La mouette, l'aéroplane et la fusée

Eh oui, une propulsion dont on n'a pas encore parlé, quoiqu'assez inutilisable dans l'espace : le vol des oiseaux.

Après tout, le métabolisme des animaux volants est une combustion.
Si nos engins atmosphériques étaient aussi efficaces que les oiseaux d'un point de vue énergétique, on pourrait construire des machines volantes se déplaçant à quelques dizaines de km/h et n'utilisant que des déchets organiques beaucoup moins énergétiques que le kérozène.
Les précurseurs de l'aviation, depuis Léonard de Vinci, ont bien étudié le vol des oiseaux, avant que ce principe soit abandonné au 19ème siècle, mais il s'agissait surtout d'études mécaniques et cinématiques il me semble, pas d'études énergétiques.
Comment l'efficacité énergétique des oiseaux peut-elle se comparer à celle des avions ? Celà peut avoir un sens pour des petits avions pouvant voler à des vitesses assez basses pour être accessibles aux oiseaux les plus rapides.

Question subsidiaire : Pégase, le cheval volant de la mythologie, pourrait-il voler en ne se nourrissant que d'herbe et de foin ?

A+

Suite de mes cogitations bucoliques sur les petits oiseaux

Synthèse de quelques chiffres trouvés.
Avant d'entreprendre leur voyage, les oiseaux migrateurs augmentent leur poids de 20 à 50% sous la forme de graisse.
La distance parcourue par les oiseaux migrateurs de l'Europe vers l'Afrique est de l'ordre de 10000 km.
Le martinet noir peut franchir 750 km par jour en migrant vers l'Afrique.
La rousserolle peut parcourir des milliers de km d'une traite.
Les cygnes et les oies peuvent voler à 150 km/h avec de bonnes conditions météos.

Les oiseaux migrateurs peuvent donc parcourir des distances équivalentes aux avions intercontinentaux, avec un rapport (masse "carburant")/(masse totale) équivalent (ravitaillement en cours de route faible ou nul suivant les espèces), à vitesse plus faible (quoique la vitesse des oies n'est pas ridicule par rapport aux avions à hélice), mais avec un "carburant" aussi moins énergétique.
Difficile de trouver des chiffres très précis sur la dépense énergétique des oiseaux (il faudrait voir le contenu énergétique des graisses) mais ces performances sont quand même assez stupéfiantes par rapport à nos technologies "agressives" : combustion du kérozène contre combustion métabolique et énergie musculaire.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Hirondelle
http://www.nord-nature.org/fiches/fiche_s4.htm
http://www.oiseau-libre.net/Site/Cadres/Migration.html?CadreContenuOiseaux=Migration.html

On entends parler depuis quelques années de voilures "intelligentes" dont la géométrie s'adapte aux conditions de vols (turbulences, vitesse et peut- être même propulsion dans un avenir plus lointain)

Henri a écrit:On entends parler depuis quelques années de voilures "intelligentes" dont la géométrie s'adapte aux conditions de vols (turbulences, vitesse et peut- être même propulsion dans un avenir plus lointain)

Au 19ème siècle, on a fini par abandonner l'idée d'imiter le vol des oiseaux, mais étant donné certains progrès techniques qui ont eu lieu depuis, il peut quand même y avoir quelques idées à reconsidérer.
Maniabilité, vol stationnaire, ...les oiseaux ont résolus tous ces problèmes il y a des millions d'années.
Pour ce qui est du vol stationnaire, on a dû inventer une machine différente de l'avion : l'hélicoptère.
Hélices et turboréacteurs sont des solutions très efficaces pour la vitesse, mais pour le reste, on n'a pas de machine volante aussi polyvalente qu'un oiseau, capable aussi bien de parcourir des milliers de km que de faire du vol stationnaire, des virages à angle droit, etc., et se contentant en plus d'un "carburant" disponible partout.

Alors que le "besoin" existe : le transport volant individuel.
Vers 1950, on imaginait qu'en l'an 2000, chacun aurait son automobile volante, et cette vision ne s'est pas concrétisée. Au contraire, les aéroplanes sont lancés dans une course vers le gigantisme, ce qui est aussi censé être optimal en consommation énergétique.
Les oiseaux ne peuvent-ils pas nous rappeler qu'il y a peut-être d'autres voies ?

