " wingrids ".
La finesse de 15 pour un allongement de 7 constatée chez le vautour est une valeur qui correspond aux prévisions classiques en aérodynamique, si on tient compte du fuselage de type " gros porteur ". Déception ? Non. en y réfléchissant bien, les rémiges digitées en bout d'aile sont surtout actives à faible vitesse dans des phases de vol où le souci est plus au pilotage et au taux de chute qu'à l'optimisation de la finesse. Le fait qu'une aile toute fendue et dentelée fonctionne aussi bien qu'une aile classique est déjà en soi un résultat ! D'ailleurs. les calculs montrent que la distribution des pressions. de la première à la dernière rémige, est similaire à celle observée le long de la corde de l'aile simple. Cela explique par exemple la flexion plus prononcée de la rémige d'attaque des volatiles et laisse présager un décrochage retardé car progressif d'une rémige à l'autre. Ce thème fera l'objet d'une étude approfondie lors d'essais à l'Ensica.
Alors, pourquoi les oiseaux font-ils compliqué ? Pour se donner les moyens de s' adapter aux différentes conditions de vol, tout en conservant un niveau de finesse acceptable. En d'autres termes, pour répondre à l'exigeant cahier des charges par la géométrie variable. Une grande surface de voile pour optimiser le taux de chute dans les petites conditions, vitesse lente dans les ascendances, petite surface pour la vitesse maxi et le thermique vif de printemps. A la différence du parapente qui n'a que la possibilité de faire les oreilles et accélérer, le système des oiseaux offre une très grande plage de manoeuvres sans changer de voile !

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Palpent t-ils vraiment l'air de leurs rémiges?

Non. pas vraiment. En fait les rémiges, comme toutes les plumes, ne sont que des empilements de cellules mortes aux parois momifiées, épaissies et rigidifiées. Leurs ondulations en bout d'aile ne peuvent donc être que des mouvements passifs, des cambrures sous l'effet des turbulences de l'air. Ces plumes jouent un rôle d'amortisseur courbées vers le haut par la turbulence, elles reprendront ensuite leur forme d'origine par l'élasticité de leur axe. L'énergie ainsi emmagasinée dans la courbure est alors restituée à l'oiseau sous forme d'un supplément passager de portance. Il est cependant probable que l'oiseau soit capable, en agissant sur les minuscules muscles insérés sur la racine de chacune de ces plumes, de faire légèrement pivoter chacune d'elle autour de son axe. La modification d'incidence qui en résulte se traduit alors par une courbure plus ou moins prononcée vers le haut, le bas ou l'arrière, sous l'effet du vent relatif, ce qui revient finalement à une correction de voilure au même titre que le reploiement ou le gauchissement d'une aile.
Alors que les rémiges sont complètement dépourvues de nerf, l'oiseau perçoit le moindre déplacement latéral ou la vibration la plus ténue. De minuscules organes sensoriels sont insérés sous la peau de l'aile à la base de chacune des plumes et envoient en permanence des informations au cerveau. Celui-ci sera donc constamment renseigné sur la position et les mouvements de chacune des rémiges et il pourra en déduire la vitesse instantanée et l'orientation des filets d'air en chaque point autour de ses aile. S'il le faut. ses réflexes procéderont aussitôt à l'un des multiples réglages à l'aide des ailes, de la queue ou du corps. Par exemple, un mouvements des pattes-aérofreins peut aider à contrôler un décrochage.

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L'oiseau rare

Il existe pourtant une exception, alors que la règle chez les grands planeurs terrestres, est d'avoir ces ailes digitées. Le martinet noir est le plus petit des planeurs de cette catégorie et loin d'être le moins performant. Il possède des ailes fines et pointues, arquées en faucille, avec une envergure de 40cm pour une masse de 40 g. Où est l'erreur ? La raison vient simplement du fait que le martinet n'atterrit quasiment jamais par terre. Il se nourrit en se goinfrant d'insectes capturés en vol, et lorsqu'il doit se poser (par exemple pour faire son nid), il s'accroche à flanc de rocher, de falaise ou d'édifice. Le redécollage en chutant ne lui pose aucun problème. Pour faire son nid, il récolte en vol les matériaux, des plumes et des fragments de végétaux qu'il façonne ensuite avec de la salive. Si, par mégarde, malchance ou distraction il se laisse piéger et se retrouve sur le plancher des vaches, la situation devient inconfortable pour lui et il a beaucoup de difficultés à repartir. Depuis le temps que ses pattes ne lui servent plus guère qu'à s'agripper sur des surfaces verticales, elles se sont peu à peu réduites et ne peuvent lui servir à décoller, d'autant que son envergure et la forme de ses ailes rendent problématique une éventuelle course d'envol. S'il est en pleine forme, le martinet parvient pourtant à redécoller grâce à une technique très personnelle. Il appuie ses ailes par terre et d'un violent battement. parvient à se catapulter suffisamment haut au-dessus du sol pour ensuite ramer au moteur. Il peut se permettre une telle acrobatie sans dommage pour ses superstructures car sa masse est très faible par rapport à la puissance et la résistance de ses ailes. Les grands et lourds planeurs marins en seraient tout à fait incapable. L'autre interrogation concerne l'aptitude du martinet à exploiter les thermiques avec ses ailes pointues, adaptées pour un vol ultra rapide (il vole à plus de 200 km/h). En fait, ce mini planeur étant ultra léger (charge alaire de 2.4 kg/m2) il a un taux de chute très bas et se montre capable d'exploiter les ascendances très faibles. De plus. avec sa faible masse, il est très peu pénalisé par la force centrifuge dans les virages, comme ses grands collègues. En fait, c'est un oiseau tellement doué pour le vol à voile qu'il passe littéralement sa vie en l'air, chassant les moustiques le jour et dormant la nuit, très haut dans le ciel. Il ne se réveille que de temps à autre pour donner quelques coups d'aile, quand les pompes ont disparu. Cela a été vérifié. Il fait tout en volant cet animal, allant même jusqu'à s'accoupler en l'air, ce qui ne semble pourtant pas si facile au vu du commentaire de nos lecteurs qui prétendent avoir tenté l'expérience. En fait, il n'y a qu'une chose que le martinet ne fait pas en vol, allez savoir pourquoi, c'est pondre.

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