Réponse du département sciences et techniquesBonjour,
Effectivement,
à quoi servent les battements d'ailes ?En vol, l'oiseau suit une trajectoire régulière, sans soubresaut. Son corps ne monte pas à la descente des ailes et ne tombe pas lorsqu'il les remonte. Cela implique que les ailes portent l'oiseau à chaque instant, la portance est donc constante. L'énergie que dépense l'oiseau dans les battements d'ailes ne lui sert donc pas à créer de la portance mais lui sert à se propulser vers l'avant. La vitesse ainsi obtenue créant par écoulement aérodynamique autour des ailes, la portance suffisante pour le maintien du vol. Source :
Pourquoi les oiseaux ont-ils des ailes ?.
Voir également cette précédente réponse du guichet sur le
Vol des oiseaux.
L’encyclopédie en ligne Wikipédia liste les différents
types de vols dont le vol plané, le vol à voile, qui ne nécessitent pas de battements d’ailes.
Futura sciences a ainsi consacré un dossier complet au
vol à voile chez les oiseaux :
Contrairement à ce que l'on imagine souvent, tout oiseau qui plane descend toujours par rapport à la masse d'air dans laquelle il se trouve (c'est d'ailleurs la même chose pour tous les engins planeurs). Mais si cette masse d'air monte plus vite que l'oiseau ne descend, celui-ci gagnera de l'altitude : par exemple s'il perd 1 mètre / seconde dans de l'air qui monte à 3 mètres / seconde, il s'élèvera finalement de 3-1 = 2 mètres / seconde.
Le « but du jeu », pour le vautour, sera donc d'essayer de repérer ces masses d'air montant, que l'on appelle des « ascendances », et de voler quelque temps à l'intérieur. En gagnant de l'altitude, l'oiseau augmentera sa réserve d'énergie potentielle, autrement dit il fera le plein de carburant. Puis il quittera l'ascendance pour se diriger, cette fois par un vol plané descendant, vers la direction qui l'intéresse. En chemin il aura besoin de reprendre périodiquement de l'altitude et devra « exploiter » d'autres ascendances.
Voilà défini le principe du vol à voile tel que le pratiquent les oiseaux planeurs terrestres, tels que les buses, les aigles, les milans, les cigognes, les vautours... D'autres oiseaux – les planeurs marins (albatros, puffins…) pratiquent une autre mode de vol à voile très délicat à réaliser, qui consiste à décrire de larges boucles à haute vitesse en utilisant le plané régulier en air calme.
Vous en saurez plus, en consultant l’article de l’encyclopédie Universalis sur le
vol animal par Armand de RICQLÈS, dont voici quelques extraits :
Le vol complet, c'est-à-dire le maintien stationnaire d'un animal dans l'atmosphère ou son déplacement volontaire, actif, dans les trois dimensions de l'espace, implique la réalisation simultanée de trois fonctions élémentaires, la sustentation, la propulsion et la régulation (ou équilibration).
La sustentation est la fonction par laquelle l'animal (ou la machine volante) se maintient dans le fluide peu dense qui l'entoure en créant des forces mécaniques capables de lutter contre la gravité au point d'annuler les effets de celle-ci. Deux solutions, respectivement « actives » et « passives », sont possibles. La sustentation passive utilise la poussée d'Archimède jusqu'à un plafond pour lequel le poids du système équilibre la poussée. Cette solution, celle des montgolfières, des ballons sphériques et des dirigeables à hydrogène ou à hélium (« plus légers que l'air »), n'est pas absente du règne animal puisqu'elle joue un rôle essentiel dans l'équilibre hydrostatique de maints Poissons osseux, Mollusques et Cœlentérés, mais elle ne joue chez les animaux aériens qu'un rôle auxiliaire, jamais prépondérant dans la sustentation.
(...)
Le vol plané, dont il existe plusieurs modalités, permet à un animal tombant d'abord en chute libre de parcourir une trajectoire allongée, telle que la distance horizontale parcourue soit bien supérieure à la hauteur de chute : l'angle de plané est donc inférieur à 450. La finesse d'un planeur correspond à l'aptitude à franchir une plus ou moins grande distance horizontale à partir d'une hauteur donnée. Si l'air est immobile, un planeur utilise nécessairement son énergie potentielle (altitude de départ) pour se sustenter, en transformant celle-ci en énergie cinétique, qui produit une portance alaire : il perdra donc obligatoirement de l'altitude. Si, au contraire, des variations de vitesse horizontale existent dans l'air ambiant, ou si celui-ci est parcouru de courants ascendants, le planeur pourra éventuellement gagner de l'altitude par rapport à son point de départ : il est alors capable d'utiliser à son profit l'énergie atmosphérique pour se maintenir en l'air.
Pour voler, l'animal doit vaincre deux forces : la gravité, qui l'attire constamment vers le bas selon la verticale du lieu, et la traînée, qui s'oppose constamment à sa progression horizontale dans l'air.
La gravité est équilibrée par la portance produite par une surface portante, ou aile. Celle-ci, dont la section parasagittale (ou profil) est variable et caractéristique, crée une portance par la différence des vitesses, et donc des pressions (loi de Bernoulli) qui s'établit, quand elle se meut, entre sa face supérieure (extrados) et sa face inférieure (intrados). Pour qu'il y ait une portance utilisable, il faut que l'aile pénètre le fluide sous un certain angle d'incidence ou que son profil soit asymétrique. L'avancement de l'aile dans l'air a pour conséquence une traînée qu'il faut vaincre. Celle-ci dépend de la vitesse, du profil et de l'incidence. Pour un profil d'aile donné, il existe toujours une valeur de l'angle d'incidence pour laquelle la portance est maximale par rapport à la traînée (diagramme polaire). Dans les conditions habituelles, les ailes ont une bonne portance et une traînée minimale pour des angles d'incidence modérés. Si l'angle d'incidence augmente, la portance croît mais plus encore la traînée, et finalement l'aile « décroche » quand l'écoulement des filets d'air sur l'extrados devient turbulent au lieu de rester laminaire (cf. aérodynamique) : la portance s'effondre alors brutalement tandis que la traînée croît encore (« perte de vitesse »). (…). L'aile bâtarde, ou alula des oiseaux, plume mobile et portée par le pouce, joue ce rôle, ainsi, peut-être, que certaines nervures en relief ou des poils sur l'aile des Insectes. Dans les ailes à fentes multiples, un élément d'aile amont sert de volet de bord d'attaque pour l'élément aval et ainsi de suite. C'est le cas des rémiges primaires écartées qui constituent l'extrémité de l'aile de maints Oiseaux bons planeurs, comme les grands Rapaces.
Pour finir, une vidéo du CERIMES sur
le vol des oiseaux, qu’il soit battu ou plané :
Par des schémas et des expériences réalisées en soufflerie, quelques principes de base sont exposés : portance d'une aile, écoulements laminaires et tourbillonnaires. Le vol plané est ensuite étudié sur un rapace et sur un goéland. Au moyen de ralentis (80, 200 et 1 000 images/seconde) sont analysés, l'envol (goélands, hérons, moineaux, foulques) et l'atterrissage (mouettes, hérons, moineaux, choucas) ou l'amerrissage (canards). Le vol battu est présenté par des vues prises à 80 images/seconde de goélands, hérons et canards.source :
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