Un véhicule individuel volant à environ 100 km/h (donc guère plus rapide qu'un oiseau), atterrissant et décollant verticalement, pas plus gros ni bruyant qu'une automobile, aussi maniable... Ni un avion, ni un hélicoptère, autre chose à inventer.

Depuis peu, on s'inspire également des poissons pour définir des formes plus aérodynamiques. Il est clair que la nature peut encore offrir des progrès à la technique, plus en tout cas que ce que pensent pas mal d'ingénieurs.

Lien vers le SmartFish : http://www.smartfish.ch/index.cfm/fuseaction/show/path/1-2.htm

Est ce que quelqu'un c'est inspiré du papillon Monarque qui quitte le Canada a chaque automne pour se réfugier au Mexique. Cette minuscule petite chose qui est incapable de volé droit fait partie des plus grand migrateurs de la planète.

La nature est encore en avance sur nos capacité technologique. :ven:

Alpha a écrit:Est ce que quelqu'un c'est inspiré du papillon Monarque qui quitte le Canada a chaque automne pour se réfugier au Mexique. Cette minuscule petite chose qui est incapable de volé droit fait partie des plus grand migrateurs de la planète.
La nature est encore en avance sur nos capacité technologique. :ven:

Il me semble avoir vu récemment des prototypes de drones de la taille d'un insecte.

http://www.defense.gouv.fr/sites/dga/votre_espace/presse/articles/microdrone_libellule_pour_mini_revolution?_&ispopup=1

Va bientôt falloir faire gaffe aux libellules !

Quelques nouvelles sur les micro-drones à ailes battantes :

La libellule :
http://www.defense.gouv.fr/dga/dossiers/microdrone_libellule_pour_mini_revolution

Articles et thèse ONERA :
https://www.dailymotion.com/video/x1tjb5_remanta-de-lusage-dun-microdrone
http://www.cert.fr/dcsd/THESES/rakotomamonjy/fr/article_cifa_rakoto.pdf
http://www.cert.fr/dcsd/THESES/rakotomamonjy/fr/T_R-273_03.pdf
(4.5 Mo, 56 pages, français, niveau: technique)

et on peut même s'en payer une en polystirène :

http://www.mensway.com/catalog/product_info.php?products_id=268


moi je vous dis, dans 5 ou 10 ans, Madame Michu pourra envoyer un drône pour aller faire ses courses !

Alpha a écrit:Est ce que quelqu'un c'est inspiré du papillon Monarque qui quitte le Canada a chaque automne pour se réfugier au Mexique. Cette minuscule petite chose qui est incapable de volé droit fait partie des plus grand migrateurs de la planète.

La nature est encore en avance sur nos capacité technologique. :ven:

Il y a des insectes volants plus évolués que les libellules et moins gourmands en énergie comme les papillons dont le vol est mis battant , mis plané.
Les mouches aussi sont nettement plus évoluées et la rapidité et la souplesse de leur vol n'est pas à démontrer ;)
Quand la nanotechnologie aura, elle aussi, suffisamment évoluée, il sera préférable de s'inspirer des papillons ou des mouches que des libellules plus primitives.
Le gros problème de la nano mécanique reste celui du stockage de l'énergie et de sa transformation en énergie mécanique et il faudra là encore s'inspirer des insectes volants qui passent par la voie chimique et non par l'électricité (même si les processus chimiques impliquent des transferts de charges électriques...mais à l'échelle moléculaire et atomique ...donc à une véritable nano échelle...et non pas à une micro échelle comme la "nano" mécanique actuelle.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Libellule#Evolution
Les libellules existent sur terre depuis 285 millions d'années, et pouvaient atteindre une envergure de 70 cm à l'époque des dinosaures.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Lepidoptera

Le fossile le plus ancien est Archaeolepis mane du jurassique anglais, daté d'environ 190 millions d'années (Grimaldi et Engel, 2005).

http://www.tolweb.org/Diptera

The earliest fossil flies are known from the Upper Triassic of the Mesozoic geological period, some 225 million years ago

le stockage de l'énergie et son utilisation est un des problèmes majeurs des nano robots.
La voie de l'hydogène "solide" comme vecteur d'énergie est à explorer:
Stockage de l’hydrogène
http://www.achats-industriels.com/actualites/dossiers/264.asp
Une équipe de chercheurs coréens et canadiens menée par le professeur Lee Huen de l'Institut avancé de science et technologie de Corée (KAIST) a découvert une manière de stocker de grandes quantités d'hydrogène dans des solides à pression modérée.

