Pourquoi il est si difficile de construire une machine à ailes…Machine volante à ailes battantes

Human Birdwings

Quand un homme s’identifiant comme Jarno Smeets a téléchargé sur YouTube une vidéo de lui-même prenant apparemment son envol avec une aile battante faite maison, elle est immédiatement devenue virale et a déclenché une vague de joie et d’émerveillement : Il peut voler comme un oiseau ! Tout aussi rapidement, une vague de dérision a suivi. Impossible, ont déclaré les sceptiques, c’est un canular. Et en effet, des reportages et des analyses plus approfondies ont jeté de sérieux doutes sur l’authenticité de la vidéo. Finalement, il a admis que c’était un canular.

Mais pendant un certain temps, la possibilité a persisté : L’aspiration de l’humanité à devenir une créature des airs, un rêve encore plus ancien qu’Icare, était enfin devenue réalité.

Une personne qui a regardé le clip avec un intérêt particulier était Todd Reichert, un nouveau docteur de l’Institut d’études aéronautiques de l’Université de Toronto. Reichert dirigeait une équipe de l’université qui a construit un ornithoptère à propulsion humaine, un aéronef qui se propulse en battant des ailes comme un oiseau ou une chauve-souris. En 2010, Reichert est monté dans l’appareil, le Snowbird, et l’a piloté lors d’un vol record. Il est le plus rare des imitateurs d’oiseaux : un pilote d’ornithoptère chevronné qui a réellement battu des ailes pour se frayer un chemin dans les airs.

Alors que Reichert regardait la vidéo de Smeets, sa première impression était qu’elle semblait plus ou moins plausible. Les ailes étaient un peu trop courtes, pensait-il, et l’unité de puissance dorsale était un peu trop petite – mais pas de façon flagrante. Puis il y a eu le décollage, le moment où les pieds du pilote quittent le sol et où l’appareil s’élève brusquement dans les airs. C’est à ce moment-là, dit Reichert, qu’il a compris que la bande était un faux. « Juste au premier coup d’œil, ce n’est même pas proche », dit-il.

Pour ceux d’entre nous qui ne sont pas des pilotes d’ornithoptères, il pourrait ne pas être immédiatement évident pourquoi il en est ainsi. Après tout, les oiseaux peuvent monter de façon encore plus abrupte que Smeets. Les chauves-souris et les insectes aussi. En fait, le vol ailé est si facile qu’il a évolué indépendamment dans le règne animal au moins quatre fois. « Une aile peut vous donner une meilleure efficacité propulsive qu’une hélice », dit Reichert.

Mais la façon dont un oiseau vole est très différente de celle d’un ornithoptère mécanique. Reichert le sait bien, puisque le sujet de sa thèse de doctorat consistait à comparer la dynamique de vol des animaux à celle des engins fabriqués par l’homme. Il s’avère que les oiseaux ont des années-lumière d’avance sur nous, les humains, lorsqu’il s’agit de battre des ailes. « Un oiseau modifie constamment la forme de son aile lorsqu’il vole, en la repliant vers l’intérieur lors du mouvement ascendant et vers l’extérieur lors du mouvement descendant », explique-t-il. (Pour un excellent exemple, regardez cette vidéo d’un hibou grand-duc en vol à 1000 images par seconde). « Il déplace également l’aile plus rapidement dans le sens de la descente que dans le sens de la montée. Vous les voyez donc effectuer tous ces mouvements supplémentaires compliqués, et avec chaque couche de complexité, l’oiseau devient de plus en plus efficace. L’aile d’un ornithoptère, en revanche, ne fait que battre de haut en bas. »

C’est pourquoi la performance de l’ornithoptère de Reichert était beaucoup moins impressionnante que la vidéo de Smeets dont Internet s’est entiché cette semaine. (Pour son vol record, son équipe a remorqué le Snowbird dans les airs jusqu’à une altitude de quelques mètres, puis a réussi à le maintenir en l’air pendant moins d’une minute en battant des ailes, en conservant son altitude mais en perdant progressivement de la vitesse. Ce n’est peut-être pas une performance qui brûle les granges selon les normes de l’aviation conventionnelle, mais cela reste néanmoins le vol à aile battante à propulsion humaine le plus impressionnant à ce jour.

L’aile de Reichert aurait pu être plus efficace, dit-il, si son équipe avait essayé d’imiter la complexité de l’aile d’un oiseau. « Le problème est qu’en ingénierie, ce n’est pas la voie à suivre », dit-il. « Vous ne voulez pas dire : ‘Oh, ajoutons de la complexité pour obtenir de l’efficacité’. « 

Une façon évidente d’augmenter les performances, bien sûr, est d’ajouter un moteur. (L’engin de Smeets était censé inclure un bloc de batteries et des actionneurs électriques). L’histoire des ornithoptères motorisés remonte à 1942, lorsqu’un ingénieur allemand du nom d’Adalbert Schmid aurait construit un appareil équipé d’un moteur de 6 chevaux capable de décoller par ses propres moyens et de voler pendant 15 minutes. Nathan Chronister, qui documente depuis des années la romance du vol ailé sur son site Web, The Ornithopter Zone, affirme que, théoriquement, il n’y a aucune raison pour que quelqu’un ne puisse pas réaliser ce que Smeets prétendait avoir accompli. « C’est possible », dit-il.

Mais, dit-il, un engin réellement fonctionnel « ne ressemblerait pas tout à fait à… ». L’aile devrait être plus longue et plus rigide pour plus d’efficacité, et il faudrait un moyen de stabilisation pour ne pas tomber du ciel. Et, dit-il, il ne s’agirait pas d’une aile à sangles – « cette configuration s’est avérée extrêmement dangereuse » – mais d’un engin dans lequel le pilote peut s’attacher.

Reichert convient que quelque chose comme l’engin de Smeets pourrait être réalisable. « Quelqu’un pourrait le faire », dit-il. « Mais le défi est tellement énorme. Ce n’est pas quelque chose que l’on peut réaliser en travaillant dans son jardin pendant quelques mois. »

Un jour, donc, quelqu’un pourrait effectivement donner vie à ce rêve. Il se trouve simplement que Jarno Smeets n’est pas celui qui le réalisera.

Jeff Wise est un rédacteur collaborateur de Popular Mechanics et l’auteur de Extreme Fear : The Science of Your Mind in Danger. Pour une dose quotidienne de peur extrême, consultez son blog.

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