Actualité à la Hune

Biomimétisme et architecture navale

Et si le voilier volant copiait le poisson volant ?

Beaucoup d’oiseaux marins sont aussi à l’aise dans l’air que dans l’eau mais peu de poissons font le voyage inverse. A l’exception du poisson volant, ou exocet, dont les capacités de vol sont remarquables, grâce à des nageoires pectorales hypertrophiées et surtout à deux nageoires pelviennes en position de flap. Une technique de vol sur l’eau qui commence d’ailleurs à intéresser sérieusement nos architectes navals au point d’admettre, comme Guillaume Verdier, que «le biomimétisme a souvent permis à l’homme de franchir des lignes : intéressant, cette histoire de nageoires, chez l’exocet !».
  • Publié le : 22/08/2018 - 18:50

Et si le voilier volant copiait le poisson volant !Au décollage, l'incidence des nageoires de l'exocet, merveilleux godilleur, lui assure une portance maximale afin d'échapper à ses prédateurs.Photo @ Patrick Coin
Certes, les mauvaises langues vous diront que «voler» est un bien grand mot pour le poisson volant – qui plane plus qu’il ne vole réellement. Mais voilà : il plane aussi bien que les oiseaux, et même mieux que certains ! C’est d’ailleurs grâce à deux ingénieurs coréens, Hyungmin Park et Haecheon Choi, que cette injustice sur le vol jugé maladroit des exocets a pu être rectifiée en 2010.

L’un de ces deux ingénieurs s’est pris de passion pour les poissons volants suite à la lecture d’un livre pour enfants et a poursuivi ses recherches pour comprendre comment les poissons volants pouvaient rester dans les airs 40 secondes et parcourir une distance de 400 mètres à la vitesse de 70 kilomètres/heure.

Les deux scientifiques se sont ensuite mis en tête de tester les capacités aériennes des exocets dans une soufflerie, ce qui fut plus facile à dire qu’à faire, le poisson ne passant en mode aérien que lorsqu’il veut échapper à un prédateur dans l’eau : il se met alors à frétiller énergétiquement de la nageoire caudale pour sortir de l’eau puis déplie ses nageoires pectorales et pelviennes pour planer, se servant de la nageoire caudale comme d’une pagaie à la surface de l’eau pour relancer et diriger le mouvement.

Après de longues heures d’observation sur l’eau puis de fastidieuses parties de pêche pour capturer quelques spécimens, les scientifiques ont réussi à calculer le ratio portance/traînée de l’exocet, s’intéressant au rapport entre la distance horizontale parcourue et le dénivelé franchi pendant ce même vol plané. Ainsi ont-ils pu révéler dans un premier temps que le poisson volant planait mieux que de nombreux insectes et même que certains oiseaux comme le pétrel ou le canard branchu.

Performances de plané maximales

A l’aide de capteurs dynamométriques placés sur les ailes du poisson, les scientifiques ont ensuite pu mesurer les forces exercées sur les nageoires et le corps du poisson. L’analyse a révélé que le poisson volant est en fait parfaitement adapté aux deux environnements : aquatique et aérien. En mode aquatique, ses nageoires pectorales et pelviennes, qui ne se déploient que dans l’air, sont plaquées le long de son corps.

Et si le voilier volant copiait le poisson volant !En vol plané, l'exocet déploie sous son ventre ses nageoires pelviennes en guise de flap pour augmenter sa portance et assurer son assiette longitudinale. Photo @ Patrick Coin

Le coefficient de portance a ainsi pu être mesuré à un angle de 30 à 35 degrés, au moment où le poisson volant sort de l’eau, mais les performances de plané sont maximales (ratio portance/traînée maximal) quand l’angle d’incidence des nageoires pectorales diminue, ce qui augmente le coefficient de portance. La disposition de ces nageoires pectorales, qui servent d’ailes, et celle des nageoires pelviennes, qui permettent notamment d’accélérer les filets d’air vers la nageoire caudale, augmentent encore davantage le ratio portance/traînée et améliorent ainsi les capacités de vol plané.

L’effet de sol apporté par la proximité de la surface de l’eau diminue de son côté le coefficient de traînée. Cela donne à l’exocet un avantage aérodynamique certain en augmentant le ratio portance/traînée, ce qui permet de planer plus loin sans effort musculaire supplémentaire. Ce ratio est optimum avec un angle d’incidence de 0 à 5 degrés. Le poisson volant aurait aussi la capacité de changer la cambrure de ses nageoires. Or cette cambrure permet d’augmenter encore la portance, au moins à de petits angles d’incidence.

Hautes vitesses

Après tout, la nature n’a inventé le vol pour l’animal qu’il y a 155 millions d’années, et pour le poisson volant seulement quelque 50 millions d’années plus tard, alors que l’homme n’a plané sur 300 mètres pour la première fois qu’en 1897. L’homme qui, justement, s'est maintenant mis en tête de faire voler des voiliers à des vitesses et des altitudes proches de celles de l’exocet : près de 40 nœuds, et rarement à plus de trois mètres de hauteur.

Et si le voilier volant copiait le poisson volant !Les deux ingénieurs coréens se sont penchés sur le cas de l'exocet et ont modélisé son vol.Photo @ DR / The journal of experimental biology

«L’observation des comportements animaux pourra encore faire avancer notre science. Cette histoire de nageoires servant de flaps aux exocets est intéressante à hautes vitesses. Surtout si les résistances dans l’eau sont réduites en mode archimédien» admet ainsi Guillaume Verdier, l’une des stars actuelles de l’architecture navale dans le domaine des engins volants.

«Bruce Farr avait installé à l’époque des flaps sur ses 60 pieds Open afin de mieux positionner le nez du bateau dans l’eau, ajoute l’architecte. Sur une mer plate, ça fonctionnait mais dès que la mer se levait, l’avantage était moins évident. Et puis, ça avait été interdit par la jauge.»

«Pour l’instant, sur les bateaux qui volent, ce sont des “T” sur les safrans qui permettent de corriger l’assiette longitudinale du bateau en phase de vol, tout en augmentant sa portance. Mais rien n’interdit d’aller plus loin dans le biomimétisme», conclut Guillaume Verdier.

Pour plus d’informations : http://jeb.biologists.org/content/jexbio/213/19/3269.full.pdf