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/41018.htm
Une équipe de l'université de Bilkent à Ankara en collaboration avec le National Institute of Standards and Technology (NIST, une agence du département américain du commerce) ont montré qu'une molécule d'éthylène, molécule banale à la base de la plupart des plastiques, à laquelle on ajouterait deux atomes de titane à chaque extrémité formerait une capsule capable d'absorber jusqu'à 10 molécules d'hydrogène. Ce réservoir serait ensuite capable de libérer l'hydrogène ainsi stocké avec une faible quantité de chaleur.
Fruit d'un travail de modélisation mathématique, le stockage "solide" de l'hydrogène est préféré au stockage comprimé à l'état gazeux ou liquide qui requiert des réservoirs de grande capacité.

pour la mouche, avec ses environ 100 Hz donc 100 battements d'ailes à la seconde, une question se pose :
qu'a t'elle conscience de faire exactement en volant ?

est ce qu'elle a l'impression de battre des ailes comme nous on ferait la brasse ?
en ce cas son temps n'est certainement pas le même et on peut imaginer que pour elle, une petite minute de vol dans une pièce représenterait pour nous 1 heure de "ballade".

Ou bien, est-ce pour elle un peu comme, pour un musicien, le geste du vibrato sur une corde ?
je penserais plutôt à ça : en genre de "vibrato" fait avec les bras, en quelque sorte. Ca doit être un peu ça, la conscience qu'en a l'insecte.

je prends la mouche, mais n'importe quel insecte volant, ou l'oiseau mouche aussi.

cslevine a écrit:pour la mouche, avec ses environ 100 Hz donc 100 battements d'ailes à la seconde, une question se pose :
qu'a t'elle conscience de faire exactement en volant ?

est ce qu'elle a l'impression de battre des ailes comme nous on ferait la brasse ?
en ce cas son temps n'est certainement pas le même et on peut imaginer que pour elle, une petite minute de vol dans une pièce représenterait pour nous 1 heure de "ballade".

Ou bien, est-ce pour elle un peu comme, pour un musicien, le geste du vibrato sur une corde ?
je penserais plutôt à ça : en genre de "vibrato" fait avec les bras, en quelque sorte. Ca doit être un peu ça, la conscience qu'en a l'insecte.

je prends la mouche, mais n'importe quel insecte volant, ou l'oiseau mouche aussi.

Pas évident :roll:
Seth Brundle le mutant moitié homme moitié mouche ne nous a pas laissé ses impressions à ce sujet ;)

http://fr.wikipedia.org/wiki/La_Mouche_(film,_1986) :affraid:

Je me demande quant-même si elle n'aurait pas l'impression de faire un peu la brasse-papillon comme son cousin le "butter-fly" ;)
Si on veut être un peu plus sérieux, la viscosité de l'air devient à l'échelle des insectes un paramètre important pour le vol comme il en ait pour nous avec l'eau, donc le vol des insectes ne ressemble pas à celui des oiseaux mais doit avoir quelques analogies avec la nage.
Côté sensations: les circuits neuronaux des insectes sont plus courts que les nôtres ...et même s'ils n'ont pas notre pensée conceptuelle, ils doivent "penser" à une fréquence plus élevée...et effectivement une seconde devrait leur paraître bien plus longue que pour nous, d'où leurs réflexes bien plus rapides que les nôtres. Mais le caméléon lui sait comment faire pour les attraper !

On consommerait déjà moins si on revenait au bons vieux moteurs à piston et non au réacteur. En effet on irait moins vite, et on volerait plus bas, mais c'est énergétiquement plus interessant. Malheureusement on a l'impression que ce serait regresser, et la notion de temps domine tellement les sociétés que les turbo-prop ne vont pas revenir de si tôt sur les grandes lignes.

Il faut aussi voir si ces migrations d'oiseaux se font à plusieurs, car alors les interactions aérodynamiques entre animaux permettent un sérieur gain de "carburant" (= graisse).

giwa a écrit:
Je me demande quant-même si elle n'aurait pas l'impression de faire un peu la brasse-papillon comme son cousin le "butter-fly" ;)
Si on veut être un peu plus sérieux, la viscosité de l'air devient à l'échelle des insectes un paramètre important pour le vol comme il en ait pour nous avec l'eau, donc le vol des insectes ne ressemble pas à celui des oiseaux mais doit avoir quelques analogies avec la nage.
...

Je me demandais justement quel type de vol pouvait être plus avantageux suivant la densité de l'atmosphère.
Avec une densité atmosphérique très faible, on peut augmenter la surface des ailes, ...ou garder une surface raisonnable et augmenter la fréquence de battement.
Il me semble que l'altitude maximale atteinte par les oiseaux correspond au 1/3 de la pression atmosphérique du niveau de la mer.
Pour les insectes ? Les insectes n'ont peut-être pas d'intérêt à voler très haut (rien à manger là haut, que des prédateurs, les oiseaux), mais je me demande si on a déjà fait l'expérience pour voir si une mouche pouvait voler à P0/10 par exemple.
Le vol battu serait-il plus intéressant que le vol plané à P0/150 (et avec 40% de la gravité terrestre) ?
Si c'est le cas, ces développements de microdrones insectoides pourraient avoir quelques retombées intéressantes...

lambda0 a écrit:

giwa a écrit:
Je me demande quant-même si elle n'aurait pas l'impression de faire un peu la brasse-papillon comme son cousin le "butter-fly" ;)
Si on veut être un peu plus sérieux, la viscosité de l'air devient à l'échelle des insectes un paramètre important pour le vol comme il en ait pour nous avec l'eau, donc le vol des insectes ne ressemble pas à celui des oiseaux mais doit avoir quelques analogies avec la nage.
...

Je me demandais justement quel type de vol pouvait être plus avantageux suivant la densité de l'atmosphère.
Avec une densité atmosphérique très faible, on peut augmenter la surface des ailes, ...ou garder une surface raisonnable et augmenter la fréquence de battement.
Il me semble que l'altitude maximale atteinte par les oiseaux correspond au 1/3 de la pression atmosphérique du niveau de la mer.
Pour les insectes ? Les insectes n'ont peut-être pas d'intérêt à voler très haut (rien à manger là haut, que des prédateurs, les oiseaux), mais je me demande si on a déjà fait l'expérience pour voir si une mouche pouvait voler à P0/10 par exemple.
Le vol battu serait-il plus intéressant que le vol plané à P0/150 (et avec 40% de la gravité terrestre) ?
Si c'est le cas, ces développements de microdrones insectoides pourraient avoir quelques retombées intéressantes...

il serait intéressant de comparer à ce sujet les caractéristiques et capacités de vol du papillon et de la mouche qui ont pris les deux options opposées pour la fréquence des battement. Une autre étude serait aussi d'élucider tous les rôles possibles des écailles présentes sur les ailes des papillons: n’ont-elles que pour rôle de colorer leurs ailes pour servir d'appât sexuel ou de leurres pour d'autres espèces ou ont-elles aussi un rôle pour le vol lui-même en emprisonnant une fine couche d'air puisque à leur échelle la viscosité de l'air devient un paramètre très important.

giwa a écrit:
il serait intéressant de comparer à ce sujet les caractéristiques et capacités de vol du papillon et de la mouche qui ont pris les deux options opposées pour la fréquence des battement. Une autre étude serait aussi d'élucider tous les rôles possibles des écailles présentes sur les ailes des papillons: n’ont-elles que pour rôle de colorer leurs ailes pour servir d'appât sexuel ou de leurres pour d'autres espèces ou ont-elles aussi un rôle pour le vol lui-même en emprisonnant une fine couche d'air puisque à leur échelle la viscosité de l'air devient un paramètre très important.

La conquête spatiale mène à tout, même à l'entomologie
(déjà qu'avec notre discussion sur le "paradoxe" de Fermi, je me suis mis à étudier la paléontologie, la théorie de l'évolution, la biochimie...).
Pour ce qui est de cette couche d'air emprisonné dont tu parles, j'ai vu que c'était justement le cas pour les oiseaux (et celà pose d'ailleurs un énorme problème aux théoriciens de l'évolution : pas d'étape intermédiaire, personne n'imagine d'intermédiaire fonctionnel entre les écailles de reptiles et la structure des plumes des oiseaux).

Bon, je place l'étude du vol des insectes sur ma pile de sujets à investiguer.

A+

lambda0 a écrit:

La conquête spatiale mène à tout, même à l'entomologie
(déjà qu'avec notre discussion sur le "paradoxe" de Fermi, je me suis mis à étudier la paléontologie, la théorie de l'évolution, la biochimie...).
A+

Il fallait s'y attendre vue la "vastitude " ;) ( néologisme pour "grande étendue") de l'Espace à conquérir !
Cette conquête va demander à la fois des généralistes et des spécialistes qui travailleront en équipe.

Quelques idées de modèles pour notre microdrone martien...
Un site assez sympathique sur le vol des insectes, avec de belles photos :
http://perso.orange.fr/photovol/

Dans la section Orthoptères, on apprend par exemple que le criquet migrateur ne consomme que 1% de son poids en 1h de vol...

lambda0 a écrit:Quelques idées de modèles pour notre microdrone martien...
Un site assez sympathique sur le vol des insectes, avec de belles photos :
http://perso.orange.fr/photovol/

Dans la section Orthoptères, on apprend par exemple que le criquet migrateur ne consomme que 1% de son poids en 1h de vol...

Très intéressant ce site qui permet une bonne synthèse préalable du sujet.
Quant au criquet migrateur, sa consommation minimale en masse de carburant (la graisse)est une performance extraordinaire (mais malheureusement il en est pas de même pour les trillions de criquets d'un essaim dans le Sahel :pale: :c'est la rançon de leur efficacité ) C'est bien un point clé sur lequel il faudra avancer pour les drones: comment stocker l'énergie nécessaire dans un volume et pour une masse minimale et l'économiser au maximum ? Il faudra peut-être s'inspirer de la structure nanoscopique et du fonctionnement des fibres musculaires .

giwa a écrit:
...
C'est bien un point clé sur lequel il faudra avancer pour les drones: comment stocker l'énergie nécessaire dans un volume et pour une masse minimale et l'économiser au maximum ? Il faudra peut-être s'inspirer de la structure nanoscopique et du fonctionnement des fibres musculaires .

Etant donné que les organismes vivants ont résolu le problème il y a plus d'un milliard d'années, il parait pertinent d'y regarder de plus près, comme pour la mécanique du vol battu inventée par les insectes, et plus tard les oiseaux.
D'après ce que j'ai compris de la biologie cellulaire, les "centrales énergétiques" sont les mitochrondries.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Mitochondrie

En tout cas, l'observation des êtres vivants montre bien que la question n'est pas de savoir si c'est faisable ou pas mais de trouver la bonne façon de procéder. L'étude de faisabilité a été faites il y a plus d'un milliard d'années, et été validée par les quadrillions d'êtres vivants qui ont vécu depuis.

A nous d'être aussi créatifs que la nature...

EDIT:
Je viens de me souvenir que si on a besoin d'électricité, les organismes vivants ont aussi trouvé une solution pour convertir l'énergie chimique en courant électrique.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Anguille_%C3%A9lectrique
2A sous 800 V !

lambda0 a écrit:

giwa a écrit:
...
C'est bien un point clé sur lequel il faudra avancer pour les drones: comment stocker l'énergie nécessaire dans un volume et pour une masse minimale et l'économiser au maximum ? Il faudra peut-être s'inspirer de la structure nanoscopique et du fonctionnement des fibres musculaires .

Etant donné que les organismes vivants ont résolu le problème il y a plus d'un milliard d'années, il parait pertinent d'y regarder de plus près, comme pour la mécanique du vol battu inventée par les insectes, et plus tard les oiseaux.
D'après ce que j'ai compris de la biologie cellulaire, les "centrales énergétiques" sont les mitochrondries.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Mitochondrie

En tout cas, l'observation des êtres vivants montre bien que la question n'est pas de savoir si c'est faisable ou pas mais de trouver la bonne façon de procéder. L'étude de faisabilité a été faites il y a plus d'un milliard d'années, et été validée par les quadrillions d'êtres vivants qui ont vécu depuis.

A nous d'être aussi créatifs que la nature...

EDIT:
Je viens de me souvenir que si on a besoin d'électricité, les organismes vivants ont aussi trouvé une solution pour convertir l'énergie chimique en courant électrique.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Anguille_%C3%A9lectrique
2A sous 800 V !

Tout à fait, c’est donc faisable...surtout que nous mettrons au début la barre moins haute que pour Dame Nature...puisque nous ne cherchons pas d'emblée des nano robots auto réplicatifs .

Bon, apparemment, on est sur la bonne voie :
http://www.techno-science.net/forum/viewtopic.php?t=9850

Du nouveau du côté des micro-drones à ailes battantes :

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/54662.htm

http://www.nrc-cnrc.gc.ca/highlights/2008/0805insects_f.html